生态修复中水生植物的运用

生态修复中水生植物的运用一、我国水资源概况2013年，全国地表水总体为轻度污染，部分城市河段污染较重。河流长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河、浙闽片河流、西北诸河和西南诸河等十大流域的国控断面中，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质断面比例分别为71.7%、19.3%和9.0%。与上年相比，水质无明显变化。主要污染指标为化学需氧量、高锰酸盐指数和五日生化需氧量。湖泊（水库）2013年，水质为优良、轻度污染、中度污染和重度污染的国控重点湖泊（水库）比例分别为60.7%、26.2%、1.6%和11.5%。与上年相比，各级别水质的湖泊（水库）比例无明显变化。主要污染指标为总磷、化学需氧量和高锰酸盐指数。2013年重点湖泊（水库）水质状况湖泊（水库）类型优（个）良好（个）轻度污染（个）中度污染（个）重度污染（个）三湖*00201重要湖泊591016重要水库1211400总计17201617*指太湖、滇池和巢湖富营养、中营养和贫营养的湖泊（水库）比例分别为27.8%、57.4%和14.8%。利用植物或微生物对水体中的污染物进行处理，从而使水体得到净化，这一用生态—生物的方法来修复水体的技术，廉价实用，适用我国江河湖库大范围的污水治理。二、水生植物在生态修复中的运用1、水生植物介绍水生植物是一个生态学范畴上的类群，是不同分类群植物通过长期适应水环境而形成的趋同性适应类型。根据水生植物的生活方式，一般将其分为以下几大类：挺水植物、浮叶植物，沉水植物和漂浮植物以及挺水草本植物。挺水植物挺水型水生植物植株高大，花色艳丽，绝大多数有茎、叶之分；直立挺拔，下部或基部沉于水中，根或地茎扎入泥中生长，上部植株挺出水面。挺水型植物种类繁多，常见的有荷花、千屈菜、菖蒲、黄菖蒲、水葱、再力花、梭鱼草、花叶芦竹、香蒲、泽泻、旱伞草、芦苇、茭白等。漂浮植物漂浮型水生植物种类较少，这类植株的根不生于泥中，株体漂浮于水面之上，随水流、风浪四处漂泊，多数以观叶为主，为池水提供装饰和绿荫。又因为它们既能吸收水里的矿物质．同时又能遮蔽射入水中的阳光，所以也能够抑制水体中藻类的生长。能更快地提供水面的遮盖装饰。但有些品种生长、繁衍得特别迅速，可能会成为水中一害，如水葫芦等。所以需要定期用网捞出一些．否则它们就会覆盖整个水面。另外．也不要将这类植物引入面积较大的池塘，因为如果想将这类植物从大池塘当中除去将会非常困难。浮叶植物浮叶型水生植物的根状茎发达，花大，色艳，无明显的地上茎或茎细弱不能直立，叶片漂浮于水面上。常见种类有王莲、睡莲、萍蓬草、芡实、荇菜等。浮叶植物有：睡莲、荇菜、水鳖、芡实等。浮水植物如细叶满江红(AZollafiliculoides)或凤眼莲（Eichhorniacrassipes），也能通过纤细的根吸收水中溶解的养分。深水植物如萍蓬草属(Nuphar)和睡莲属(Nwnphaea)植物，它们的根在池塘底部，花和叶飘浮在水面上，它们除了本身非常美丽外，还为池塘生物提供庇荫，并限制水藻的生长。沉水植物沉水型水生植物根茎生于泥中，整个植株沉入水中，具发达的通气组织，利于进行气体交换。叶多为狭长或丝状，能吸收水中部分养分，在水下弱光的条件下也能正常生长发育。对水质有一定的要求，因为水质浑浊会影响其光合作用。花小，花期短，以观叶为主。沉水植物，如软骨草属（Lagaro-siphon）或狐尾藻属(Myriophyllum)植物，在水中担当着“造氧机”的角色，为池塘中的其他生物提供生长所必需的溶解氧；同时，它们还能够除去水中过剩的养分，因而通过控制水藻生长而保持水体的清澈。水藻过多会导致水质混浊、发绿、并遮挡水生植物和池塘生物健壮生长所必需的光线。沉水植物有：轮叶黑藻、金鱼藻、马来眼子菜、苦草、菹草等。污水治理中应用的水生植物，需要尽快达到吸附污染物、净化水体的作用，最好选择生长速度较快、根系发达的植物，以求尽快达到治污的作用，如芦苇、香蒲、菖蒲等。有些工程还需要对水体进行杀菌消毒、吸附重金属以减少污染，可使用水葱、大漂、水葫芦等。2、水生植物的应用2.1水生植物的生态功能：a)净化所需的能源由光合作用提供；b)具有美学价值，能改善景观生态环境；c)植物可被收割和利用，创造新的价值；d)能固定土壤或底泥中的水分，防止污染源进一步扩散；e)为降解微生物提供了良好的栖息场所。环境中的重金属和一些有机物并非是植物生长所需要的，并且达到一定程度后具有毒害作用。对于此类化合物，一些植物也演化出了特定的生理机制使其脱毒。植物通常是通过螯合和区室化等作用，来耐受并吸收富集环境中的重金属，这种机制也存在于许多水生植物中。水生植物的根系常形成一个网络状的结构，并在植物根系附近形成好氧、缺氧和厌氧的不同环境，为各种不同微生物的吸附和代谢提供了良好的生存环境，也为人工湿地污水处理系统提供了足够的分解者。植物的根系还可分泌一些有机物从而促进微生物的代谢,这样就为好氧微生物群落提供了一个适宜的生长环境,而根区以外则适于厌氧微生物群落的生存。2.2几种研究和应用较为普遍的水生植物芦苇生长特点：根系非常发达，生长速度快；污染物去除功能：去除BOD、氮。凤眼莲生长特点：根系发达，生长速度快，分泌克藻物质污染物去除功能：富集镉、铬、铅、汞、砷、硒、铜、镍等；吸收降解酚、氰；抑制藻类生长物质。浮萍生长特点：生长速度快，分泌克藻物质。污染物去除功能：富集镉、铬、铜、硒;抑制藻类生长。狐尾藻生长特点：生长速度快。污染物去除功能：吸收TNT、DNT等结构相近化合。2.3国内外应用较多的水生植物修复技术a)生态浮床技术b)氧化塘技术c)人工湿地处理技术生态浮床技术定义：按照自然规律，运用无土栽培技术，以高分子材料为载体和基质，用现代农艺和生态工程措施综合集成的水面无土种植植物技术。采用该技术可将原来只能在陆地种植的草本陆生植物种植到自然水域水面,并能取得与陆地种植相仿甚至更高的收获量与景观效果。原理：利用植物根系吸收水体中污染物质，同时植物根系附着的微生物降解水体中污染物，从而有效进行水体修复的技术。典型的湿式有框浮床组成包括4个部分：1浮床框体、2浮床床体、3浮床基质、4浮床植物。浮床技术设计原则：a)稳定性：从浮床选材和结构组合方面考虑,能抵抗一定的风浪、水流的冲击而不至于被冲坏。b)耐久性：正确选择浮床材质，保证浮床能历经多年而不会腐烂，能重复使用。c)便利性：设计过程中要考虑施工、运行、维护的便利性。氧化塘技术氧化塘是利用塘库等水生生态系统对水体的净化作用，进行污水原位处理的工程措施。通过在池塘内种植对重金属、有机物有富集和吸收作用的植物，如水葫芦、水芹菜、香蒲等，然后定期收割，达到净化水质的目的。人工湿地处理技术湿地是介于陆地和水生环境之间的过渡带。具有独特而复杂的净化机理,它能够利用基质-微生物-植物这个复合的生态系统,综合物理、化学和生物的三重协调作用,通过过滤、吸附、共沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水中有害物质的去除,同时通过营养物质和水分的循环,实现废水的资源化和无害化。2.4水生植物生态修复优缺点优点：a)成本低，对环境扰动小；b)较高的环境美化价值；c)经济效益，可获得生物和植物能源；d)操作简单，投资少。缺点：a)植物枯枝败叶会造成营养释放，应及时收割；b)冬季植物容易枯死，应及时收割；c)植物净化系统一般占地面积大；d)水生植物会在水面屏蔽，压迫环境；e)难以筛选出抗性大的植物。三、水生植物的选择与种植1、水生植物种植注意在营造溪流、瀑布、水池、湖塘等水景时，配置水生植物，既可以增添园林景观的情趣，又具有水源净化涵养的生态功能。但是，要充分发挥水生植物在绿化、美化、净化环境的作用，在应用中需注意以下四个问题。1)在水生植物群落营造前期，应加强人工维护，去除该群落中生长的其他品种的水生植物，避免其对该植物群落产生的种间竞争，破坏群落的稳定。2)利用水生植物美化、净化水体时，在保持一定覆盖度和生物量的前提下，要加强后期管理工作，及时将枯老的植物残体移出水体，防止由于植物残体大量堆积、腐烂而导致污染。3)在水生植物的配置上，要考虑植物之间的遮光效应，在养护管理上采取修剪、除草、病虫害防治等措施，保证水生观赏植物良好的生存环境和景观效果。4)尽量选择适合当地的乡土水生植物；水面上水生植物的覆盖度最好小于水面积的30％。在应用水生植物进行水体绿化时，首先要选好材料，力求做到既兼顾景观效果又能有效净化水质；其次，植物配置要讲究园林美学原则。下面推荐一些具有净化水质作用的水生植物。荷花，莲科莲属多年生挺水植物，分株或播种繁殖。荷花花叶清秀、花香四溢，是良好的美化水面、点缀亭榭或盆栽观赏的植物材料。芦苇，禾本科芦苇属，播种或分株繁殖。其净化水质的效果较好，如将芦苇布置于自然式水岸边，别有一番野趣。水葱，莎草科多年生宿根挺水草本植物。茎杆高大通直，青翠碧绿。其变种花叶水葱，在茎杆上有黄色环斑，具有一定观赏价值。水葱多于初春分株繁殖，栽种初期宜浅水。水葱茎杆挺拔翠绿，常用于水面绿化或作岸边点缀。蒲草，香蒲科香蒲属，多年生沼生草本植物，分株繁殖。多自生在水边或池沼内，每年春季从地下匍匐茎发芽生长，并且不断发生分株；冬季遇霜后，地上部分完全枯萎，匍匐茎在土中过冬。成片栽培能形成壮观的景观效果，几丛点缀亦独具特色，其蒲棒可做切花或干花。水葫芦，多年生宿根浮水草本植物。因其在根与叶之间有一像葫芦状的大气泡又称水葫芦。茎叶悬垂于水上，蘖枝匍匐于水面，花色艳丽美观，叶色翠绿偏深。须根发达，分蘖繁殖快，管理粗放，净化水质的良好植物。但在南方气候条件适宜地区栽植时要小心其强劲的自繁能力，避免其成为入侵植物。生态修复的河道大部分为流水，自然驳岸可选择成本低廉适应性强的各类水生植物。改造与绿化时应效仿自然，选用本地植物，成片或块状栽植，以达到修复自然的目的。挺水、浮水、沉水植物，沼生、湿生植物合理搭配，兼顾色彩色调，以达到优化景观的目的。2、水生植物选择水生植物的选择首先应考虑水生植物在污水中适应性问题，如污水浓度超过一定限度必须经过化学或物理的方法处理降低到植物能生长的浓度后方可栽植，故选用的植物应具备根系发达抗污能力强，长势旺盛的植物种类，如再力花、千屈菜、水葱、水葫芦、空心菜、水芹菜、芦苇、香蒲等，冬季大部分水生植物休眠后选用冬季分蘖生长的常绿水生鸢尾吸污。一些沉水植物、园艺种或寡营养植物抗污力较差不宜选用，如金鱼藻、花叶水葱、花叶香蒲或石菖蒲等。经逐次的处理污染浓度较低后则可选用大多数的水生植物，以营建水生植物花园，达到三季有花四季有绿的景观效果，为污水处理场所营造良好的工作氛围，进而打造休闲场所。水生植物的配置在污染浓度高的第1至2池或塘内，选择抗污染能力强的种类进行密植。而经过过滤拦截后污染物浓度较低的塘或池内选择多种类的水生植物，总体应中间高四周较低矮或者远处高近处低的配置方法，形成高低错落的水生植物花境，从高到低的植物依次为花叶芦竹、香蒲、再力花、荷花、黄菖蒲、冠果草、细叶莎草、泽泻、香茹草、睡莲、荇菜、聚草等。中国水稻所在上世纪九十年代初期的水上种稻专利技术中开创了国内水生植物浮岛种植工作，水生植物浮岛种植不仅在营造水面景观方面有重大突破和特殊价值，近年来在水质治理、生态修复方面也得到了广泛应用。水生植物浮岛种植技术的关键是浮力设施、种植平台和植物种类选择。浮力设施：早先采用塑料泡沫，它和种植平台融为一体。优点是浮力大，便于管理；缺点是塑料泡沫二次污染，不利环保。现在使用较多的是由竹、木等自然材料作浮力材料和框架，近年来也多采用PVC管材、废弃轮胎等。这些材料成本低，制作方便，二次污染少。上述这些材料各有优点和缺陷，如PVC管材购买材料方便、成本较低、制作简单；缺点是浮岛管理不够方便，应用时应因地制宜。种植平台：有种方式是将水生植物种于营养钵(或花盆)中，再把营养钵置于塑料泡沫板做成的种植穴中。这样种植主要是为景观需要，但在治理水质效果方面不尽如人意。种植穴还可选择秸秆、无纺布等，还有的用大孔径穴盘，如蝴蝶兰穴盘等。植物选择：用于景观布置的，应多从美观角度来选择植物。用于水质