水生植物在應(yīng)對(duì)環(huán)境污染中的積極作用

水生植物在應(yīng)對(duì)環(huán)境污染中的積極作用水生植物與微生物的協(xié)同去除效應(yīng)人工濕地中微生物的種類和數(shù)量是相當(dāng)豐富的，水生植物群落的存在，為微生物提供了附著基質(zhì)和棲息場(chǎng)所，其浸沒在水中的莖葉為形成生物膜提供了廣大的表面空間，此外水生植物的根系常形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀的結(jié)構(gòu)，并在植物根系附近形成好氧、厭氧、缺氧等不同環(huán)境，為各種不同微生物的吸附和代謝提供了良好的生存環(huán)境，也為人工濕地污水處理系統(tǒng)提供了足夠的分解者。植物根部的釋放作用為微生物的大量存在提供物種保障，植物的根系分泌物促使某些嗜磷、氮細(xì)菌的生長(zhǎng)，促進(jìn)氮、磷的釋放、轉(zhuǎn)化及有機(jī)污染物BOD、COD的分解，從而間接提高凈化率。此外，在不同基質(zhì)結(jié)構(gòu)、環(huán)境因子等情況下，植物根系的擴(kuò)展深度即發(fā)達(dá)程度有所變化，使微生物及酶的分布呈現(xiàn)出空間不均勻性。香蒲型濕地中0.05~0.1m深處的細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量與0.35m深處的數(shù)量比是13:7(±4.1),基本上是差了一個(gè)數(shù)量級(jí)，增大濕地植物根系的擴(kuò)展空間，有利于提高人工濕地凈化污水的有效空間，是增強(qiáng)污水凈化能力的一項(xiàng)重要措施。水生植物的修復(fù)機(jī)理水生植物的根系能分泌促進(jìn)嗜磷、氮細(xì)菌生長(zhǎng)的物質(zhì)，從而間接提高凈化率。浮水植物發(fā)達(dá)的根系與水體接觸面積很大，能形成一道密集的過濾層，當(dāng)水流經(jīng)過時(shí)，不溶性膠體會(huì)被根系粘附或吸附而沉降下來(lái)，特別是將其中的有機(jī)碎屑沉降下來(lái)。與此同時(shí)，附著于根系的細(xì)菌體在進(jìn)入內(nèi)源生長(zhǎng)階段后會(huì)發(fā)生凝集，部分為根系所吸附，部分凝集的菌膠團(tuán)則把懸浮性的有機(jī)物和新陳代謝產(chǎn)物沉降下來(lái)。水生植物和浮游藻類在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和光能的利用上是競(jìng)爭(zhēng)者，前者個(gè)體大、生命周期長(zhǎng)，吸收和儲(chǔ)存營(yíng)養(yǎng)鹽的能力強(qiáng)，能很好地抑制浮游藻類的生長(zhǎng)。某些水生植物根系還能分泌出克藻物質(zhì)，達(dá)到抑制藻類生長(zhǎng)的作用。另外，水生植物根圈還會(huì)棲生某些小型動(dòng)物如水蝸牛能以藻類為食。挺水植物可通過對(duì)水流的阻尼或減小風(fēng)浪擾動(dòng)，使懸浮物質(zhì)沉降。在易受風(fēng)浪渦流及底層魚類擾動(dòng)影響的淺水湖泊底層，沉水植物有利于形成一道屏障，使底泥中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶出速度明顯受到抑制。水生植物還能通過植物殘?bào)w的沉積將部分生物營(yíng)養(yǎng)元素埋入沉積物中，使其脫離湖泊內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)循環(huán)，進(jìn)入地球化學(xué)循環(huán)過程。湖邊以挺水植物為主的水陸交錯(cuò)帶，有利于對(duì)面源污染物的去除和沉淀等?？傊参锏拇嬖?，有利于形成一個(gè)良性的水生生態(tài)系統(tǒng)，并能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持水質(zhì)的穩(wěn)定。水生植物修復(fù)的影響因素1、 溫度溫度是水生植物生長(zhǎng)的必備要素，因此也影響著植物對(duì)受污水體的凈化效果。同時(shí)，水溫對(duì)植物的季節(jié)生長(zhǎng)也有顯著影響，它不僅決定植物的萌發(fā)、生長(zhǎng)量和生長(zhǎng)速率，還決定著開花和休眠期。有研究表明苦草等水生植物的種子萌發(fā)與種皮結(jié)構(gòu)、水溫及萌發(fā)基質(zhì)有關(guān)，水溫對(duì)植物種子的萌發(fā)有一定的促進(jìn)作用。2、 光照水體光強(qiáng)影響著水生植物特別是沉水植物的光合作用，苦草適于在水底生長(zhǎng)，金魚藻和狐尾藻在水體上層有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，菹草和黑藻的最大光合產(chǎn)量出現(xiàn)在中層。水底的水底的光強(qiáng)往往很弱，一般認(rèn)為，水底光強(qiáng)不足入射光的1%時(shí)，沉水植物不能定居。不同植物對(duì)光照的敏感程度不同，而水體的透明度即成為表征水體光照的限定因子。當(dāng)水深/透明度比值達(dá)5.26時(shí)，絕大部分水草生長(zhǎng)受到制約。尤其藻類富營(yíng)養(yǎng)湖泊中較低的透明度是制約沉水植被修復(fù)的關(guān)鍵因子。有研究表明:在水體的一定深度存在光補(bǔ)償點(diǎn)和補(bǔ)償深度，只有在光補(bǔ)償深度以上，沉水植物才能進(jìn)行正常的光合作用和呼吸作用。3、 營(yíng)養(yǎng)水平受污水體中的N、P等是水生植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，有的植物喜歡偏肥水體，有的喜歡偏瘦水體。水生植物對(duì)污染物的吸收及耐受能力有一定限度，其凈化率并非隨水體營(yíng)養(yǎng)化程度成正比增長(zhǎng)。水生植物特別是沉水植物的引種與恢復(fù)對(duì)水體污染的治理有明顯作用，但水體的溫度、光照強(qiáng)度與營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷已成為沉水植物能否有效發(fā)揮作用的瓶頸。因此，在水體營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷較低，植物生長(zhǎng)緩慢的條件下，可投加微生物制劑作為有效補(bǔ)充，改善水體透明度，然后再引種水生植物，提高凈化效率。水生植物根系的過濾、沉淀顆粒作用水生植物發(fā)達(dá)的根系與水體接觸面積大，可以形成密集的過濾層，當(dāng)水流通過時(shí)，可以過濾掉水體中的污染物質(zhì)，在其表面進(jìn)行離子交換、整合、吸附、沉淀等，不溶性膠體被根系黏附和吸附，凝集的菌膠團(tuán)把懸浮性的有機(jī)物和新陳代謝的產(chǎn)物沉降下來(lái)，使周圍水體變清。挺水植物的莖和葉以及浮水植物的根還可以用來(lái)減緩水流速度和消除湍流作用，以達(dá)到過濾和沉淀泥沙顆粒、有機(jī)微粒的作用。如在種有蘆葦?shù)乃刂?，其水中懸浮物減少30%，氯化物減少90%，有機(jī)氮減少60%，磷酸鹽減少20%，氨氮減少66%。通過植被的攔截和過濾作用，還能大量滯留許多有害的金屬，吸收地表污染物。在河道兩側(cè)和湖泊建設(shè)緩沖帶和護(hù)坡，依靠種植的植物能吸收、沉淀、過濾和降解溶于雨水中的酚、氰、銘、鋅等有機(jī)化合物，使得含有毒有害物質(zhì)的雨水得到過濾和凈化，減少了有毒有害物質(zhì)對(duì)水體的污染。水生植物修復(fù)技術(shù)中微生物的降解作用與其他的生物處理系統(tǒng)一樣，在以水生植物為核心的污水凈化系統(tǒng)中，微生物對(duì)各種污染物的降解仍然起著重要的作用。污水中可被生物降解的有機(jī)物（通常以BOD來(lái)表示）主要由于微生物的代謝活動(dòng)被去除；去除氮，盡管有植物的吸收，但硝化和反硝化作用仍是主要的，去除率約40%~92%。盡管如此，水生植物的作用仍然是不可或缺的。首先，水體中微生物降解污染物質(zhì)所需的氧主要來(lái)自水生植物輸氧。缺氧條件下，生物不能進(jìn)行正常有氧呼吸，還原態(tài)的某些元素和有機(jī)物的濃度可達(dá)到有毒的水平。有研究表明，水生植物的輸氧速率遠(yuǎn)比依靠空氣向液面擴(kuò)散速率大，植物的輸氧功能對(duì)降解污染物好氧的補(bǔ)充量遠(yuǎn)大于由空氣擴(kuò)散所得氧量。植物輸氧是植物將光合作用產(chǎn)生的氧氣通過氣道輸送至根區(qū)，在植物根區(qū)的還原態(tài)介質(zhì)中形成氧化態(tài)的微環(huán)境。這種輸氧作用使根毛周圍形成一個(gè)好氧區(qū)域，其中好氧生物膜對(duì)氧的利用使離根毛較遠(yuǎn)的區(qū)域呈現(xiàn)缺氧狀態(tài)，更遠(yuǎn)的區(qū)域則完全厭氧。這種連續(xù)呈現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧的狀態(tài)，相當(dāng)于許多串聯(lián)或并聯(lián)的A/A/O處理單元，這樣植物在為水體輸氧的同時(shí)，還可以通過硝化、反硝化作用及微生物對(duì)磷的過量積累作用使氮、磷從廢水中去除。因此，水生植物在人工濕地去除銨、亞硝酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、SS和BOD等方面間接或直接地起著重要作用。其次，水生植物還為微生物提供棲息地。水生植物的根系常形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀的結(jié)構(gòu)，并在植物根系附近形成好氧、缺氧和厭氧的不同環(huán)境，為各種不同微生物的吸附和代謝提供了良好的生存環(huán)境。很多大型挺水植物在水中部分能附生大量的藻類，這也為微生物提供了更大的接觸表面積。研究表明，有植物的水體中，細(xì)菌數(shù)量顯著高于無(wú)植物系統(tǒng)，植物的根系分泌物還可以促進(jìn)某些嗜磷、氮細(xì)菌的生長(zhǎng)，促進(jìn)氮、磷的釋放和轉(zhuǎn)化，從而間接提高凈化率。水生植物的吸收利用和富集作用氮、磷是水生植物生長(zhǎng)必不可少的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。不少水生植物的生長(zhǎng)速度快，能直接大量吸收利用水體中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，供其生長(zhǎng)發(fā)育，從而達(dá)到凈化水體的效果。廢水中的有機(jī)氮被微生物分解與轉(zhuǎn)化，而無(wú)機(jī)氮（氨氮）作為植物生長(zhǎng)過程中不可缺少的物質(zhì)被植物直接攝取，合成蛋白質(zhì)與有機(jī)氮，再通過植物的收割而從廢水和濕地系統(tǒng)中除去；如同無(wú)機(jī)氮一樣，無(wú)機(jī)磷也是植物必需的營(yíng)養(yǎng)元素，廢水中的無(wú)機(jī)磷在植物吸收及同化作用下可轉(zhuǎn)化成植物的ATP、DNA、RNA等有機(jī)成分，然后通過植物的收割而移去。生根植物直接從砂土中去除氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而浮水植物則在水中去除營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。許多根系不發(fā)達(dá)的沉水植物，例如金魚藻屬(Ceratophyllum)也能直接從水中吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在海涂,蘆葦(Phragmitesaustralis)濕地系統(tǒng)是削減進(jìn)入海洋過量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的強(qiáng)有力手段之一。環(huán)境中的重金屬和一些有機(jī)物并非是植物生長(zhǎng)所需要的，且達(dá)到一定程度后具有毒害作用。對(duì)于此類化合物，一些植物也演化出特定的生理機(jī)制使其脫毒。植物通常是通過螯合和區(qū)室化等作用來(lái)耐受并吸收富集環(huán)境中的重金屬，這種機(jī)制也存在于許多水生植物中。水生植物吸收富集能力為：沉水植物>飄浮植物>挺水植物，不同部位濃縮作用也不同，一般為根>莖>葉，各器官的累積系數(shù)隨污水濃度的上升而下降。研究認(rèn)為植物對(duì)有毒有害物質(zhì)的吸收以被動(dòng)吸收為主，增加植物和廢水的接觸時(shí)間，可增強(qiáng)植物對(duì)其的去除率。Ellis等的研究結(jié)果表明，寬葉香蒲(Typhalatifolia