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湿地生态恢复技术

花匠小妙招
2024-10-14 16:22

摘要

水生植物净化修复是一项绿色环保的生态工程技术，能有效地净化富营养化及受污染水体，而且不带来二次污染，有利于重建和恢复水生生态环境，其技术投资和维护成本低，操作相对简单。

该文阐述了水生植物修复水体的净化机理以及水体富营养化的消除、重金属的去除、石油化工类及生活类污水的降解、水生植物耐盐性等相关研究成果；介绍了净化塘、人工湿地、生态浮床技术和根际过滤技术在工程实践上的应用；强调了水生植物在净化应用中需关注的技术问题；最后提出了一些可行方法和建议，展望了这种净化技术的发展前景。

随着对生态学与人类关系研究的深入，越来越多的研究者开始关注利用生态学原理修复受污染的水环境和土壤。水生植物作为自然界生态系统中生产者的一员，其特性决定了具有净化与修复水体污染的功能。1水生植物的净化机理

1.1 水生植物自身特点

大部分水生植物长期生活在一种缺氧、弱光的环境中，形态解剖结构上就形成了一种特殊性，即具有很发达的根、茎、叶通气组织，通过植株枝条和根系的气体传输和释放作用，将O2输送至根区，在还原性的底泥中形成了氧化态的微环境，从而加强了根区微生物的生长和繁殖，增强了其降解作用。故水生植物的气体交换与输导作用对以水生植物为主体的生态工程处理系统的正常和高效运行具有重要意义。

1.2 水生植物的吸收富集作用

水生植物能吸收和富集一些有毒有害物质。可溶性有机物通过植物根系生物膜的吸附、吸收和生物代谢降解过程被去除。

1.3 物理作用

大型水生植物在水中形成的茂密植被具有抑制风浪和减缓水流的功能，可促进水中悬浮物的下降，以及减少底泥中颗粒物的再悬浮。屠清瑛在北京什刹海进行的生态恢复试验证明，改善光照和溶氧条件，人为扶持沉水植物的空间生态位，使其成为优势种群，能有效降低生物性和非生物性悬浮物浓度，提高水体透明度，增加了水生生态系统修复的有效性。

1.4 生物化学作用

在植物生长过程中，根系会向生长介质中分泌出大量的有机物，这类分泌物中包含有大量的有机酸、氨基酸和活性酶等；根系表皮细胞死亡后在微生物的作用下分解为腐殖质。这些分泌物和腐殖质中有一系列功能团，如羟基、羧基、酚羟基、烯醇羟基以及芳环结构等，它们对含各种基团的化合物均具有极强的吸附能力。当水流经过时，不溶性胶体会被根系粘附或吸附，再通过生物化学作用，将水中的污染物降解。

1.5 对浮游藻类的竞争抑制作用

抑制作用也称为植物的化感作用，许多研究都表明化感作用普遍存在于水体中。

俞子文证实了水花生（Alternanthera Philoxeroides）、水浮莲(Eichhirniacrasslpes)、满江红(Azolla Imbricata)、紫萍（Spirodela Polyrhiza）和西洋菜（Nasturitium Officinale）与雷氏衣藻（Chlamydomonas Reinhardi）有相生相克关系，从水花生、水浮莲的种植水中得到的分泌物粗提物，也表现出对雷氏衣藻的克制效应。2水生植物对不同污染物的净化能力及自身代谢生长对水质的影响

2.1 对水体中氮、磷、钾的去除

不同水生植物对污水净化能力不同，但对氮、磷、钾的去除途径主要有植物吸收、沉淀、吸附作用和微生物固定。

挺水植物芦苇(Phragmites Australis)、沉水植物金鱼藻（Ceratophyllum Demersum L）和浮叶植物浮叶四角菱（Trapaceae）对水体中氮素的去除率：芦苇＞浮叶四角菱＞金鱼藻；磷素的去除率：芦苇＞金鱼藻＞浮叶四角菱，可见挺水植物芦苇对氮磷具有较好的去除能力。

蓖齿眼子菜（Potamogeton Pectinatus L）、马来眼子菜（Potamogeton Malaianus）、金鱼藻和黑藻所在的生长体系对水体中总磷的去除率分别为83.59%、84.35%、87.84%和89.88%；对水体中氨氮的去除率都在75%左右；对总氮的去除率分别为79.40%、83.82%、88.51%和87.73%。综合来看金鱼藻和黑藻净化效果较好。童昌华利用人工模拟的方法，在低温季节用金鱼藻等6种植物对养鱼池污水进行净化处理。结果表明，低温季节6种植物对总氮、总磷和硝态氮仍有较好的吸收效果，无论总氮，氨氮还是硝态氮狐尾藻的吸收效率都是最高。

2.2 水生植物对重金属的去除

有许多种湿地植物对污染废水中的重金属具有极强的富集能力，这些植物体内的重金属浓度可达其生长废水中重金属浓度的数百甚至数千倍。

姜虎生研究了芦苇、水芹菜（Apium Graveolens）、香蒲3种水生植物对含铬（Cr）污水的吸收和富集作用，结果表明芦苇对Cr的去除率高于水芹菜和香蒲。灯心草和菖蒲对锌的抗性能力较强，茭白和美人蕉则较弱。而灯心草抗锌毒害能力最强，当处理锌污染水体时，灯心草可作为一种工程植物。

2.3 水生植物耐盐性研究

对于含盐废水，尤其是无机氮、磷营养盐含量高,COD含量相对较低,不易生化降解的受污染的水体极易富营养化。

香蒲在盐度高达4 800 mg/L时水质净化效果仍良好；水葱对含盐量高达5000 mg/L的污染水仍具有明显的净化效果。不同水生植物的抗盐度能力也不同，芦苇、香蒲、荷花3种水生植物在不同盐浓度下的SOD、POD活性和MDA、叶绿素含量等情况下，芦苇的耐盐性最强，高盐度下对芦苇的生长没有很大影响。

2.4 根系分泌物及根际微生物对废水净化作用

植物-微生物相互作用主宰了陆地生态系统的生态功能，可溶性根系分泌物为微生物提供了丰富的有效性碳源，根系分泌物是植物对环境条件本能反应的一种特征物质。通过不同植物组合而成的湿地系统，可提高根际微生物群落功能多样性，从而提高人工湿地污染物净化的效率和稳定性。

2.5 水生植物腐烂分解对水质的影响

利用水生植物处理人工湿地污水时发现，一定量的植物残体可以促进整个系统的脱氮过程，但超过一定范围，氮、磷去除率会减小。

水生植物在分解前期，会造成水体氮、磷等营养元素激增和局部缺氧现象，但在分解后期，水体中硝态氮和亚硝态氮浓度开始下降，还发现挺水植物芦苇腐解过程中的水体化学需氧量、总氮和总磷浓度最低，水质最好。3水生植物净化污染水体的工程与应用研究

3.1 净化塘

水生植物塘具有较高的去污效能，其出水水质，特别是对氮、磷等营养物的去除，比普通氧化塘系统好得多。

在城市环境与城市生态静态实验中，水生植物塘对磷和有机物一级降解速率比一般菌藻共生塘平均高出两倍以上。

3.2 人工湿地系统

芦苇和香蒲被国际上公认是人工湿地的首选植物，其种植简单、繁殖能力强、管理要求粗放、处理效果好。用芦苇作湿地植被，BOD、COD和SS去除效果好，香蒲、灯芯草人工湿地对COD的去除率均达94%以上。

3.3 生态浮床技术

生态浮床技术是以水生植物为主体，运用无土栽培技术原理，以高分子材料等为载体和基质，应用物种间共生关系和充分利用水体空间生态位和营养生态位的原则。在改善水域环境的同时，增加水产品产量，是一种有效的水体原位修复和控制技术。利用浮床植物系统修复富营养化水体方面的工作已开展很多年，也取得了一定的效果。