彭杰帥，羅 超，唐 祚

（湖南南方水利水電勘測設(shè)計院有限公司，湖南 長沙 410007）

引 言

隨著我國農(nóng)村地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，不斷推進的社會主義新農(nóng)村建設(shè)，農(nóng)民生活水平得到了極大提高，但是也暴露出不少問題。農(nóng)村地區(qū)飲用水絕大數(shù)超標，飲用水安全問題形勢嚴峻。農(nóng)村地表水、地下水均受到不同程度污染[1]。由于缺乏專門的農(nóng)村水污染防治法[2]，公共政策執(zhí)行偏差[3]和農(nóng)民環(huán)保意識淡薄，造成了水污染問題的不斷惡化[4]。另外，流域開發(fā)的加劇，使許多地區(qū)出現(xiàn)水體富營養(yǎng)化、水生態(tài)系統(tǒng)被破壞以及水質(zhì)不斷惡化等環(huán)境問題，造成重大的經(jīng)濟損失，甚至危害人類健康。因此河道水的治理勢在必行，刻不容緩。農(nóng)村河流生態(tài)破壞演變過程如圖1 所示。

圖1 農(nóng)村河流生態(tài)破壞演變示意圖

農(nóng)村水污染通常分為內(nèi)源性污染和外源性污染。內(nèi)源性污染一般指的是農(nóng)村當?shù)鼐用裆a(chǎn)和生活產(chǎn)生的污水污染；外源性污染則是從農(nóng)村外部轉(zhuǎn)移過來的污染，如河流上游排放的城鎮(zhèn)生活污水或工業(yè)廢水所導(dǎo)致的農(nóng)村污染。2011 年前后，政府開始完善農(nóng)村水污染防治政策，相關(guān)技術(shù)也開始不斷優(yōu)化創(chuàng)新[5]。劉福興等[6]的研究表明，生態(tài)浮床技術(shù)是一種行之有效的水體原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)，具有投資少、見效快、管理便捷等優(yōu)點，值得注意的是，采用經(jīng)濟作物作為浮床植物時，不僅有效改善了水質(zhì)，而且收回了部分投資成本。因此，水生系植被恢復(fù)技術(shù)除了能增強水體凈化能力，恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整性和功能性外，最重要的是可以實現(xiàn)水體污染物濃度的顯著降低。

為了促使水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定良好的發(fā)展，我國農(nóng)村河道的治理方向主要為以土壤生物工程為核心的生態(tài)護坡技術(shù)。生態(tài)護坡技術(shù)不僅能夠恢復(fù)河岸植被群落，還能有效控制坡岸土壤侵蝕和農(nóng)業(yè)面源污染。同時也利用了水生動植物對有機和無機物質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)化來凈化水質(zhì)。Songsangjinda 等研究了牡蠣對水體中氮元素的去除效果。Gifford 等研究了牡蠣對水體中有機物和重金屬的降解效果。微生物修復(fù)技術(shù)實驗顯示能有效改善水體污染情況[7]。模擬湖塘水體COD、NH3-H、TP 去除率較高，并得到一系列相關(guān)性線性方程。水指標明顯好轉(zhuǎn)、水環(huán)境質(zhì)量標準得到提升，水體的部分功能得到恢復(fù)。

近年來又有很多新型水處理修復(fù)技術(shù)問世[8～11]，對于水生態(tài)前景有一定利好。不斷革新與完善的水處理與修復(fù)技術(shù)必將使青山綠水在廣大農(nóng)村再次出現(xiàn)。

1 農(nóng)村河道水污染現(xiàn)狀分析

過去，在以經(jīng)濟為導(dǎo)向的大環(huán)境下，人們過于追求經(jīng)濟利益而忽視了河流的生態(tài)保護。尤其是農(nóng)村地區(qū)，水資源保護意識淡薄，地方管理者對生態(tài)治理的認識不夠充分，建設(shè)內(nèi)容和治理措施不能有效實施和落地，影響了水體治理效果。

目前農(nóng)村河道水體污染來源多、污染物復(fù)雜、污染范圍廣，富營養(yǎng)化事件常有報道，居民生產(chǎn)生活用水受到影響，總體居住質(zhì)量大打折扣。

1）工業(yè)廢水污染大。由于城市環(huán)保意識不斷提高，不少重污染、污染排放不達標企業(yè)逐漸轉(zhuǎn)移至農(nóng)村地區(qū)，加劇了水污染的程度。

2）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污水增加。鄉(xiāng)村振興對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境產(chǎn)生巨大影響，主要表現(xiàn)在高肥力土地急劇縮減，從而導(dǎo)致對化肥和農(nóng)藥的依賴性增加，其中部分化學原料滲透到地下水中造成地下水體污染。

農(nóng)村養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)?；?、集中化、區(qū)域化以及落后的管理和簡單粗暴的排放，加劇了區(qū)域水體的污染程度。

3）生活污水急劇增加。居民生活廢水的亂排導(dǎo)致大量未經(jīng)處理的生活污水直接排入河道，破壞了地表水環(huán)境。居民生活垃圾隨意丟棄，使得河道周邊垃圾堆積嚴重，影響了水系的正常連通和水體自凈能力。農(nóng)村河道肩負著廣大農(nóng)村地區(qū)的灌溉、供水、防洪和泄洪等重任，是人民生產(chǎn)生活賴以生存的一部分。因此實施農(nóng)村河道污染水體修復(fù)具有重要意義。

2 生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)一般是指根據(jù)各種生物（微生物、動植物）的特點，吸收、轉(zhuǎn)化、降解環(huán)境中的污染物質(zhì)，使污染物濃度降低，環(huán)境改善。其通俗意義上指的是微生物修復(fù)技術(shù)、植物修復(fù)技術(shù)和動物修復(fù)技術(shù)。利用其特性，在自然或人工調(diào)節(jié)的情況下達到恢復(fù)水系生態(tài)的目的，如圖2 所示。

圖2 農(nóng)村河流生態(tài)修復(fù)示意圖

2.1 植物修復(fù)

植物修復(fù)技術(shù)主要針對有毒重金屬和有機污染物，其原理就是利用綠色植物清除環(huán)境中的污染物。大量研究都說明了一種觀點[12]，即許多真菌類、藻類和植物都能從周圍環(huán)境富集重金屬。相比較而言，植物修復(fù)是一種成本低、技術(shù)要求低的修復(fù)方法。另一方面，植物修復(fù)技術(shù)要求植物具有較高的生物量和耐受性，且其清除污染物耗時較長。此外，轉(zhuǎn)基因技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用可能會導(dǎo)致不確定的環(huán)境污染和基因風險隱患。

植物在治理水環(huán)境污染方面的應(yīng)用大致可分為三類：

1）無機污染物如氮、磷等的去除。已有大量科學研究表明水生植物對于去除氮、磷等無機元素引發(fā)的水體富營養(yǎng)化具有顯著作用。種植水稻等經(jīng)濟作物除了可以去除氮、磷外，同時具有很高的經(jīng)濟價值。另一方面，由水芹、大椿草、水榮草、麥草等制成的浮床對去除水體中的氮、磷和抑制藻類滋生等也有顯而易見的有利影響。這些植物的發(fā)達根系以及與根系共同生存的微生物往往共同作用并凈化著水體。

2）有機污染物如農(nóng)藥、殺蟲劑、多環(huán)芳烴等的降解

通過利用某些植物對污染物毒性降低的特點來修復(fù)受污染的水體。例如，龍葵證實可以有效降解PCBS；藻類對殺蟲劑的降解有明顯作用；長春花可用于修復(fù)受TNT 炸藥污染過的水體；浮萍可顯著降低地表水中異丙甲草胺含量等等。

3）重金屬污染。目前的研究熱點為植物通過根部吸收、蓄積和沉淀有毒有害重金屬，其中所說的植物大部分是水面漂浮和沉水植物。例如，綠藻對鎘、汞、銅、鉛的去除率可達80%～90%，黑麥草不僅對含黃金的廢水有極強的水體凈化效果，同時也有很強的富集性，具體表現(xiàn)為其根系部分含金量最高可達到784 g/t。此外，研究表明植物幼苗相較于植物根對水中重金屬的去除作用更顯著，這一方法被稱為種苗過濾，為治理含重金屬廢水的研究新方向。

植物主要通過植物固定、降解等方式處理有機污染物?，F(xiàn)有研究成果表明，銀合歡可以吸收和分解三氯乙烯、二溴甲烷等；相較于無耕種的地區(qū)，TPH 含量在黑麥與大豆輪作的耕地上顯著降低；轉(zhuǎn)基因胡蘿卜根須中聚集的苯酚含量最高可達1 000 mmol/L，氯酚含量可達50 mmol/L，實測在120 h 內(nèi)可降解水體內(nèi)90%以上的苯酚類化合物，其根須中的過氧化酶可以促進苯酚類化合物的分解。除此之外，植物還能有效降解土地中的除草劑和殺蟲劑等農(nóng)藥品。

2.2 動物修復(fù)

與植物修復(fù)不同的是，水生動物由于細胞內(nèi)缺少細胞壁，因此主要通過細胞膜的屏障作用吸收和轉(zhuǎn)移污染物質(zhì)。

1）運輸方式。動物細胞膜對污染物主要有兩種運輸方式，即被動運輸和特殊轉(zhuǎn)運。一種是簡單的物理作用，即過濾、篩選和擴散，另一種則是通過蛋白質(zhì)的識別作用攜帶污染物進入細胞，體現(xiàn)了細胞膜在生物意義上結(jié)構(gòu)和功能的有機結(jié)合。

2）吸收作用。①經(jīng)呼吸系統(tǒng)吸收。水生動物的呼吸系統(tǒng)主要包括呼吸道、氣管和肺部，這三者都可吸收部分污染物。除此之外，魚類首先通過魚鰓過濾污染物。②經(jīng)消化系統(tǒng)吸收。能夠吸收污染物的消化系統(tǒng)主要包括腸道粘膜和消化道等。腸道粘膜因其特殊的微絨毛結(jié)構(gòu)能夠吸收更多的污染物，此外，污染物化學結(jié)構(gòu)的不同造成了吸收效果的不同。③經(jīng)皮膚及其它途徑吸收。皮膚是水生動物最早接觸污染物的器官，甚至可能是防御效果最好的器官。皮膚對污染物的吸收作用主要體現(xiàn)在以擴散的方式經(jīng)過與外界接觸的表皮層和真皮層。

2.3 微生物修復(fù)

微生物除了是大自然中杰出的分解者外，同時也是污染水體中生物修復(fù)的主力軍。一方面，它能在好氧環(huán)境下將有機污染物徹底氧化分解成無機物。另一方面，在厭氧條件下也能將有機物降解并轉(zhuǎn)化成CO2、H2和小分子有機酸等。盡管如此，微生物也難以降解重金屬，但是可以降低重金屬的毒性，并將其固定在真菌體內(nèi)。

微生物在汞的去甲基化及還原方面發(fā)揮了重要作用。例如，假單胞菌K62 可以讓無機汞和有機汞發(fā)生反應(yīng)并形成元素汞。變形桿菌和藍綠色假單胞菌可以讓汞離子轉(zhuǎn)化成元素汞，經(jīng)過10 h 的揮發(fā)作用后，汞含量可低至25%。

現(xiàn)有研究已闡明微生物對重金屬的累積和固定與細胞內(nèi)金屬硫蛋白MT 有關(guān)，MT 與汞、鋅、銅和銀等重金屬具有良好的親和性，從而抑制重金屬的毒性。

3 應(yīng)用案例

水生植物的生態(tài)功能主要體現(xiàn)在對氮磷的吸收、對微生物的降解及物理吸附上面?？茖W設(shè)置配比可以起到良好的水體修復(fù)的效果。

在A 村某小流域內(nèi)，通過對于該區(qū)域的地理環(huán)境、水流條件的分析，選定栽植茭草、菱角為水體修復(fù)植被。經(jīng)過兩個月的水質(zhì)連續(xù)監(jiān)測，可發(fā)現(xiàn)：總磷含量由0.23 mg/L 降低至0.16 mg/L，氨氮含量由2.3 mg/L 降低至1.7 mg/L，此外，修復(fù)后河道各斷面的氨氮含量相差并不大。

李秀艷等通過對比實驗研究泥鰍在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮的作用，結(jié)果表明泥鰍可以促進水體在填料和根系空間的流動和交換，并以此加速老化生物膜的脫落。同時，泥鰍腸道與外界的吞氧交互過程也可以直接將氧氣運輸?shù)剿缀吞盍厦芗膮^(qū)域，以此增進表層水面空氣與中下層水體的交換。

投放微生物修復(fù)劑即添加有效微生物群EM，不僅可以加快富營養(yǎng)化水體中的有機物和污染物質(zhì)降解速度，而且可以顯著提高水體中微生物的種群密度，利用大規(guī)模微生物群的代謝作用可在短期內(nèi)加快污染物的降解速度，從而達到修復(fù)水質(zhì)的目的。在我國農(nóng)村多地水體中投入有效微生物群EM 期間，TN、TP 的含量均明顯下降，較之前肉眼可見變的更清澈。在停止投放修復(fù)劑1 個月之后，水體中TN、TP 的含量呈下降趨勢并到達最低點，大約下降了60%。

4 總 結(jié)

生態(tài)修復(fù)任重道遠，永遠是中點而不是終點。對于生態(tài)環(huán)境要時刻保持警惕，在農(nóng)村普及河流環(huán)保意識，加大宣傳力度，施以適度獎懲措施，讓農(nóng)村河流生態(tài)長期穩(wěn)定發(fā)展。

1）生態(tài)修復(fù)作為農(nóng)村水體污染治理的關(guān)鍵一環(huán)，同時也是農(nóng)村水體污染控制的最后一道防線。在水質(zhì)整治流程中，雖然采取了源頭治理和生態(tài)措施阻截，但是依舊會有部分污染物會進入水體。與此同時，由于農(nóng)田化肥濫用、工業(yè)聚集、生活污水排放等影響，其水體污染形勢已十分嚴峻，生態(tài)功能嚴重受損。因此，實施水環(huán)境生態(tài)修復(fù)治理，意義不光是為了改善水質(zhì)、提高水體凈化能力、恢復(fù)農(nóng)村水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的正常運轉(zhuǎn)等，更是建立農(nóng)村水體污染控制體系的迫切需求。

2）生態(tài)修復(fù)要注重權(quán)衡各項技術(shù)工藝的利弊，擇優(yōu)組合應(yīng)用。并且要提前編制維護管理方案，評估可靠性與可行性。

3）生態(tài)修復(fù)技術(shù)要在應(yīng)用中不斷完善，并充分考慮當?shù)貙嶋H情況，結(jié)合當?shù)匕l(fā)展政策優(yōu)化選擇具體技術(shù)。