植物修復(fù)在水環(huán)境污染治理中的應(yīng)用

邢亞男，胡 斌

（山東格瑞德集團(tuán)有限公司，山東 德州 253000）

植物修復(fù)技術(shù)是通過(guò)對(duì)植物固定以及揮發(fā)、降解等方式消除土壤中的污染物，同時(shí)，對(duì)水環(huán)境以及空氣也起到了凈化作用。另外，合理利用植物根系也可以降解很多有機(jī)污染物，從而凈化被污染的水環(huán)境。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，植物修復(fù)技術(shù)也得到了進(jìn)一步完善和優(yōu)化，使其在水環(huán)境治理中的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越顯著。從上個(gè)世紀(jì)90年代以來(lái)，植物修復(fù)技術(shù)已成為我國(guó)環(huán)境治理的關(guān)鍵技術(shù)，因此，其在水環(huán)境治理中發(fā)揮的積極作用不容忽視。

1 植物修復(fù)技術(shù)的相關(guān)概述

1.1 內(nèi)涵

植物修復(fù)技術(shù)在我國(guó)環(huán)境治理中的應(yīng)用十分廣泛，該技術(shù)主要是依靠植物特有的生理化過(guò)程完成修復(fù)，使其進(jìn)入空氣、水體、土壤之中，消除其中的有毒物質(zhì)[1]。

廣義的植物修復(fù)技術(shù)是通過(guò)植物的固定以及有效利用，消除水體、土壤、空氣中的重金屬污染，從而達(dá)到凈化的作用，同時(shí)，還可以將自然環(huán)境中的一些放射性元素清理干凈。另外，充分利用植物的根系作用，也可以將很多有機(jī)污染物進(jìn)行降解。因此，在生態(tài)工程中，植物修復(fù)技術(shù)是一種有效的治理手段。并且，通過(guò)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，利用植物的呼吸作用、揮發(fā)作用、穩(wěn)定作用以及根系的降解作用，可以使環(huán)境污染得到有效治理。

而狹義的植物修復(fù)技術(shù)是指以植物超量積累某些化學(xué)元素、超耐受理論為基礎(chǔ)，通過(guò)應(yīng)用植物以及微生物體系，達(dá)到污染治理的目的。在水環(huán)境污染控制中，則是以水生植物對(duì)水體中某些有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物的超量累積以及超耐受為基礎(chǔ)，并借助水生植物以及微生物的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)水環(huán)境污染的治理。

1.2 優(yōu)點(diǎn)

在大量的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，植物修復(fù)技術(shù)的挑戰(zhàn)性很強(qiáng)，其與物理修復(fù)技術(shù)以及化學(xué)修復(fù)技術(shù)相比，該技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如成本低廉，可節(jié)約治理費(fèi)用等。由于植物修復(fù)技術(shù)主要是在污染現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，因此，也減少了設(shè)備的搬運(yùn)環(huán)節(jié)，從而使整個(gè)過(guò)程更加簡(jiǎn)單便捷，也減少了人與污染物的接觸。同時(shí)，該技術(shù)對(duì)環(huán)境影響不大，可有效避免二次污染，且污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)移率較低，所以，處理污染物效果顯著。而應(yīng)用植物修復(fù)技術(shù)，在有效提升水體自?xún)裟芰Φ耐瑫r(shí)，也產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益[2]。

1.3 類(lèi)型

當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，而植物修復(fù)技術(shù)作為一種新型的生物技術(shù)得到了更加廣泛的應(yīng)用。通常，植物修復(fù)技術(shù)主要包括植物的分解和吸收。由于植物是生態(tài)環(huán)境中不可缺少的要素，其結(jié)合自然生長(zhǎng)環(huán)境變化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)自身功能的調(diào)節(jié)和發(fā)展，在此過(guò)程中會(huì)形成獨(dú)特的功能，可提高對(duì)有害物質(zhì)的抵抗力，以及消除能力。在植物食物鏈原理的基礎(chǔ)上，將植物大量種植在被污染的水體中，其可以通過(guò)自身吸收以及降解功能，有效減少水體的污染程度；而植物揮發(fā)是在光合作用下，將不具備揮發(fā)性質(zhì)的污染物轉(zhuǎn)化與空氣結(jié)合的氣體。同時(shí)，在修復(fù)水體污染時(shí)，還可以制造出對(duì)水生植物生長(zhǎng)有利的物質(zhì)成分。

1.4 發(fā)展

多年來(lái)，我國(guó)在水環(huán)境污染治理上，一直是在走“先污染后治理”的老路，這樣不僅不利于生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，其治理效果也不盡如人意。所以，根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出，不能為了獲取眼前的經(jīng)濟(jì)效益，以破壞生態(tài)環(huán)境為代價(jià)，這不僅會(huì)消耗大量成本，還非常不利于生態(tài)平衡。因此，提高資源的利用率以及轉(zhuǎn)化率，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及環(huán)境保護(hù)的重要組成部分。

此外，在能源消費(fèi)以及資源總消費(fèi)不變的前提下提高利用率以及轉(zhuǎn)化率，社會(huì)產(chǎn)品總利用率才會(huì)提高；反之，社會(huì)產(chǎn)品總量會(huì)不變，而利用率以及轉(zhuǎn)化率還會(huì)有所下降，且總能耗也將下降。因此，提高水環(huán)境污染的利用率和轉(zhuǎn)化率，對(duì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化有著重要作用。而植物修復(fù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，既是控制環(huán)境污染的有效途徑，也能促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2 植物的修復(fù)作用

2.1 植物的物理作用

在自然界中，水中的水生植物可以減少一定的風(fēng)浪擾動(dòng)，還可以降低水流速度以及水面風(fēng)速，這對(duì)于去除水懸浮體的沉淀提供了很大幫助，同時(shí)也降低了這些固體重新懸浮的可能。植物還有一個(gè)主要作用就是具有很好的隔熱性能，如冬季人工濕地中的水生植物會(huì)大量死亡，之后這些植物會(huì)被雪覆蓋，這樣就形成了一個(gè)天然的隔熱層，這對(duì)人工濕地土壤的凍結(jié)起到了非常好的預(yù)防作用。

2.2 植物的吸收作用

植物可以將自身所吸收的污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)化，而經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化之后，還可以利用揮發(fā)作用將這些物質(zhì)揮發(fā)到空氣中，從而實(shí)現(xiàn)水環(huán)境的凈化。而污染物在經(jīng)過(guò)這個(gè)過(guò)程之后，其毒性會(huì)變得非常小，有效降低了環(huán)境的污染程度。比如：Hg、As、Se這些物質(zhì)都可以借助甲基化的過(guò)程實(shí)現(xiàn)揮發(fā)，以此達(dá)到修復(fù)水環(huán)境的目的。另外，水生植物還可以利用污水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)作為成長(zhǎng)供給，如一些有根的植物是通過(guò)根部攝取營(yíng)養(yǎng)，一些浸沒(méi)在水中的莖葉，也可以從水中攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。如水中的植物數(shù)量越高，其吸收的污染物也會(huì)更多，可使大量的污染物質(zhì)固定在生物體內(nèi)，在收割之后，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)就會(huì)從系統(tǒng)中清理出來(lái)，也實(shí)現(xiàn)了廢水中有機(jī)氮的微生物分解和轉(zhuǎn)化，而無(wú)機(jī)氮也可以從廢水中轉(zhuǎn)化和分解出來(lái)。由于無(wú)機(jī)氮是植物生長(zhǎng)不可缺少的物質(zhì)，當(dāng)這些物質(zhì)被植物直接攝取，再將這些植物收割，就可以將其從廢水中清除[3]。

2.3 植物的富集作用

部分水生植物具有較高的耐污能力，可以富集水中的金屬離子以及有機(jī)物質(zhì)，比如：鳳眼蓮，這種植物中會(huì)包含很多多酚氧化酶，其具有良好的去除重金屬以及有酚有機(jī)物的功能。而部分水生植物還可以吸附和富集很多有毒、有害的物質(zhì)，比如：重金屬鉛、汞、銅等。由于這些植物的吸收積累能力都很強(qiáng)，可依照植物吸附強(qiáng)弱進(jìn)行排序，其順序?yàn)椋撼了参铩⑵≈参铩⑼λ参铩６参锊煌课坏臐饪s作用也不同，還依照吸附強(qiáng)弱進(jìn)行排序，其順序?yàn)椋焊⑶o、葉，但不同的器官積累系數(shù)會(huì)隨著污水濃度上升而下降。

2.4 氧的傳輸作用

如果在缺氧的情況下，生物是無(wú)法進(jìn)行正常有氧呼吸的，這樣一來(lái)，還原態(tài)的一些元素以及有機(jī)物濃度就會(huì)升高，就達(dá)到了有毒的標(biāo)準(zhǔn)。而河道水體中污染物所需要的氧，大部分都來(lái)自于大自然復(fù)氧以及植物的輸氧。在相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，水生植物輸氧速度率要比空氣向液面擴(kuò)散速度大很多，因此，植物輸氧功能可有效降解水體中的污染物，在降解的過(guò)程中，所需要的補(bǔ)充能量則遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空氣擴(kuò)散所獲得的氧量。而植物輸氧是植物通過(guò)光合作用產(chǎn)生氧氣，之后再將產(chǎn)生的氧氣通過(guò)氣道輸送到植物的根部，且在植物根部區(qū)域還原介質(zhì)中形成的氧化態(tài)微環(huán)境。

2.5 為微生物提供棲息地

微生物能有效凈化水體，而水體中富含很多微生物，且微生物的種類(lèi)和數(shù)量也很多，所以其根系會(huì)形成一個(gè)完整的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在植物根系附近會(huì)形成缺氧、好氧以及厭氧等各種不同的環(huán)境，從而為不同微生物的吸附與代謝提供條件，這也為水體凈化提供了很好的支持。如大型挺水植物可以在水中吸附大量的藻類(lèi)，因此，擴(kuò)大了微生物的接觸表面積。大量研究表明，在有植物的水體系統(tǒng)中，細(xì)菌數(shù)量要比無(wú)植物系統(tǒng)的水體高，并且植物根部的分泌物還可以促進(jìn)氮、磷的釋放、轉(zhuǎn)化、這樣就間接提高了水體的凈化率。

2.6 維持水體系統(tǒng)穩(wěn)定

植物還可以促進(jìn)水體系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，但維持水體系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的第一條件是保持系統(tǒng)具有良好的水力傳輸能力，因此，水生植物在這方面的作用功不可沒(méi)。由于植物根和根系對(duì)介質(zhì)具有一定的穿透作用，所以，在介質(zhì)中就會(huì)形成很多細(xì)小的氣孔和縫隙，這樣就減小了介質(zhì)的封閉性，使介質(zhì)更加疏松，也可以加強(qiáng)介質(zhì)的水力傳輸。同時(shí)，植物的生長(zhǎng)還能夠加快土壤的水力傳輸程度，并且在植物成熟時(shí)，其根系的水容量會(huì)更大。如果植物根部腐爛，其剩下的空隙以及通道也可以為水利傳輸提供支持。另外，水生植物還具有一定的美觀性以及觀賞性，且通過(guò)收割和回收這些水生植物[4]，既獲得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，又達(dá)到了凈化水體的目的。

2.7 對(duì)藻類(lèi)的生化他感作用

生化他感作用主要表現(xiàn)在水生植物個(gè)體大，吸收力強(qiáng)，儲(chǔ)存營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及光能能力強(qiáng)。一方面，水生植物會(huì)與藻類(lèi)會(huì)形成一種競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，進(jìn)而達(dá)到抑制浮游藻類(lèi)生長(zhǎng)的作用。而另一方面，水生植物會(huì)向水中分泌化學(xué)物質(zhì)，比如：萜類(lèi)化合物、類(lèi)固醇等，這些化學(xué)物質(zhì)能有效抑制藻類(lèi)的生長(zhǎng)。尤其是水花生以及金魚(yú)藻、浮萍等都能夠在不同程度上減少水體的藻類(lèi)細(xì)胞數(shù)量，并抑制超氧化物的歧化酶活性，這樣就可以有效達(dá)到抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)的目的。

2.8 其他作用

植物修復(fù)技術(shù)還具有其他作用，如一些水生植物具有一些與水處理不直接相關(guān)的作用，比如：其可以為魚(yú)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)以及爬行動(dòng)物提供食物。所以，在處理系統(tǒng)中可采用種植荷花、睡蓮等具有良好觀賞性的水生植物，這既可以?xún)艋w，又增強(qiáng)了水體的美觀性。

3 水環(huán)境修復(fù)中幾種常見(jiàn)的植物修復(fù)技術(shù)類(lèi)型

在水環(huán)境修復(fù)中應(yīng)用植物修復(fù)技術(shù)，主要是借助物種之間的共生關(guān)系以及營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位、水體空間生態(tài)位等基本原則，從而可建立高效的人工生態(tài)系統(tǒng)，以此達(dá)到降解水體污染、改善系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)的目的。

3.1 挺水植物

挺水植物是一種比較常見(jiàn)的水體修復(fù)植物，該植物可以產(chǎn)生一定的阻力，還可以減少風(fēng)浪的擾動(dòng)，避免懸浮物質(zhì)出現(xiàn)沉降的情況。科學(xué)利用挺水植物，是通過(guò)其與共生生物群落的凈化作用凈化水質(zhì)。挺水植物具有龐大的根系，這些龐大的根系能夠從深層的泥土中吸收更多營(yíng)養(yǎng)元素，這樣就可以降低泥中的營(yíng)養(yǎng)元素，進(jìn)而達(dá)到凈化水體的目的。且挺水植物具有良好的抗逆性，產(chǎn)量高、生長(zhǎng)快，還具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，目前，在水體凈污中已得到了比較廣泛的應(yīng)用。通過(guò)大量研究表明，在河道沿岸種植挺水植物，比如：蘆葦?shù)龋梢赃_(dá)到消減氨氮的良好效果，而氨氮通過(guò)蘆葦帶，其濃度會(huì)大大降低，但需要注意的是，在利用沿岸挺水植物凈化水體時(shí)，必須要注意水生植物的定期收割，并且要防止這些植物死亡后沉積在水底，以免造成二次污染。

3.2 沉水植物

沉水植物在生長(zhǎng)過(guò)程中可以吸收水體中的N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并分泌出可以抑制浮游生物的物質(zhì)，不僅如此，沉水植物還可以減少波浪，減輕底泥懸浮以及懸浮物，這些作用都可以在一定程度上凈化水體，提高水體的通明度，從而使水體可以保持清水狀態(tài)。此外，沉水植物還是水域健康情況的重要指標(biāo)，由于該植物對(duì)水質(zhì)具有極強(qiáng)的凈化作用，并且四季常綠，所以是目前凈化水體最為理想的一種植物。通過(guò)一系列的水質(zhì)凈化實(shí)驗(yàn)表明，重建后的沉水植物能夠使水質(zhì)得到顯著改善，且水體透明度明顯提高，水色也降低，尤其在圍隔CODCr和BOD5方面，其效果顯著，因此，沉水植物可有效改善水質(zhì)，并促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的重建。

3.3 植物浮島

通常，在河流、湖泊中會(huì)有一些天然島嶼，而這些天然島嶼就是水生生物的棲息場(chǎng)所，并且在島嶼上還會(huì)形成植物-微生物-動(dòng)物供受體這樣的生態(tài)體系，這對(duì)水體會(huì)起到了非常顯著的凈化作用。但隨著河湖的開(kāi)發(fā)、渠化以及底泥疏浚，很多天然生態(tài)島都會(huì)消失，這樣一來(lái)，河流的自?xún)裟芰σ矔?huì)因此而下降，導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)受到破壞，而植物浮島建立之后，可以使一個(gè)水域的生態(tài)自?xún)裟芰τ辛μ岣摺Ｓ捎谥参锔u結(jié)合了綠化技術(shù)與漂浮技術(shù)，且植物生長(zhǎng)扶梯一般都是采用聚氨酯涂裝的發(fā)泡聚苯乙烯制成的，其具有質(zhì)量輕、材料耐用等優(yōu)勢(shì)，將其廣泛應(yīng)用，可以為很多鳥(niǎo)類(lèi)提供居住場(chǎng)所，也可以為魚(yú)類(lèi)、水生昆蟲(chóng)等提供生息環(huán)境，動(dòng)植物也會(huì)吸收更多的氮磷。一些專(zhuān)家曾經(jīng)做過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，在蓄水池中建立一批植物生態(tài)浮島，浮島上種植了蘆葦?shù)戎参铮参锔稻蜁?huì)附著微生物。同時(shí)，還可以在浮島設(shè)置魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵用的產(chǎn)卵床，從而為一些魚(yú)類(lèi)提供了棲息活動(dòng)的場(chǎng)所，進(jìn)而形成了穩(wěn)定的凈化系統(tǒng)。

3.4 植物浮床

植物浮床是一種模擬植物生存條件、環(huán)境制成的床體，一般是采用特殊材料制成，可以使植物獲得良好的生長(zhǎng)環(huán)境，目前，對(duì)于植物浮床的研究越來(lái)越普遍，其中沉水植物、陸生植物浮床被研究得最多。

3.4.1 沉水植物浮床

沉水植物浮床技術(shù)對(duì)水體具有良好凈化作用，并且，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量高的水體的凈化作用更明顯。一般情況下，造成水體沉水植物小的直接原因是高濃度的氮磷，但由于水深以及水下光照強(qiáng)度等條件的限制，沉水植物的生存條件也會(huì)被限制。例如，當(dāng)河道水體受到污染后，水體的透明度也會(huì)下降，而當(dāng)水體的透明度下降后，沉水植物就得不到充足的光照，會(huì)逐漸枯萎死亡，因此，僅依靠自然光照是不行的，這是因?yàn)殡S著水深的增加，沉水植物的生存環(huán)境就會(huì)越惡劣，所以，要結(jié)合河道水質(zhì)的實(shí)際情況，在不同河段進(jìn)行光補(bǔ)償，使水下光照強(qiáng)度可以保持在植物所需要的光補(bǔ)償點(diǎn)上，只有通過(guò)這樣的方式，才能使沉水植物進(jìn)行正常光合作用，從而加快植物的生長(zhǎng)，最終達(dá)到凈化水質(zhì)的目的[5]。

3.4.2 陸生植物浮床

陸生植物浮床也是在水體凈化中比較常見(jiàn)的修復(fù)技術(shù)，其是利用生物調(diào)控法，在污染水域或者水面種植蔬菜、花卉、綠色植物等各種陸生植物，這種方法不僅可以強(qiáng)化水體，還可以達(dá)到一定的美化作用。陸生植物浮床是利用植物根系的吸收和吸附能力，富集氮磷等元素，并將其降解，最終消除水體中的有害、有毒物質(zhì)，最終達(dá)到凈化水質(zhì)、保護(hù)水域的目的。

這種種植方法與直接水面放養(yǎng)水葫蘆不同，但與陸域植物種植的方法相似，且陸生植物浮床開(kāi)拓了水面經(jīng)濟(jì)作物種植的前景。目前，很多區(qū)域的污染水域已建設(shè)了人工模擬池、工廠氧化塘、魚(yú)塘等，并在這些水域上分別設(shè)置了15%、30%、45%三種不同的水上覆蓋率的陸生植物處理區(qū)和空白對(duì)照區(qū)。通過(guò)一段時(shí)間的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在45%的處理區(qū)水體，各類(lèi)水質(zhì)指標(biāo)都達(dá)到了三類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可見(jiàn)，這種植物修復(fù)技術(shù)的效果非常顯著，其不僅可以明顯去除水體中的氮、磷元素以及其他有害物質(zhì)，還為加速水質(zhì)凈化的進(jìn)程奠定了良好基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

近些年，我國(guó)水環(huán)境污染十分嚴(yán)重，因此，在經(jīng)濟(jì)與生態(tài)和諧發(fā)展的大前提下，應(yīng)用有效治理修復(fù)水環(huán)境的方法迫在眉睫。而植物修復(fù)技術(shù)在我國(guó)水環(huán)境污染治理以及水環(huán)境修復(fù)中擁有十分廣闊的前景，從實(shí)際治理的效果來(lái)看，植物修復(fù)技術(shù)獲得效益顯著，該技術(shù)不僅可以節(jié)約大量經(jīng)濟(jì)成本，還可以很好凈化水體，以及提高水體自身的凈化能力。本文對(duì)植物修復(fù)技術(shù)在水環(huán)境污染治理中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，旨在更好的助力于我國(guó)水環(huán)境的良好建設(shè)與長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。