水生植物在富营养化水体治理工程中的应用

摘要 水生植物是一种景观造景植物。对富营养化水体的治理效果也很显著。该文介绍了水生植物及其生态功能、在富营养化水体修复中的净化效果以及在工程中的实际应用状况，展望了今后水生植物修复的研究前景。

关键词 水生植物；富营养化；生态修复

中图分类号 X52 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）04-0237-02

近年来，随着社会的迅速发展，人类活动的加剧，人类赖以生存的环境正遭受着前所未有的损害，特别是水体富营养化问题，已成为当今世界最有挑战性的环境问题之一。水体富营养化是由于工业污水，农业施肥以及生活污水向水体中排放过量的氮磷导致营养物质大量积累，水生生物大量繁殖，造成水生生态系统的失衡。我国湖泊众多，大于1 km2的湖泊有2 300多个，湖泊面积约为70 988 km2，占陆地总面积的0.8%，其中处于富营养化状态的湖泊占统计湖泊的56%。目前，我国水体富营养化问题较为突出，太湖、滇池、东湖、巢湖都已处于严重的富营养化状态。2007年，太湖蓝藻爆发，引发了水资源危机，影响到周边居民的饮用水安全。“围着太湖没水喝”是对人类淡薄环境保护意识的一种讽刺，更为人类敲响了水体治理的警钟。

20世纪60年代以来，关于修复富营养化水体的研究报道已有许多，采用打捞藻类、疏挖底泥、饮水稀释或换水等物理方法，或使用化学杀藻剂如硫酸铜、石灰粉等化学方法来治理水体富营养化的效果甚微，而且花费较高，还容易造成二次污染。20世纪70年代中期以来，国内外在利用水生植物净化和修复污染水体方面做了大量研究工作，在利用水生植物消除污染、改善水质、恢复水体生态功能、提高经济效益等方面取得了很多成果。目前，利用水生植物净化水体是一种简单高效、成本低廉、节约能源、生态环保的方法，是国内外广泛应用的生物治理方法，是现今水体修复的研究热点之一。该文就水生植物及其生态功能、在富营养化水体修复中的净化效果以及在工程中的实际应用方面进行综述，以期为我国水体富营养化的治理提供理论参考。

1 水生植物及其生态功能

水生植物是一个生态学范畴上的类群，是不同分类群植物通过长期适应水环境而形成的趋同性适应类型[1]，它主要由两大类组成：水生维管束植物和高等藻类。其中，水生维管束植物按其生态类型可以分为沉水植物、浮叶植物、漂浮植物和挺水植物。不同生态类型的水生植物有着不同的净化功能（表1）。水生植物作为水生态系统中的初级生产者，能吸收水体中的氮磷等营养盐、富集水体中的重金属，将其同化为自身的组织结构，随着植物采收的时候将营养盐和重金属转移出水体；另外，水生植物的根系具有强大的吸附、沉降有机物的能力以及对藻类的抑制作用；水生植物的这些特点是利用水生植物治理污水，特别是富营养化水体治理的理论基础。

宋 福等采用伊乐藻、苦草、狐尾藻、篦齿眼子菜、金鱼藻、菹草、轮藻进行富营养化水体治理效果试验，结果表明其对总氮、总磷均有显著去除作用[2]。童昌华等研究发现金鱼藻、狐尾藻、微齿（禾叶）眼子菜、马来眼子菜、凤眼莲、苦草对水中总氮、总磷和硝态氮有较好的去除效果，而以狐尾藻和微齿眼子菜2种效果最好[3]。孙文浩等研究发现水花生、水浮莲、满江红、紫萍、浮萍、西洋菜和凤眼莲对雷氏衣藻都有抑制效应，凤眼莲的抑制作用最强[4]。何池全等[5]研究发现石菖蒲具有抑藻作用。到目前为止，国内外众多试验研究找出了很多对水体净化和修复有显著作用的水生植物，并把它们运用于多种生产实践之中，水生植物在水体富营养化治理中起着非常重要的作用。

2 水生植物修复富营养化水体的效果

水体富营养化主要是由水中的氮、磷等营养元素过剩导致的，所以长期以来脱氮除磷一直是水体富营养化治理的关键任务。氮、磷是植物生长所需的基本营养元素，水生植物可以吸收利用水中的氮磷、释放氧气、与藻类竞争阳光与养分以限制藻类的生长从而到达净化水质的效果。所以利用水生植物修复富营养化水体是众多环境保护者们研究的热点。

蒋艾青关于凤眼莲对城郊污水鱼塘中的氨态氮、硝态氮、COD、总氮的去除率研究中发现其去除率可达70%、88.1%、56%、73.1%[6]。在最适宜的生长条件下，凤眼莲每天吸收氮的量可达3.4 kg/hm2，吸收磷的量可达0.43 kg/hm2 [7]。邵林广的研究发现，应用水浮莲对富营养化湖泊进行净化，BOD5的去除率在70%以上，总磷去除率70%以上，总氮去除率60%以上[8]。袁东海[9]在人工湿地系统对污水氮的净化效果的研究中报道，石菖蒲、蝴蝶花和灯芯草3个植物系统的总氮平均去除率为77.7%、66.4%和71.2%，而无植物系统的去除率仅为55.8%。吴振斌[10]等研究了采用复合垂直流人工湿地系统对污水磷的净化效果，研究表明：3个采用植物的系统的去除率分别为61%、65%和59%，而无植物系统的去除率仅为28%。研究报道称，在种有芦苇的水池中，其氯化物减少90%，磷酸盐减少20%，有机氮减少60%，氨氮减少66%。这些研究充分说明了水生植物对净化水体中氮磷等富营养化物质有显著的作用。

水生植物在降低水体中的COD和总悬浮物（SS）等指标上也有显著的效果。李立明[11]研究结果表明，利用水生植物绿萍、水葫芦治理淀粉废水，CODcr、和SS的去除率为98%和97%。诸惠昌[12]等进行人工湿地处理乳制品厂废水研究，结果表明，种植植物4年的芦苇床对进水中COD为400～800 mg/L的乳制品厂废水进行处理，COD去除率达97%～98%，BOD去除率达98%～99%，净化效果良好。

3 水生植物在水体修复工程中的应用

目前，关于利用水生植物修复受污染水体的研究颇多，也找到了很多在治理水体污染方面有显著效果的水生植物，如芦苇、菖蒲、灯芯草、水浮莲、凤眼莲、苦草、伊乐藻等，这些水生植物耐污能力强、净化效果好，而且生态环保。然而，如何将它们更好地运用到生产实践中也是非常重要的，除了单纯地将水生植物直接栽植入水体中外，在工程中还有多种形式的应用方式，如人工浮岛、人工湿地系统和生态沟渠等。

3.1 人工浮岛

人工浮岛又称为生态浮床，是以竹子、PVC管或聚苯乙烯发泡板等为主要材料制成的浮力较大的浮床，将水生植物栽植在上面，使其根系直接接触水面，吸收、富集氮磷等营养物质，从而达到净化水体的效果。它的主要机能有：水质净化；创造生物的生息空间；改善景观；消波效果对岸边构成保护作用。生态浮床在针对富营养化水质治理中的效果尤为突出。生态浮床上配置吸收氮、磷能力很强的水生植物，根系充分接触水体，吸收能力得以最大化，根系还为一些微生物提供栖息场所，增加生物多样性，加强了降解水中COD的能力。

人工浮岛因其制作工艺简单、成本较低、易于操作、效果明显而被广泛应用于水体修复工程中。在宜兴市周铁镇太湖一级保护区面源氮、磷流失生态拦截工程中就采用了这一技术。浮岛载体采用无二次污染的植物载体，根据河流断面情况选择不同的浮岛形状，在通航区剩余水面宽度应满足通航要求，浮岛载体用缆绳固定在沿岸固定桩上，浮岛上嵌植菖蒲、莎草等去污染能力强、景观效果好的挺水植物、湿生植物。浮岛中的水生植物根基网络样的微生态小环境具有典型的活性生物膜功能，具有很强的净化水质能力，对多种污染物有很强的吸收、分解、富集能力。浮岛既是鱼类产卵的产卵床，也是小鱼的栖身地，水中的浮游植物成了鱼饵。人工生态浮岛本身具有遮蔽、涡流、饲料等效果，构成了鱼类生息的良好条件，改善了水体的生态环境。浮岛上的水生植物又能引来蜜蜂、蜻蜓、蝴蝶等昆虫及鸟类，为它们筑巢、生息创造了条件。

3.2 人工湿地

人工湿地是一种模拟自然湿地的人工生态系统，它在净化水体、美化环境、保护生物多样性以及为鸟类、微生物提供栖息的场所方面起着不可替代的作用。水生植物作为人工湿地的一部分，在人工湿地中占据着非常重要的位置，其生长发育直接影响着水质的好坏。成水平[13]等利用香蒲、灯心草湿地净化城镇污水，出水水质总体上达到国家Ⅱ、Ⅲ类地面水标准，2种湿地对人工污水中TN去除率均维持在94%以上。江苏美尚生态景观股份有限公司在惠山新城生态湿地公园、尚贤河湿地以及宜兴西太湖湿地等多项工程中充分发挥了水生植物的作用，重建人工湿地系统，达到净化水质的效果。宜兴西太湖湿地是一个观太湖的好地方，沙塘港到邾渎港段湿地修复工程以生态修复为主，保持原生态风貌，该段湿地种植了杉树、垂柳、枫杨等水源涵养树种，形成生态防护林，水面上种植了芦苇、莲藕、菱角、菰草等水生植物，那里几乎不设人工景点，仍保持着原汁原味的自然风景。

3.3 生态沟渠

生态沟渠既是灌溉排水的通道，同时还是一种线性湿地，具有治理农业面源污染的作用。作为水生态系统，生态沟渠在正常发挥输水配水功能的前提下，为生物创造了适宜栖息的环境，拦截沉降各种流经沟渠的污染物，水体的自净能力得以有效增强。生态沟渠的净水功能主要是由沟渠中种植的植物、底部栖息的动物、腐殖细菌以及微生物等所形成的生态系统所提供的。沟渠中的生物量决定了净化功能的大小。生物量越大，表明沟渠所能截留和吸收的污染物质越多。同时，由于净化功能由生物提供，减缓水流流速，提高污水在沟渠内的停留时间，提高沟渠的处理效率。在生产实践中，特别是农业大棚类的农业集中区域，应当在农田系统中构建成一定的生态沟渠，在沟渠中可采用竹筏编制的植物载体配合栽植一些净化效果好的水生植物如水芹、水芋等，并在沟渠中设置透水坝、拦截坝等辅工程设施，对沟渠水体中氮、磷等营养物质进行拦截、吸附，从而净化水质，减少面源污染流入河流。

4 展望

水生植物作为水生态修复过程中的一个重要参与者，受到越来越多国家和地区的重视，并广泛运用于研究和实践领域。今后对于水生植物在富营养化水体生态修复的研究应注重以下几个方面：一是在不同的水污染条件下，最佳水生植物配置的研究；二是加大对本土水生植物在水生态修复方面的研究；三是水生植物的后期处理及资源化利用的研究；四是对水生植物的化感作用的机理及影响因素作深入的研究；水生植物应用于水体生态修复具有经济、高效、环保等特性，无疑为我国日益恶化的水环境提供了良好的解决途径，具有良好的研究和应用前景。

5 参考文献

[1] 刘健康.高级水生生物学[M].北京：科学出版社，1999.

[2] 宋福，陈艳卿，乔建荣，等.常见沉水植物对草海水体（含底泥）总氮去除速率的研究[J].环境科学研究，1997，10（4）：47-50.

[3] VAN DONK E，GULATI R D，IEDEMA A，et al.Macrophyte-related shifts in the nitrogen and phosphorus contents of the different trophic levels in a biomanipulated shallow lake[J].Hydrobiologia，1993（25）1：19-26.

[4] 俞子文，孙文浩，郭克勤，等.几种水生植物的克藻效应[J].水生生物学报，1992，16（1）：1-7.

[5] 何池全，叶居新.石菖蒲（Acorus tatarinowii）克藻效应的研究[J].生态学报，1999，19（5）：754-758.

[6] 蒋艾青.凤眼莲对城郊污水鱼塘的净化试验[J].淡水渔业，2003，33（5）：43-44.

[7] 李典友.水体富营养化污染的生物防治对策及效益分析[J].生物学杂志，2000，17（6）：35-36.

[8] 邵林广.水浮莲净化富营养化湖泊试验研究[J].环境与开发，2001，16（2）：28-29

[9] 袁东海，任全进，高士祥，等.几种湿地植物净化生活污水COD、总氮效果比较[J].应用生态学报，2004，15（12）：2337-2341.

[10] 吴振斌，陈辉蓉，贺峰，等.人工湿地系统对污水磷的净化效果[J].水生生物学报，2001，25（1）：28-35.

[11] 李立明.利用水生植物治理淀粉废水[J].环境保护科学，1996，22（2）：24-26.

[12] 诸惠昌，STEVENS D K.用人工湿地处理乳制品厂废水的研究[J].环境科学，1996，17（5）：30-32.

[13] 成水平.香蒲、灯心草人工湿地地研究[J].湖泊科学，1997，9（4）：351-358.