文章编号:1006—2610(2020)S2—0022—04
闫保明，李晓将
（中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安710065）
摘要：通过对比分析不同水生植物对氮、磷元素以及重金属的去除效果，研究其对富营养化河湖水体的净化作用，分别选择挺水植物(千屈菜、香蒲)、浮水植物(美人蕉、睡莲)、沉水植物(苦草、金鱼藻)等6种常见水生植物，进行对比分析不同种类水生植物对氮磷元素去除效果、重金属离子富集能力及其与种植密度的关系。通过分析，不同类型水生植物种植密度以及对污染物去除量均存在差异，沉水植物在种植密度、对氮磷污染物去除量及重金属富集效果突出。 关键词：水生植物；种植密度；去除效果；总氮；总磷；重金属离子
中图分类号:TV882.9;S682.32文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1006-2610.2020.S2.005
Application of Aquatic Plants in River and Lake Water Treatment
YAN Baoming，LI Xiaojiang
日盲紫外探测器
(PowerChina Northwest Engineering Corporation Limited，Xi'an710065，China)
Abstract:By comparing and analyzing the eliminating effects of different aquatic plants on nitrogen，phosphorus and heavy metals，and studying their purifying effects on eutrophic rivers and lakes，emergent plants(Landratum，cattail)and floating plants(Canna，Canna，Six common aquatic plants，including water lilies)and submerged plants(sweet grass，hornworts)，were compared and analyzed for the eliminating effects of nitrogen and phosphorus，the enrichment capacity of heavy metal ions，and their relationship with planting density. Through analysis，the result shows that different aquatic plants have differences in planting density and removal of pollutants.Submerged plants have outstanding effects in planting density，eliminating of nitrogen and phosphorus pollutants，and heavy metal enrichment
Key words:aquatic plants；planting density；eliminating effect；total nitrogen；total phosphorus；heavy metal ions
水体富营养化问题现阶段已被大家广泛关注［1-2］，在水环境生态系统中，水生植物是水体保持良性循环的重要生态落。它可以在一定程度上吸收水体和底泥中的氮磷、难降解有机污染物，转化为自身物质，辅助黑臭水体向良性水体转化，同时可以调节有机物质在水生态系统的转换速度，增加水生
态系统中水体生物的多样性，抑制藻类生长，有效提高水体水质，改善水生态环境⑶。因此，通过种植水生植物的原位生态修复措施，营建完整的水生植物落是治理水体富营养化的重要方式，并且其具有投资少、运行维护费用相对较低，治理效率高，实
收稿日期：2020-09-02
作者简介：闫保明（1989-），男，陕西省蒲城县人，工程师，从事给排水工程设计、水环境治理研究工作.现难度低等特点。本文通过文献资料总结，对比分析不同水生植物对氮、磷元素以及重金属的去除效果，以及水生植物种植配置，为水生植物在河湖水治理中的应用提供一定的参考依据。
1水生植物概念与分类
1.1水生植物的概念
水生植物的概念以及范畴，目前主要有3种观点。
第1种观点：生长在水体土壤或漂浮在水体表面的植物。
第2种观点：在水体中生长的植物。
第3种观点：水体或湿润土壤中生长的植物。
本文所述的水生植物主要以第1种观点所述植物⑷为主。
1.2水生植物的分类
水生植物种类繁多、分布广泛，常见于各地的河道、湖泊、池塘等水域，主要包含挺水、浮水以及沉水植物。
1.2.1挺水植物
挺水植物的叶片和茎基本立于水面以上，根和地下茎在底泥中固着，茎干直立于水中，通气组织较为发达，多生长在岸边或浅水区。应用最广泛的挺水植物有千屈菜、香蒲、荷花、茭白、芦苇和菖蒲等［5］。
1.2.2浮水植物
浮水植物是一种漂浮在水体表面的水生植物，其叶片漂浮在水面上，没有地上茎，部分浮水植物有纤细的茎，但不能直立于水中，有着较为发达的根状茎。应用最广泛的浮水植物有睡莲、美人蕉、莕菜和 王莲等［5］o
1.2.3沉水植物
沉水植物的通气组织优于其它类水生植物，整株植物可以全部沉入水中，部分具有有性繁殖组织的沉水植物也可立于水面，也可沉在水底。应用最广泛的沉水植物有苦草、金鱼藻、马来眼子菜和轮叶黑藻等［5］o
2水生植物种植水深、时间及方式
2.1水生植物种植水深及时间
(1)挺水植物：适宜种植水深为0.2~1.0m，可在12月一第2年2月进行根茎等营养繁殖体种植，在3—5月进行种苗移植，在6—9月进行营养植株移植，其中3—5月成型的种苗移植效果较好。
(2)浮水植物：适宜种植水深为0.5~1.0m。
(3)沉水植物：适宜种植水深为0.5~2.0m，可在5—10月进行营养植株移栽，在11月一第2年2月宜进行芽抱、根茎的移栽。
2.2水生植物种植方式
水生植物种植的方式可分为排水式和带水式。其中排水式作业需将湖水水深降至20~50cm，适合水质发黑较差水域，见效快、存活性较高；带水式作业需乘船作业，适合水深、不黑臭水域。两者对比见表1。
3水生植物净化水质机理
水生植物的净化作用主要依靠自身的根、茎、叶对污染物进行吸收和转化。
表1水生植物种植方式对比表
种植形式排水式作业带水式作业
措施排降水至20~50cm水深
乘船；草带泥或借助相关措施作
业(如插杆、捆绑等)适合范围
水浅、适宜排水/降水水域、水质水深，不便排/降水水域，蓝绿藻
发黑较差水域爆发水域但不黑臭水域优点
见效快，沉水植物布置工序简单，无须排水；
规整；水草存活率高节能省电
通常水溶态的污染物通过2种途径到达水生植物的根部:①水溶态污染物随植物的蒸腾作用，在植物吸收水分时与水一起到达植物根部;②通过扩散到达根部。
通常水溶态的污染物也主要通过以下2种途径到达植物的茎和叶。一种是吸附在水生植物的气孔并进入植物体内；另一种是角质层途径，水溶态污染物在水生植物茎和叶表面，通过降低植物叶面表面张力从而进入水生植物体内。
对水体的净化功能主要表现为以下3个方面：
(1)对氮、磷元素的吸收作用；
(2)对重金属离子的富集作用；
(3)对藻类的抑制作用。
4水生植物净化作用
4.1水生植物对氮、磷元素的吸收作用
氮、磷元素在植物生长过程中至关重要。氮元素在生态系统中主要以有机氮、无机氮2种形式存在，
其中无机氮能以离子形式(NH4+和NO3-)被植物吸收利用，部分有机氮通过微生物分解转化成氨氮后，也能被植物吸收利用。磷元素被植物根系吸收后，经同化作用变成植物的ATP.DNA以及RNA 等有机成分，然后通过植物的收割而去除。
实际应用中利用“单位时间、单位面积水生植物净化效果”来说明水生植物对氮磷的去除能力具有更大的可操作性［6］o参考相关论文及文献确定以下常用水生植物对污染物去除量［7-14］。
水生植物对污染物去除量统计见表2o
表2水生植物污染物去除量表
植物种类植物名称
去除率/%去除B/[g-(d-m2)-1]
TN TP TN TP 千屈菜70~9080~900.050.004
挺水植物
香蒲60~7060~700.150.02
勺孩齐+古肠T
美人蕉80~9080~900.40.14
浮水植物
睡莲60~7050~600.360.08
苦草85~9590~950.890.27
沉水植物
金鱼藻70~8060~800.60.25
4.2水生植物对重金属离子的富集作用
水生植物对水体以及底泥中存在的重金属有较好的去除效果，主要通过积累、挥发和固化等方式对污染水体进行修复，大部分水生植物的根部可以感应到生长环境周边的重金属元素，从而迅速反应分泌植物螯合肽或有机酸，使其发生螯合反应。一般采用富集系数来衡量植物对重金属富集能力。
(1)挺水和浮水植物富集系数=水生植物根中的重金属含量/底泥中重金属含量；
(2)沉水植物富集系数=整株水生植物中重金属含量/重金属在水中含量。
参考相关论文及文献确定常用水生植物对几种典型重金属离子污染物的富集系数［14-18］，见表3o
表3水生植物重金属富集系数表
植物种类植物名称
Cu
富集系数
Cd Zn Pb物料输送设备
挺水植物千屈菜 2.21 1.670.96 2.97香蒲 1.56 1.310.33 1.76
浮水植物
美人蕉0.310.280.22 2.29
睡莲0.260.220.150.12沉水植物
苦草 5.119.3 6.619.7
金鱼藻 5.5 5.4 4.6 5.65水生植物种植配置
三相电机保护器5.1配置原则
(1)根据水生植物的生长习性选择相应种植位置，并为其预留一定的生长空间；
(2)植物落的恢复和重建，应考虑河道环境
条件；
(3)水生植物种类选择应优先选择土著种；
(4)严禁引入外来物种。
5.2水生植物种类配置方式
水生植物的配置需要依据流域内不同规模水体的宽度、深度等条件采取不同配置方式，主要分为以下3种方式。
(1)大流域水体处水生植物配置
采取远观的方式对水生植物落进行观赏，配置水生植物时应注意植物落的规模和整体性景观效果，例如以芦苇、千屈菜、荷花、睡莲等品种组成的大规模植物落，可以从远处吸引市民前来驻足观赏。
(2)小流域水体处植物配置
在近岸处采用浮水、挺水植物落相结合的配置方式，可近距离观赏水生植物景观效果，一般采取自然种植方式，可使水生植物落接近自然状态，同时配置部分亲水平台和景观置石，增强水体亲水性。
(3)带状湿地处植物配置
比较适合多种植物生长，以挺水植物为主。水生植物株高宜控制在0.8~1.2m之间。
5.3水生植物种植密度
通过结合相关参考文献和规范要求，水生植物种植密度如表4所示。
表4水生植物种植密度表
不同规范、文献种植密度/(株・m-2)植物植物参考《浅谈水《人工湿地污《人工湿地水《人工湿地设计种类名称文考生植物种水处理工程质净化工程工程技术参考
文献植密度》技术规范》技术指南》指南》取值
挺水千屈菜1512~16
9~259~25
16~2515植物香蒲2036~4920~4020浮水美人蕉2
拟合直线1~23~93~9
2植物睡莲1810沉水苦草5045
40~603~920~45—植物金鱼藻3535
6结语
通过上述分析，不同类型水生植物种植密度以
及对污染物去除量均存在差异，沉水植物在种植密
度、对氮磷污染物去除量及重金属富集效果突出，例
4.3对藻类的抑制作用
水生植物对藻类的抑制作用主要在3个方面。
(1)竞争作用
水生植物吸收和储存养分的能力强于藻类植物，并且生命周期长,2种类型植物生长在同一环境，两者属于竞争者。
(2)摄食作用
主要体现寄生在水生植物根系、叶面等处的小型食藻动物摄食藻类植物。
(3)化感作用
化感作用是指植物生长发育过程中，通过向环境释放出特定的代谢产物，改变其周围的微生态环境，影响周围其他植物生长发育，导致植物间相互排斥或促进的现象4 * * * * * * * * * * * * * *
［19］。较多常见水生植物可以分泌藻类生长抑制激素，藻类生产抑制激素称为化感物质，按照化感
物质的化学结构分为水溶性有机酸、简单不饱和内脂、肉桂酸等14类，可以破坏藻类细胞的结构，影响藻细胞光合作用，影响藻细胞呼吸作用，以及影响藻细胞酶活性，从而起到抑制藻类植物大量繁殖的作用。
如苦草对TN的去除量为0.89g/(d・m2)，对TP的去除量为0.27g/(d・m2)；沉水植物对Zn、Cd重金属的富集系数可达到19以上。
在河湖水体治理设计时，应结合项目所在地的种植环境、种植时间，选择适宜的水生植物，并根据治理水体规模，合理进行水生植物配置，在满足相关规范要求的前提下，合理选择水生植物种植密度。
tuner接口水生植物在水生态系统中处于初级生产者地位，通过对氮、磷元素的吸收以及对重金属离子的富集，虽然可以达到一定的治理效果，但还需投放其他微生物、水生动物以及底泥处置等生态措施，方能恢复原有生态系统水体自净能力，达到工程所需的治理目标。本文对投放其他微生物、水生动物以及底泥处置等生态措施不做阐述。
在河湖水体治理工程应用中水生植物系统的构建应根据实际情况设计、实施并制定适宜当地的后期管护措施以便发挥更健全的生态系统效应。
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