曾亞英斯琴高娃郝娟馬小雪李文才殷瑩

(1.內(nèi)蒙古阿拉善盟農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全中心，內(nèi)蒙古 阿拉善 730306；2.內(nèi)蒙古阿拉善盟額濟(jì)納旗農(nóng)牧業(yè)技術(shù)推廣中心，內(nèi)蒙古 阿拉善 735400)

引言

目前湖泊水體污染,富營養(yǎng)化嚴(yán)重，已成為國內(nèi)外普遍存在的重要環(huán)境問題之一[1]。水體污染作為當(dāng)下對(duì)環(huán)境惡劣形勢(shì)予以治理的關(guān)鍵內(nèi)容，其所包含的生態(tài)系統(tǒng)與水體生態(tài)功能等受內(nèi)外在因素的不良影響，使得水資源可持續(xù)利用戰(zhàn)略的推進(jìn)極為困難。針對(duì)普遍存在于富營養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)工程中的水生植物，如沉水植物、挺水植物、漂浮植物等，需要選擇使用合適的水生植物修復(fù)技術(shù)以達(dá)到富營養(yǎng)化水體治理的最終目的，在這一過程中，科學(xué)合理的技術(shù)的應(yīng)用表現(xiàn)出了投資小與高環(huán)保效果的優(yōu)勢(shì)。從水生植物的種植功能角度來看，其通過吸收與吸附雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化目標(biāo)，并在各類營養(yǎng)物質(zhì)互相競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)節(jié)充分發(fā)揮競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，從而達(dá)到抑制藻類植物繁殖的目的，為水體環(huán)境的改善提供了完備條件。近些年來，針對(duì)以水生植物種植為核心的水體凈化研究角度，以圍繞挺水植物構(gòu)建出的人工濕地凈化水體為例，有專家對(duì)各類植物的凈化效果差異進(jìn)行了深入分析。因此，探討水生植物對(duì)湖泊水體的凈化作用對(duì)進(jìn)一步深入研究挺水植物對(duì)湖泊生態(tài)修復(fù)具有重要參考意義。本文對(duì)移植水生植物對(duì)湖泊水體凈化作用進(jìn)行研究分析，并以居延海進(jìn)行實(shí)例分析。

1 水生植物對(duì)湖泊水體凈化的作用研究

1.1 水生植物凈化水體的途徑

1.1.1 直接吸收

對(duì)于水生植物來說，其自身生命周期相較藻類要長得多，直至其完全死亡才會(huì)將其吸收水中的營養(yǎng)物質(zhì)釋放出來，這也是磷等元素被儲(chǔ)存在挺水植物內(nèi)相較藻類有更為突出穩(wěn)定性特征表現(xiàn)的主要原因?；诖?，建議通過在已經(jīng)處于富營養(yǎng)狀態(tài)的水體中種植一定量水生植物的方式以達(dá)到去除水體中過多元素的目的，且能夠在這一過程中獲得更多的與水生植物相關(guān)聯(lián)的生物資源。植物具有直接對(duì)磷、氮等化合物吸收的特征，且在其生長狀態(tài)中所產(chǎn)生的根系分泌物更可促使一系列的具有嗜磷、氮等元素特征的細(xì)菌的生長進(jìn)程，為實(shí)現(xiàn)磷、氮等元素的轉(zhuǎn)化目標(biāo)提供完備條件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水體凈化效率的提升目標(biāo)。

1.1.2 微生物降解

對(duì)于微生物來說，其所進(jìn)行的一系列代謝活動(dòng)具有將水體中化合物進(jìn)行生物降解的作用。以氮為例，植物吸收固然在這一環(huán)節(jié)凸顯出了極佳的應(yīng)用效果，但其所使用的去除機(jī)制依舊以硝化與反硝化居多。作為水生植物，可在這一機(jī)制的支持下去除大約40%～90%的氮元素。從這點(diǎn)來看，微生物在整個(gè)水體凈化環(huán)節(jié)所凸顯出的降解效果不容忽視，若能夠配合使用合適的水生植物種植方案，將在其代謝活動(dòng)中所產(chǎn)生的氧氣與其它類型營養(yǎng)物質(zhì)的共同支持下起到促進(jìn)微生物生長的重要作用，為提高污染物降解效率奠定基礎(chǔ)。

1.1.3 抑制藻類生長

對(duì)于水生植物來說，由于其具有生命周期長、吸收養(yǎng)分多等能力，使得其相較藻類在競(jìng)爭(zhēng)過程中占據(jù)的優(yōu)勢(shì)更大，這也是其表現(xiàn)出抑制藻類生長速度的主要原因。部分水生植物由于自身浸出液的原因，使其抑制藻類生長的能力得到增強(qiáng)。再加上水生植物的大量種植促使空間生態(tài)增加，對(duì)水中光照與溶氧條件的改善具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義，進(jìn)而為一系列的水生植物提供完備的食物與生存場(chǎng)所條件，是維持生物多樣性狀態(tài)的關(guān)鍵因素。部分以藻類為主要食物的小型水生生物，也將會(huì)逐漸聚集在植物旁生長，為藻類生長速度的減緩奠定基礎(chǔ)。

1.1.4 物理化學(xué)分解

部分存在于水與沉積物中的營養(yǎng)元素，將會(huì)在植物的吸收與揮發(fā)作用的影響下逐漸被去除。部分存在于湖泊旁的水生植物，由于土壤表面或近水體位置風(fēng)速會(huì)降低的原因，使得水體中懸浮物沉積量大大減少，繼而將沉積物質(zhì)再懸浮現(xiàn)象的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)予以降低，促使水體與植物的接觸時(shí)間大大延長，為保證水體環(huán)境穩(wěn)定性提供了完備條件，并起到了將水體濁度降低的重要作用。

1.2 影響水生植物凈化富營養(yǎng)化水體的因素

1.2.1 水生植物凈化水體的差異

不同類型的挺水植物由于自身生長速率的差異，使得其對(duì)水體中營養(yǎng)物質(zhì)的吸收效果也略有不同，過程中表現(xiàn)出的促進(jìn)微生物生長的實(shí)際能力同樣表現(xiàn)出了差異化特點(diǎn)。有專家選擇在汾河太原段水體富營養(yǎng)化區(qū)域投入包括豆瓣菜、蘆葦?shù)戎参镌趦?nèi)的6種水生植物，從最終結(jié)果來看，這些植物均表現(xiàn)出一定的修復(fù)試驗(yàn)段水體生態(tài)環(huán)境的作用，其中尤以蘆葦獲得的效果最佳；還有專家選擇在合適水域內(nèi)揉入寬葉香蒲、水蔥等4種植物，作為對(duì)人工濕地系統(tǒng)中氮與磷元素去除能力研究的植物類型，發(fā)現(xiàn)不同水生植物所體現(xiàn)出的吸收磷、氮元素的能力各有不同，其中尤以水蔥體現(xiàn)出的吸收效果最佳。

1.2.2 水體富營養(yǎng)化程度

根據(jù)研究可知，當(dāng)?shù)土椎暮吭谡７秶鷥?nèi)時(shí)，隨著氮和磷含量的增加，挺水植物對(duì)富營養(yǎng)化水體中污染物的凈化作用也會(huì)增加。與此同時(shí)，因不同品種的植物在生長規(guī)律、對(duì)營養(yǎng)成分的需求、養(yǎng)分需求比例、養(yǎng)分飽和度極限，以及植物根系對(duì)微生物生長和繁殖的影響等方面具有很大程度的差異性，因而，對(duì)各種富營養(yǎng)化水體的處理效果也不盡一致，在特定的濃度下，隨著水體中N、P和其它元素的加入，植物的凈化效果也隨之提高。一旦超過這個(gè)限度，就會(huì)導(dǎo)致植物的凈化效果下降，從而對(duì)植株的生長產(chǎn)生不利的作用。

1.2.3 挺水植物移植方式

由于不同植物對(duì)不同污染物的凈化效果存在差異，在不同階段，不同植株的生長速度和新陳代謝的差別，因此，多種植物進(jìn)行合理搭配后要比單獨(dú)一種植物的凈化效果要強(qiáng)。同時(shí)，通過多種植物搭配，可以增加品種的多樣性，從而保證體系的穩(wěn)定性，降低病蟲害發(fā)生的概率。在植物中，挺水植物、沉水植物、漂浮植物、浮葉植物在生態(tài)學(xué)上表現(xiàn)出強(qiáng)烈的差異，如，沉水植物，其根、莖、葉都可以很好地從水里汲取養(yǎng)分；挺水植物的根系比較強(qiáng)壯，可以從土壤中汲取養(yǎng)分；漂浮植物的根系極為發(fā)達(dá)，能夠從水中汲取養(yǎng)分；浮葉植物的根莖在底泥中生長，可以從水中及淤積中汲取養(yǎng)分；將幾種植物組合在一起，與單一的挺(沉)水植物或2種植物組成的群落相比，其生態(tài)作用要更好。

1.2.4 其它因素

溫度、光照、微生物等因素也會(huì)對(duì)植物凈化富營養(yǎng)化水體的效果具有一定影響。通常情況下，溫度越高，植物的生長就會(huì)越好，吸收的養(yǎng)分就會(huì)越多，生物量就會(huì)越大，凈化效果也就越好。而某些抗寒的植株則正好與之形成鮮明對(duì)比，在冬季對(duì)水體的凈化效果更好；光照強(qiáng)度會(huì)對(duì)光合作用和植株的生長發(fā)育造成一定的影響，從而導(dǎo)致凈化效果的改變；植物對(duì)N、P的利用和吸收與根內(nèi)的微生物有很大關(guān)系，而微生物的類型和數(shù)目也會(huì)對(duì)植物的凈化效率有一定影響[2]。

2 居延海湖泊水體凈化措施

2.1 居延海概況

東居延海作為黑河下游綠洲生態(tài)系統(tǒng)重要的支撐點(diǎn)，其水質(zhì)是綠洲生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)和影響因素，居延海的存在對(duì)額濟(jì)納旗生態(tài)環(huán)境具有重大意義。通過調(diào)查研究，東居延海浮游生物的種類、密度、生物量及多樣性等群落特征以及結(jié)合浮游生物優(yōu)勢(shì)種、水質(zhì)理化指標(biāo)分析湖區(qū)水質(zhì)為中營養(yǎng)型，但TN超標(biāo)嚴(yán)重，存在湖區(qū)有機(jī)物污染加大和一定的富營養(yǎng)化趨勢(shì)。主要原因?yàn)樗w中營養(yǎng)物質(zhì)過多，湖周邊蘆葦植物腐敗落到湖底，水體二次污染，加劇富營養(yǎng)化程度；不斷加厚的底泥成為污染物潛藏的溫床，給湖區(qū)水環(huán)境和水生態(tài)治理帶來隱患，同時(shí)也承載著上游河道帶來的N、P等物質(zhì)進(jìn)入湖區(qū)，加劇了湖區(qū)水質(zhì)的變差。因此，為改善東居延海水質(zhì)狀況，可通過移植適宜湖區(qū)水環(huán)境的水生植物，有利于減少湖水的蒸發(fā)，增強(qiáng)東居延海湖水水循環(huán)能力，通過水體的交換和更替，改善東居延海水體水質(zhì)。

2.2 挺水植物對(duì)居延海水體凈化作用比選

在凈化水體工程中,水生植物對(duì)水中污染物吸收凈化起著十分重要的作用，選擇適當(dāng)?shù)乃参锸切迯?fù)自然濕地生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵措施。因此,針對(duì)不同水生植物對(duì)水體富營養(yǎng)化中氮磷的去除比較進(jìn)行篩選研究,根據(jù)居延海目前的污染程度，再結(jié)合景觀效果和經(jīng)濟(jì)效益，選出最適合居延海移植的水生植物，主要有茭白、黃菖蒲、黃花鳶尾、美人蕉、水蔥、香根草、慈菇7種，各水生植物凈化富營養(yǎng)化水體效果詳情見表1。

表1 水生植物凈化富營養(yǎng)化水體的研究比較

利用水生植物凈化污水技術(shù)投資少、低能耗，處理過程與自然生態(tài)系統(tǒng)有著更大的相融性，無二次污染,能實(shí)現(xiàn)水體營養(yǎng)平衡，改善水體的自凈能力，對(duì)水體的主要污染物均有良好的處理效果,被認(rèn)為是最有前途的水體修復(fù)技術(shù)。水生植物凈化富營養(yǎng)化水體在理論上是可行的，在實(shí)踐上也是可操作的。本研究中選出茭白、黃菖蒲、黃花鳶尾等7種適合在居延海移植的水生植物，其具有頑強(qiáng)生命力，適合在北方這種惡劣環(huán)境下生長，同時(shí)能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和景觀效益。