水生植物在富营养化水体治理中的应用前景

2022-09-11

水体中有机物含量的增加, 水体往往呈现富营养化状态。据调查数据显示:我国天然湖泊中85%有不同程度的富营养化现象, 50%的湖面已经为中度以上的富营养化;城市中小河道水质基本为劣V类, 水体发绿发臭[1];农村大量的河道出现大面积水葫芦堵塞河面。这些由水体富营养化导致的问题给人类的生活与生产带来巨大的损失, 同时也带来了诸多的生态环境问题。

水体富营养化的治理, 就目前形势来看, 还没有一种行之有效的方法。如从另一方面看, 水体中超标的氮磷物质对水体来说是一种污染, 但对植物来说却是生长过程中不可缺少的营养物质。这也正是植物应用于富营养化水体治理的主要依据。

1 水生植物净化富营养化水体的机理

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。

研究表明, 富营养化的水体含有大量的C、H、O、N、P、S和少量的Fe、Mn、Cu等金属元素。这些富营养化组分刚好是植物在生长过程中所必须的, 植物根系吸附和吸收水中的氮、磷等物质, 贮存在植物细胞中, 并通过木质化作用使其成为植物体的组成成分。水生植物根系拥有巨大的表面积, 为水中微生物生长提供良好固着载体起到“生物膜载体”的作用。植物大面积的生长能阻挡阳光直接照射在水面上, 降低藻类进行光合作用的光照强度, 另外, 一部分水生植物在生长过程中能够分泌克藻的物质, 从而使藻类的生长繁殖得到了有效抑制[2~3]。

2 水生植物治理富营养化水体国内外研究现状

2.1 国外关于水生植物治理富营养化水体的应用情况

从全球范围来看, 利用水生植物处理富营养化水体过程中, 种植水生植物的方式主要以生物浮岛、浅水区湿地以及直接种植浮叶、浮水植物等方法为主。

在美国, 政府很早就意识到富营养化水体的危害, 水资源管理局斥巨资收购了面积高达1.9万英亩的农场, 并将其中2000多亩的土地改造成了具有水质净化功能的湿地。使水生植被能够长期生存, 湖泊水体叶绿素a也从120μg/L下降到了50μg/L。在日本, 也采用了水生植物栽培法全面地控制营养盐的策略, 很大程度地解决了水体富营养化问题[4~5]。

2.2 国内关于水生植物治理富营养化水体的研究情况

在国内, 吴振斌等[6]研究了水生植物对富营养水体净化的能力, 结果表明沉水植物能够很大程度地降低水体CODCr和BOD5。田琦等 (7) 对伊乐藻 (Elodeanuttalli) 、金鱼藻 (Ceratophyllum demersuitn L.) 、苦草 (Vallisneria spiralis) 、菹草 (Potamogeton c r i s p L i n n) 、马来眼子菜 (P o t a m o g e t o n malaianus) 5种沉水植物对富营养化水体的净化能力进行研究, 结果表明:5种沉水植物均有一定能力去除水体中总磷、总氮、叶绿体a, 并能很好地改善水体中溶解氧条件。在应用方面, 盛宇静[8]研究了水生植物在城市内河整治中的作用, 研究显示, 水生植物能够很好改善城市内河的水质, 并且创造了独具水乡风格的生态景观。

以上研究表明, 采用水生植物培养技术治理富营养化水体, 不仅可以改善水体的质量, 而且能够为水生生物提供良好的水环境条件, 改善我们的生态环境。

3 利用水生植物治理富营养化水体存在的问题

水生植物处理富营养化水体能在一定程度发挥作用, 但在大范围使用时存在一定的问题。首先, 水生植物的生长和繁殖周期比较长, 吸收营养物的能力有限, 因此, 利用水生植物处理富营养化水体具有很强的滞后性和很长的周期性。其次, 部分水生植物在生命周期结束后会在水体中腐烂, 给水体带来了二次污染, 因此, 在大规模使用前需要筛选出适合的水生植物, 最好是长青的水生植物。另外, 水生植物, 特别是浮叶、浮水植物在水体中并不是很牢固, 遇到大风大雨导致水体流速加快的时候, 水生植物容易流失, 造成水生植物带的崩溃。因此, 还需要考虑水生植物的加固问题。

4 水生植物治理富营养化水体展望

首先, 我国城市化和工业化进程加快水体污染面比较广, 靠单一的污水处理厂难以满足目前的需要。我国河流、湖泊、内河分布广泛, 水体面积相当广阔, 通过水生植物培养治理富营养化水体可以大范围长时间进行, 不受地区条件的限制, 对周围环境影响小, 成本低。在净化城市内河水质和城郊生活污水方面具有独特的优势和可操作性, 为处理污水, 净化水质提供新的途径。

其次, 水资源日益缺乏, 水资源的再生利用显得尤为重要。城市的景观用水数量惊人, 经污水处理厂处理过的水经水生植物以人工湿地, 生物浮岛等的形式处理后可以直接作为景观用水, 大大减少了水处理的成本。

另外, 当前, 城市绿化是生态城市建设的重要部分, 是改善城市生活质量的重要环节, 在城市土地日益紧张的情况下, 在水体中建造以美人蕉、睡莲等水生植物为主的人工浮岛是增加了绿化的面积, 同时改善了城市环境, 增加了城市景观。

综上所述, 利用水生植物来净化我们的环境、修复我们的生态系统, 提高我们的生活品质等方面有着巨大的潜力, 在水体的综合治理中具有非常广泛的前景。

摘要：本文综述了当前富营养化水体的治理方法, 分析了国内外对水生植物在富营养化水体治理中的研究。阐述了水生植物在治理富营养化水体中的作用机理。通过调查研究, 提出了水生植物治理富营养化水体存在的问题。展望了水生植物治理富营养化水体在污水综合治理和恢复生态环境方面的应用前景。

关键词：富营养水体,水生植物,生态环境