隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、工農(nóng)業(yè)廢水的排放，水體被大量污染。文章綜述了水生植物對(duì)氮、磷，重金屬及有毒有機(jī)物等各類污染物的清除作用及在污染治理中的應(yīng)用實(shí)踐。同時(shí)對(duì)水生植物在廢水處理和湖泊治理方面提出了相應(yīng)的展望和建議。 

    人類的活動(dòng)會(huì)使大量的工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活廢棄物排入水中，使水受到污染。水污染可根據(jù)污染雜質(zhì)的不同而主要分為化學(xué)性污染、物理性污染和生物性污染三大類，基本上以化學(xué)性污染為主。具體污染雜質(zhì)有無(wú)機(jī)污染物質(zhì)、無(wú)機(jī)有毒物質(zhì)、有機(jī)有毒物質(zhì)、植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等。而對(duì)于這些污染物的清除中，水生植物起著非常重要的作用。 999苗木網(wǎng),m.cqhuayin.com

　　水生植物指生理上依附于水環(huán)境、至少部分生殖周期發(fā)生在水中或水表面的植物類群。水生植物大致可區(qū)分為四類：挺水植物、沉水植物、浮葉植物與漂浮植物。而大型水生植物是除小型藻類以外所有水生植物類群。水生植物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分和主要的初級(jí)生產(chǎn)者，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量的循環(huán)和傳遞起調(diào)控作用。它還可固定水中的懸浮物，并可起到潛在的去毒作用。水生植物在環(huán)境化學(xué)物質(zhì)的積累、代謝、歸趨中的作用也是不可忽視的。用水生植物來(lái)監(jiān)測(cè)水生污染、對(duì)污染物進(jìn)行生態(tài)毒理學(xué)評(píng)價(jià)及其進(jìn)入生物鏈以后的生物積累、修飾和轉(zhuǎn)運(yùn)，對(duì)植物生態(tài)的保護(hù)和人畜健康方面有非常重要的意義。

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　　1  水生植物對(duì)污染物的清除

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　　1.1 水生植物對(duì)氮磷的清除 苗木網(wǎng),m.cqhuayin.com

　　湖泊富營(yíng)養(yǎng)化已成為一個(gè)世界性的環(huán)境問(wèn)題。利用水生大型植物富集氮磷是治理、調(diào)節(jié)和抑制湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的有效途徑之一。湖泊水環(huán)境包括水體和底質(zhì)兩部分，水體中的氮磷可由生物殘?bào)w沉降、底泥吸附、沉積等遷移到底質(zhì)中。對(duì)過(guò)去的營(yíng)養(yǎng)狀況的追蹤表明，水生植物可調(diào)節(jié)溫度適中的淺水湖中水體的營(yíng)養(yǎng)濃度[2]。而大型沉水植物則通過(guò)根部吸收底質(zhì)中的氮磷，從而具有比浮水植物更強(qiáng)的富集氮磷的能力。沉水植物有著巨大的生物量，與環(huán)境進(jìn)行著大量的物質(zhì)和能量的交換，形成了十分龐大的環(huán)境容量和強(qiáng)有力的自凈能力。在沉水植物分布區(qū)內(nèi)， COD、BOD，總磷、銨氮的含量都普遍遠(yuǎn)低于其外無(wú)沉水植物的分布區(qū) [3]。而漂浮植物的致密生長(zhǎng)使湖水復(fù)氧受阻，水中溶解氧大大降低，水體的自凈能力并未提高，且造成二次污染，影響航運(yùn)。挺水植物則必須在濕地、淺灘，湖岸等處生長(zhǎng)，即合適深度的繁衍場(chǎng)所，具有很大的局限性。

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　　不同的沉水植物對(duì)水體中的總氮總磷均有顯著的去除作用。在關(guān)于常見(jiàn)沉水植物對(duì)滇池草海水體（含底泥）總氮去除速率的研究中發(fā)現(xiàn)：物種去除能力的大小順序依次為伊樂(lè)藻＞苦草＞狐尾藻＞篦齒眼子菜＞金魚(yú)藻＞菹草＞輪藻。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，水體中總氮濃度呈負(fù)指數(shù)形式衰退，且在實(shí)驗(yàn)的總氮濃度范圍內(nèi)（2.628～16.667 mg/L）每種沉水植物的去除速率隨總氮濃度的增加而增加[4]。此外，黑藻（Hydrilla verticillata (L.f.) Royle）對(duì)磷的需求較低，并可利用重碳酸鹽作為光合作用的碳源[5]。 苗木網(wǎng),m.cqhuayin.com

　　磷吸收是主動(dòng)過(guò)程[6]。在亞熱帶濕地中，磷主要是在植物內(nèi)流動(dòng)，而氮主要是通過(guò)沉積作用和反硝化作用進(jìn)行流動(dòng)。對(duì)于夏季浮游植物（主要是外來(lái)藍(lán)藻），磷是限制因子。據(jù)推測(cè)：磷循環(huán)強(qiáng)烈依賴于大型植物的調(diào)節(jié)；底泥中磷的衰竭影響植物香蒲（Typha domingensis）的減少，而隨后磷的有效性的增加又使其重現(xiàn)[7]。在對(duì)東湖的圍隔實(shí)驗(yàn)中，結(jié)果顯示了沉水植物在磷營(yíng)養(yǎng)滯留物中的關(guān)鍵地位[8]。沉水植物均能從葉、根狀莖（主要是葉）來(lái)去除水中的標(biāo)記碳，從而促進(jìn)了流水生境中碳的吸收、遷移和釋放[9]。淡水沉水植物系統(tǒng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的去除有很好的作用：對(duì)氮主要是通過(guò)反硝化作用，對(duì)磷則是生物吸收和隨后的植株收獲[10]。 999苗木網(wǎng),m.cqhuayin.com

　　1.2 水生植物對(duì)重金屬的清除

　　水生植物對(duì)重金屬Zn、Cr、Pb、Cd、Co、Ni、Cu等有很強(qiáng)的吸收積累能力。眾多的研究表明，環(huán)境中的重金屬含量與植物組織中的重金屬含量成正相關(guān)，因此可以通過(guò)分析植物體內(nèi)的重金屬來(lái)指示環(huán)境中的重金屬水平。戴全裕在20世紀(jì)80年代初從水生植物的角度對(duì)太湖進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，認(rèn)為水生植物對(duì)湖泊重金屬具有監(jiān)測(cè)能力。水生大型植物以其生長(zhǎng)快速、吸收大量營(yíng)養(yǎng)物的特點(diǎn)為降低水中重金屬含量提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)可行的方法，例如可以通過(guò)控制浮萍（Lemna minor）的濃度使有機(jī)和金屬工業(yè)廢物的含量降低到最小 [11]。在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，浮萍（Lemna gibba）可大幅度降低廢水中的鐵和鋅，對(duì)錳的去除效率達(dá)100%[12]。浮萍對(duì)重金屬的富集程度超過(guò)了藻類和被子植物Azolla filliculoides，尤其是鋅的富集系數(shù)很高，植株內(nèi)的濃度比外面培養(yǎng)基內(nèi)高2700倍[13]。

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　　重金屬在植物體內(nèi)的含量很低，且極不均勻。在同一湖泊中，不同種類的水生植物含量差別很大；同一種類在不同湖泊中，水生植物體內(nèi)的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，因此利用藻類凈化含重金屬?gòu)U水具有重要的意義[15]。 苗木網(wǎng),999miaomu.com

　　金屬不同于有機(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)，吸收過(guò)程在約0.01 min-1  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）吸收等溫線相關(guān)[17] 。

　　1.3 水生植物對(duì)有毒有機(jī)污染物的清除 999苗木網(wǎng),m.cqhuayin.com

　　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]。 苗木網(wǎng),m.cqhuayin.com

　　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1、5、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]。 苗木網(wǎng),999miaomu.com

　　多環(huán)芳香烴化合物(PAHs)是一大類有機(jī)毒性物質(zhì)。在浮萍，紫萍，水葫蘆，水花生，細(xì)葉滿江紅等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]。 999苗木網(wǎng),999miaomu.com

　　1.4 水生植物與其他生物的協(xié)同作用對(duì)污染物的清除 苗木網(wǎng),m.cqhuayin.com

　　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)�水中，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，使不同種類污染物逐次得以凈化。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)自凈能力。這對(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)，從而降低藻類的現(xiàn)存量。在水生態(tài)環(huán)境中，水生高等植物對(duì)藻類的抑制作用較為明顯。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是藻類數(shù)量急劇下降；二是藻類群落結(jié)構(gòu)改變。水生植物與藻類在營(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)。

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　　水生植物與藻類之間的相生相克（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，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的形態(tài)、生理生化過(guò)程和生長(zhǎng)繁殖，使藻類數(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)�環(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)�的微生物與藻類間的相生相克關(guān)系，來(lái)去除藻類。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]。

　　1.5 水生植物的其他凈水（改善水質(zhì)）功能 999中國(guó)苗木網(wǎng),999miaomu.com

　　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]。 中國(guó)苗木網(wǎng),999miaomu.com