（植物学专业论文）红枫湖水库水生高等植物分布及其净化富营养化水体效果研究.pdf

摘要 红枫湖位于贵州中部清镇市、平坝县和安顺市西秀区境内，是贵 阳市、清镇市最重要的生活饮用水及工农业用水水源地。近年来，红 枫湖水库水质不断恶化，藻类大面积爆发，透明度下降，水体浑浊、 腥臭，富营养化问题严重。这给城市用水和周边地区居民生活带来极 大的影响，同时给地区的经济发展造成障碍。本文在对红枫湖及其流 域水生高等植物分布调查的基础上，以红枫湖湖水为试验用水，在实 验室及室外自然条件下栽种几种水生高等植物，对其净化水体中营养 盐、有机污染物的效果进行了研究，旨在为红枫湖水体净化修复工程 的植物选择提供依据，试验结果表明： 1 对红枫湖及其流域水生高等植物分布调查显示，红枫湖及其流 域具有较丰富的水生植物资源。共记录水生高等植物2 2 科，3 2 属， 4 5 种。其中以黑藻( h y d r i l l av e r t i c i l l a t a ( l f ) r o y l e ) 、狐尾藻 ( m y r i o p h y l l u ms p i c a t u ml ) 、金鱼藻( c e r a t o p h y l l u md e m e r s u ml ) 、 竹叶眼子菜( p o t a m o g e t o nm a l a i a n u sm i q ) 、慈姑( s a g i t t a r i as a g i t t i f o l i a l ) 、苦草( v a l l i s n e r i an a t a n s ( l o u r ) h a r a ) 、萍蓬草( n u p h a r p u m i l u m ( h o f f m ) d c ) 、水蓼( p o l y g o n u mh y d r o p i p e rl ) 、喜旱莲子草 ( a l t e r n a n t h e r ap h i l o x e r o i d e s ( m a r t ) g r i s e b ) 及满江红( a z o l l a i m b r i c a t a ( r o x b ) n a k a i ) 较为常见。 2 试验选取的黑藻( h y d r i l l av e r t i c i l l a t a ( l f ) r o y l e ) 、狐尾藻 ( m y r i o p h y l l u ms p i c a t u ml ) 、风车草( c y p e r u sa l t e r n i f o l i u sl ) 、菖 蒲( a c r o u sc a l a m u sl ) 、蕹菜( i p o m o e aa q u a t i c af o r s k ) 和美人蕉 ( c a n n ai n d i c al ) 生长状况表明，室内试验前期六种植物在红枫湖 原水中均能很好的生长，蕹菜的生物量增长速率最快，美人蕉次之， 狐尾藻的增长速率最低，风车草、菖蒲和黑藻的增长速率相差不大， 在一个试验周期内增长量均在2 0 左右。试验后期由于营养供给不 足，蕹菜、美人蕉和风车草出现枯叶落叶现象，狐尾藻、黑藻和菖蒲 则没有出现以上症状。在室外自然条件下营养供给相对充足，只有风 车草和美人蕉出现少部分枯叶，初步试验结果表明高等植物能在红枫 湖水中很好生长，利用高等植物净化红枫湖富营养化水体是可行而有 效的。 3 六种高等植物均能有效降低水体中总氮( t n ) 、总磷( t p ) 、化 学耗氧量( c o d ) 、氨氮( n h 3 一n ) 、浮游植物的量。室内、室外试验 对t n 、t p 、c o d 、n h 3 n 的平均去除率狐尾藻为5 5 9 6 、4 8 2 1 、 5 5 1 4 、6 0 2 l ；黑藻为5 8 7 4 、5 7 3 9 、5 6 3 9 、6 0 2 1 ；风车 草为5 8 8 9 、5 5 6 7 、4 3 8 8 、3 7 9 7 ；菖蒲为5 9 8 5 、5 7 9 1 、 4 8 0 0 、5 5 2 7 ；蕹菜为5 2 8 9 、51 71 、4 6 0 8 、3 8 8 9 ；美人 蕉为4 9 7 4 、3 9 8 5 、4 7 5 6 、4 1 7 7 。各种植物对水体的最终净 化效果差别不大，各指标的去除率与生物量增长率不呈正相关，这可 能与植物本身特性和根系微生态系统活性强弱有关。 4 对水体中5 种持久性有机污染物多环芳烃( p a h s ) 的净化试验 结果表明，六种植物对萘和菲都有很好的去除效果，4 0 天内各种植 物对萘的去除率为4 4 0 7 - 7 3 4 9 ；对菲的去除率为5 4 2 4 - - 一 7 7 1 9 ；对芴、蒽、芘的去除效果稍差，分别为2 9 4 5 4 5 1 l 、 2 7 7 4 4 7 6 4 、2 9 8 4 - 4 5 3 2 。萘、菲、葸去除率最高的都是 菖蒲；6 种植物中风车草对几种p a h s 的去除效果总体上最差；狐尾 藻和黑藻对5 种p a h s 都有很好的吸收或富集作用，但是抗性比其它 植物差，后期逐渐死亡，这可能是试验配制的p a h s 含量远高于自然 水体中含量的原因。 5 综合各方面因素，狐尾藻、黑藻和菖蒲在整个试验过程中对水 体能保持良好而稳定的净化作用，这三种植物有较大的应用前景；其 次是蕹菜，它能快速去除水体中t n 、t p ，及时收割或更换植物就能 将其净化优势发挥出来；风车草和美人蕉净化效果总体上略比其它植 物差，但因其较高的观赏价值而日益受到环保科技工作者的关注。因 此，也可考虑利用到红枫湖生态修复工程中去，予以开发其环保价值。 关键词：红枫湖水库；高等植物；富营养化；水体净化 a b s i r a c t h o n g f e n gr e s e r v o i ri st h em o s t i m p o r t a n tw a t e rr e s o u r c eo f u u l y a n g b u tt h ew a t e rq u a l i t yo fh o n g f e n gr e s e r v o i rh a db e c o m e d e t e r i o r a t e di nr e c e n ty e a r s t h e r ew a sl o wt r a n s p a r e n c e ，t u r b i da n df i s h v w a t e ri nt h er e s e r v o i ra n di th a db e e na ne u t r o p h i c a t e dr e s e r v o i r t h a t c o u l dc a u s es o m es e r i o u sp r o b l e m s ：p o l l u t e dw a t e rc o u l dn o tb e u s e da s t h ed r i n k i n gw a t e ra n d d a i l yu s e dw a t e rf o rd e n i z e n ，a n di ta l s od e s t r o v e d t h ed e v e l o p m e n to f e c o n o m y o fg u i y a n g o nt h eb a s i so f i n v e s t i g a t i n gt h e r e s o u r c eo fa q u a t i cm a c r o p h y t e si nh o n g f e n gr e s e r v o i r , t h ep a p e rs e l e c t e d s o m ea q u a t i cm a c r o p h y t e st o s t u d yt h e i rp u r i f i c a t i o ne f f e c to fn u t r i t i o n a n do r g a m s mi nt h ew a t e r e x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u ti n i n d o o ra n d o u t d o o rn a t u r a lc o n d i t i o nb yt h ew a t e r r e s u l t sw e r es u m m a r i z e da sf o l lo w s ： o fh o n g f e n g r e s e r v o i r e x p e r i m e n t l - i n v e s t i g a t i o nr e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h e r ea r er i c hr e s o u r c e so f a q u a t i c m a c r o p h y t e s i n h o n g f e n g r e s e r v o i rb a s i n 4 5 s p e c i e s o f a q u a t i c m a c r o p h y t e s ，b e l o n g i n gt o2 2f a m i l i e s3 2g e n u sw e r ef o u n d a m o n gt h e m ， h y d r i l l av e r t i c i l l a t a ，m y r i o p h y l l u ms p i c a t u m ，c e r a t o p h y l l u 优d e m p 憎“聊 p o t a 历o g e t o nm a l a i a n u s ， s a g i t t a r i a s a g i t t i f o l i a ，f 白，括，2 已，砌咒口厶a 挖s n u p h a rp u m i l u m ，p o l y g o n u mh y d r o p i p e r ，a l t e r n a n t he r np h i e o x e r o i d e s a n da z o l l ai m b r i c a t aw e r ec o m m o n s p e c i e s 2 g r o w t hs i t u a t i o no f h y d r i l l av e r k c i l l a t a m y r i o p h y n m me r c i c m q t m m c y p e r u sa l t e r n i f o l i u s ，a c r o u sc a l a m u s , i p o m o e a a q u 以力c aa n dc b 甩刀口 i n d i c as h o wt h a t a q u a t i cm a c r o p h y t e sc o u l dg r e ww e l la tp r o p h a s eo f 1 n d o o re x p e r i m e n t t h ei n c r e a s er a t eo f t h eb i o m a s so f p d ，”d p 口口口甜口巧c 以 1 st h em o s t f a s t ，c a n n ai n d i c ai ss l o w e rt h a n 勿d ，托d p 口口q “口f 记口， m y r i o p h y l l u mv e r t i c i l l a t u mi st h es l o w e s t c y p e r u sa l t e r n i f o l i “s a c r o u s c a l a m u sa n dh y d r i l l av e r t i c i l l a t ah a v en oo b v i o u sd i f f e r e n c e b e c a u s eo f t h el a c ko f n u t r i t i o n ，s o m el e a v e so f l p o m o e a 口9 “口f i c 口，c 勿，z 刀口砌讲c oa n d c y p e r u sa l t e r n i f o l i u sb e c a m ew i t h e r e da tt h ee n do fe x p e r i m e n t b u t i v h y d r i l l av e r t i c i l l a t a , m y r i o p h y l l u m v e r t i c i l l a t u ma n da c r o u sc a l a m u s w e r en o t o nt h ec o n t r a r y t h e r ew e r ef e ww i t h e r e dl e a v e sb e c a u s eo fr i c h n u t r i t i o ni nt h ew a t e ra tt h eo u t d o o re x p e r i m e n t t h er e s u l t so fp r e l i m i n a r y e x p e r i m e n ts h o w st h a tp u r i f y i n ge u t r o p h i c w a t e rb o d yo fh o n g f e n g r e s e r v o i rw i t ha q u a t i cm a c r o p h y t e si sv i a b l ea n de f f e c t i v e 3 i tc o u l db es e e nf r o mt h er e s u l t st h a tt h ea q u a t i cm a c r o p h y t e s s e l e c t e di nt h i st e s td e c r e a s et h ec o n c e n t r a t i o no ft o t a ln i t r o g e n ( t n ) ，t o t a l p h o s p h o r u s ( t p ) ，c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ( c o d ) ，n h 3 一na n d b i o m a s so f p h y t o p l a n k t o n i nt h ew a t e r t h er e m o v a lr a t e so ft n ，t p ，c o d ，a n d n h 3 n w i t h m y r i o p h y l l u me r t i c i l l a t u m , h y d r i l l av e r t i c i l l a t a ，c y p e r u s a l t e r n i f o l i u s , a c r o u sa l a m u s , l p o m o e aa q u a t i c aa n dc a n n ai n d i c aw a s 4 9 7 5 9 9 ，3 9 9 5 7 9 ，4 3 9 4 - 5 6 4 a n d3 8 0 , - 。6 0 2 ，r e s p e c t i v e l y p u r i f i c a t i o ne f f e c tb e t w e e n d i f f e r e n ta q u a t i cm a c r o p h y t e sh a d n o s i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h eb i o m a s si n c r e a s er a t e a n dt h er e m o v a lr a t ei sn o to b v i o u s t h er a t em a yr e l a t et oa b s o r p t i o n c h a r a c t e r i s t i ca n dm i c r o e c o s y s t e ma c t i v i t yo fr o o t 4 r e s u l to f p o l y c y c l i c a r o m a t i c h y d r o c a r b o n s ( p a h s ) e x p e r i m e n t i n d i c a t e dt h e s es i xk i n d so fa q u a t i cm a c r o p h y t e sh a dg o o da b i l i t i e st og e t r i do fn a p h t h a l e n ea n dp h e n a n t h r e n e d u r i n gt h e4 0d a y se x p e r i m e n t a l p e r i o d ，r e m o v a l r a t eo fn a p h t h a l e n ea n dp h e n a n t h r e n ew a s4 4 0 7 7 3 4 9 ，5 4 2 4 - - 7 7 19 ，r e s p e c t i v e l y r e m o v a lr a t eo ff l u o r e n e ，a n t h r a c e n ea n dp y r e n ew a s2 9 4 5 4 5 11 ，2 7 7 4 4 7 6 4 ，2 9 8 4 4 5 3 2 ， r e s p e c t i v e l y a c r o u s c a l a m u s h a dt h eb e s te f f e c tf o r n a p h t h a l e n e ， p h e n a n t h r e n ea n da n t h r a c e n e c y p e r u sa l t e r n i f o l i u sw a sw o r s et h a no t h e r a q u a t i cm a c r o p h y t e s m y r i o p h y l l u mv e r t i c i l l a t u ma n dh y d r i l l av e r t i c i l l a t a a r eb e t t e rc h o i c e st oa d s o r bp a h s 5 c o n s i d e r i n g v a r i o u s f a c t o r , m y r i o p h y l l u mv e r t i c i l l a t u m , h y d r i l l a v e r t i c i l l a t aa n da c r o u sc a l a m u sh a db o t hg o o da n ds t a b l ep u r i f y i n g v e f f e c t t h e yh a v ep o t e n t i a lu t i l i z a t i o nv a l u e i p o m o e aa q u a t i c ac a nr e m o v e t h et na n dt pi nt h ew a t e rb o d y q u i c k l y t h ea d v a n t a g ew i l lb ee x h i b i t e d i fh a r v e s to rr e p l a c et h e mi nt i m e p u r i f y i n ge f f e c to f c y p e r u sa l t e r n i f o l i u s a n dc a n n ai n d i c ai n f e r i o rt oo t h e r si ng e n e r a l h o w e v e r ，a ni n c r e a s i n g n u m b e ro fr e s e a r c h e r s p l a y a ni n t e r e s t e di nt h e mb e c a u s eo ft h e i r o r n a m e n t a la n de n v i r o n m e n t a lv a l u e t h e r e f o r e ，w ec o u l dt r yt ou s et h e m i ne c o l o g i c a lr e s t o r a t i o ne n g i n e e r i n go f h o n g f e n gr e s e r v o i r k e yw o r d s ：h o n g f e n gr e s e r v o i r ；a q u a t i cm a c r o p h y t e s ；e u t r o p h i c a t i o n ； p u r i f yw a t e r v i 学位论文原创性声明和关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人或集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：0 锄彬久 沙7 年占月j 日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵少i i ! 0 范大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅； 本人授权贵州师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：0 幻名 堂一导师签名：7 稿飞 月厂同 1 前言 1 1 我国水体富营养化现状 水是生命之源，是一切生命体赖以生存的重要物质，对人类而言，健康水更 是生存的必要资源。然而，由于人口的增加、城市化的加快与经济的快速发展， 大量的工业废水、生活污水、农业生产废水未经处理排入河流、湖泊和水库等， 造成了直接污染。当水体接纳氮、磷等营养性物质的量超过水体环境的自净容量 时，藻类以及其它水生生物异常繁殖、透明度降低、溶解氧减少造成水体水质恶 化，通过给水系统危害到公众的健康( 陈艳，2 0 0 2 ) 。 我国七大水系、水库、湖泊、部分地区地下水及近岸海域都受到了不同程度 的污染。目前，全国6 6 0 多个城市有4 0 0 多个缺水，其中大部分属于因污染而导 致的水质型缺水( 张杰，2 0 0 5 ) 。随着我国城市的发展和城镇化的加快，必然将 进一步加剧缺水危机。更为严峻的是，我国江河污染的严重势态还没有得到有效 遏制，整体环境质量还在恶化，每年水污染造成的经济损失约为全年g n p 的 1 5 3 ( 钱正英，2 0 0 0 ) 。2 0 0 6 年，七大水系的1 9 7 条河流4 0 8 个监测断面 中，i i i i 、和v 类水质的断面比例分别为4 6 、2 8 和2 6 。主要污染指标 为高锰酸盐指数、氨氮和石油类等。2 0 0 6 年，2 7 个国控重点湖( 库) 中，满足 1 i 类水质的湖( 库) 2 个( 占7 ) ，i i i 类水质的湖( 库) 6 个( 占2 2 ) ，类 水质的湖( 库) 1 个( 占4 ) ，v 类水质的湖( 库) 5 个( 占1 9 ) ，劣v 类水 质的湖( 库) 1 3 个( 占4 8 ) 。其中，巢湖水质为v 类，太湖和滇池为劣v 类， 主要污染指标为总氮和总磷( 国家环境保护总局，2 0 0 6 ) 。 据统计，在流经全国4 2 个大中城市的4 4 条河流中，有9 3 被污染，湖泊和 水库的水质也较差，7 5 以上的湖泊、水库富营养化加剧。我国每年排放污水量 达数百亿吨，然而处理率低，全国年排污水3 6 3 亿吨，只有2 4 的工业污水和生 活污水经过处理，8 0 的饮用水源遭到污染( 杨立红，：2 0 0 6 ) 。近2 0 年来，我国 对湖泊富营养化状况、产生原因进行了一系列研究与防治的实践，但是，富营养 化仍未得到有效控制。中央和地方在湖泊富营养化治理方面投入了不少资金，滇 池耗资4 0 亿元，太湖耗资l o o 亿元，一些小型城市湖泊的治理动辄也是上亿元， 但是几乎没有一个见到明显效果。 1 2 水生高等植物对富营养化水体净化作用的研究 利用水生植物富集n 、p 是治理、调节和抑制水环境富营养化的有效途径之 一( 唐述虞，1 9 9 4 ) 。我国利用水生植物净化水体的研究始于7 0 年代中期，主要 为静态条件下单一物种及多种植物配置对污水的净化，以及动态方法研究水生植 物对污水的处理效果( 刘淑嫒，1 9 9 9 ：张甲耀，1 9 9 9 ：吴振斌，2 0 0 1 ：孙宇，2 0 0 6 ) 。 大量研究证明，水生植物可吸收、富集水中的营养物质及其他元素，可增加水体 中的氧气含量，抑制藻类的繁殖。自认识到水生植物能够净化富营养化水体以后， 人们开始探究其净化机理，虽然起步相对较晚，但目前也己取得了一些重要成果。 通过试验，国内外的研究人员已相继筛选出了一些能够高效地去除水中各种污染 物的植物，这些种类有些己经用于实际水治理工程中( 余远松，2 0 0 0 ；陈荷生， 2 0 0 1 ；靖元孝，2 0 0 2 1g i r a l d o ，2 0 0 2 ；侯文华，2 0 0 4 ) 。 1 2 1 水生高等植物净化水体的机理 水生高等植物是水生生态系统保持良性运行的关键类群，它们个体大、生长 周期长、吸取和储存营养物质的能力强，在富营养化水体的净化中起着十分重要 的作用( 全为民，2 0 0 3 ) 。总结近年来的研究成果，水生高等植物净化水体的途 径主要为以下几个： ( 1 ) 吸收作用 水生植物可以直接从水中和底泥中吸收氮、磷，并同化为自身的结构组成物 质( 蛋白质、核酸等) ，同化的速率与生长速率、水体营养物水平有关，并且它 们在合适的环境中，往往以营养繁殖方式快速积累生物量，而氮、磷是植物生长 所需的大量元素，所以对这些物质的固定能力非常高。当水生植物被运移出水生 生态系统时，被吸收的营养物质随之从水体中输出，从而达到净化水体的作用。 ( 2 ) 富集作用 在植物的吸收过程中，一部分物质会进入循环代谢，另一些物质则会在植物 体内富集下来，如重金属和含酚有机物等，并能降低水体的化学需氧量( m e s o l t a b ，2 0 0 3 ；黄亮，2 0 0 2 ；程伟，2 0 0 5 ) 。 ( 3 ) 与微生物的协同降解作用 在植物净化修复系统中，根际周围的微生物和微小动物的净化作用非常重 要，水生植物群落的存在，为微生物和微小动物提供了附着基质和栖息场所，这 2 些生物能大大加速截留在根际周围的有机胶体或悬浮物的分解矿化。如芽抱杆菌 能将有机磷、不溶解磷降解为无机的、可溶的磷酸盐，从而使植物能直接吸收利 用( 许航，1 9 9 9 ) 。另外，水生植物能够向根部输氧，从而在根际周围形成一定 的有氧与缺氧区域，为根区的好氧、兼性和厌氧微生物提供了各自适宜的小生境， 使不同的微生物各得其所，有利于微生物降解有机物，也利于硝化、反硝化反应 ( a r m s t r o n gj ，1 9 9 2 ) 。 ( 4 ) 对藻类的抑制作用 藻类的异常繁殖使水体透明度和溶解氧的含量降低，严重的甚至发生“水 华 ，给水资源的利用带来了巨大的损失。水生高等植物由于其个体大，吸收、 储存营养物质和利用光能的能力强，能与藻类形成竞争，从而抑制浮游藻类的生 长。另一方面，某些水生高等植物向水中分泌化学物质，如萜类化合物、类固醇 等抑制藻类的生长。俞子文研究证实了水花生、水浮莲、满江红、紫萍和西洋菜 与雷氏衣藻有相生相克关系，并和水葫芦的作用进行了比较，发现5 种水生植物 均有克制效应。从水花生、水浮莲和水葫芦的种植水中得到的分泌物粗提物，也 表现出对雷氏衣藻的克制效应( 俞子文，1 9 9 2 ) 。陈坚用不同处理的马来眼子菜 种植水培养藻类，结果证明抑藻物质及其效应的存在( 陈坚，1 9 9 4 ) 。何池全研 究发现石菖蒲的抑藻作用主要是由于是石菖蒲根系向水体分泌的化学物质可破 坏藻类的叶绿素a ，使其光合速率显著下降( 何池全，1 9 9 9 ) 。 ( 5 ) 物理作用 水生植物的存在减小了水中的风浪扰动、降低了水流速度并减小水面风速， 这为悬浮固体的沉淀去除创造了更好的条件，并减小了固体重新悬浮的可能性， 在易受风浪涡流及底层鱼类扰动影响的浅水湖泊底层，沉水植物有利于形成一道 屏障，使底泥中营养物质溶出速度明显受到抑制( 濮培民，2 0 0 1 ) 。水生植物还 能通过植物残体的沉积将部分生物营养元素埋人沉积物中，使其脱离湖泊内的营 ： 养循环，进人地球化学循环过程( 李文朝，1 9 9 7 ) 。 1 2 2 水生高等植物净化能力的研究 8 0 年代末以来，人们在利用不同水生高等植物净化水质方面做了大量工作， 许多研究揭示了水生高等植物能大量吸收、富集水体中的污染物和营养盐、抑制 藻类生长。国内外研究了多种水生植物对氮、磷营养物质的去除效果，结果表明 挺水植物、沉水植物、浮水植物都能有效吸收水体中的氮、磷，降低水体的富营 养化水平。 丹麦s c h i e r u p 用芦苇和宽叶香蒲湿地系统净化城市污水试验表明，b o d 去 除率为6 0 - - 8 0 ( s c h i e r u p ，1 9 9 0 ) ；捷克科学家v y m a z a l 研究也表明，用芦苇 作湿地植被，b o d 、c o d 和s s 去除效果好( v y m a z a l ，1 9 9 5 ) ；乔建荣用8 种沉 水植物菹草、苦草、狐尾藻、金鱼藻、篦齿眼子菜、微齿眼子菜、轮藻、伊乐藻 对草海水体总氮( t n ) 、总磷( t p ) 去除速率的研究发现，8 种沉水植物对水体 ( 含底泥) 中的n 、p 都有去除能力，其中伊乐藻和苦草去除能力最强( 乔建荣， 1 9 9 6 ) ；成水平研究显示，香蒲、灯芯草人工湿地对c o d 的去除率均达9 4 以 上( 成水平，1 9 9 7 ) ；宋福等系统地研究了常见的7 种沉水植物对草海水体( 含 底泥) 总氮的去除能力，结果表明，在无外来营养盐输入情况下，水体总氮浓度 随时间变化呈负指数衰减，不同物种去除能力的差异由大n d 的顺序为：伊乐藻 苦草 狐尾藻 蓖齿眼子菜 金鱼藻 菹草 轮藻( 宋福等，1 9 9 7 ) 。 何池全研究表明，石菖蒲能增加水体的溶解氧，对氮磷的富集能力很强， 且富集系数随培养时间的延长有增加的趋势( 何池全，1 9 9 9 ) ；辛晓云利用不同 水生植物对氧化塘的氨态氮( n h 3 n ) ，化学需氧量( c o d ) 和总磷( t p ) 去除 能力进行了测定，得出草芦对n h 3 n 去除率最高，风眼莲去除c o d 最高达 6 3 8 2 ，菹草去除总磷高达9 6 ( 辛晓云，2 0 0 3 ) 。朱清顺研究了各水草对水体 t p 的去除能力为：水浮莲 浮萍 水花生 伊乐藻 聚草 艾草 苦草 轮叶 黑藻；对t n 的最大去除率分别为：艾草 聚革 浮萍 水浮莲 苦草 水花生 伊乐藻 轮叶黑藻( 朱清顺，2 0 0 5 ) ；黄蕾在人工模拟太湖地区冬季的自然条 件下，对伊乐藻、菹草、石菖蒲和水芹菜这4 种水生植物在不同营养浓度条件下 去除氮磷的效果进行了试验研究。结果表明，所选植物都能较好地吸收水中的营 养物质，其中水芹菜和伊乐藻对环境适应性较强，在相同条件下脱氮除磷的效果 也更好( 黄蕾，2 0 0 5 ) ；雷泽湘研究了大型水生植物对太湖梅梁湾富营养化湖水 的净化效果。结果表明，沉水植物马来眼子菜、苦草、轮叶黑藻和浮叶植物苍菜、 菱角等5 种水生植物对水体的总氮、总磷、硝态氮和正磷酸盐都有较好的去除效 果，去除率在6 0 以上，且以马来眼子菜和苦草的效果最好，去除率在8 0 以 上( 雷泽湘，2 0 0 6 ) 。 考虑到大多数水尘植物净化污染水体后处理以及回收问题，容易造成二次污 染，因此不宜大面积种植。为解决这一问题，目前，很多学者已经把所选用的植 4 物的品种扩大到陆生植物，也就是利用浮床技术在水中种植具有一定经济价值的 陆生植物，或直接将经过驯化的陆生植物种植到水中。在收获农产品的同时美化 了水环境，通过其吸收和吸附作用，移出水体中过多的氮、磷元素，达到了变害 为宝、化害为利和净化水体，使水生态系统处于良性循环的目的。己经用于水体 修复的陆生植物包括经济作物、花卉和蔬菜等。 李止正在太湖水面无土栽培3 9 种高等陆生植物，所试植物都能正常生长， 这也为水上种植技术的推广提供了依据( 李止正，1 9 9 1 ) 。李芳柏用美人蕉等植 物处理生活废水，实验结果表明，美人蕉去除t n 和t p 的能力突出，而且实验得 出结论：倘若从净化能力、抗逆性、管理难易、综合利用价值和美化景观五个方 面入手评价，美人蕉是一种非常适合用来净化生活废水的植物( 李芳柏，1 9 9 7 ) 。 邴旭文采用浮床无土栽培技术，在池塘水面种植景观植物美人蕉以控制池塘水质 富营养化，结果表明景观植物对养殖池塘富营养化具有明显的改善作用，在富营 养化的池塘中，景观植物的覆盖率与水体中氮、磷等的去除率呈显著正相关( 邴 旭文，2 0 0 1 ) 。廖新悌用风车草和香根草等湿生植物处理猪场废水的研究结果也 表明，风车草、香根草可以在高c o d 、n h 3 - n 环境下的猪场废水中生长，在猪 场废水中种植4 天后，c o d 、b o d 5 、n h 3 n 和t p 指标的去除率分别达到6 4 、 6 8 、2 0 和1 8 ( 廖新悌，2 0 0 2 ) 。司友斌采用浮床种植香根草技术研究了香根 草对富营养化水体的净化能力。结果表明，香根草对富营养化水体中的氮、磷、 c o d 、b o d 等具有明显的去除效果，能显著改善富营养化水体的水质( 司友斌， 2 0 0 3 ) 。何成达利用循环水流一浮床种植美人蕉系统处理生活污水。试验结果表 明：c o d ，t n ，t p 的去除率分别达到9 0 ，8 0 ，8 0 以上。利用陆生高等植物 治理富营养化水体在近几年得到迅速发展。研究表明同一植物对n 、p 等物质的 净化率在一定的浓度范围内随水体中n 、p 等物质的含量增加而加大( 何成达， 2 0 0 4 ) 。k o r n e r 研究了浮萍对生活污水中氮、磷的去除，并分析了不同氮、磷初 始浓度与对应的降解速率常数的相关关系，结果表明：随着氮、磷初始浓度的降 低，降解速率常数相应增加，但两者的变化趋势不同。当磷的初始浓度低至某一 水平时，磷成为植物生长的限制因子，植物对磷的去除速率明显加快( k o r n e rs ， 1 9 9 8 ) 。 众多研究表明，不同水生植物的净化优势不同，有的可以高效地吸收氮，有 的能更好地富集磷。每种植物在不同时期的生长速率及代谢功能各不相同，由此 导致不同时期对氮、磷等营养元素的吸收量也不同，而且随着植物发育阶段不同， 附着于植物体的微型生物群落也会发生变化，微型生物群落的变化会直接影响植 物对水体的净化率，当多种植物搭配使用时可能更有利于植物间的取长补短，保 持较为稳定的净化效果。高吉喜研究认为多种植物的组合具有合理的物种多样 性，从而更容易保持长期的稳定性，可提高植物对水体氮、磷的综合净化率，而 且也会减少病虫害。但是也有学者认为植物搭配种植也可能造成植物间竞争生态 位及相互抑制生长，反而使总体净化效果受到影响( 高吉喜，1 9 9 7 ) 。l a u c h l a n 研究发现尽管植物的混合种植对去除水中氮、磷有显著效果，但并未发现与单一 种植的效果有显著差异( l a u c h l a nh f ，2 0 0 4 ) 。r e e t a 在利用风眼莲、石莲花、 大藻3 种植物处理废水研究中，也发现植物搭配种植的去除效果并非最好( r e e t a ds ，2 0 0 4 ) 。 从这些不同的研究结果可以看出，不同的植物物种及实验条件、实验方法会 导致相异的实验结果，如何选择植物及植物的种植方式和配置方式及是混合种植 还是单一种植更能有效地净化水体需要进行深入研究和探讨。 1 3 植物净化多环芳烃( p a h s ) 的研究现状 p a h s 是一大类广泛存在于地表水、底泥、土壤、植物和空气中的持久性有 机污染物。由于其强致癌、致畸和致突变而成为环境中受广泛关注的一类重要的 污染物( l iy ，2 0 0 5 ) ，它们中的1 6 种被美国环保局( e p a ) 确定为优先控制污 染物。国内外报道表明，世界各地各类水体都普遍受到p a h s 的污染，直接影响 了饮用水的质量。 p a h s 的主要来源包括自然源和人为源。自然源包括燃烧( 森林大火和火山 喷发) 和生物合成；而人为污染源很多，主要是由各种矿物燃料( 如煤、石油、 天然气等) 、木材、纸以及其它含碳氢化合物的不完全燃烧或在还原条件下热解 形成的( 包贞，2 0 0 3 ) 。与化学制品制造相关的工业，以油或煤为原材料或燃料 的工业，轮胎制造，塑料生产和钢铁制造业的废水中都含有高浓度的p a h s ( 王 桂山，2 0 0 1 ) 。人为源的数量随着工业生产的发展大大增加，占环境中多环芳烃 总量的绝大多数。 据报道，我国城市地面水中p a h s 含量可高达1 0 9 9 l 一，在受污染水体中其 含量往往更高( 凌婉婷，2 0 0 6 ) 。水体、土壤中的植物在生长过程中会从中吸收、 转移并富集p a h s ，植物腐烂后，p a h s 又回到土壤中。同时p a h s 也可以通过食 6 物链在动物体内累积，严重危害了人类健康，而传统的水处理方法往往很难有效 地去除水中p a h s ( c h e l lbl ，2 0 0 4 ) 。因此，如何降低p a h s 等有机污染的水体 受到人们广泛关注。 上世纪8 0 年代开始，就陆续有学者研究了植物对环境中有机污染物的吸收、 降解机理，取得了一定成果。总结出了植物根系吸收是有机污染物进入植物体最 重要的途径之一。有机物在植物体内经导管运输，以叶片蒸腾作用为主要动力从 而达到不同组织( 孙铁珩，2 0 0 1 ) 。但根系对迁移至根系表层的有机物具有选择 性吸收，这主要与有机物的辛醇水分配系数( k w ) 有关( t o p p ，1 9 8 6 ；d u a r t e ， 1 9 9 6 ) 。根部吸收积累有机污染物的程度与其脂溶性显著正相关( b u r k e n ，1 9 9 8 ) 。 另外，有机污染物的分子量和分子结构也会影响植物的吸收行为，低分子量的 p a h s 在植物体内能有较多的富集，这可能主要归因于这些p a h s 有较大的水溶 性、挥发性以及生物可利用性( w a n g ，1 9 9 4 ；w i l d ，1 9 9 2 ；w i l d ，1 9 9 4 ；v o u t s a ， 1 9 9 8 ) 。虽然植物能不同程度吸收p a h s ，但过多吸收也会对植物本身产生毒害甚 至导致植物死亡。沈德中认为四环以上的很难降解，而且有些是抗生物降解的( 沈 德中，2 0 0 2 ) 。 研究者在植物修复潜力上开展了不少研究，p a i l s 吸收到植物体内后被植物 通过一些酶的释放和吸收而降解( 谭常，1 9 8 6 ：赵大君，1 9 9 4 ) ；b a n k s 用酥油 草进行苯并( a ) 芘污染的土壤的降解研究，发现根际可以促进降解，在6 个月 后降解率可以达到一半以上( b a n k s ，1 9 9 9 ) ；丁克强研究了黑麦草对土壤中菲的 修复，在6 0 天的温室盆栽试验中，观察到黑麦草加快了土壤中可提取态菲浓度 的下降，在5 、5 0 、5 0 0 m g k g 菲处理浓度下黑麦草生长的土壤中菲的降解率分 别达到9 3 1 、9 5 6 、9 4 7 ( 丁克强，2 0 0 2 ) ；刘建武以水葫芦为对象，探 讨其根系对萘的吸附过程及机理，对萘在水葫芦根系的吸附过程进行模拟研究， 结果表明，水葫芦根系对萘不仅具有吸附作用，而且还具有吸收或根际微生物降 解等作用( 刘建武，2 0 0 3 ) ；凌婉婷等以菲为多环芳烃( p a h s ) 代表物，采用水 培体系，研究了毛莨对富营养化水中菲的修复作用。结果表明：供试植物对水中 菲有很好的修复效果，对水中菲去除率达8 2 。尽管不少研究均显示植物能不同 程度地吸收、降解p a h s ，但这些有机物并非是植物生长所需要的，达到一定程 度后具有毒害作用( 凌婉婷，2 0 0 7 ) 。 红枫湖周边不少化工厂及生活废水未经妥善处理排入湖中，同时，作为旅游 7 区其大部分游船以柴油为主要动力燃料，发动机置于游船尾部，没有任何防漏措 施，漏油事件时有发生。这些都大大增加了有机物的含量