水生植物净化水质的机理及其应用方式研究进展_林鸿

[收稿日期]20070704[基金项目]武汉市园林科研攻关项目(武园科[2006]1号)[第一作者简介]林鸿(1959),男,广东平远县人,高级工程师,主要从事水生植物的研究.水生植物净化水质的机理及其应用方式研究进展林鸿,吴晓花(武汉市园林科学研究所,湖北,武汉430081)丁自立(湖北省农业科学院粮食作物研究所,湖北,武汉430064)[摘要]综述了水生植物在污水处理中的应用及其净化水质的机理,以及利用水生植物营造的净化塘、人工湿地系统、水域浮床技术和根际过滤技术等方式净化污水的研究进展。[关键词]水生植物;水环境;净化作用[中图分类号]X505[文献标识码]A[文章编号]16731409(2007)04S09504地球表面积71%被水覆盖,大洋承纳了整个生物圈内97%的水体,极地冰固化了生物圈内2%的水体,只有不到1%的水体以淡水形态存在于江、河、湖泊中,这也是人类和其他生物赖以生存的基础。但是,随着工业化进程的加快和人口数量的不断增加,生态环境不断受到破坏,水污染日趋严重,大多数水体超过国家地表水环境质量四类标准[1]。水体污染问题受到了广泛的关注,前人对如何预防和治理水体污染做了大量的研究[2～4]。在污水处理中,传统污染水处理方法如生化二级处理法,工艺成熟、处理效果理想,但建造、运行、管理费用过高;化学法(如加入硫酸铜等)和换水法处理污水,虽然均有一定效果,但化学法易产生二次污染,换水法不够方便、经济,且仅适宜于小型水体。为了寻找高效低耗的水污染处理技术,自20世纪70年代起,水生植物开始受到人们的关注。水生植物不仅具有较高的观赏价值,还能主动吸收水体中的养分物质,对富营养化水体可起到净化作用。为此,笔者就水生植物对水质的净化作用和机理进行了概述与分析,同时就其在净化污水方面的应用方式进行了简要论述,以期为科技工作者治理水体污染提供一些参考。1水生植物在污水处理中的应用凡生长在水中或湿土壤中的植物,以大型的草本植物为主,包括水生、湿生和沼生植物,称为水生植物(hydrophyte)[5]。水生植物主要包括3大类:水生维管束植物、水生藓类和高等藻类。在污水治理中应用较多的是水生维管束植物,它具有发达的机械组织,植物个体比较高大,可分为挺水、浮水和沉水3种生活型[6],这3种类型的水生植物在污水处理系统中存在一些不同的应用方式,详见(表1)。表1水生维管束植物污水处理系统分类比较Table1Comparisonofthesystemclassificationofaquaticvascularplantinsewagewatertreatment类型使用方式处理范围污染物去除机制研究与应用情况代表种类挺水植物系统人工或天然湿地城镇污水的二级或一级处理、工业废水、暴雨径流植物的吸收、微生物的代谢研究应用最多,工艺设计已渐成熟芦苇、香蒲浮水植物系统强化氧化塘等系统城镇污水的二级或一级处理、某些工业废水、暴雨径流、受污染天然水植物的吸收、微生物的代谢设计简单,但工艺优化的研究较少,应用受制约凤眼莲、浮萍沉水植物系统天然水体受污染、富营养化水体的修复对氮、磷的短期储存、控制富营养化操作和实施难度较大,研究和应用较少狐尾藻、金鱼藻·95·长江大学学报(自科版)农学卷2007年12月第4卷第4期JournalofYangtzeUniversity(NatSciEdit)AgriSciVDec.2007,Vol.4No.42水生植物净化水质的机理我国利用水生植物净化水质的研究始于20世纪70年代中期,包括静态条件下单一物种及多种植物配植对污染物浓度较高污水的净化作用,及动态方法研究水生植物对污水处理效果[7]。近30年来,对东湖、巢湖、滇池、太湖、洪湖、保立湖、鸭儿湖等浅水湖泊的富营养化控制和湿地生态系统恢复的大量研究证明[8～10],水生植物可以吸收、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,或抑制有害藻类繁殖的能力,遏制底泥营养盐向水中的再释放,利于水体的生物平衡等。水生高等植物能有效地净化富营养化湖水,提高水体的自净能力[11],也是人工湿地系统发挥净化作用必不可少的因素之一[12～15]。2.1植物自身的性状和抗性能力水生植物由于长期生活在一种缺氧、弱光的环境中,形态解剖结构上形成特殊性[16]。根、茎、叶形成完整的通气组织,保证器官和组织对O2的需要[17];叶片呈肉质,如香蒲表皮有厚角质层,栅栏组织发达,污染点处的根、茎、叶表皮细胞排列紧密等结构能抵抗因污染受害而引起的同化功能下降、水分过分蒸腾,增强了香蒲植物的耐污性和抵抗力[12]。2.2植物的吸收、富集作用水生植物根系发达,利于吸收水中物质。如凤眼莲生长过程需要大量的N、P营养物[18],它吸收后生长迅速,对于净化富营养化水体效果明显[19],李周玉等[