水污染植物修复技术探讨

摘要 近年来，水生植物原位修复作为一种低耗高效的治理技术而受到重视。本文分析了水生植物在水污染修复中的机理、类型和种类，并对发展应用前景进行展望，以期为相关人员提供参考。

关键词 水污染；修复；水生植物

中图分类号 X52 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）14-0192-02

Abstract In recently，macrophytes in-situ phytoremediation receives attention as an low power and high efficiency treatment.This paper analyzed the mechanism，type and species of phytoremediation of polluted water，predicted its prospect，so as to provide references for relevant personnel.

Key words water pollution；phytoremediation；macrophyte

植物修复污染水体的研究是指利用植物在生长过程中一系列生理、生化过程，吸收、降解、钝化有机污染物的一种原位处理污染，部分或完全修复和消除有毒有害物质[1]。1974年，Peterson等人利用水生植物去除湖泊、河流以及地下水的氮磷等营养物质。目前，全球共有近100个国家和地区开展了水生植物修复的相关研究，其中，中国、美国、印度研究最多。

1 水污染现状及危害

由于工业、农业的发展以及民用废弃物的不合理处置，水体中污染物质越来越多，给环境造成严重影响。每年全世界有逾4 200亿m3的污水排入江河湖海，5.5万亿m3淡水受到污染，其中处理过的污水不足10%，污染物降低了水体的使用功能，加剧了水资源短缺。近年来，我国水污染事件频发，每年发生逾1 700起。目前，我国75%的湖泊出现了不同程度的富营养化；90%的城市水域污染严重，地下水受到污染严重。水体中的污染物大多具有较高的稳定性，不易被降解性，当积累到一定的限度就会对水体—水生植物—水生动物系统产生严重危害，并可能通过食物链直接或间接地影响人类的健康[2]。

2 水污染的分类

水污染指水体因某种物质的介入而导致其理化性质发生改变，造成水质恶化，从而影响水的有效利用，破坏生态环境，直接或间接危害人体健康的现象[3]。污染物包括重金属、有机氯农药、非农药有机污染物、酸碱污染、有机毒物、放射性污染等。

2.1 重金属

重金属为比重>5 g/cm3，原子序数>20的金属元素，如Hg、Cd、Pb、Cr、Cu、Ni、As。水体重金属污染都是在开采、冶炼、生产及使用过程中产生。千屈菜、凤眼莲、香蒲和芦苇对Cu、Pb和Zn等重金属污染严重水体的修复功效明显，茭白对Cu、Zn和Mn的富集量均达到 60%以上，浮萍、水蔥和凤眼莲等水生植物对重金属的富集功效为普通水生植物的2～3倍。

2.2 有机氯农药

农药和化肥在使用过程中，大部分未被吸收利用而残留在土壤和漂浮在大气中，通过降雨和地表径流的冲刷进入地表水和渗入地表水，进而形成水污染[4]。乐果、敌敌畏含有有机磷农药的有机化合物，DDT、六六六含有机氯元素。DDT的代谢物都是持久性污染物，而水生植物鹦鹉毛、浮萍、伊乐藻可在6 d内富集水环境中全部的DDT，并能将部分DDT降解为DDD和DDE。

2.3 非农药有机污染物

2.3.1 耗氧有机污染物。主要来源于动物、植物残体和生活、工业产生的易分解的有机物（碳水化合物、脂肪、蛋白质等），如造纸、皮革、纺织、食品、石油加工、焦化、印染等工业废水，其在分解过程中要消耗水中的溶解氧，致使环境缺少氧气，进而造成水生植物或水生动物缺氧。

2.3.2 富营养化有机物。含氮、磷等营养物质大量进入水体，使水体富营养化，藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，水中生物大量死亡，水生植物群落衰退，生物多样性降低，使水环境系统遭到破坏。水生植物修复具有显著的去除N、P的效果，凤眼莲去除NH3-N的效率最佳，美人蕉去除TN和TP的效率最佳。

2.3.3 有机毒物。有机毒物指氰化物、氟化物、三氯乙醛、酚、石油类和难分解的有机污染物，其大都来自矿山、冶炼废水，或者工业生产过程中排出的油类物质及其衍生物。在海洋中，有机毒物主要来自油船的事故泄露、海底采油、油船压舱水以及陆上炼油厂和生化工厂的废水。水环境中的硝基芳香化合物污染主要来自于炸药工业。

2.3.4 病原微生物。医院废水、生活垃圾渗水、人畜粪尿灌水等污水给水体带来大量污染物的同时，也带来大量病源微生物，主要分为病源菌、寄生虫、病毒3类。

3 植物修复机理

3.1 吸收作用

水生维管束植物在水生生态系统中处于初级生产者的地位，与藻类相比，其生命周期长，通过自身的生长代谢可以大量吸收氮、磷营养物质，储存更加稳定，代表性植物有浮叶植物和沉水植物。

3.2 微生物作用

水生植物群落为微生物和微型动物提供了附着的基质。植物根区外的厌氧环境有利于厌氧微生物的代谢，根区有氧环境有利于微生物的降解。含氮有机物分解所产生的氨态氮可通过硝化作用和反硝化作用去除[5]。

3.3 吸附、截留、沉降作用

不溶性胶体会被漂浮植物发达的根系吸附或截留，细菌在其进入内源呼吸期后会发生凝聚，菌胶团可将悬浮性有机物和新陈代谢产物沉降下来。

4 植物修复类型

4.1 植物挥发

易挥发的污染物被植物吸收后可通过表面组织挥发到空气中，而后被活性羟分解。如有毒的Hg2+经植物挥发后变成低毒的Hg，高毒的硒经植物挥发后变成低毒的硒化物[6]。

4.2 植物固定

植物可将有毒有害污染物固定至根、茎、叶中，降低污染物的活动性，阻止其污染水体。当植物死亡后，部分污染物随着植物的分解而重回到环境中。

4.3 植物提取

植物从土壤中吸收、去除无机物，主要为重金属和类金属，目前已发现逾500种可从土壤中提取无机物的植物。

4.4 植物降解

植物通过同化作用，将有机污染物（如PAHs、TPHs、PCBs）和无机污染物（如氮氧化物、硫氧化物）降解。当植物死亡时，大部分污染物已经被降解为无毒性物质或无机物，有效地避免二次污染。例如，桉树可以有效降解三氯乙烯和甲基叔丁基醚，印度芥菜可以降解硒化物[7]。

4.5 植物根滤

植物根滤作用指植物去除水体污染物的功能。利用水培植物的根系从污水中吸收、富集或沉淀金属及有机污染物。根滤既是可以修复浅水湖和湿地系统，又可以用来处理放射性核素废水、重金属废水以及富含营养盐的废水。

5 修复植物种类

水生植物是指生长在水中或是生长在水分充足而周期性缺氧的基质上的任何大型植物，主要包括水生维管束植物和高等藻类。水生维管束植物主要包括挺水植物、浮水植物、飘浮植物和沉水植物，具有发达的机械组织和高大的个体。不同植物对污染物修复机制和效果各不相同，木本植物主要用于人工湿地污水处理，其具有处理量大、修复效果好、受气候影响小、不易产生二次污染等优点。而禾本植物（如池杉）的须根具有较大的表面积，且处于污染物较多的土壤表层，可以吸收和积累更多的污染物。

5.1 挺水植物

挺水植物根生于底质中，既可吸收底泥的营养物质，也可以吸收污染物。此外，挺水植物可沉降悬浮物，净化水质。挺水植物具有较强的适应性和抗逆性，具有净化水中的悬浮物、氯化物、有机氮、硫酸盐、重金属的能力[8]，可修复水污染的挺水植物包括芦苇、鱼腥草、菖蒲、菰、泽泻、蓼、梭鱼草、鸢尾、千屈菜、莲花等。

5.2 浮叶植物

浮叶植物的代表植物为荇菜、睡莲、凤眼莲、浮萍，其根部漂浮于水中、叶完全浮于水面，整株植物可随水漂泊，根和茎是主要吸收污染物的器官。浮叶植物耐污性强，具有较好的水体净化作用，同时也具有一定的经济价值，但其扩展能力较强，易造成泛滥。

5.3 沉水植物

沉水植物部分根扎于底质，部分根悬浮于水中，根可以吸收底质中的氮、磷，而茎叶可以吸收水中的营养物质，将营养物质固定于植物体内，减少水中有害物质的浓度，当植物死亡后，部分被固定的物质才会逐渐被释放。沉水植物代表植物有伊乐藻、眼子菜、狐尾藻、金鱼藻、苦草等[9]。

5.4 漂浮植物

漂浮植物在光照竞争中占绝对优势，其生长力高，能够吸收水体中的营养物质。如狐尾藻、大茨藻和金鱼藻能抑制藻类大量繁殖，配合种植，可改善水质；在水质较好的水域配合种植产氧强的品种改善溶解氧状况，可逐步形成稳定的良性循环的水域生态系统。

6 水污染研究方向

6.1 超累积植物的筛选与培育

寻找和开发生物量大、富集污染物能力强的超富集植物，是植物修复技术的首要任务。超积累植物具有较强的吸收能力、根系向茎叶转移能力、叶片解毒和固定能力，可从长期处于高污染的环境中寻找耐受型植物和具有超富积能力的植物。通过育种或转基因技术将超富集性状转移到生长速度快、适应环境强的植物。有研究从遏蓝菜的Zn、Cd超富集植物克隆到Zn（Cd）转移蛋白基因、Fe转移蛋白基因[10]。

6.2 与生物技术结合

利用生物技术获得具有超级修复能力植物的方法主要有以下2种：一是通过限速酶的过表达，加速现在已知的植物降解机制的开发利用；二是通过转入外部基因获得全新降解途径，将外部基因导入植物细胞染色体组中，从而获得具有目标特征的植物，如植物对多种污染物具有更高的抗逆性、富集能力和降解能力。将不同植物的不同优良超累积特性集中于同一植物上，其针对性强，目标也较明确，研究周期相对较短。

6.3 与微生物修复技术联合应用

利用表面活性剂和电动力学方法可明显增强有机污染物的水溶性与微生物的降解，有效地增强污染物的生物可利用性，而微生物的活性又受多种因素影响，如农药的浓度、有机物种类和含量、微生物区系组成等。通过植物根系附近的微生物代谢作用，消耗水体中的溶解氧，使之呈现厌氧状态，而这种厌氧状态有利于反硝化过程 。

7 结语

植物修复成本低，没有二次污染，但已知的大多数超富集植物生长缓慢、生物量小，植物根系分布、气候、土质等因素制约了植物修复技术的应用。此外，在超富集植物时注意不要引入入侵植物，否则会使当地原生植被逐渐被外来种替代，引起当地生态、经济损失，造成生物入侵。

8 參考文献

[1] 种云霄，胡洪营，钱易.大型水生植物在水污染治理中的应用研究进展[J].环境工程学报，2003，4（2）：36-40.

[2] 何晓丽，何云芳.植物修复技术在水体污染治理中的应用[J].浙江林业科技，2007（6）：61-65.

[3] 罗良国，陈崇娟，赵天成.植物修复农田退水氮、磷污染研究进展[J].农业资源与环境学报，2016（1）：1-9.

[4] 徐君，项劲松.环境污染的植物修复技术及其应用前景[J].农业环境与发展，2004（6）：35-38.

[5] 王谦，成水平，WANG Q，等.大型水生植物修复重金属污染水体研究进展[J].环境科学与技术，2010，33（5）：96-102.

[6] 韩潇源，毕继胜，宋志文.水生植物在水污染控制中的应用与发展[J].青岛理工大学学报，2005，26（6）：88-91.

[7] 白峰青，郑丙辉，田自强.水生植物在水污染控制中的生态效应[J].环境科学与技术，2004，27（4）：99-100.

[8] 程伟，程丹，李强.水生植物在水污染治理中的净化机理及其应用[J].工业安全与环保，2005，31（1）：6-9.

[9] 何娜，张玉龙，孙占祥，等.水生植物修复氮、磷污染水体研究进展[J].环境污染与防治，2012，34（3）：73-78.

[10] FRASER L H，CARTY S M，STEER D.A test of four plant species to reduce total nitrogen and total phosphorus from soil leachate in subsurface wetland microcosms[J].Bioresource Technology，2004，94（2）：185-192.

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