爱尔斯微课堂|沉水植物对污染物的去除效果及国内外应用

污染物的去除效果

沉水植物对N、P污染物的去除效果研究较多，由于研究条件不一，得出的污染物去除率不尽相同，但不同研究者得出的沉水植物污染物去除能力强弱基本一致。表1～3通过总结常见沉水植物对不同浓度N、P污染物的去除效果，为水体生态修复中沉水植物的选择提供参考。表中高、中、低浓度污染物的划分参考《城市黑臭水体污染程度分级标准》以及地表水环境质量标准(GB 3838-2002)，定义高浓度污染物范围为NH3-N＞8mg/L、TN＞8mg/L、TP＞3.0mg/L；中浓度污染物范围为NH₃-N=2-8mg/L、TN=2-8mg/L、TP=0.4-3.0mg/L; 低浓度污染物范围为NH₃-N＜2mg/L、TN＜2mg/L、TP＜0.4mg/L。

表1 沉水植物对高浓度污染物的去除

由表1可知，金鱼藻对高浓度NH₃-N的去除率最高，达93.5%，其次为伊乐藻、苦草，去除率均在90.0%以上；伊乐藻对高浓度TN的去除率最高，达90.1%，其次依次为苦草、金鱼藻、菹草、狐尾藻、轮叶黑藻；金鱼藻对高浓度TP的去除率最高，达96.6%，其次为伊乐藻和苦草，去除率在90.0%以上，菹草和轮叶黑藻对TP的去除率较低，在90.0%以下。由此可知，金鱼藻对高浓度NH₃-N和TP污染水体的净化效果较好，伊乐藻对高浓度TN污染水体的净化效果较好。

表2 沉水植物对中浓度污染物的去除

由表2可知，金鱼藻和轮叶黑藻对中浓度NH₃-N的去除率较高，均达91.8%，其次为苦草，去除率为89.7%，相比之下狐尾藻和伊乐藻对中浓度NH₃-N的去除率较差；对中浓度TN的去除率从大到小依次为轮叶黑藻＞狐尾藻＞金鱼藻＞苦草＞伊乐藻，轮叶黑藻对TN的去除率最高，达83.9%，伊乐藻对TN的去除率最低，仅为44.0%；对中浓度TP的去除率从大到小依次为轮叶黑藻＞苦草＞狐尾藻＞金鱼藻＞伊乐藻，轮叶黑藻对TP的去除率最高，达96.7%，去除率最低的为伊乐藻，仅为74.4%。由此可知，轮叶黑藻对中浓度污染水体的净化效果最好。

表3 沉水植物对低浓度污染物的去除

由表3可知，对于低浓度NH₃-N的去除效果为轮叶黑藻＞苦草＞伊乐藻＞狐尾藻＞菹草；低浓度TN的去除效果为金鱼藻＞轮叶黑藻＞狐尾藻＞苦草＞伊乐藻＞菹草；低浓度TP的去除效果为菹草＞伊乐藻＞金鱼藻＞苦草＞轮叶黑藻＞狐尾藻。由此可知，轮叶黑藻对低浓度NH₃-N和TN的去除效果较好，菹草对低浓度TP的去除效果较好。

以上数据表明，同一沉水植物对不同浓度污染物的去除效率不同，如狐尾藻，在表1中NH₃-N浓度＞8mg/L时，去除率为89.9%；在表2中NH₃-N浓度为2-8mg/L时，去除率为81.5%；在表3中NH₃-N＜2mg/L时，去除率为77.5%。这是因为植物对水中污染物的浓度有一定的耐受范围，在该范围内，去除率随着浓度的升高而增加，马剑敏等也得出相似的结论。因此，在实际应用中，需根据水体污染程度及污染类型选择合适的植物进行水体生态修复。

沉水植物可吸收重金属离子，其体内的谷胱甘肽、植物螯合素、金属硫蛋白、有机酸或 氨基酸等含巯基物质可降低重金属离子的毒性，通过络合及区域化作用，使重金属离子在植物体内留存并富集，从而降低其对环境的污染。Keskinkan等研究了金鱼藻对Pb、Zn和Cu 的富集能力，结果表明金鱼藻对Cu(Ⅱ)、Zn (Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的最大富集能力分别为6.17、13.98、44.80mg/g。Bunluesin 等研究表明黑藻对Cd具有很好的吸附能力，能在20min达到吸附平衡，最大吸附能力为15.0mg/g。Sivaci 等研究发现菹草对不同浓度(0、4、8、16、32和64mg/L)的Cd溶液的吸收效果均很好，而狐尾藻仅对较低浓度(0、4和8mg/L)的Cd吸收效果好。Lesage 等研究表明穗花狐尾藻对Co、Ni和Zn的富集能力分别为2.3、3.0和6.8mg/g，对Cu的吸收能力为29.0mg/g。陈国梁研究了沉水植物对As的富集效果，富集能力从强到弱依次为苦草(1.80mg/g)＞黑藻(1.71mg/g)＞菹草(1.66mg/g)＞狐尾藻(1.64mg/g)＞金鱼藻(1.10mg/g)。冉艳淋等研究了4种常见沉水植物(苦草、狐尾藻、金鱼藻、黑藻)对As的富集特征，发现沉水植物对As的富集能力与水环境中As的浓度、形态、共存离子如磷酸盐、Zn离子等因素有关，其对As的耐受性及富集能力可以通过合适的化学、生物方法增强，从而提高沉水植物对含As废水的净化能力。另有学者研究了沉水植物活体及粉对重金属的修复效果，结果表明沉水植物活体对重金属的去除能力大于粉。下表列举了几种沉水植物对重金属的富集系数。

由表可知，沉水植物对水体中重金属的富集系数远远大于对沉积物中重金属的富集系数。不同沉水植物对同一重金属的富集能力不同，同一沉水植物对不同重金属的富集能力也不同。高海荣等研究表明菹草对Pb、Cd的富集作用较强；黑藻对Pb、Cu、Zn均有较高的富集，而对Cd的富集能力却较弱；穗花狐尾藻对Zn的富集能力最强；小茨藻对Cd的富集最强；龙须眼子菜对Zn、Cu有较大的富集，而对Pb、Cd的富集相对较弱。谢佩君等研究表明黑藻对Cu的生物富集系数(BSAF)是苦草的2.9倍、金鱼藻的2.7倍，对Pb的富集能力从强到弱依次为苦草＞黑藻＞金鱼藻。晏丽蓉研究表明沉水植物对Cd、Pb、Zn的富集能力从强到 弱依次为苦草＞黑藻＞金鱼藻，这与乔云蕾等的研究结果(苦草中Cd的富集量是黑藻的1.90倍，是金鱼藻的3.02倍)一致。综上可知，狐尾藻、黑藻、菹草、小茨藻和龙须眼子菜对Zn的富集能力最强，金鱼藻对Cu和Cd的富集能力最强，苦草对Cd的富集能力最强。在实际应用中，需根据具体的重金属类型及水体状况选择合适的沉水植物净化污染水体。

沉水植物除了对传统N、P污染物和重金属离子有较好的去除效果外，对酚类、苯类、有机氯类等有毒有机污染物也有一定的去除效果，利用沉水植物的这种能力，可有效对受有毒有机污染物污染的水体进行修复。Zhang等研究了几种沉水植物对烷基酚的吸收效果，结果表明，狐尾藻对壬基酚的积累能力最高，达3050μg/kg，伊乐藻(1490μg/kg)、金鱼藻(1160μg/kg)次之，菹草对壬基酚的积累能力最低，仅为854μg/kg；辛基酚在沉水植物中的积累量与壬基酚不同，伊乐藻中积累量最高，达3630μg/kg，其次为狐尾藻(3090μg/kg)，菹草和金鱼藻对辛基酚的积累量较少，分别为1210、1140μg/kg。Heinis等研究了轮藻对4-壬基苯酚(NP)的吸收，结果发现，在30和300μg /L的NP溶液中，轮藻的最大吸收量分别为11.5和 139.0mg /kg，降解50%的NP需要10.3d，降解95%的NP需189d；在30和300mg/L NP溶液中暴露20-48d，轮藻累计的最大干重NP浓度分别为2.7和27.4mg/kg。

于方磊采用正交设计法研究3种水生植物普生轮藻、豆瓣菜和菹草对水体中苯的净化作用，结果表明在温度为18℃、处理时间4h、生物量为3g时，普生轮藻对苯的去除率最高，达35.26%；温度为18℃、处理时间为4h、生物量为1g时，豆瓣菜对苯的去除率最高，达69.71%；温度为8℃、处理时间为4h、生物量为2g时，菹草对苯的去除率最高，达55.45%。王燕研究了轮叶黑藻、伊乐藻、金鱼藻3种沉水植物对二甲戊灵的去除效果，结果表明当二甲戊灵浓度为0.1mg/L 时，去除率最高，去除率从大到小依次为轮叶黑藻(89.53%)＞伊乐藻(84.28%)＞金鱼藻(83.96%)。Garri- son等研究了伊乐藻对p，p'－DDT及其异构体o，p'－DDT的降解，结果发现其降解半衰期为1～3d，使用伊乐藻对碳14标记的p，p'－DDT进行的降解试验表明，高达22%的DDT类似物与植物共价结合。从以上研究可知，沉水植物对多种有毒有机污染物均有一定的富集能力，在提供一定景观效果的同时也可有效对污染水体进行修复。

1、国内应用情况

杭州西湖茅家埠湖区采用苦草、狐尾藻、黑藻、金鱼藻、微齿眼子菜和篦齿眼子菜6种沉水植物进行水体生态修复，沉水植物的平均盖度达36.8%，苦草、金鱼藻、狐尾藻生长扩散成为优势种，其平均盖度分别为56%、66%、71%，水质得到一定改善，TN、NO₃-N呈下降趋势。沉水植物为山东省南四湖(南阳湖、独山湖、昭阳湖、微山湖)敞水区的主要水生植物，水生植物物种数、生物多样性指数、生物量与水体透明度表现出正相关(P＜0.05)。深圳市龙岗区龙岗中心城龙潭公园采用狐尾藻、苦草、轮叶黑藻等沉水植物修复公园水体，效果显著，修复后水体水质达地表Ⅳ类，目前已稳定运行一年多。云南滇池、异龙湖、河北白 洋淀、深圳荔枝湖、香蜜湖等水体均采用沉水植物对水体进行生态修复，取得了良好的效果。

2、国外应用情况

德国49个北部温带浅水湖泊采用沉水植物进行生态修复，建立生态模型，并检验沉水植物对浅水湖泊水体生态修复的作用，结果表明通过种植沉水植物，湖泊水体在春季和夏季均能保持良好的水质，不会出现富营养化。在西班牙地中海沿岸的 Albufera deValència 自然公园浅水湖泊中种植狐尾藻、金鱼藻、菹草等沉水植物，成功恢复了水体生态环境。沉水植物穗状狐尾藻和黑藻是韩国利用最多的2种沉水植物，在众多水体中均有应用。Ha-vens 等通过探索沉水植物在不同水位条件下的恢复策略，成功恢复了美国佛罗里达州的一个大型亚热带湖泊中的沉水植物。

来源：安徽农业科学 期刊