水生植物对水质的改善

日益严峻的水污染使得水体的使用功效大大降低，不仅影响水体污染当地居民的安全饮水以及身体健康，还使得水资源的紧缺形势进一步恶化，影响了我国当前正在实行的可持续利用资源战略。当然我国也寻求了一些较为有效的处理污染水资源的技术，如较为传统的生化二级处理，达到了理想的处理水污染效果，但由于使用成本过高，使得可供利用性大大降低。基于此，提出使用生物学处理法进行处理污水，取得了不错的效果。

一、以藻类为代表的低等植物在污水处理以及水质的改善中的运用

利用藻类处理水污染和改善水质有着较为显著的功效。使用藻类对被污染的水源进行处理后产生的一些死藻类沉积物在进行干燥后还能够用来制作鱼饲料，是鱼饲料的良好的添加剂，还可以作为肥料加以利用。与此同时，藻类在进行污水处理中会产生大量的氧气，这些氧气能够极大地减轻水体缺氧现象，并减少由于水体缺氧而出现的恶臭气味，进而起到改善水质的作用。由此可知藻类在污水处理中具有使用成本降低、净化效率较高的优点，被广泛运用于处理水污染现象和改善水质中，取得了不错的效果。

1、常见的运用类型

（1）固定化藻。固定化藻就是利用人工调控方式为藻类提供最佳的生长环境条件。固定化藻通过化学或者物理方式利用载体固定藻类细胞，进而形成较为固定的藻类高效生物反应器系统，使得藻类生长更加迅速，具有高浓度的藻细胞，更加容易收获，并克服了传统的藻类处理系统处理效率不高、占地面积较大以及停留时间过于长的缺陷。我国近年来研究固定化藻取得了较为显著的成绩。固定化藻的固定分为包埋法和吸附法，通常使用聚乙烯、多孔硅胶、聚丙烯酰胺、琼脂、角叉菜聚糖以及褐藻酸钙等载体。

（2）活性藻。活性藻是通过人工手段尽量缩短处理时间，培育浓度较高的藻类。由于活性藻良好的沉降性，容易收获，且出水澄清，在处理水污染现象和改善水质中得到了较为广泛的运用。

（3）藻类塘。利用藻菌共生系统研究氧化塘，利用藻类分解营养物实现处理污水的目的。藻类单元在中等城镇的污水综合处理中起到了相当重要的作用，综合生物塘技术的运用使得综合处理污水成为了可能。

2、低等藻类的运用范围以及去除的污染物的种类

（1）运用范围。运用藻类不仅可以进行处理生活类污水，还可以进行处理其它类型的

污水，运用范围较为广泛。举例子来说明，在德兰士瓦以及纳米比亚等多地的多家制革厂都在采用螺旋藻处理大部分的生产废水；在南非的开普敦旁边的一个处理污水场利用一个充满螺旋藻、面积约为一千平方米的水池在处理着约为一千人产生的生活废水。

（2）去除的污染物的种类。藻类能够去除污水中含有的营养物如氮、磷等，同时还能够富集并去除其它的重金属以及有机物。藻类能够去除营养物，Wong和Tam将栅藻和小球藻分别于一级处理出水与二级处理出水中培育，结果显示，栅藻和小球藻的长势在一级处理出水中较好，在培育约七天之后对氮、磷等营养物的去除率达到了70%左右。Covindam在使用藻类进行混合污水的处理时发现，藻类不仅去除了大量的氮、磷营养物，同时还去除了约为90%左右的化学需氧量（COD）以及生物需氧量（BOD）；藻类能够去除有机物。Hosetti 认为原生动物以及单种细菌对BOD的去除效果不及单种藻类的去除效果高，当中一些比较普通的小球藻能够达到83%左右的BOD去除率。从Maguuire研究有机物的净化实验中可以明白，纤维藻能够于25ug/mL的三丁锡中生长，同时能够对三丁锡进行降解作用，能够降解为无机锡、单丁锡以及二丁锡。林毅雄利用普通小球藻、策哈衣藻以及斜生栅藻对丙体-666有机农药的去除进行了实验，实验结果显示，当污水中含有浓度为1mg/L的丙体-666时，藻类的处理时间为小时至96小时，处理后丙体-666的残留量大概为至mL，而藻类体内的富集量大约为至mL。刘厚田等人的实验也都表明，藻类在藻菌共生系统中能够单独对偶氮染料进行降解。从邓星明等采用藻菌类生物膜对炼油废水进行净化实验表明，坑行席藻对正十四烷有着较为明显的去除效果；藻类能够去除重金属。王焕校和杨红玉认为，绿藻能够在浓度不高于L的镉溶液中有效吸收镉，这个时候的富集系数达到最大。Soeder认为空星藻在温度为30摄氏度左右时，仅仅需要小时就可以从溶液中吸取约为90%的铅，但吸收的镉量较少，效率较低，在24小时于40mg/L的镉溶液中才能吸收仅仅约为60%的镉。在温度为23摄氏度时，经过20个小时后能够从含铅为1mg/L的溶液中吸取100%的铅。

二、以水生维管束植物为主的高等植物在污水处理以及水质的改善中的运用

1、常见的应用方式

（1）湿地系统。大型水生植物在湿地系统中起着相当重要的作用，降低污染负荷，吸取部分营养物质；改善生物地化循环系统；形成一定的隔离层，防止冬季雪霜直接冻结湿地的地面；使得湿地床表面更加牢固等。

（2）综合生物塘系统。将多种水生植物进行有机组合，在污水稳定塘的基础上形成综合生物塘。大型水生植物在这个系统里面仍旧占据着相当重要的地位。

2、运用范围

这些高等植物不仅可以处理生活废水，还可以处理工业、生产废水。吴振斌使用香蒲床和芦苇在草毒素水体的处理中取得了良好的效果；胡焕斌选用芦苇床对铁矿炸药污水进行了处理，取得了不错的效果；曾健等使用浮萍、水葫芦以及水浮莲对高能液体废水进行了净化处理，取得了很好的净化效果。

3、在改善水质中的应用

高等植物的生长需要氮磷等营养物质，这些藻类对污水中的营养物质的去除与藻类细胞内部的营养物质的浓度、营养物的利用度、污水中氮磷的比例以及营养物的浓度有着直接性的影响作用。藻类长势较好，对营养物质的去除效果也就较好。高等植物同样也能够去除污水中的有机物以及重金属。有机物能够为藻类提供生长所需要的重要的碳源，藻类通过富集和降解进行去除有机物。去除重金属则分为吸附与转移两个阶段。

结语：

利用水生植物进行污水处理以及水质改善不仅符合我国的基本国情，同时还具有绿色、环保、投资较少、成效较高的优势。水生植物在处理污水中的一些营养物质以及其它污染物质时操作方法较为简便，对环境等的破坏较少，具有较高的美化环境的价值，能够回收再利用植物资源，有较高的环境效益、生态效益以及经济效益，在社会中正在被越来越多的人认可和接受，使用范围越来越广泛，使用可靠性较高。

水生植物对水质的改善

水生植物指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。水生植物大致可区分为四类：挺水植物、沉水植物、浮叶植物与漂浮植物.

湖泊富营养化已成为一个世界性的环境问题。利用水生大型植物富集氮磷是治理、调节和抑制湖泊富营养化的有效途径之一。湖泊水环境包括水体和底质两部分，水体中的氮磷可由生物残体沉降、底泥吸附、沉积等迁移到底质中。对过去的营养状况的追踪表明，水生植物可调节温度适中的浅水湖中水体的营养浓度。而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强的富集氮磷的能力。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(化学需氧量又称化学耗氧量),BOD(生化需氧量或生化耗氧量)，总磷，铵氮都普遍远低于其外无沉水植物的分布区。而漂浮植物的致密生长使湖水复氧受阻，水中溶解氧大大降低，水体的自净能力并未提高，且造成二次污染，影响航运。挺水植物则必须在湿地、浅滩，湖岸等处生长，即合适深度的繁衍场所，具有很大的局限性。

不同的沉水植物对水体中的总氮总磷均有显著的去除作用。在关于常见沉水植物对滇池草海水体（含底泥）总氮去除速率的研究中发现：物种去除能力的大小顺序依次为伊乐藻＞苦草＞狐尾藻＞篦齿眼子菜＞金鱼藻＞菹草＞轮藻。随着时间的延长，水体中总氮浓度呈负指数形式衰退，且在实验的总氮浓度范围内（～ mg/L）每种沉水植物的去除速率随总氮浓度的增加而增加。此外，黑藻对磷的需求较低。

磷吸收是主动过程。在亚热带湿地中，磷主要是在植物内流动，而氮主要是通过沉积作用和反硝化作用进行流动。对于夏季浮游植物（主要是外来蓝藻），磷是限制因子。据推测：磷循环强烈依赖于大型植物的调节；底泥中磷的衰竭影响植物香蒲的减少，而随后磷的有效性的增加又使其重现。沉水植物均能促进流水生境中碳的吸收、迁移和释放。淡水沉水植物系统对营养物的去除有很好的作用：对氮主要是通过反硝化作用，对磷则是生物吸收和随后的植株收获。`

水生植物与其他生物的协同作用对污染物的清除

根系微生物与凤眼莲等植物有明显的协同净化作用。一些水生植物还可以通过通气组织把氧气自叶输送到根部，然后扩散到周围水中，供水中微生物，尤其是根际微生物呼吸和分解污染物之用。在凤眼莲、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，使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（Immobilized Nitrogen CyclingBacteria，INCB），可使氮循环细菌从载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-反硝化作用，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复均具有重要意义。

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，水生高等植物对藻类的抑制作用较为明显。主要表现在两个方面：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、生存空间等方面存在竞争。除人工控制和低温等条件下，一般是水生植物生长占优势。

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面有重要应用潜力。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。在浅水湖泊中种植苦草等高等植物，放养适量的鱼类，这样就既可以保护水质，又可以发展渔业生产，增加经济效益。不仅如此，野外实验和实验室研究还表明，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，使藻类数量明显减少。有害植物(Typha spp.)常覆盖湿地和其他淡水环境，造成物种单一。这种香蒲侵入的一个重要机制就是向周围环境中释放相生相克物质——植物毒素。利用植物分泌物和植物周围的微生物与藻类间的相生相克关系，来去除藻类。这对于富营养化水体污染的防治和治理，水生态系的恢复和重建很有意义[33]。

水生植物的其他净水（改善水质）功能

水生植物在不同的营养级水平上存在维持水体清洁和自身优势稳定状态的机制：水生植物有过量吸收营养物质的特性，可降低水体营养水平；减少因为摄食底栖生物的鱼类所引起沉积物重悬浮，降低浊度。水生植物的改善水质的功能，如稳定底泥、抑藻抑菌等，也具有重要的实践意义。氧气是一种非常重要的物质。水体富营养化引起的藻类水华造成水体透明度降低，饮用水质量下降。组织缺氧使大型植物退化，减少了水生植物多样性。海洋底层大陆架的缺氧，使海底生物大量死亡，给当地经济和人类生存带来了严重的威胁。沉水植物与沉积物、水体流动间有紧密联系。在生态系统中，它能起到提高水质，稳定底泥，减小浑浊的作用

水质净化

水质净化技术已成为养鱼工业可持续发展的瓶颈与筹码。20世纪80年代以来，已有利用浮游植物净化养殖污水的研究报道。但因藻水分离困难，使这种微藻净水模式在循环水养鱼系统中的应用受到限制。而大型植物则具有净化水质、节省能源和收获饵料的综合效果[43]。高等水生植物对水环境中的污染物具有较强的吸收作用，其效能因植物种类及处理组合方式不同而异。高等水生植物净水效果的高低依赖于各自生理活性的增强（主要体现在酶

活性的提高）。

凤眼莲、水浮莲、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，菹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、浮萍等植物的抗寒性较强