【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 重金屬含量相差也很大。水生植物的富集能力順序一般是：沉水植物＞浮水植物＞挺水植物。植物對(duì)重金屬的吸收是有選擇性的。當(dāng)必需元素Zn和Cd與硫蛋白中巰基結(jié)合時(shí)，Cd可以置換Zn。所以Zn/Cd值是一個(gè)反映植物積累能力的很好指標(biāo)，同時(shí)也間接地指示了對(duì)植物的破壞程度。實(shí)驗(yàn)證明，沉水植物和浮水植物盡管能夠吸收很多重金屬，特別是Cd的吸收，但是這種吸收不斷增加會(huì)導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)元素的喪失，如果程度嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致植物死亡。所以沉水植物和浮水植物適合在低污染區(qū)域作為吸收重金屬的載體，同時(shí)可以監(jiān)測(cè)水體重金屬含量[14]。　　此外，水生植物會(huì)控制重金屬在植物體內(nèi)的分布，使得更多的重金屬積累在根部。水生植物根部的重金屬含量一般都比莖葉部分高得多。但也有例外的情況，這可能與它們不同的吸收途徑有關(guān)。對(duì)藻類(lèi)吸收可溶性金屬的動(dòng)力學(xué)機(jī)制已經(jīng)研究得比較清楚。藻類(lèi)對(duì)金屬的吸收是分兩步進(jìn)行的：第一步是被動(dòng)的吸附過(guò)程（即在細(xì)胞表面的物理吸附或離子交換），發(fā)生時(shí)間極短，不需要任何代謝過(guò)程和能量提供；第二步可能是主動(dòng)的吸收過(guò)程，與代謝活動(dòng)有關(guān)，這一吸收過(guò)程是緩慢的，是藻細(xì)胞吸收重金屬離子的主要途徑。藻類(lèi)大量富集重金屬，同時(shí)沿食物鏈向更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)轉(zhuǎn)移，造成潛在的危險(xiǎn)，但另一方面，又可以利用這一特點(diǎn)來(lái)消除廢水中的污染。重金屬以各種途徑進(jìn)入自然水體，其對(duì)水體危害是十分嚴(yán)重的，因此利用藻類(lèi)凈化含重金屬?gòu)U水具有重要的意義[15]?！　〗饘俨煌谟袡C(jī)物，它不能被微生物所降解，只有通過(guò)生物的吸收得以從環(huán)境中除去。植物具有生物量大且易于后處理的優(yōu)勢(shì)，因此利用植物對(duì)金屬污染位點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)是解決環(huán)境中重金屬污染問(wèn)題的一個(gè)很重要的選擇。植物對(duì)重金屬污染位點(diǎn)的修復(fù)有三種方式：植物固定，植物揮發(fā)和植物吸收。植物通過(guò)這三種方式去除環(huán)境中的金屬離子。有關(guān)水生植物對(duì)放射性核素的積累也有報(bào)道，如Whicker等發(fā)現(xiàn)水生大型植物石蓮花（Hydrocotyle spp.）比其他15種水生植物積累137Cs和90Sr的能力強(qiáng)[16]。用拂尾藻（Najas graminea Del.）吸收銅、鉛、鎘、鎳等金屬發(fā)現(xiàn)， min1 恒定速率下與 Lagergren動(dòng)力模型相關(guān)，同時(shí)平衡結(jié)果和朗繆爾（Langmuir）吸收等溫線(xiàn)相關(guān)[17] ?！　?水生植物對(duì)有毒有機(jī)污染物的清除　　植物的存在有利于有機(jī)污染物質(zhì)的降解。水生植物可能吸收和富集某些小分子有機(jī)污染物，更多的是通過(guò)促進(jìn)物質(zhì)的沉淀和促進(jìn)微生物的分解作用來(lái)凈化水體。農(nóng)業(yè)污染是一種“非點(diǎn)狀源”的污染，大多數(shù)農(nóng)業(yè)污染物包括來(lái)自作物施肥或動(dòng)物飼養(yǎng)地的氮磷以及農(nóng)藥等。對(duì)除草劑莠去津來(lái)說(shuō)，它在環(huán)境中大量存在，小溪中一般為1～5 μg/L，含量較高時(shí)為20 μg/L，而靠近農(nóng)田的區(qū)域達(dá)500 μg/L，甚至1 mg/L[18]。水生大型植物常生長(zhǎng)在施用點(diǎn)附近，農(nóng)藥濃度很高，暴露時(shí)間很長(zhǎng)，所以水生大型植物和浮游植物對(duì)于莠去津比無(wú)脊椎動(dòng)物、浮游動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)更敏感。高等植物雖不能礦化莠去津，但可以用不同的途徑來(lái)修飾。Zablotowics等[19]在研究藻類(lèi)對(duì)伏草隆的降解中發(fā)現(xiàn)，纖維藻和月芽藻能使阿特拉津去烴基。衣、綠藻屬也能降解阿特拉津[20]。一種高忍耐性地衣(Parmelia sulcata Taylor)的藻層比率的變化可顯示出當(dāng)?shù)乜諝馕廴镜淖兓痆21]。毒死蜱(chlorpyrifos)在伊樂(lè)藻(Elodea densa)和水體中的分布表明，水生植物可吸收有機(jī)成分并有將其從水生環(huán)境中去除的能力[22]。金魚(yú)藻(Ceratophyllum demersum)對(duì)滅害威的吸著能力的研究中，生長(zhǎng)活躍的小枝是老枝吸收的5倍。膜構(gòu)造及其完整性好象是重要的決定因子[23]。水生植物對(duì)RHC,DDT，PCBs殘留的吸收和積累中，果實(shí)比植株，葉比根貯存更多[24]。 　　某些植物也可降解TNT。據(jù)Best等報(bào)道，對(duì)受美國(guó)依阿華陸軍彈藥廠爆炸物所污染的地表水進(jìn)行水生植物和濕地植物修復(fù)的篩選與應(yīng)用研究中發(fā)現(xiàn)，狐尾藻屬植物（Myriophyllum aquaticum Vell verdc）的效果甚佳。Roxanne等研究了受TNT污染地表水的植物修復(fù)技術(shù)，在所用濃度為10 mg/kg的土壤條件下，與對(duì)照相比，利用植物的降解，移除量可達(dá)100%。William等研究了植物對(duì)三氯乙烯（TCE）污染淺層地下水系的氣化、代謝效應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，污染場(chǎng)所中所有采集的植物樣品都可檢測(cè)出TCE的氣化揮發(fā)以及3種中間產(chǎn)物。Aitchison等發(fā)現(xiàn)，水培條件下雜交楊的莖、葉可快速去除污染物1，4二氧六環(huán)化合物，8 d內(nèi)平均清除量達(dá)54%[25]?！　《喹h(huán)芳香烴化合物(PAHs)是一大類(lèi)有機(jī)毒性物質(zhì)。在浮萍，紫萍，水葫蘆，水花生，細(xì)葉滿(mǎn)江紅等5種水生植物中，均受到萘的傷害，隨萘濃度的增加而傷害程度加深，其中水葫蘆受害最輕，所以對(duì)萘污染的凈化可作為首選對(duì)象。而浮萍的敏感性最大，可用作萘對(duì)水生植物的毒性檢測(cè) [26]。此外水生植物也可有效消除雙酚、酞酸酯等環(huán)境激素和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料庚基的毒性。浮萍(Lemna gibba)在8 d內(nèi)把90%的酚代謝為毒性更小的產(chǎn)物[27]。COD的去除效率由對(duì)照組的52%～60%上升為74%～78%[28]。鉻，銅，鋁等金屬的存在也可不同程度地影響浮萍對(duì)COD的去除效率[29]?！　?水生植物與其他生物的協(xié)同作用對(duì)污染物的清除　　根系微生物與鳳眼蓮等植物有明顯的協(xié)同凈化作用。一些水生植物還可以通過(guò)通氣組織把氧氣自葉輸送到根部，然后擴(kuò)散到周?chē)?，供水中微生物，尤其是根際微生物呼吸和分解污染物之用。在鳳眼蓮、水浮蓮等植物根部，吸附有大量的微生物和浮游生物，大大增加了生物的多樣性，使不同種類(lèi)污染物逐次得以?xún)艋?。利用固定化氮循環(huán)細(xì)菌技術(shù)（Immobilized Nitrogen CyclingBacteria，INCB），可使氮循環(huán)細(xì)菌從載體中不斷向水體釋放，并在水域中擴(kuò)散，影響了水生高等植物根部的菌數(shù)，從而通過(guò)硝化反硝化作用，進(jìn)一步加強(qiáng)自然水體除氮能力和強(qiáng)化整個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)自?xún)裟芰Α＿@對(duì)進(jìn)一步研究健康水生生態(tài)系統(tǒng)退化的機(jī)理及其修復(fù)均具有重要意義[30]。　　水生大型植物能抑制浮游植物的生長(zhǎng)，從而降低藻類(lèi)的現(xiàn)存量。在水生態(tài)環(huán)境中，水生高等植物對(duì)藻類(lèi)的抑制作用較為明顯。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是藻類(lèi)數(shù)量急劇下降；二是藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)改變。水生植物與藻類(lèi)在營(yíng)養(yǎng)、光照、生存空間等方面存在競(jìng)爭(zhēng)。除人工控制和低溫等條件下，一般是水生植物生長(zhǎng)占優(yōu)勢(shì)?！　∷参锱c藻類(lèi)之間的相生相克（異株克生現(xiàn)象）作用在污水凈化和水體生態(tài)優(yōu)化方面有重要應(yīng)用潛力。顧林娣等[31]發(fā)現(xiàn)苦草能分泌生化抑制物質(zhì)，且抑制作用的大小和種植水濃度呈正相關(guān)。在淺水湖泊中種植苦草等高等植物，放養(yǎng)適量的魚(yú)類(lèi)，這樣就既可以保護(hù)水質(zhì)，又可以發(fā)展?jié)O業(yè)生產(chǎn)，增加經(jīng)濟(jì)效益。不僅如此，野外實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室研究還表明，鳳眼蓮等水生植物還通過(guò)根系向水中分泌一系列有機(jī)化學(xué)物質(zhì)。這些物質(zhì)在水中含量極微的情況下即可影響藻類(lèi)的形態(tài)、生理生化過(guò)程和生長(zhǎng)繁殖，使藻類(lèi)數(shù)量明顯減少。有害植物(Typha spp.)常覆蓋濕地和其他淡水環(huán)境，造成物種單一。這種香蒲侵入的一個(gè)重要機(jī)制就是向周?chē)h(huán)境中釋放相生相克物質(zhì)——植物毒素[32]。利用植物分泌物和植物周?chē)奈⑸锱c藻類(lèi)間的相生相克關(guān)系，來(lái)去除藻類(lèi)。這對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化水體污染的防治和治理，水生態(tài)系的恢復(fù)和重建很有意義[33]?！　?水生植物的其他凈水（改善水質(zhì)）功能　　水生植物在不同的營(yíng)養(yǎng)級(jí)水平上存在維持水體清潔和自身優(yōu)勢(shì)穩(wěn)定狀態(tài)的機(jī)制：水生植物有過(guò)量吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的特性，可降低水體營(yíng)養(yǎng)水平；減少因?yàn)閿z食底棲生物的魚(yú)類(lèi)所引起沉積物重懸浮，降低濁度。水生植物的改善水質(zhì)的功能，如穩(wěn)定底泥、抑藻抑菌等，也具有重要的實(shí)踐意義。氧氣是一種非常重要的物質(zhì)。水體富營(yíng)養(yǎng)化引起的藻類(lèi)水華造成水體透明度降低，飲用水質(zhì)量下降。組織缺氧使大型植物退化，減少了水生植物多樣性。海洋底層大陸架的缺氧，使海底生物大量死亡，給當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和人類(lèi)生存帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅。沉水植物與沉積物、水體流動(dòng)間有緊密聯(lián)系。在生態(tài)系統(tǒng)中，它能起到提高水質(zhì)，穩(wěn)定底泥，減小渾濁的作用[34]?！　? 水生植物在污染治理中的應(yīng)用　　 人工濕地　　介質(zhì)、水生植物和微生物是人工濕地的主要組成部分。其中的水生植物除直接吸收利用污水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及吸附、富集一些有毒有害物質(zhì)外，還有輸送氧氣至根區(qū)和維持水力傳輸?shù)淖饔?。而且水生植物的存在有利于微生物在人工濕地縱深的擴(kuò)展。污水中的氮一部分被植物吸收作用去除，同時(shí)可利用態(tài)磷也能被植物直接吸收和利用。通過(guò)對(duì)水生經(jīng)濟(jì)作物的不斷收獲，從而移出氮、磷等污染物。同時(shí)發(fā)達(dá)的水生植物根系為微生物和微型動(dòng)植物提供了良好的微生態(tài)環(huán)境，它們的大量繁殖為污染有機(jī)物的高效降解、遷移和轉(zhuǎn)化提供了保證。介質(zhì)、水生植物和微生物的有機(jī)組合，相互聯(lián)系和互為因果的關(guān)系形成了人工濕地的統(tǒng)一體，強(qiáng)化了濕地凈化污水的功能[35]?！　±萌斯竦睾退笮椭参飦?lái)凈化水體，作為一種凈化技術(shù)，日益受到關(guān)注。它可以創(chuàng)立豐富的生態(tài)系統(tǒng)和最小的環(huán)境輸出。可以保護(hù)環(huán)境，具有運(yùn)行費(fèi)用低和令人滿(mǎn)意的凈化效率等特點(diǎn)。一個(gè)水生植物系統(tǒng)需要大量區(qū)域、設(shè)計(jì)規(guī)格和維護(hù)方法，從而達(dá)到單位面積上的最適宜的優(yōu)化效應(yīng)。這在日本的琵琶湖(Lake Kasumigaura)已經(jīng)進(jìn)行了三年的實(shí)驗(yàn)[36]。在匈牙利，人工濕地主要有三種類(lèi)型：空白水面系統(tǒng)、潛流系統(tǒng)和人工漂移草地系統(tǒng)。在Nyirbogd225。ny的污水處理系統(tǒng)中，COD的去除速率平均約為60%，水質(zhì)達(dá)自然水體標(biāo)準(zhǔn)[37]。　　 生物修復(fù)　　生物修復(fù)（Bioremediation）是新近發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)清潔環(huán)境的低投資、高效益、應(yīng)用方便、發(fā)展?jié)摿^大的新興技術(shù)。它利用特定的生物（植物，微生物或原生動(dòng)物）吸收，轉(zhuǎn)化，清除或降解環(huán)境污染物，實(shí)現(xiàn)環(huán)境凈化，生態(tài)效應(yīng)恢復(fù)的生物措施。對(duì)無(wú)機(jī)（主要是重金屬）污染的生物修復(fù)主要是通過(guò)植物途徑，又稱(chēng)植物修復(fù)（Phytoremediation），而對(duì)有機(jī)污染的生物修復(fù)則主要靠微生物的降解，吸收與轉(zhuǎn)化等途徑。雖然強(qiáng)調(diào)限制性排放，加強(qiáng)廢物管理，然而隨著人口的持續(xù)增長(zhǎng)，工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展以及都市化的不斷擴(kuò)大，對(duì)水體的有機(jī)污染仍呈大幅度增長(zhǎng)趨勢(shì)。特別是近年來(lái)大量使用生物異源物質(zhì)（Xenobiotics），因抗性強(qiáng)，難以被微生物分解，使污染環(huán)境的恢復(fù)更加困難[38]。 　　 穩(wěn)定塘　　穩(wěn)定塘法也叫生物塘、氧化塘，是通過(guò)人工控制生物氧化過(guò)程來(lái)進(jìn)行污水處理的工藝，具有基建投資少、處理過(guò)程簡(jiǎn)單、易管理等特點(diǎn)，在中小型常規(guī)污水處理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。它主要利用菌藻的共同作用處理廢水中的有機(jī)污染物。穩(wěn)定塘可用于生活污水、農(nóng)藥廢水、食品工業(yè)廢水和造紙廢水等的處理，效果顯著穩(wěn)定。吳振斌等[39，40]用綜合生物塘系統(tǒng)處理城鎮(zhèn)污水，結(jié)果發(fā)現(xiàn)COD、BOD、TSS、N、P等污染組分去除效率較高，細(xì)菌、病毒及誘變活性明顯下降。在污水凈化的同時(shí)，收獲大量的水生植物及魚(yú)，蚌等水產(chǎn)品。 　　小型綜合強(qiáng)化氧化塘通過(guò)采用物理化學(xué)與生物相結(jié)合的方法，將爐渣吸附和水生植物水葫蘆運(yùn)用于氧化塘處理印染廢水，取得了良好的效果，COD %，%。經(jīng)處理后的廢水達(dá)到國(guó)家綜合排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。而單位處理量投資和運(yùn)行費(fèi)用只有活性污泥法的1/10，因此采用這種方式投資省、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低、處理效果好、管理方便、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益顯著[41]。另外，從小規(guī)模生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)可以得出，應(yīng)用好氧接觸氧化，顫藻附著生物床和水生植物聯(lián)合的生物處理新工藝對(duì)去除雞糞厭氧發(fā)酵液中的COD，氨氮和其他如磷、鉀、錳、鋅、鎂元素及色素等有很好的效果，能使處理后的廢水達(dá)GB 8978—88污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。其中顫藻附著生物床脫氮效果最好，且可回收作為良好的牲畜飼料。而水生植物塘由于漂浮植物體的龐大的須根系，極高的生長(zhǎng)速率和巨大的生物量都有利于吸附、吸收水中的污染物，從而對(duì)COD的去除作用較強(qiáng)，%[42]?！　?水質(zhì)凈化　　水質(zhì)凈化技術(shù)已成為養(yǎng)魚(yú)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸與籌碼。20世紀(jì)80年代以來(lái)，已有利用浮游植物凈化養(yǎng)殖污水的研究報(bào)道。但因藻水分離困難，使這種微藻凈水模式在循環(huán)水養(yǎng)魚(yú)系統(tǒng)中的應(yīng)用受到限制。而大型植物則具有凈化水質(zhì)、節(jié)省能源和收獲餌料的綜合效果[43]。高等水生植物對(duì)水環(huán)境中的污染物具有較強(qiáng)的吸收作用，其效能因植物種類(lèi)及處理組合方式不同而異。高等水生植物凈水效果的高低依賴(lài)于各自生理活性的增強(qiáng)（主要體現(xiàn)在酶活性的提高）?！　▲P眼蓮、水浮蓮、紫萍等植物在溫暖季節(jié)生長(zhǎng)繁殖極快，能迅速覆蓋水面，凈化效果好。水花生、蘆葦?shù)瓤剐暂^強(qiáng)，種群密度大，凈化效果較好，并具有抵抗風(fēng)浪和分隔水面等功能。伊樂(lè)藻，菹草等沉水植物在水下生長(zhǎng)不影響水的透光，還通過(guò)光合作用向水中提供大量氧氣，并且在低溫季節(jié)也可很好生長(zhǎng)。水花生、槐葉萍、浮萍等植物的抗寒性較強(qiáng)。蓮藕等本身即具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[44]?！　?湖泊治理與植被修復(fù)　　沉水植物可以明顯改善水體的理化性質(zhì)。它的存在有效降低了顆粒性物質(zhì)的含量，可改善水下光照條件，使透明度保持在較高水平，水體電導(dǎo)率也相對(duì)較低。水生植物還可以增強(qiáng)底質(zhì)的穩(wěn)定和固著。有人發(fā)現(xiàn)在熱帶地區(qū)，把水生植物和生物固定膜結(jié)合起來(lái)的處理系統(tǒng)在適宜的地帶非常地適用[45]。在比利時(shí)的佛來(lái)德斯的eekhoven水庫(kù)，水生植物還被用于預(yù)過(guò)濾停滯水庫(kù)的生物調(diào)節(jié)[46]。在干燥氣候下，兩種高等水生植物Typha latifolia 和Juncus subulatus 都表現(xiàn)出較高的凈化效率，其多孔性也有助于污水的過(guò)濾[47]?！　?duì)于淺水湖泊而言，重建水生植被是富營(yíng)養(yǎng)化治理和湖泊生態(tài)恢復(fù)的重要措施。我國(guó)的湖泊已有約65%呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，還有約29%正在轉(zhuǎn)向富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。對(duì)其治理，必須考慮利用水生植物的自身治污特性。水生植物可以顯著提高富營(yíng)養(yǎng)水體的水質(zhì)，對(duì)有毒的有機(jī)污染也有明顯的凈化作用?；謴?fù)以沉水植物為主的水生植被是合理有效的水質(zhì)凈化和生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的重要措施，在這個(gè)方面已有人做了不少工作[48]?！　〕了脖?Submersed Aquatic Vegetation，SAV)的建立主要受限制于芽植體的有無(wú)，而水體的透明度和沉積物中的營(yíng)養(yǎng)（尤其是N）的水平是植物群落建立的關(guān)鍵[49]。馬劍敏等[50]在1993—1995年間對(duì)武漢東湖的布圍和網(wǎng)圍受控生態(tài)系統(tǒng)中的植被恢復(fù)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化及水質(zhì)進(jìn)行了初步研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：控制養(yǎng)殖規(guī)模是恢復(fù)水生植被的前提；在受控生態(tài)系統(tǒng)中，水生維管束植物生物量增加，生長(zhǎng)良好的水生維管束植物能使水中N、P濃度明顯降低；恢復(fù)水生植被時(shí)，應(yīng)以沉水植物為主體，蓮、蘆葦、苦草、狐尾藻和金魚(yú)藻適應(yīng)性較強(qiáng)，可作為重建水生植被的物種。而渾濁是影響恢復(fù)的因素之一，光合有效水平對(duì)莖生長(zhǎng)最重要[51]。Kahl通過(guò)衰退模型來(lái)確定光衰減系數(shù)是否與預(yù)計(jì)的5%透光區(qū)相異，從而作為沉水植物治