倪潔麗　王微潔　謝國建　連翰偉　吳微燕　陳玲玲　沙昊雷

(1.樂清市環(huán)境監(jiān)測站， 浙江　溫州　325600； 2.杭州市蕭山區(qū)人民政府南陽街道辦事處， 杭州　311227；3.浙江萬里學院生物與環(huán)境學院， 浙江　寧波　315100)

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水生植物在水生態(tài)修復中的應用進展

倪潔麗1王微潔1謝國建2連翰偉1吳微燕1陳玲玲1沙昊雷3*

(1.樂清市環(huán)境監(jiān)測站， 浙江溫州325600； 2.杭州市蕭山區(qū)人民政府南陽街道辦事處， 杭州311227；3.浙江萬里學院生物與環(huán)境學院， 浙江寧波315100)

摘要：本文探討了生態(tài)修復技術中的水生植物修復的概念、作用機理及影響因素，并綜述了水生植物對污染物的去除情況，以及國內外水生態(tài)修復的實驗研究和應用現(xiàn)狀，以期為水生植物的生態(tài)修復應用提供一定的參考。

關鍵詞：生態(tài)修復；水生植物；挺水植物；沉水植物；浮水植物

隨著城市化、工業(yè)化進程的不斷加快，城市河道生態(tài)系統(tǒng)承受的壓力也越來越大，由于過去人們過于強調防澇、泄洪作用，而忽視了生態(tài)、景觀等其他功能，臟、亂、差等黑臭河道污染問題日益突出[1-3]，不僅有礙于城市景觀、城市形象，更影響了沿河居民的生活環(huán)境。城市黑臭河道形成的主要原因是生活污水直接排入城市河流中，或是企業(yè)的工業(yè)廢水偷排、漏排，或是初期雨水夾帶污染物質隨著地表徑流匯入雨水管網(wǎng)，排入水體。黑臭河道的綜合治理，對于維護城市生態(tài)平衡、優(yōu)化城市景觀、改善人居環(huán)境具有重要意義[4-5]。

目前國內外常見的黑臭河道治理技術，主要有物理方法、化學方法、生物方法和生態(tài)修復方法等。但物理方法和化學方法在應用上存在運行費用高、治標不治本、易引發(fā)二次污染等問題。近年來，城市河流生態(tài)修復已經(jīng)成為河流治理領域研究和應用的熱點。有學者針對我國重點治理的湖泊，如滇池、太湖等進行了深入研究，對水體生態(tài)系統(tǒng)的治理進行了有益探索[6-9]，從河岸生態(tài)系統(tǒng)出發(fā)，重點研究了受損河岸的生態(tài)治理措施，并從植物移植栽培[10-13]、河岸邊坡[14-15]、生物-生態(tài)修復技術[16-19]等角度進行了實驗研究，為水體生態(tài)修復做出理論探索。本文在查閱近年來國內外河道生態(tài)治理的成功案例基礎上，主要對不同水生植物在水生態(tài)修復中的影響因素進行綜述和探討，以便為黑臭河道的綜合整治和科學管理提供一定的借鑒。

1　水生植物在水生態(tài)修復中的作用及影響因素

1.1水生植物在水生態(tài)修復中的作用

水生態(tài)修復是指在遵循自然規(guī)律的前提下，采取各種工程、生物和生態(tài)措施使水體恢復自我修復功能，強化水體的自凈能力，修復被破壞的水生態(tài)系統(tǒng)，使之既可最大限度為人類所利用，又可使系統(tǒng)達到自維持狀態(tài)[20-21]。

水生植物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在物質循環(huán)和能量傳遞方面起調控作用，在水生態(tài)修復中的作用方式主要包括物理過程、吸收作用、協(xié)同作用和化感作用。其在水生態(tài)修復過程中，主要是通過龐大的枝葉和根系形成天然的過濾網(wǎng)，對水體中的污染物質進行吸附、分解或轉化，從而促進水中養(yǎng)分平衡；同時通過植物的光合作用，釋放氧氣，使水體中的溶解氧濃度上升，抑制有害菌的生長，減輕或消除水體污染[22-23]。

按照水生植物的生長特點，應用在水生態(tài)修復中的水生植物主要分為挺水植物、浮水植物、沉水植物等三大類。水生植物污水處理系統(tǒng)機理及應用簡介詳見表1[4,24-26]。

表1　水生植物污水處理系統(tǒng)機理及應用簡介

1.2水生植物在水生態(tài)修復中的影響因素

光照是水生植物生長的必要條件，對水生植物的生長有著至關重要的作用。不同的光照條件對水生植物的株高、枝長、葉面積也有不同的影響，隨著光照的減弱，植物的株高、枝長的絕對增長量與相對增長量隨之增大，從而表明了弱光的狀態(tài)下容易產生徒長現(xiàn)象。當水底光強不足入射光強的1%時，沉水植物將無法存活，可見水體透明度也是植物生存的影響因素之一[5,27-28]。

水生植物所處的水生態(tài)環(huán)境中溫度變化緩慢，相對穩(wěn)定，但水體的溫度直接影響水生植物的季節(jié)生長，決定植物的萌芽和休眠期。溫度也對植物的代謝活動有一定的影響，溫度對不同植物的光合速率影響也有較大的差異[4,20]。

營養(yǎng)鹽濃度是影響植物生長的因素之一，營養(yǎng)鹽濃度的提高促進了植物與藻類之間的競爭，與此同時，高濃度的營養(yǎng)物質也會對植物本身產生脅迫，消除其營養(yǎng)限制，從而限制了植物的生長[19,29]。

pH值是對水質變化、水處理效果、水中溶解物能否生成沉淀物、水生生物生長繁殖以及農作物生長等產生影響的重要因素。當pH值過小、或者過大時，會對植物產生毒害作用[5]。

2　水生植物在水生態(tài)修復中的應用

2.1挺水植物的應用

挺水植物是指植物的根、根莖生長在底泥之中，莖葉挺出水面，常分布于0～1.5米的淺水處，其中有的種類生長于潮濕的岸邊，挺水植物能吸收水體及底泥的氮、磷等營養(yǎng)物質，促進自身的生長，通過競爭的方式抑制水體中同樣需要氮、磷等營養(yǎng)物質的藻類。常見挺水植物對污染物去除情況詳見表2[4-5,31]。

表2　常見挺水植物對污染物去除情況

孫瑞蓮等[32]研究了8種挺水植物對污染水體的凈化效果，水力停留時間為5 d時，菖蒲、水蔥、寬葉香蒲及黃花鳶尾去除COD的效果較好，去除率達到90%。水力停留時間為7 d時，氨氮和TN去除率均有較大幅度提高，其中寬葉香蒲、茭白和黃花鳶尾對氨氮和TN的去除性能最佳。劉建偉等[33]研究表明，美人蕉、黃菖蒲和水蔥對水體中COD的去除率分別為30.2%、31.7%和29.4%，對氨氮的去除率分別為82.1%、87.5%和60.2%，對TN的去除率分別為48.6%、70.1%和30.2%，對TP的去除率分別為72.4%、35.7%和32.5%。仇濤等[34]考察了水芹、魚腥草、香根草對微污染景觀水體凈化效果，TN、TP、COD的去除率范圍分別為52.4%～64.3%，46.8%～58.4%，69%～84%，經(jīng)7周凈化后可使Ⅳ類水變?yōu)棰箢愃??？梢?，挺水植物對污染水體的凈化效果明顯。

2.2浮水植物的應用

浮水植物是指生長于淺水中，葉浮于水面，根長在水底的植物，浮水植物的根狀莖發(fā)達，花大，色艷，無明顯的地上莖或莖細弱不能直立，葉片漂浮于水面上，僅在葉外表面有氣孔，葉的蒸騰非常大，根一般缺乏氧氣，所以由于無氧呼吸可以產生醇類物質，此外，葉柄也能通過葉提供氧氣。浮水植物對水體中的營養(yǎng)物質有很強的吸附作用，能直接吸收水體中的有毒物質和過剩營養(yǎng)物質，而且其繁殖能力強，可更好地凈化水體。常見浮水植物對污染物去除情況詳見表3[4-5,35-37]。

婁敏[38]、Malik[39]、Chen[40]、Wang[41]等發(fā)現(xiàn)漂浮植物對去除富營養(yǎng)化水體中的TN、TP效果顯著，同時對增加水體中的DO有明顯效果。吳湘等[42]研究認為水體中TN的去除率為黃花水龍(63%)>鳳眼蓮(57%)>水鱉(46%)>四角菱(42%)>空心蓮子草(34%)，TP的去除率為鳳眼蓮(52%)>黃花水龍(50%)>水鱉(45%)>四角菱(31%)>空心蓮子草(22%)，其中鳳眼蓮、黃花水龍水質凈化效果最好。潘保原等[43]研究結果表明鳳眼蓮對水體中的氮、磷的去除率分別為50%～78.46%，68.16%～89.56%，水芙蓉對水體中的氮、磷的去除率分別為57.58%～76.87%，72.28%～76.47%，蓮花竹對水體中的氮、磷的去除率分別為0.6%～10.8%，2.48%～10.04%。汪懷建等[44]研究表明，對TN的去除率為槐葉萍(70%)>鳳眼蓮(67%)>浮水蓮(61%)，對TP的去除率為鳳眼蓮(56%)>水浮蓮(53%)>槐葉萍(49%)。

表3　常見浮水植物對污染物去除情況

2.3沉水植物的應用

沉水植物是指整個植株沉入水中，根莖生于泥中，具有發(fā)達的通氣組織，有利于進行氣體交換。葉多為狹長或絲狀，能吸收水中部分養(yǎng)分，在水下弱光的條件下也能正常生長發(fā)育。沉水植物整個植株都處于水中，根、莖、葉等都可以對水中的營養(yǎng)物質進行吸收，在營養(yǎng)競爭方面占據(jù)了極大的優(yōu)勢，沉水植物可通過光合作用向水體輸送氧氣，從而提高水體中溶解氧的量，促進水體中的微生物分解營養(yǎng)物質，但其對水質有一定的要求，因為水質渾濁會影響植物的光合作用。常見沉水植物對污染物去除情況詳見表4[4-5,45]。

表4　常見沉水植物對污染物去除情況

3　結論

總體來說，目前水生植物在水生態(tài)修復方面的應用研究已較多，與其他的物理、化學方法相比，水生植物修復技術擁有成本低、不會造成二次污染、效果明顯等特點，但每種方法都有自己的優(yōu)缺點和適用條件，所以必須根據(jù)被修復水體環(huán)境現(xiàn)狀，采取多種方法相組合，在保證水體環(huán)境修復、較好經(jīng)濟效益和較高美化環(huán)境價值的前提下，實現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)結構與功能、生物多樣性的修復[4-5,19]。

目前，有關水生植物在水生態(tài)修復中的應用研究，除了考察水生植物生態(tài)修復的效率及影響因素外，還應注重水生植物的使用和管理水平，并考慮多物種的組合研究，充分發(fā)揮水生植物之間的協(xié)同性，以達到水生態(tài)修復的目的。而在水生植物資源利用化途徑研究方面，由于每種水生植物往往可代謝積累多種產物，具有多種資源利用價值，因此應該注重代謝產物的綜合利用，從而提高其生態(tài)效益和經(jīng)濟效益[20,25,45]。

參考文獻

[1]屠清瑛, 章永泰, 楊賢智. 北京什剎海生態(tài)修復試驗工程[J]. 湖泊科學，2004, 16(3): 61-67.

[2]Yang C, Liu S, Zhou S, et al. Allelochemical ethyl 2-methyl acetoacetate ( EMA) induces oxidative damage and antioxidant responses in Phaeodactylum tricornutum[J]. Pesticide Biochemistry and Physiology，2011, 100(1): 93-103.

[3]Paerl H W, Otten T G. Harmful Cyanobacterial Blooms: Causes, Consequences and Controls[J].Microbial Ecology，2013, 65(4): 995-1010.

[4]陸東芳,陳孝云. 水生植物原位修復水體污染應用研究進展[J].科學技術與工程，2011, 11(12): 5137-5142.

[5]王慰娟. 大型水生植物修復技術在水污染治理中的應用研究[J].福建廣播電視大學學報，2012, 8(3): 88-91.

[6]潘繼征, 李文朝, 陳開寧. 滇池東北岸生態(tài)修復區(qū)的環(huán)境效應—II.污染凈化效應[J]. 湖泊科學, 2006, 3(6): 579-584.

[7]李晶, 馬云, 周浩, 等. 輪葉黑藻去除水體中氮磷能力研究[J]. 環(huán)境科學與管理，2010, 33(8): 13-18.

[8]Zak A, Musiewicz K, Kosakowska A. Allelopathic activity of the Baltic cyanobacteria against microalgae[J]. Estuarine,Coastal and Shelf Science， 2012, 112(SI):4-10.

[9]Shao J, Wu Z, Yu G, et al. Allelopathic mechanism of pyrogallol to Microcystis aeruginosa PCC7806(Cyanobacteria):From views of gene expression and antioxidant system[J]. Chemosphere，2009, 75(7):924-928.

[10]應聰慧, 韓玉玲. 淺論植物措施在河道整治中的應用[J]. 浙江水利科技，2005, 9(5): 49-53.

[11]鄧紅兵, 王青春, 王慶禮, 等. 河岸植被緩沖帶與河岸帶管理[J]. 應用生態(tài)學報，2001, 12(6): 95l-954.

[12]Smith A M, Andriotis V M E, Pike M J, et al. Starch turn-over in developing oilseed embryos [J]. New Phytologist. ，2010, 187:791-804.

[13]Eren A, Kocatürk M, Hosgün E Z, et al. Determination of seed yield, protein, oil content and fatty acid compositions and relationships of some soybean lines/ cultivars[J]. Ziraat Fakültesi Dergisi-Süleyman Demirel niversitesi，2012,7(1): 1-9.

[14]吳義鋒, 呂錫武, 陳楊輝, 等. 生態(tài)護砌改善河道水質的中試研究[J]. 中國給水排水，2007, 23(11): 32-36.

[15]夏繼紅, 嚴忠民. 國內外城市河道生態(tài)型護岸研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 中國水土保持， 2004, 1(3): 20-21.

[16]Kennedy Y, Yokoi S, Daimon H, etal. Genetic variation of storage compounds and seed weight in rapeseed (Brassica napus L.) germplasms[J].Breeding Science，2011, 61:311-315.

[17]崔樹斌, 劉俊勇, 陳軍, 等. 論河流生物—生態(tài)修復技術的內涵、外延及其應用 [J]. 中國水利，2005, 1(21): 16-19.

[18]馬坤榮. 重金屬污染水體的植物修復研究進展[J]. 資源環(huán)境與保護，2014, 1(6): 137-138.

[19]夏曉方, 鐘成華, 劉潔, 等. 水生植物修復污染水體的研究進展[J]. 重慶工商大學學報(自然科學版) ，2011, 28(04): 398-400.

[20]管永, 馮智, 張聰, 等.水生植物在河道生態(tài)修復工程中應用研究[J]. 環(huán)境科學與管理. 2014 ,39 (5):149-151.

[21]Wang Z, Zhang Z, Zhang J, et al. Large-Scale Utilization of Water Hyacinth for Nutrient Removal in Lake Dianchi in China:The Effects on the Water Quality, Macrozoobenthos and Zooplankton[J]. Chemosphere，2012, 89(10) : 1255-1261.

[22]劉建偉, 夏雪峰, 呂 臣, 等. 富營養(yǎng)化景觀水體高效修復水生植物的篩選[J]. 江蘇農業(yè)科學， 2015, 43(8):354-357.

[23]Dang H, Wang C, Li J, et al. Diversity and Distribution of Sediment NirS-Encoding Bacterial Assemblages in Response to Environmental Gradients in the Eutrophied Jiaozhou Bay, China[J]. Microbial Ecology. 2009, 58(1):161-169.

[24]朱彩云, 白潔瑞, 顧國洪. 水生植物水體修復模式探析[J]. 上海農業(yè)科技，2015, 1(1 ) :29-29.

[25]蔣春, 蔣薇薇, 周鵬, 等. 水生植物修復富營養(yǎng)化水體的機制[J]. 安徽農業(yè)科學，2014, 42(35):12614-12615,12618.

[26]Li F M, Hu H Y. Isolation and characterization of a novel antialgal allelochemical from Phragmites communis[J]. Applied and Environmental Microbiology，2005, 71(11):6545-6553.

[27]胡廷尖, 王雨辰, 陳豐剛, 等. 鳳眼蓮對銅綠微囊藻的化感抑制作用研究[J]. 水生態(tài)學雜志， 2010, 8(6):47-51.

[28]Men Y J, Hu H Y, Li F M. Effects of the novel allelochemical ethyl 2-methylacetoacetate from the reed (Phragmitis australis Trin) on the growth of several common species of green algae[J]. Journal of Applied Phycology，2007, 19(5):521-527.

[29]Pakdel F M, Sim L, Beardall J, et al. Allelopathic inhibition of microalgae by the freshwater stonewort, Chara australis and a submerged angiosperm, Potamogeton crispus[J]. Aquatic Botany，2013, 110: 24-30.

[30]Liboriussen L, Sndergaard M, Jeppesen E, et al. Effects of Hypolimnetic Oxygenation on Water Quality: Results From Five Danish Lakes[J]. Hydrobiologia，2009, 625(1):157-172.

[31]Charya S A, Pattarkine V M, Knud-Hansen C F. Lake and Reservoir Management[J]. Water Environment Research，2010, 82(10):1767-1836.

[32]孫瑞蓮, 張建, 王文興. 8種挺水植物對污染水體的凈化效果比較[J]. 山東大學學報(理學版) ，2009, 44(1): 12-16.

[33]劉建偉, 周曉, 呂臣, 等. 三種挺水植物對富營養(yǎng)化景觀水體的凈化效果[J]. 濕地科學，2015, 13(1): 7-12.

[34]仇濤, 許培歡, 朱高飛, 等. 三種挺水植物及其組合凈化微污染水體的研究[J].環(huán)境科學與管理，2015, 40(9): 90-93.

[35]Landman M J, Ling N. Fish Health Changes in Lake Okaro, New Zealand: Effects of Nutrient Remediation, Season or Eutrophication[J]. Hydrobiologia，2010, 661(1):65-79.

[36]Mehner T, Diekmann M, Gonsiorczyk T, et al. Rapid Recovery From Eutrophication of a Stratified Lake by Disruption of Internal Nutrient Load[J]. Ecosystems，2008, 11(7): 1142-1156.

[37]Wang Z, Zhang Z, Zhang Y, et al. Nitrogen Removal From Lake Caohai, a Typical Ultra-Eutrophic Lake in China With Large Scale Confined Growth of Eichhornia crassipes[J].Chemosphere，2013, 92(2):177-183.

[38]婁敏, 廖柏寒, 劉紅玉. 3種水生漂浮植物處理富營養(yǎng)化水體的研究[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報，2005, 13(3): 194- 195.

[39]Malik A. Environmental Challenge Vis a Vis Opportunity: The Case of Water Hyacinth[J].Environment International，2007, 33(1):122-138.

[40]Chen H G, Peng F, Zhang Z Y, et al. Effects of Engineered Use of Water Hyacinths (Eicchornia crassipes) on the Zooplankton Community in Lake Taihu, China[J]. Ecological Engineering，2012, 38(1):125-129.

[41]Wang Z, Calderon M M. Environmental and Economic Analysis of Application of Water Hyacinth for Eutrophic Water Treatment Coupled With Biogas Production[J]. Journal of Environmental Management，2012, 110(15): 246-253.

[42]吳湘, 楊肖娥, 李廷強, 等. 漂浮植物對富營養(yǎng)化景觀水體的凈化效果研究[J]. 水土保持學報， 2007, 21(5): 128-132.

[43]潘保原, 楊國亭, 穆立薔, 等. 漂浮植物對富營養(yǎng)化水體中氮磷去除效果研究[J]. 植物研究，2015, 35(3): 462-466.

[44]汪懷建, 丁雪杉, 譚文津, 等. 浮水植物對富營養(yǎng)水體的作用研究[J]. 安徽農業(yè)科學， 2008,36(24):10654-10656.

[45]Nakai S, Yamada S, Hosomi M. Anti-cyanobacterial fatty acids released from Myriophyllum spicatum[J].Hydrobiologia，2005, 543:71-78.

[46]田琦, 王沛芳, 歐陽萍, 等. 5種沉水植物對富營養(yǎng)化水體的凈化能力研究[J]. 水資源保護，2009, 25(1): 14-17.

[47]潘保原, 楊國亭, 穆立薔, 等. 3 種沉水植物去除水體中氮磷能力研究[J]. 植物研究，2015, 35(1): 141-145.

[48]王麗卿, 李燕, 張瑞雷. 6種沉水植物系統(tǒng)對淀山湖水質凈化效果的研究[J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報，2008, 27(3): 1134 - 1139.

[49]任文君, 田在鋒, 寧國輝, 等. 4 種沉水植物對白洋淀富營養(yǎng)化水體凈化效果的研究[J].生態(tài)環(huán)境學報，2011, 20(2): 345-352.

[50]吳建勇, 溫文科, 吳海龍, 等. 可調式沉水植物網(wǎng)床凈化河道中水質的效果-以蘇州市貢湖金墅港斷頭浜為例[J]. 濕地科學， 2014, 12(6): 777-783.

基金項目：寧波市科技富民惠民項目(2015C50002),寧波市自然科學基金(2015A610255),住建部科技項目(2015-K7-008)

收稿日期：2016-01-28；2016-04-12修回

作者簡介：倪潔麗,女, 1982年生，碩士,工程師,研究方向：水環(huán)境污染防治。 通訊作者：沙昊雷, E-mail:hlsha@zwu.edu.cn

中圖分類號：X52

文獻標志碼：A

The application progress of aquatic plants in water ecological restoration

Ni Jieli1, Wang Weijie1, Xie Guojian2, Lian Hanwei1, Wu Weiyan1, Chen Lingling1, Sha Haolei3

(1. Environmental Monitoring Station in Yueqing City, Wenzhou 325600, China; 2. Nanyang Street Agency of Xiaoshan District People’s Government in Hangzhou City, Hangzhou 311227, China;3.College of Biological & Environmental Sciences, Zhejiang Wanli University, Ningbo 315100, China;)

Abstract:in this article, we introduced the concept, mechanism and influencing factors of aquatic phytoremediation in ecological restoration, and reviewed the pollutant removal of aquatic plants and research process in the domestic and foreign, in order to provide a certain reference for the aquatic plant application in the water ecological remediation.

Keywords:ecological remediation; aquatic plants; emerged plants; submerged plants; floating plants