水生植物对水体污染物的清除及其应用

1、第It)期王凌等：河北省茨菜高产区化肥施用对堆下水硝态氮台品的影响77钱江华(杭州市种猪试验场浙江杭州311H5):针对水体污染程度的不同.利用水生植物对氮、隣、重金属及有毒有机物等各类污染物的清除作用.通 过水生植物在污染治理中的应用实践.并与其他方法进行分析比较说明了水生植物净化法具有独特优点。指 出了该方法便用的可行性.并对其在污水处理方面提出了相应的展望和建议。:水生植物；氧化塘；人工湿地；污水治理：生物修曩:X52: A: 1008-1631 (2008) 10-0073-02Scavenghg and Applfcatkxi of Aquatic Phnt to W a ter P

2、ollutantQ IAN Jiang-hua (Brceding Pig Test Field of Hangzhou Cily. Hangzhou 311115. China)Abstract: Acoonding S the difference of water pollution degree, using the scavenging of aquatic plant t)N P heavy metal and toxic organic matter, the unique advantage of aquatic plant purificatbn was identified

3、 by its application practice and comparison with other methods The feasibility of this method was put foiu and hi addition the corresponding piojpect and suggestion were piuposedKey words: Aquatic plant Lacpon: Artificial wetland: Sewage treatnent; B io reined iatbn© 1994-2010 China Academic Jo

4、urnal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第It)期王凌等：河北省茨菜高产区化肥施用对堆下水硝态氮台品的影响77© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第It)期王凌等：河北省茨菜高产区化肥施用对堆下水硝态氮台品的影响77水生植物是生理上依附于水环境，至少部分生殖周 期发生在水中或水表面的植物类群。水生植物大致可以 分为挺水植物、沉水植物、浮叶植物和漂浮植物4类。应用水生植物净化污水的方

5、式主要有氧化塘和人工 湿地系统2种。氧化塘是以某种水生植物占绝对优势而 组成的特殊水生生态系统.该系统通过水生植物群落的 阻滤、沉降和吸附等物理作用以及植物体的吸收和积累 等作用而达到对污水净化的效果。2()世纪7()年代发展 起来的人工湿地系统是利用水生植物治理污水的又一发 展方向，其建造和运辕费用低、维护简单、效果好，且 为众多野生动物提供了栖息地.亡成为研丸重点。11. 1富集氮磷的污水其重要来源之一是猪粪尿.这种污 水的处理是制约集约化猪场持续发展的1个重要问题。 利用水生植物是治理、调节和抑制水体营养化的有效途 径之一。对过去的营养状况的迫踪表明.水生植物可调 节温度适中的浅水塘中水

6、体的营养浓度。大型沉水植物则通过根部吸收底质中的氮磷.从而 具有比浮水植物更探的富集氮磷的能力。沉水植物有着 巨大的生物量.与环境进行着大量的物质和能量的交 换.形成了十分庞大的环境容量和强有力的自净能力。 在沉水植物分布区内.COD、BOD、总磷和够氮含量都 远低于其外无沉水植物的分布区。不同的沉水植物对水 体中的总氮和总磷均有显蓍的去除作用。2008-07-07铁江华(1973 -).男，浙江杭州人助理农艺师.主要 从事园林绿化和环保工作.有些飘浮植物如凤眼莲和喜旱莲子草等附污性很 强，是净化水质的良好选择。飘浮植物具有生长速度快 的待点.可在一定条件下组合应用.科学管理.既有净 化水质作

7、用.又有美化作用.防止了二次污染。挺水植物是利用竹架以浮床为主的生态治污技术. 即在合适深度的繁衍场所生长.具有很大的适应性。1.2水生植物对重金属Zn> Cr、Pb> Cd、Ccx Ni和Cu 等具有很軽的吸收积累能力。众多研究表明，环埴中的 重金属含量与植物组织中的重金属含量呈正相关.因此 可以通过分析植物体内的重金厲含重来指示坏境中的重 金属水平。重金属在植物体内的含量很低.且极不均匀。在同 一塘中，不同种类的水生植物含量差别很大；同一种类 在不同塘中.水生植物体内的重金属含量相差也很大。 水生植物的富隼能力顺序一般是沉水植物 >浮水植物> 挺水植物。植物对重金属

8、的吸收具有选择性。沉水植物 和浮水植物适合在低污架区域作为吸收重金属的栽体. 同时可以监测水体重金属含量。金属不同于有机物.不能被微生物降解.只有通过 生物的吸收得以从环境中除去。植物具有生物量大且易 于后处理的优势.因此利用植物对金属污染位点进行修 宣是解决环境中重金属污染问题的1个很重要的选择。 植物对重金属污染位点的修竟有3种方式：植物固定、 植物挥发和植物吸收。植物通过这3种方式去除坏境中 的金属离子。1.3植物的存在有利于有机污染物质的降解。水生植物 可以吸收和富隼某些小分于有机污染物.更多的是通过 促进物质的沉淀和促进微生物的分解作用来净化水体。 例如，多环芳香婭化合物（PAHs）

9、是1大类有机毒性 物质。在淨萍、紫萍、水葫芦、水花生和细叶满江红 5种水生植物中.均受到蔡的伤害.其伤害程度随蔡浓 度的增加而加深.其中水葫芦受害最轻.所以对蔡污染 的净化可作为首选对象。而浮萍的敏感性員大.可用作 棊对水生植物的毒性检测。辂、铜和铝等金属的存在 也可不同程度地影响浮萍对8D的去除效率。1.4根系微生物与凤眼莲等植物有明显的协同净化作 用。在凤眼莲和水浮莲等植物根部.吸附有大量的微生 物和浮游生物.大大增加了生物的多样性.便不同种类 污染物逐次得以净化。利用固定化氮循环细菌技术 （Inmobilized Nitrogen Cycling Bacteria. NCB）.可便氮 循

10、环细菌从栽体中不断向水体释放.并在水域中扩散. 影响了水生高等植物根部的菌数，从而通过硝化饭硝 化作用，进一步加强自然水体除氮能力和强化整个水生 生态系统的自净能力。这对进一步研究健康水生生态系 统退化的机理及其修負均具有重要意义。水生大型植物能抑制浮游植物的生长.从而降低藻 类的现存量，在水生态环境中.水生商等植物对藻类的 抑制作用较为明显。主要表现在2个方面：一是藻类数 量急剧下降：二是藻类群落结构改变。水生植物与藻类 在营养、光照和生存空间等方面存在竞争。除人工控制 和低温等条件外，一般是水生植物生长占居优势。水生植物与藻类之间的相生相克（异株克生现象） 作用.在污水净化和水体生态优化方

11、面具有重要的应用 潜力。顾林娣等发现苦草能分泌生化抑制物质.且抑制 作用的大小和种植水浓度呈正相关。在浅水塘中种植苦 草等商等植物.放养适量的鱼类.既可以保护水质.又 可以发展渔业生产.增加经济效益.同时可以监测水 质。不仅如此.野外试验和室内研究还表明.凤眼莲等 水生植物还通过根系向水中分泌一系列有机化学物质。 这些物质在水中含量极微的情况下即可影响藻类的形 态、生理生化过程和生长繁殖，便藻类数量明显减少。 有害植物门"加甲P常履盖湿地和其他淡水环境.造成 物种单一。这种香蒲侵入的1个重要机制就是向周围环 埴中释放相生相克物质F物毒素。利用植物分泌物和 植物周围的微生物与藻类间的相

12、生相克关系.来去除藻 类。这对干富营养化水体污染的防治和治理.水生态系 统的恢食和重建，均很有意义。22.1介质、水生植物和微生物是人工湿地的主要组成部 分。其中的水生植物除直接吸收利用污水中的营养物质 及吸附、富集一些有毒有害物质外，还有输送氧气至根 区和维持水力传输的作用。而且水生植物的存在有利干 微生物在人工湿地纵深的扩展。污水中的氮一部分被植 物吸收作用去除.同时可利用态磷也能被植物直接吸收 和利用。通过对水生经济作物的不断收获.从而移出氮 和磷竽污染物。同时.发达的水生植物根系为微生物和 微型动植物提供了良好的微生态环境.它们的大量篥殖 为污染有机物的商效降解、迁移和转化提供了保证。

13、介 质、水生植物和微生物的有机组合.相互朕系和互为因 果的关系形成了人工湿地的统一体.狠化了湿地净化污 水的功能。利用人工湿地和水生大型植物来净化水体.作为 I种净化技术.日益受到关注。它可以创立丰富的生态 系统和是小的环境输出；可以保护环境.具有运行费用 低和令人满意的净化效率等特点。1个水生植物系统需 要大量区域、设计规格和维护方法.从而达到单位面积 上的晨适宜的优化效应。这在日本的琵琶湖巳经进行了 3a的试验山。在匈牙利，人工湿地主要有3种类型： 空白水面系统、潜流系统和人工漂移草地系统。在 Nyiibogdany的污水处理系统中.CDD的去除速率平均 约为60% .水质达到自然水体标准

14、。2.2生物修复（Bioremediation）是新近发展起来的1顼 清洁环境的低投资、商效益、应用方便、发展潜力较大 的新兴技术。它利用持定的生物（植物、微生物或原生 动物）吸收、转化、清除或降解环埴污染物，实现环境 净化生态效应恢复的生物措施。对无机（主要是重金 属）污染的生物修食主要是通过植物途径.又称植物修 W（ Phyto reined iatbn）,而对有机污染的生物修負则主 要靠徵生物的降解.吸收与辕化等途径。虽然强调限制 性排放.加强管理.然而随着规模化、集约化养殖.对 水体的有机污染仍有增K趋势.污染环境的怏負是1项 长期的工作。轼化塘通过采用物理、化学与生物相结合的方法.

15、将炉渣吸附和水生植物水葫芦运用干氧化塘处理猪粪废 水.取得了良好效果，8D去除率达76. 5% .色度脱 色率高达96. 9% o处理后的污水达到国家综合排放一级 标准。而单位处理量投资和运行费用只有活性污泥法的 1/10.因此.采用这种方式投资省、运转费用低、处理 效果好、管理方便环埴与经济效益显著。另外.从小 规模生产实验可以得出，应用好氧接触氧化.颤藻附看 生物床和水生植物联合的生物处理新工艺对去除猪粪庆 氧发酵液中的8D、氨氮和其他如磷、钾、猛、锌、镁 元素及色素等有很好的效果.能便处理后的废水达GB 897888污水综合排放标准。其中颤藻附着生物床脱氮 效果為好.且可回收作为良好的性

16、畜饲料。而水生槓物 塘由干漂浮植物体的庞大的须根系.极高的生长速率和 巨大的生物量都有利于吸附、吸收水中的污染物.从而 对8D的去除作用较强.平均达71.7%山。商等水生 （下转第77页） 高度重视。(2) 不同深度的地下水.硝态氮含量差异明显。总 体趙势为.随着水体深度的增加，硝态氮含量呈明显下 降的趋势。地下水硝态氮污染主要集中在<30m的水体戻。(3) 从土壤硝态氮含量与地下水硝态氮含量的相 关性来看.两者之间呈极显著正相关。地下水硝态氮含 量随土壞硝态氮的上升而上升.表明蔬菜高产区过量施 肥造成土壤中的硝态氮增加.经过雨水或灌溉水向下淋 洗污染地下水.个别地区巳经造成了较为严重的

17、地下水 硝酸盐污染。农田施用的氮肥.一旦通过土壞进入地下水.则很 难自然消除。地下水中的硝酸盐逐年积累并不断向下运 移，含量将越来越高，污染范围将越来越大。合理进行 种植结构调整.实施生态农业.控制氮肥施用总量.合 理灌泯.减少土壤的氮素淋失.是缓解地下水硝酸盐污 染的有效措施。| 1 | Babiker I S. Mohamed A A. Terao H et n/. Assessnent of giounckvatcr con Uni inatbn by nitrate leaching fain intensive vegetable cullivatbn using .Geograph

18、ical infomiatbn system J. Enviionment intematbnah 2004. 29: 1009 1017.2 XuFX, Lu Y S.On nitrate contaninatbn of giouncM ate rand setting water conservalbn areas in China J . Pollutbn Contiul Technobgy 1999. 12 (1): 20 - 23.3 张维理中国农业面源污染形势估计及控制对策II欧 美国家农业面源污架状况及控制Jl中国农业科学.(上接第74页)植物对水环境中的污染物具有较强的吸收作用

19、.其效能 因植物种类及处理组合方式不同而异。髙等水生植物净 水效果的高低依赖于各自生理活性的增軽(主要体现在 酶活性的提商)。例如，凤眼莲、水浮莲和紫萍等植 物在温暖季节生长繁殖极快.能迅速覆盖水面.净化效 果好；水花生、芦苇和水葱等抗性较强.种群密度大. 净化效果较好.并具有抵抗风浪和分隔水面等功能；伊 乐藻和范草等沉水植物在水下生长不影响水的透光.还 通过光合作用向水中提供大量氧气.并且在低温季节也 可很好生长：水花生、槐叶萍和浮萍等植物的抗寒性较 强；蓮藕等本身即具有一定的经济价值。3综上所述.水生植物能蚱不同程度地清除被污染水 体的氮、磷、重金属及有机污染物，并在污水治理中得 到了广泛

20、的应用。通过分析水生植物对水中氮、磷等营 养元素和污染物的吸收及分解作用.可选择不同的水生 植物及其组合来适应不同的受污染水体.还可通过控制 水生植物的数量来调控净化能力的大小.合理化管理. 以修崑受污染水体并保持水质。2004, 37 (7): 1018 1025|4 Spalding RF Exner ME.Occurrence of nitrate in ioun(Kva- erA reviev | J |. Journal of Enviionnental Quality 1993, 22: 392 - 402.5 髙旺盛黄淮海平原典型隼约农区地下水硝态氮污染初 探JL生态农业研究，1

21、999, 7 (4): 41436 付伟章氮肥施用对农田氮索径流输出的影响及其机理 |J|环境科学学报.2005, 12: 16771681(7 GeorgeM. Wiklund L, Aastnip M. et al. hcidcnce and ge- ogniphical distribution of sudden infant death syndwmc in © latbn k) content of nitrate in drinking water and giounAater levels J Eumpean Journal of Clinical invcsligalbn. 2001, 31: 1083 - 10948 张维Ji,田哲旭我国北方农用氮肥造成地下水硝酸盐 污染的调查J.植物营养与肥料学报1995. 1 (2): 80 87.9 张维理，武淑霞中国农业面源污染形势佶计及控制对 责 121世纪初期中国农业面源污染的形势估计J. 中国农业科学，2004, 37 (7): 1008 - 1017.10 河北省统计局，河北省人艮政府办公厅河北农村统计 年鉴【M|.北京：中国统计出版社.2006.99 - 100.11 鲁如坤土壤农业化学分析方法M.北京：中国农 业科技出版社，2000. 133.12 全国农业技术服务推广