生態(tài)水生植物水質(zhì)凈化功能分析

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摘要:水是生命之源，人類社會(huì)的快速發(fā)展引發(fā)了一系列生態(tài)失衡問題，尤其是水資源污染問題使人類生存與發(fā)展面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在污水治理過程中，由于波及面積大、污染因素復(fù)雜、治理需求不一，導(dǎo)致人為治理方式難以達(dá)到預(yù)期效果。為此，基于生態(tài)模式下的水生植物利用，逐步被賦予了特殊的使命，本文通過對(duì)北方常見水生植物的介紹，了解并闡述與水質(zhì)凈化機(jī)理，并總結(jié)出相應(yīng)的生態(tài)應(yīng)用建議，為污水治理的生態(tài)發(fā)展提供支撐。

關(guān)鍵詞:水生植物;污水治理;凈化機(jī)理;生態(tài)應(yīng)用

引言

伴隨社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，生態(tài)環(huán)境問題日益受到關(guān)注，尤其是近年來的藍(lán)藻污染、工業(yè)廢水排放、水質(zhì)富營養(yǎng)化等問題，給人類正常生活及生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重干擾，并逐步衍生出一系列社會(huì)問題。為適應(yīng)現(xiàn)代水污染治理的需求，水生植物在污水治理層面的價(jià)值得到了深入的挖掘，以期利用自然生態(tài)循環(huán)機(jī)理，使污水治理回歸到生態(tài)環(huán)節(jié)，在提升治理效率的同時(shí)節(jié)約人工成本。因此，生態(tài)視野下水生植物在污水凈化中的應(yīng)用受到了廣泛研究與應(yīng)用。

1北方常見的水生植物

1.1水生植物概述

水生植物(Hydrophyte)屬于生態(tài)學(xué)名詞，在1988年出版的《EPA濕地鑒別和描述手冊(cè)》中，水生植物被定義為生長在以水為主的或者由于水分充足而周期性缺氧的基質(zhì)上的大型植物，其范圍覆蓋水生植物及濕地植物。水生植物廣泛分布于我國各水域之中，并扮演著至關(guān)重要的生態(tài)凈化角色，為生態(tài)環(huán)境的平衡提供著基礎(chǔ)保障。

1.2水生植物的分類

根據(jù)水生植物的形態(tài)、習(xí)性及生理變化等特點(diǎn)，可以對(duì)水生植物進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭澐?，以?shí)現(xiàn)對(duì)水生植物更系統(tǒng)化的認(rèn)知，其主要類型如下。1.2.1挺水植物挺水植物是水生植物中的重要組成，其主要的特點(diǎn)是根系生長于水中泥土之下，而葉片及葉柄長出水面。一般而言，挺水植物都擁有較為發(fā)達(dá)的根系，采取莖與葉呼吸的方式進(jìn)行養(yǎng)分轉(zhuǎn)化;花色艷麗且體型較大，具備了一定的觀賞性，在園林景觀塑造中具有極高的應(yīng)用價(jià)值。北方地區(qū)常見的挺水植物包括慈菇(Sagittariatrifolia)、荷花(Nelumbonucifera)、蘆葦(Phragmitescommunis)。1.2.2浮葉植物一般是指根系生長于底泥之中，但由于莖部偏軟而無法矗立，葉片或者花瓣處于半挺或漂浮于水面。其生長過程一般為先在水下生長，當(dāng)葉片長出水面后浮于水面，一般具備發(fā)達(dá)的氣孔，且葉片有較強(qiáng)的呼吸能力，以保障植物獲取充足的營養(yǎng)。如芡實(shí)(Eu-ryaleferox)、睡蓮(Nymphaeaalbalinna)、荇菜(Nymphoidespeltatum)等。1.2.3漂浮植物主要是指根部不接觸泥土且漂浮生長于水面的植物種類。由于漂浮植物根系無法固定，會(huì)隨水流、風(fēng)向等產(chǎn)生位移，在實(shí)踐應(yīng)用中應(yīng)慎重選擇。如茶菱(TrapellasinensisOliv)、鳳眼蓮(Eichhorniacras-sipes)等。1.2.4沉水植物指生長于水下的植物類型，有少量沉水植物能夠在花期時(shí)伸出水面，這類植物主要以觀葉為主。如狐尾藻(Myriophyllumspicatum)、黑藻(Hydrillaverti-cillata)和金魚藻(Ceratophyllumdemersum)等。

2水生植物水質(zhì)凈化的機(jī)理

2.1植物根系的吸收

植物根系是植物生長的根本依賴，也是獲取營養(yǎng)物質(zhì)的重要渠道。相對(duì)于部分植物的水質(zhì)凈化而言，水生植物可以利用根系的吸收功能，將水中的部分污染物作為營養(yǎng)來吸收利用，以大幅降低水中的污染物含量。利用根系吸收的途徑主要分為2種，通過質(zhì)體流途徑，使污染物在植物蒸騰拉力的作用下，使其與水分同時(shí)到達(dá)植被根部;在溶解擴(kuò)散作用下，使污染物直接到達(dá)植物根部，以達(dá)到對(duì)水中污染物吸收、轉(zhuǎn)化的目的。

2.2植物富集作用

根據(jù)水生植物的生長特性及水污染治理特點(diǎn)，其存在著顯著的差異性。大部分水生植物的水污染凈化功能中，都具有一定的富集作用，即將污染物中所含的重金屬離子等有機(jī)物，利用根系吸收進(jìn)入植物根莖，并將這些重金屬離子富集于體內(nèi)，以達(dá)到一定的水質(zhì)凈化效果。并且，部分水生植物根、莖、葉等部位，會(huì)對(duì)不同的污染物產(chǎn)生不同功能，如蘆葦、香蒲等根部TN含量顯著大于莖葉部，而根部的TP含量則小于莖葉部。與此同時(shí)，水中的重金屬離子在水生植物內(nèi)經(jīng)歷復(fù)雜的轉(zhuǎn)變后，會(huì)與植物內(nèi)生成的植物螯合肽(PC)發(fā)生螯合反應(yīng)，從而為植物的后續(xù)生長提供保障。

2.3微生物作用

微生物是世界上數(shù)量最為龐大的生物群落，大量存在于水生植物中，尤其是水生植物的根系部分能為微生物提供充足的養(yǎng)分，以促進(jìn)其大量的生長并作用于植物內(nèi)部，從而實(shí)現(xiàn)2種生物形態(tài)之間的生長平衡。借助植物中強(qiáng)大的微生物降解、代謝系統(tǒng)，可以將水中的有機(jī)污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)化，如鳳眼蓮根系微生物具有降酚作用，并能夠提高鳳眼蓮降酚效率和多酚氧化酶活性，以促進(jìn)水體中的氮循環(huán)過程，有效促進(jìn)水體中的氨氮平衡，以達(dá)到水質(zhì)改良及凈化的效果。

2.4對(duì)藻類的抑制作用

藻類是自然水域中廣泛存在的植物，與大部分水生植物一樣，其生長營養(yǎng)的獲取主要來源于水體，雖然水中的藻類同樣具有一定的凈化功能，但是一旦水中的藻類達(dá)到爆發(fā)的臨界點(diǎn)，將產(chǎn)生相反的效果并打破水質(zhì)平衡，造成更為嚴(yán)重的污染，因此水生植物對(duì)于藻類的抑制作用尤為重要。相較于藻類而言，水生植物在水質(zhì)凈化中具備一定的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)更高效率的污染物轉(zhuǎn)化，與藻類形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，特別是對(duì)水中氮、磷等元素的吸收更為明顯，也在一定程度上限制了藻類營養(yǎng)的獲取，在保證水生植物有序生長的同時(shí)，抑制藻類的過度爆發(fā)，以達(dá)到更為顯著的水質(zhì)凈化效果。

3北方常見水生植物水質(zhì)凈化效果實(shí)驗(yàn)分析

3.1實(shí)驗(yàn)水體

考驗(yàn)北方水質(zhì)污染的特點(diǎn)及趨勢(shì)，主要以生活污水及自然水體污染標(biāo)本為主，并根據(jù)污染水體中的污染物濃度進(jìn)行標(biāo)定，實(shí)際初始深度值如表1所示。

3.2實(shí)驗(yàn)植物

基于生態(tài)下的水生植物污染治理，需要將水質(zhì)凈化與植物景觀實(shí)現(xiàn)融合，從而擴(kuò)大水生植物的應(yīng)用范圍，使其成為現(xiàn)代水污染治理中的重要支撐。因此在實(shí)踐中主要選擇適宜北方生長的水生植物作為對(duì)象，包括慈菇、香蒲、蘆葦、茶菱、鳳眼蓮等，具體的植物基本特征如表2所示。

3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)

通過對(duì)北方常見水生植物水質(zhì)凈化實(shí)驗(yàn)分析，參與測(cè)試的慈菇、香蒲、蘆葦、茶菱、鳳眼蓮等5種水生植物，對(duì)污染水質(zhì)中的有機(jī)污染物具有顯著的凈化功能，通過對(duì)TN、TP、NH3－N、COD等含量分析可知，由于受不同水生植物所呈現(xiàn)的凈化機(jī)理影響，經(jīng)一段時(shí)間的凈化后，所提供的污染水質(zhì)中污染物含量低于空白對(duì)照污染水質(zhì)，也同時(shí)表明水生植物具備顯著清污能力，幾種水生植物水質(zhì)凈化均值如表3所示。綜上所述，在水體凈化中不同種類的水生植物具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，對(duì)不同污染性質(zhì)的水體具有不同程度的凈化作用。多種水生植物的組合有利于植物間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，對(duì)水體的凈化作用總體效果更優(yōu)于單種水生植物，而且凈化效果更加穩(wěn)定。因此，在利用水生植物對(duì)水體進(jìn)行凈化時(shí)，要在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)污染物的化學(xué)和物理性質(zhì)采取針對(duì)性的水生植物種植，以確保植物對(duì)水體的凈化效果最大化。

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作者：金秋 單位：長春市長春公園