湿生植物对富营养化水体修复研究（一）

目前解决富营养化问题的相关技术大致分为三类：碳纳米管、电处理、光催化器等物理技术，向水体添加化学药品等化学手段，微生物处理、生物膜技术、构建湿地、植物浮床技术、重建水下森林等生物手段。其中构建湿地、植物浮床技术、重建水下森林通称植物修复，其以浮床、浮岛、湿地等主要形式配合水生动物、微生物净化水体。植物修复在水体富营养化修复中较其他技术便捷、经济、环保，在实际中应用更广。本文将从湿地植物修复水体能力、湿地植物在水体修复中的应用形式以及影响植物修复效果等方面对植物修复富营养水体的研究进行总结，并对植物修复工作进行了展望。

植物修复的基础

☆ 筛选吸收氮磷能力强且适应性好的湿生植物

关于湿生植物的界定不同人有不同理解，Best认为湿生植物是生长在沼泽地或沿岸带的大型草本植物，Hartog等人认为湿生植物有漂浮、沼生植物和假水生植物等。赵家荣等人则按照形态特征和生活方式，将湿地植物分为挺水植物、浮叶植物、漂浮植物和沉水植物四大类。湿地植物大都具有发达的根系，能极大限度扩展人工湿地污水净化空间，提高吸收能力。大型植物作为湿地常见植物，不仅在处理污水方面具有显著的作用，还为鸟类、昆虫、水生动物提供栖息环境，同时美化景观，使人心情愉悦等。因此，筛选生长量大、适应能力强、净化效果好又兼具景观效果的湿生植物是植物修复工作的一个重要方面。

凤眼莲是最早用于净化水质的植物之一，国外利用凤眼莲净化水质的历史，可以追溯到1948年Dymond、1996年Gawel等的研究。凤眼莲的研究主要从去除重金属、吸收氮磷、抑藻作用展开。吴振斌等在武汉东湖富营养浅水湖泊中建立大型试验围隔系统，结果发现重建沉水植物是修复重建富营养湖泊生态系统的重要措施。以沉水植物为主的水生植被恢复后，可以有效地降低营养循环速度，控制浮游植物过度增长，而且沉水植物可以对富营养化和重金属污染的水体和底泥起到净化作用。

大多数研究采用水培法比较植物间去除水体氮磷能力以及对水质物理指标的评定。植物对氮磷去除能力不同，有的植物对氮素去除较好，有的植物对磷素去除较好，有的兼具2种去除能力。随着植物修复模式的改进，观赏效果好、适应能力强、适应不同形态湿地环境、不同富营养化水质的水生植物筛选工作大量展开。Ling等人对5种景观植物对垂直流河流景观水体的净化效果进行研究，结果发现5种植物的生活力有显著差别，凤眼莲长势最好，表现为凤眼蓝＞绿萝＞鸡冠花＞金盏花＞一串红。植物应用在水体和湿地中，湿生植物的适应性好于陆生植物。当利用湿生植物处理不同形态的富营养水体时，发现湿生植物之间的净化效果具有差异性，但植物组处理富营养化水体优于无植物组。

目前国内筛选净化能力好的湿生植物研究较多，已用于或可用于浮床种植来净化水体的挺水植物主要有美人蕉、芦苇、荻、多花黑麦草、稗草、水稻、香根草、牛筋草、香蒲、菖蒲、石菖蒲、海芋、凤眼莲、水芹菜、水蕹菜、芝麻花、旱伞草、灯心草。去除TN和TP净化能力较好的湿地植物有黄菖蒲、芦苇、美人蕉、香蒲、水葱，去除TN能力较好的湿地植物有水蕹菜、黄蝴蝶花、西伯利亚蝴蝶花、互花附子、水生美人蕉和芒金鱼藻、狐尾藻、凤眼蓝、菖蒲；去除TP能力较好的湿地植物有慈姑、窄叶泽泻、花叶菖蒲、美人蕉、千屈菜、伊乐藻、菹草、苦草、金鱼藻。

☆ 植物组合在湿地构建和浮床中的应用

多数试验结果认为不同生活型的水生植物物种的合理镶嵌组合形成的水生植物群落，比单一生活型水生植物氮磷去除率更高，且净化效果更为稳定，刘足根等人通过试验确定了乡土种穗花狐尾藻+狭叶香蒲的镶嵌组合为不同生活型水生植物组合净化氮磷效果最优模式。Coleman等人采用3种常见的阿巴拉契亚山脉植物对水体净化效果比较，发现水深度对湿地处理没有影响但对植物生长形式有影响，碎石有净化效果，植物有更好的净化效果，香蒲长势和净化效果显著好于灯心草和水葱，混合效果好于单一物种，香蒲在混合中是优势种，当营养物质受限时，水体中会产生毒性物质，影响其生长。Fra-ser等人在构建的湿地中利用4种湿生植物去除土壤渗出液2种水平的氮(N)和磷(P)，植物在降低土壤渗滤液中总氮和总磷浓度时，比未种植的更有效；降低氮和磷的潜力方面存在不同的物种效应；但不能确定植物混合组合在降低氮和磷方面比单一品种更有效，植物对氮磷具有一定的去除效果，总体来讲植物群落效果好于单一物种，栽植的无氮磷基质有去除氮磷效果。

植物修复技术

不同类型人工湿地对生活污水的处理效果，受到许多因素的影响，其中不同湿地类型，会造成人工湿地对主要污染物COD、TN和TP的净化效果的差异，在水平潜流、垂直上行流和下行流人工湿地中对人工合成的生活污水的处理效果和主要污染物(COD、TN和TP)去除率随季节变化，在垂直上行流和垂直下行流去除效果不同，香蒲在垂直下行流湿地去除有机污染物效果最好，去除率可达85.55%；水葱在垂直上行流湿地去除TN效果最好，去除率可达57.52%，香蒲在垂直上行流湿地去除TP效果最好，去除率可达84.28%。HFCW水平流和VFCW垂直流人工湿地对不同污染物均有明显的去除效果，VFCW不仅在COD和BOD去除方面比HFCW更有效，且由于潮汐垂直流的存在，可以渗透更多的氧气，而且体积小，滞留时间长。VFCW具有粒径小、出水水质高、硝化效果好等优点，比HFCW具有更好的污水处理效果，Barco等人构建了水平次面流(HSSF)床、沉降池和FTW层组成的混合人工湿地(H-CW)处理城市废水的净化性能，该结构由一组HSSF层和FTW层组成，其显著降低氮的总量。除了解决静态污水处理，湿地也用来处理动态污水，Moore等人利用水生植被对模拟径流中的硝态氮、铵态氮和可溶性活性磷进行修复，这项新研究的结果突出了物种内部和物种之间在养分特定吸收方面的内在变异，以及物种在养分保留方面的时间变异。通过这种自然变化，学者可以设计对改善农业径流水质有更大影响的植物修复。混杂湿地水平流和垂直流湿地具有更好的净化效果，今后对不同形态水体、不同污染程度水体进行植物筛选仍是工作重点。因此构建不同类型的湿地是目前研究的新突破点。

解决富营养化问题需要大量人力、物力、财力，植物浮床作为经济便捷的手段应运而生。植物浮床也称植物浮岛、生态浮岛或人工浮岛，主要采用无土栽培技术将植物种植在聚乙烯泡沫板或者高分子材料，然后悬垂于水中。植物浮床修复污水是生物、物理和化学综合的过程，利用水生植物和根基微生物吸收氮、磷，降低有机物含量。影响污染物去除率的因素有植物、温度、季节、处理时间、覆盖度、初始浓度等。从植物及其组合、生态系统结构的转变和水生资源的利用等方面展望了生态系统的发展方向，探讨了生态系统的建设和管理技术，实现了景观效益和生态功能的双赢。利用浮床种植植物治理富营养化湖泊，能改善水质、增加透明度、蓝藻消失、增加生物多样等。植物浮床技术应用从单一植物逐渐过度到多种植物，FTW比表面流湿地提供了一种更便捷的处理氮磷湿地方式，由于不占有额外的陆地。Keizer-vlek等人发现种植鸢尾的FTWs可以应用于温带气候，以克服地表水藻类过度生长的问题。面对复杂的富营养化问题，寻求新的浮床技术非常必要，其中清除湖泊沉积物是减少湖泊内部营养的一种有效方法。有学者把生态污泥与菖蒲浮床联合，从而实现对水体的净化效果，种植的生态浮床对氮、磷和Chl-a有良好的去除效果，是一种生态友好的回收疏浚污泥的新方法。研究人工浮动岛屿(AFIs)时发现，AFIs伴随曝气也是移除污染物的一个好方法，AFIs可以纳入湿地，减少水污染的影响，有助于加强湿地恢复。水生大型植物和人工浮岛去除污染物的潜力，揭示了AFIs可以融入湿地，减少水污染的影响，促进湿地恢复。植物浮床除了可以净化湖泊河道的污染水体以外，还可以用来净化养殖场、市政污水。为了获得更高的经济价值，在污水中种植蔬菜是另一个大胆尝试，采用浮床法在水面种植水菜处理沼液，取得了很好的去污效果。

“水下森林”是指通过种植沉水植物，吸收水中和底泥的污染物，创造鱼虾等动物栖息的生态系统，从而能够有效促进水体的自净和循环。水体富营养化及水生植被衰退引起水生态系统崩溃和水质恶化，修复重建水生植被( 特别是沉水植被)是改善湖泊水质和湖泊生态恢复的重要手段。

爱尔斯龙形水系水下森林

早在1992-1993年，李文朝在富营养湖泊五里湖面积为2000m²的半封闭式围隔试验区中开展了常绿型人工水生植被组建试验，选用耐寒植物伊乐藻和喜温植物菱及凤眼莲，组建成常绿型人工水生植被，但未能解决耐寒型沉水植物伊乐藻与喜温型沉水植物种类间的衔接过度，直至各种耐性沉水植物筛选出来后，沉水植物在水体中应用工作迅速展开。

近年来，国内外有关引种大型沉水植物进行湖泊生态修复的应用更加广泛，通过种植水生植物降低湖泊中营养盐浓度、净化水体的方法在我国巢湖、东湖等地也取得了良好的效果。在严重富营养化的东湖水果湖边建立的围隔中，采用多种措施对围隔的底质和水质进行适当改善，依据自然湖泊中水生植被分布和植物种类组成的特点种植植物，发现植被重建后围隔内的水质得到显著改善，尤其是水的色度、透明度和叶绿素含量改善最为明显，实现从“浊水态”向“清水态”的快速转换。在较大的湖泊、江河中对水体采用“化整为零”的策略逐步恢复水生植被是一个可行方案。沉水植物构成的人工湿地去除富营养化和藻类效果显著，可能是沉水植物与藻类的化感作用。

来源：湿地科学与管理