水生植物對富營養化水體的凈化作用及其影響因素綜述

易旺　宋建軍　鄧潔　鄧輝妮　姚國鵬

摘 要 分析了水體富營養化形成的主要原因，重點介紹了水體富營養化的防治方法和措施，并且結合技術原理及工程經驗，從穩定性、生態安全性、技術差異性方面總結了生物修復的優缺點。水生植物的凈化效果受多種因素制約，包括水體富營養化程度的差異以及水生植物群落配置方式的差異等，最后給今后水生植物修復技術的進一步發展指明了方向。

關鍵詞 水體富營養化治理;氮;磷;水生植物群落配置

中圖分類號：X52 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.32.087

水體富營養化是當前我國水體污染的主要問題之一。由于生物所需的氮、磷等無機營養物質排入到那些相對封閉并且流速較慢的水域中，引起某些藻類及其他浮游生物迅速繁殖，在短時間內就會導致水體渾濁、水體溶氧量下降，這不僅會造成水質的進一步惡化，嚴重的甚至發生水華現象，使得整個水域生態系統遭到嚴重污染。目前，水體富營養化已經成為一個日趨嚴重的全球性環境問題。

經過生態學家和環境學家長期對水體富營養化治理方法的不斷探索，目前水體富營養化修復從技術原理上可以分為物理、化學、生物三大類。

選用化學、物理措施修復水污染不僅投入大、能源消耗高、嚴重破壞生態系統，并且容易出現水體二次污染以及對于地下水構成污染。相較而言，水生植物修復法具有效果好、成本低、操作簡單、易于維護的優點，同時具有生態環保的特性，因此水生植物修復研究越來越成為人們關注的焦點。為了更有效地指導實際水體修復技術的應用，結合水生植物對富營養化水體的凈化作用及其影響因素展開論述。

1 水生植物對富營養化水體的凈化作用

1.1 水生植物對氮、磷的吸收富集作用

國內外學者的研究表明，水生植物對水體中氮磷的去除效果明顯。通過水生植物的光合作用，水生植物釋放氧氣增加水中溶解氧含量，從而達到減少或消除水污染、改善水質的目的。褚夢真等[1]利用水芹菜（Oenanthe javanica）、千屈（Lythrum salicaria）和金魚藻（Ceratophyllum demersum）為材料，采用水培法模擬富營養化水體，研究水生植物對富營養化水體中氮和磷的去除效果。研究表明，水芹菜、千屈菜和金魚藻對總氮（TN）的去除率分別是59.5%、33.3%和11.1%，對亞硝態氮（NO2--N）和硝態氮（NO3--N）的去除率分別是53.7%、59.8%、9.8%和35.7%、53.7%、52.8%，對氨氮（NH4+-N）的去除率依次36.1%、47.2%和13.9%。水芹菜、千屈菜和金魚藻對實驗水體中對總磷（TP）的去除率依次為46.3%、14.4%和77.4%，對P的富集率分別為0.5%、0.4%和0.3%，對N的富集率分別為1.87%、1.37%和0.73%。可見，水生植物可通過吸收水中的氮、磷等營養物質，來減少水中的營養物質，從而凈化水體富營養污染、提高水質。

1.2 化感作用

化感作用是一種植物通過向環境中釋放化學物質而對另一種植物（包括微生物）產生有害或有益影響的作用。同時作為一種爭奪日光、養分和生存空間的有效途徑，水生植物將化感物質釋放到水中以抑制浮游植物的生長[2]。Li等[3]人從蘆葦中分離并鑒定出抗藻化感物質——2-甲基乙酰乙酸乙酯（EMA），發現其分離得到的化感物質對蛋白核小球藻和銅綠微囊藻的生長有較強的抑制作用。張庭廷等[4]對黑藻、金魚藻、水花生、茭白、空心菜進行研究。試驗結果表明，這5種水生植物均有不同程度的克藻效果，其中金魚藻與黑藻對蛋白核小球藻、斜生柵藻具有明顯的抑制作用。

1.3 其他作用

1）水生植物可以為微生物提供棲息地和附著基質，為各種不同微生物的吸附和代謝提供了適宜的生存環境，從而提高水生植物富營養化凈化效率。研究表明，植物的根系分泌物還可以促進某些嗜磷、氮細菌的生長，促進氮、磷的釋放和轉化，并間接提高轉化率[5]。2）水生植物可以提供微生物降解水中污染物所需的氧氣。研究表明，水生植物體內的氧氣傳遞速率遠大于空氣向液體表面的擴散速率。植物供氧對人工濕地中污染物的好氧降解的補充作用遠大于空氣中的氧氣擴散量[6]。3）水生植物可以促進水中懸浮物、污染物質的沉降，同時可以降低沉積物再懸浮的風險，達到提高水體透明度的目的[7]。

2 影響水體修復效果的因素

2.1 水生植物群落配置及種類的差異

不同植物對養分的需求不同，對污水富營養化物質的凈化效果也不同;不同的根系發育程度不同，向水體輸送氧氣的能力也不同;產生的化感物質種類和含量不同，對不同藻類的抑制效果也不同。因此，在水生植物對水體富營養化凈化時，要根據具體情況合理選擇水生植物，并進行多種植物群落組合搭配，同時考慮植物功能的季節性差異，以保證水生植物修復作用能夠周年循環，實現污水凈化效果最大化。

2.2 水體富營養物質含量

不同富營養化水體的植物修復能力不同。在一定濃度范圍內，水生植物的凈化率隨水體中氮、磷等物質含量的增加而增加[8]。Wen L等[9]的研究發現，水中磷的去除率取決于植物的生長速度和植物組織中磷的濃度，植物體內磷濃度越高，植物對水中磷的去除能力越強。

2.3 其他因素

除上述因素外，水體的透明度、溫度和光照也會影響水生植物對富營養化水體的凈化作用。光照強度影響著水生植物的光合作用，光照強度不夠時水生植物生長受到抑制，導致凈化效率也受到影響。同時，水生植物在溫度相對較高條件下生長旺盛，對水污染也有較高的凈化率。植物對氮磷營養物質的吸收往往是植物和根系微生物共同作用的結果，微生物在氮的硝化和有機物的降解中起著重要的作用。

3 結語

采用水生植物凈化富營養化水體，具備周期能耗低、治理效果好、后期維護簡單、運轉費用低、節省能源、無二次污染等特點，但水生植物防治技術具有局限性：1）不同水生植物對于不同污染因子的生存閾值問題;2）不同生態環境下水生植物的生理生態研究問題;3）不同水質條件下的水生植物的最佳種類選擇及最優群落配置的研究問題。此外，為優化水生植物在富營養化水體防治中的實際應用效果，提出以下研究建議：1）發現更高效的脫氮除磷的水生植物種類，以針對不同程度污染的水質，達到凈化效果最大化;2）需要進一步優化耐受污染因子的不同水生植物的生存閾值;3）在環境季節變化下研究各季節植物群落的最優化配置;4）結合生物微生物制劑，根據系統要求人工添加生物菌劑，增加微生物豐度，強化優勢菌群，提高脫氮除磷效果。

參考文獻：

[1] 褚夢真，葉佳穎，姚彥彤，等.三種水生植物對富營養化水體氮磷的去除效果[J].污染防治技術，2017，30（1）：1-5.

[2] 安靜.水生植物修復富營養化水體的機理及影響因素綜述[J].廣西輕工業，2008（6）：96-97.

[3] Li FM， Hu HY. Isolation and Characterization of a Novel Antialgal Allelochemical from Phragmites communis[J]. Applied and Environmental Microbiology，2005，71（11）：6545-6553.

[4] 張庭廷，陳傳平，何梅，等.幾種高等水生植物的克藻效應研究[J].生物學雜志，2007（4）：32-36.

[5] 張鴻，陳光榮.兩種人工濕地中氮、磷凈化率與細菌分布關系的初步研究[J].華中師范大學學報，1999，33（4）：575-578.

[6] Fennessy M S， Cronk J K， Mitsch W J. Macrophyte productivity and community development in created freshwater wetlands under experimental hydrological conditions[J].Ecol Eng， 1994，3（4）：469-484.

[7] 郭長城，江亭桂，潘國權，等.靜態條件下水生植物對懸浮顆粒物沉積的影響[J].人民長江，2007（1）：122-123.

[8] 高光.伊樂藻、輪葉黑藻凈化養魚污水效果試驗[J].湖泊科學，1996（2）：184-188.

[9] Wen L， Recknagel F. In situ removal of dissolved phosphorus in irrigation drainage water by planted floats： preliminary results from growth chamber experiment[J]. Agriculture Ecosystems and Environment， 2002，90（1）：9-15.

（責任編輯：劉昀）