水生植物对富营养化水体的净化作用及其影响因素综述

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　　摘 要 分析了水体富营养化形成的主要原因，重点介绍了水体富营养化的防治方法和措施，并且结合技术原理及工程经验，从稳定性、生态安全性、技术差异性方面总结了生物修复的优缺点。水生植物的净化效果受多种因素制约，包括水体富营养化程度的差异以及水生植物群落配置方式的差异等，最后给今后水生植物修复技术的进一步发展指明了方向。
　　关键词 水体富营养化治理;氮;磷;水生植物群落配置
　　中图分类号：X52 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.32.087
　　水体富营养化是当前我国水体污染的主要问题之一。由于生物所需的氮、磷等无机营养物质排入到那些相对封闭并且流速较慢的水域中，引起某些藻类及其他浮游生物迅速繁殖，在短时间内就会导致水体浑浊、水体溶氧量下降，这不仅会造成水质的进一步恶化，严重的甚至发生水华现象，使得整个水域生态系统遭到严重污染。目前，水体富营养化已经成为一个日趋严重的全球性环境问题。
　　经过生态学家和环境学家长期对水体富营养化治理方法的不断探索，目前水体富营养化修复从技术原理上可以分为物理、化学、生物三大类。
　　选用化学、物理措施修复水污染不仅投入大、能源消耗高、严重破坏生态系统，并且容易出现水体二次污染以及对于地下水构成污染。相较而言，水生植物修复法具有效果好、成本低、操作简单、易于维护的优点，同时具有生态环保的特性，因此水生植物修复研究越来越成为人们关注的焦点。为了更有效地指导实际水体修复技术的应用，结合水生植物对富营养化水体的净化作用及其影響因素展开论述。
　　1 水生植物对富营养化水体的净化作用
　　1.1 水生植物对氮、磷的吸收富集作用
　　国内外学者的研究表明，水生植物对水体中氮磷的去除效果明显。通过水生植物的光合作用，水生植物释放氧气增加水中溶解氧含量，从而达到减少或消除水污染、改善水质的目的。褚梦真等[1]利用水芹菜（Oenanthe javanica）、千屈（Lythrum salicaria）和金鱼藻（Ceratophyllum demersum）为材料，采用水培法模拟富营养化水体，研究水生植物对富营养化水体中氮和磷的去除效果。研究表明，水芹菜、千屈菜和金鱼藻对总氮（TN）的去除率分别是59.5%、33.3%和11.1%，对亚硝态氮（NO2--N）和硝态氮（NO3--N）的去除率分别是53.7%、59.8%、9.8%和35.7%、53.7%、52.8%，对氨氮（NH4+-N）的去除率依次36.1%、47.2%和13.9%。水芹菜、千屈菜和金鱼藻对实验水体中对总磷（TP）的去除率依次为46.3%、14.4%和77.4%，对P的富集率分别为0.5%、0.4%和0.3%，对N的富集率分别为1.87%、1.37%和0.73%。可见，水生植物可通过吸收水中的氮、磷等营养物质，来减少水中的营养物质，从而净化水体富营养污染、提高水质。
　　1.2 化感作用
　　化感作用是一种植物通过向环境中释放化学物质而对另一种植物（包括微生物）产生有害或有益影响的作用。同时作为一种争夺日光、养分和生存空间的有效途径，水生植物将化感物质释放到水中以抑制浮游植物的生长[2]。Li等[3]人从芦苇中分离并鉴定出抗藻化感物质——2-甲基乙酰乙酸乙酯（EMA），发现其分离得到的化感物质对蛋白核小球藻和铜绿微囊藻的生长有较强的抑制作用。张庭廷等[4]对黑藻、金鱼藻、水花生、茭白、空心菜进行研究。试验结果表明，这5种水生植物均有不同程度的克藻效果，其中金鱼藻与黑藻对蛋白核小球藻、斜生栅藻具有明显的抑制作用。
　　1.3 其他作用
　　1）水生植物可以为微生物提供栖息地和附着基质，为各种不同微生物的吸附和代谢提供了适宜的生存环境，从而提高水生植物富营养化净化效率。研究表明，植物的根系分泌物还可以促进某些嗜磷、氮细菌的生长，促进氮、磷的释放和转化，并间接提高转化率[5]。2）水生植物可以提供微生物降解水中污染物所需的氧气。研究表明，水生植物体内的氧气传递速率远大于空气向液体表面的扩散速率。植物供氧对人工湿地中污染物的好氧降解的补充作用远大于空气中的氧气扩散量[6]。3）水生植物可以促进水中悬浮物、污染物质的沉降，同时可以降低沉积物再悬浮的风险，达到提高水体透明度的目的[7]。
　　2 影响水体修复效果的因素
　　2.1 水生植物群落配置及种类的差异
　　不同植物对养分的需求不同，对污水富营养化物质的净化效果也不同;不同的根系发育程度不同，向水体输送氧气的能力也不同;产生的化感物质种类和含量不同，对不同藻类的抑制效果也不同。因此，在水生植物对水体富营养化净化时，要根据具体情况合理选择水生植物，并进行多种植物群落组合搭配，同时考虑植物功能的季节性差异，以保证水生植物修复作用能够周年循环，实现污水净化效果最大化。
　　2.2 水体富营养物质含量
　　不同富营养化水体的植物修复能力不同。在一定浓度范围内，水生植物的净化率随水体中氮、磷等物质含量的增加而增加[8]。Wen L等[9]的研究发现，水中磷的去除率取决于植物的生长速度和植物组织中磷的浓度，植物体内磷浓度越高，植物对水中磷的去除能力越强。
　　2.3 其他因素
　　除上述因素外，水体的透明度、温度和光照也会影响水生植物对富营养化水体的净化作用。光照强度影响着水生植物的光合作用，光照强度不够时水生植物生长受到抑制，导致净化效率也受到影响。同时，水生植物在温度相对较高条件下生长旺盛，对水污染也有较高的净化率。植物对氮磷营养物质的吸收往往是植物和根系微生物共同作用的结果，微生物在氮的硝化和有机物的降解中起着重要的作用。
　　3 结语
　　采用水生植物净化富营养化水体，具备周期能耗低、治理效果好、后期维护简单、运转费用低、节省能源、无二次污染等特点，但水生植物防治技术具有局限性：1）不同水生植物对于不同污染因子的生存阈值问题;2）不同生态环境下水生植物的生理生态研究问题;3）不同水质条件下的水生植物的最佳种类选择及最优群落配置的研究问题。此外，为优化水生植物在富营养化水体防治中的实际应用效果，提出以下研究建议：1）发现更高效的脱氮除磷的水生植物种类，以针对不同程度污染的水质，达到净化效果最大化;2）需要进一步优化耐受污染因子的不同水生植物的生存阈值;3）在环境季节变化下研究各季节植物群落的最优化配置;4）结合生物微生物制剂，根据系统要求人工添加生物菌剂，增加微生物丰度，强化优势菌群，提高脱氮除磷效果。 　　参考文献：
　　[1] 褚梦真，叶佳颖，姚彦彤，等.三种水生植物对富营养化水体氮磷的去除效果[J].污染防治技术，2017，30（1）：1-5.
　　[2] 安静.水生植物修复富营养化水体的机理及影响因素综述[J].广西轻工业，2008（6）：96-97.
　　[3] Li FM， Hu HY. Isolation and Characterization of a Novel Antialgal Allelochemical from Phragmites communis[J]. Applied and Environmental Microbiology，2005，71（11）：6545-6553.
　　[4] 张庭廷，陈传平，何梅，等.几种高等水生植物的克藻效应研究[J].生物学杂志，2007（4）：32-36.
　　[5] 张鸿，陈光荣.两种人工湿地中氮、磷净化率与细菌分布关系的初步研究[J].华中师范大学学报，1999，33（4）：575-578.
　　[6] Fennessy M S， Cronk J K， Mitsch W J. Macrophyte productivity and community development in created freshwater wetlands under experimental hydrological conditions[J].Ecol Eng， 1994，3（4）：469-484.
　　[7] 郭長城，江亭桂，潘国权，等.静态条件下水生植物对悬浮颗粒物沉积的影响[J].人民长江，2007（1）：122-123.
　　[8] 高光.伊乐藻、轮叶黑藻净化养鱼污水效果试验[J].湖泊科学，1996（2）：184-188.
　　[9] Wen L， Recknagel F. In situ removal of dissolved phosphorus in irrigation drainage water by planted floats： preliminary results from growth chamber experiment[J]. Agriculture Ecosystems and Environment， 2002，90（1）：9-15.
　　（责任编辑：刘昀）
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