植物生态修复技术在水体污染中的应用

沙文沛，刘天天

（南阳农业职业学院，河南 南阳 473000）

随着国内工业迅猛发展，人们的生活水平蒸蒸日上，但也给生态环境造成了很大的负担。尤其是在水资源方面，一是我国人均可饮用淡水资源本来就少；二是污水排放造成水环境不断恶化。由此可见，污水处理是防治生态污染首要解决的问题。常规治理水污染的方案具有很好的成效，但处理成本昂贵，整个治理流程在搭建和运转的可行性上也存在问题。因此，往往采用化学治污或换水法来代替。化学治污见效快，但其产物极易再次污染水质，而换水法则更适合小范围的水污染治理。水资源的恶性循环敲响了保护水质的警钟，人们尝试了很多治理水污染的方案，其中生态修复在污水治理中呈现了比较好的成效，总体花费少，具备较高的防护治污价值。

生态修复主要是通过各类植物与微生物联合作用在被污染的环境中，满足所需条件后净化、修复并促进其生态系统恢复良性循环。其中，植物生态修复是利用绿色植物吸收转化污染物，并修复退化湿地、受污染的水体、土壤等被破坏的生态体系，不会产生二次污染且花费较少，现今应用十分广泛。草本水生植物治理污水的作用极强，在适宜环境下的净化能力远超微生物，但因其生长特点限制了对土壤内有害物质的处理。而高大的树木则完美弥补了这一缺陷，其根系可以深入地表以下，结合根际的自身性能保护周围土壤。植物根系吸收、富集重金属元素，通过新陈代谢等循环降解、转化污染物，尽可能降低雨水携带污染物进入地下水的几率，其预防保护措施在治理污染环境中起到了显著作用。基于此，文中介绍了几种常用植物生态修复技术方法，旨在为该技术在水体污染中的深入应用提供参考。

1 植物生态修复技术

植物修复技术是生物修复技术之一，每一种植物对环境污染物的吸收、挥发、降解、转移和根据微生物共存体系的程度不一样，对被污染的环境修复水平也有所不同。早在20 世纪70 年代，人们就开始利用水生植物来处理水体污染，对整个生态系统的调节起着非常重要的作用。这样的植物修复是一种很好的净化方式，不仅会产生较高的经济效益，而且也是建立良好水体生态系统的重要基础。

植物修复技术之一，生态浮床技术是通过植物对水体污染进一步的吸收处理，以此来达到净化水的效果。浮床技术的核心就是浮床植物的筛选，因为不同植物的生长周期和耐水性有所不同，所以处理效果还需要根据不同的水质而有所变化。通过对环境进行评估发现，就目前情况而言，生态浮床技术主要集中于开阔水域，而并非工厂的循环水养殖，工厂化养殖量大、饲料量大，所以粪便产出的量也比较多，很多有机物无法被处理分解，机械设备和生化技术处理的成本比较高，通过选择生态浮生技术来分解水下污染的区域来降低工厂化养殖的污染水平，不仅可以美化工厂的景观，而且还可以为养殖的动物提供良好的环境。

2 植物选择原则

选取城市绿化植物时需具备5 项原则，即功能性原则，本土性原则、适应性原则、可行性原则和抗逆性原则。①功能性是指结合实际修复情况选取最优解决方案，确保植物功能方面的匹配度；②本土性是指尽可能选择原环境中存在的植物，既能够满足植被的生长条件，又能节约治理污水的成本，降低了外来物种破坏原有的生态平衡的危险；③适应性则表示在选取植物时，先调查其对受污染环境的适应程度，能否在本环境中生长并转化污染情况；④可行性是指选取的植物是否容易栽种成活，减少人力物力资源花费；⑤抗逆性是指选取的植物是否具备抵御非有利的环境的特性。

2.1 耐污能力

防治人工湿地污染时，优先选取具有耐污染能力的植物。水生植物在水中大量繁殖，一定程度上会对污染度高或变化较大、污染因子富集的环境生出抗逆性、适应性，这些优良性能可以在其繁殖中被继承。但因不同植物自身存在不同的抗污治污能力，所以在选取绿化植物时，需要结合实际情况挑选耐污能力最匹配的植物，既可以满足植物的生存条件，也可以防治人工湿地受到的污染。此外，植物根际体系联合微生物进行生态修复，可以将效果最大化。

2.2 净化性高

各个工厂在排放污水前的处理标准是不同的，也就造成了植物选取的差异。理论上，植物的净化功能越高，降解净化污水效果越好。这是由于不同植物在生长过程中所需的营养物质量不同，消耗越多吸收越多，单位面积内的治污能力就越强。

2.3 根系发达

有关研究表明，植物的根际体系是否发达受到其自身吸收、吸附和富集能力的影响。根系可以固定周围土壤，为自身生长提供营养，降解新陈代谢的产物，与微生物的生存紧密关联。于湿地的生态系统而言，是维持平衡和循环的重要一环。植物根系循环过程中会产生糖类、酚类和酸类等物质，约占全年光合作用产出量10%～20%，提高周围的土壤质量；较细根脉会随着新陈代谢而降解，为微生物提供有效的营养物质。同非根际微生物相比，植物根系周围存在的微生物在种类、数量上都有巨大优势，且其新陈代谢能力也很优秀。总而言之，植物根际体系发达程度决定了其对污染的治理能力，也是受污染环境是否选取该绿色植物进行防治的主要因素。

2.4 因地制宜原则

受污染环境是否选取该绿色植物进行防治时，一方面要安排可行性的修复方案，另一方面也要结合植物自身生长条件。同时，选取时优先考虑本土植物，既能适应周围环境，也满足生长条件，在防污治污方面效果更加显著。因此，设计植物修复方案时，一定要考虑本土性和适应性，此外，不同植物的搭配所产生的治污效果也不一样，所以一定要考虑各个植物的功能特性，找到最优方案。

3 植物修复机理

3.1 降解微生物

微生物对水体污染降解起着非常重要的作用，其可以将有机物当作能源，然后转化为丰富的营养物质。污染的水体中含有丰富的含氮有机物，这些有机物被分解产生的氨态氮中，有一部分被植物所吸收，但另外很重要的一部分，通过消化作用和反消化作用所吸收。大气中的氧气和植物呼出的氧气都是水中污染物所需的，而在滩涂地区种植绿化植物，输出的氧气比空气中扩散速度快，氧气扩散到植株上吸收，一部分用来根系的释放，然后扩展到周围区域，从而为微生物提供了一个有氧的环境，这样也促进了微生物的生长，从而有效地对有机物进行了降解。据研究发现很多挺水植物寄生着很多的藻类植物，这样也为微生物提供了丰富的有氧环境。植物通过酶和生化反应，将有机物进行转化和分解，从而降低有机物浓度来达到净化效果。如酚类可以参与植物的糖代谢循环，一部分通过和糖结合在一起生成酚糖苷，还有一小部分多酚氧化酶与过氧化酶发生反应，彻底降解水体中的污染成分，从而降低污水的毒性。

3.2 吸收水体氮磷无机营养物质

植物修复原理主要是植物能对污染物进行吸收、降解、转移、吸附、沉降，从而抑制浮游植物的继续生长来达到净水的目的。绿化植物对水体有一定的修复能力，当大量的氮磷进入水中后，就会引起水体的富营养化，而种植于水系旁的植物，可以通过强大的根系吸收污水中的氮磷等一系列营养物质，供自体生长，并将水中的一些无机氮吸收合成蛋白质变为有机氮，再进行转移，从而将这些营养物质移出水体以此来达到净化水质的目的。此外，水体中的一些无机氮，也是一些植物所需的营养物质，植物将污水中的无机氮吸收，然后转化成自体的一些有机成分。

4 常用植物生态修复技术方法

4.1 植物-固定化氮循环菌联合修复法

有研究人员根据植物生长的季节性差异，选取凤眼莲（漂浮植物）和伊乐藻（沉水植物）2 种不同植物，分别与固定化氮循环菌进行联合应用，先后用于夏、冬两季的富营养化污染水体修复。经过一段之间的修复后，水体中总氮（TN）、亚硝态氮（NO2-N）及铵态氮（NH4+-N）的含量均有所下降。其中，凤眼莲与固定化氮循环菌的联合修复试验中，亚硝态氮的去除率高达90%，总氮去除率也超过了70%，修复后CHLa（叶绿素a）、CODw（化学需氧量）、pH 等指标均降至较低水平，水体透明度亦有显著改善。伊乐藻与固定化氮循环菌的联合修复试验中，亚硝态氮的去除率高达98%，铵态氮的去除率高达85%，CHLa 指标亦有所下降，水体透明度较夏季修复后未现下降趋势。此外，该研究还发现，修复期间水体和底泥中的微生物如硝化菌、亚硝化细菌、反硝化细菌的菌群数量都有显著增加，这对提高水体脱氮效果起到了积极作用。通过两种植物的整年修复后，富营养化污染水体水质得到明显改善，其中，冬季修复中沉水植物起到了水质维持作用，并且对水体中磷含量的增加起到了抑制和缓冲效果。

4.2 植物-固定化光合细菌联合修复法

浙江大学的研究人员选取黄花水龙与伊乐藻2 种植物，分别与固定化光合菌进行联合应用，试验场地位于温室内，通过硝酸铵（NH4NO3）和磷酸二氢钠（NaH2PO4）对水体进行富营养化污染修复。水体修复结果显示，在试验进行至第19 天时，黄花水龙-固定化光合细菌联合修复组的去富营养化污染效果达到峰值，总氮及铵态氮的去除率高达98%，总磷的去除率超过90%。对比之下，单独光合菌修复组在第19 天时的总氮、铵态氮及总磷的去除率均在60%左右，差距显著，表明植物-微生物符合修复体系的水体修复效果优于单纯的微生物修复体系。

4.3 生态浮岛修复法

生态浮岛是将高等水生植物或经人工改造的陆生植物栽植到水体表面，通过植物根系的吸收、吸附功能，以及不同物种之间的化感作用，消除水体中的富营养化污染成分，实现水质净化效果。生态浮岛与微生物修复系统联合应用后，修复效果比单纯的生态浮岛更好。在唐山市南湖公园试验区，研究人员利用生态浮岛对污染水体进行修复，其中，在未投加微生物的试验区内，COD 及氮磷营养物质的去除率约为33%，而在生态浮岛-微生物联合修复试验区内，有机物去除率在34%左右，COD 去除率在63%左右。在冬季来临时，随着气温降低植物枯死，这时可将植物收割后，然后加入固定化氮循环菌与水体中的原有微生物进行原位修复。值得一提的是，目前各类植物-微生物联合修复技术均存在一些尚未攻克的技术难关，如不同植物-微生物组合的修复机理各不相同、生态浮岛难以过冬、机械化推广难度大等，因此仍需进一步的研究。

5 结语

在河岸缓冲带和人工湿地生态建设中推广应用植物生态修复技术可以发挥其巨大的生态效益和社会效益。作为一项新兴技术，植物生态修复技术不仅对环境污染净化起着重要的作用，而且能降低成本，是一个全新的研究方向，但是目前还存在着一些问题，如水体污染物浓度的高低均会影响水体植物的降解效果，水体污染的浓度过高，就会使植物的耐毒性降低，从而导致净化植物的死亡，但是浓度过低的话就会导致植物对污染物的吸收不能够达到降解的效果，所以也亟需研究其他的一些修复方案。