梁银
广西博世科环保科技股份有限公司，广西 南宁，530000
摘要：水生植物是水生态系统的重要组成部分，在水环境领域有着重要的应用，主要在物质循环和能量传递方面起调控作用。本文简要介绍了水生植物的几种类型，并探讨了水生植物在水环境领域中的应用，综述了水生植物的作用机理包括吸收作用、协同作用、物化作用、降解作用，是促进水生态系统地球化学循环的基础。
关键词：水环境；沉水植物；挺水植物；浮叶植物；作用机理
近年来，随着城市化进程的深入推进，全球水域污染严重，水域生态破坏日益严重，湖泊和水库存在富营养化现象。富营养化主要是总氮、总磷、氨氮、化学耗氧量等超标，藻类异常繁殖，造成水体透明度与溶解氧含量下降，破坏和阻碍了水体生态系统与水功能，不断扩大水资源短缺问题，富营养化环境问题在全世界普遍存在。
水生态系统修复是指通过一系列保护措施，将已经退化的水生态系统恢复或修复到能长期自我维持的、可以接受的、稳定的状态水平，最大限度减缓水生态系统的退化 [1]。水生植物修复是将生态法、生物法联合的通用技术，并具有绿色环保、效果佳、成本低、景观美等优势，在土水一体化联合修复特别是城市景观湿地修复中得到广泛应用[2]，加强城市河道水环境生态修复已是势在必行。
1 水生植物应用研究
1.1 沉水植物
沉水植物的种类有海菜花、黑藻、金鱼藻、小叶眼菜、苦草等，它们的根生于泥中，可在水中空气极度缺乏的环境中进行气体交换，整个沉水植物植株沉入水体之中，种类较多。沉水植物的叶多为丝状或狭长型，植株的各部分都能均匀吸收水中的养分，以观叶为主，花小、花期短，可以在水下的弱光中进行利用。
沉水植物的根、茎、叶全部生长在水体的基质中，因沉水植物的表皮细胞没有角质或蜡质层，它们拥有强大的净化能力，能直接吸收水分和溶于水中的氧和其他营养物质。沉水植物的根部可以稳定底质，它们的茎叶增加了垂直方向上水生生物的栖息地面积，可以给营穴类和攀爬类底栖动物提供栖息地，同时也可为此种类型的底栖动物和小型鱼类躲避捕食者提供重要的避难所[3]。与初始的底泥相比，矮生植物的根系沉积物中的典型亚铁（Fe2+）与酸性硫化挥发物（AVS）的还原性物质分别减少了92.6%和96.3%。沉水植物对于水体及底泥中重金属的吸收具有较好的效果，有相关莫家勇[4]的研究表明，沉水植物能提高沉积物对磷的滞留能力，抑制沉积物中磷的释放，从而降低水体磷含量，改善水质。
1.2 挺水植物
挺水植物是指茎、叶挺出水面的植物，一般种植在景观水体岸边或水深低于 0.3m以内的浅水处。挺水植物具有很好的造景功能，而且沿岸带的挺水植物对暴雨冲刷还具有拦截作用，阻截外源污染。
挺水植物选择生长周期长、水质净化效果好、根系发达、成活率高、美观及具有经济价值的水生植物。挺水植物的种类有黄菖蒲、再力花、梭鱼草、旱伞草、花叶芦竹、香蒲等挺水植物，挺水植物的选择主要为净水效果好且多年生的植物。挺水植物布置与陆域景观相结合，并且以带状分布为主体。水域设计点缀挺水植物观赏带使湖泊、流域等水体更具景观特点，提升游客体验。
有研究表明，孙瑞莲等[5]选取茭白、宽叶香蒲及黄花鸢尾研究了挺水植物对污染水体中COD、TN和TP的净化效率，研究表明在同一中污染浓度的污水处理下，各挺水植物对COD的去除效果均没有显著差异，其中黄花鸢尾对TP的去除效果最好，茭白对TN的去除效果表现最佳。挺水植物的根系较发达，具有较强的输氧能力，其根系易产生好氧的环境，促进植物生长，并进一步除P[6]。N和P是植物成长的基本元素之一，有研究结果表明：黄花鸢尾、旱伞草、黄菖蒲、蒲苇、水葱、西伯利亚鸢尾、花叶芦竹、千屈菜、水生美人蕉等植物，在植物培养的35d时间里，对富营养化水体中总氮（TN）的去除率分别为89.1%、89.1%、93.4%、88.8%、88.7%、89.0%、89.0%和92.4%。
1.3 浮叶植物
浮叶植物即根系或者地下部分固定在土壤中，而叶子漂浮在水面的植物，以荇菜、睡莲等为代表。适量配植观赏价值高的浮叶植物，能增添水体景观效果，浮叶植物一般选用睡莲及荷花。
睡莲因昼舒夜卷而被誉为“花中睡美人”，其花期较长（群体花期 6 个月以上）、观赏价值较高（花色丰富）。根系能吸收水中的铅、汞、苯酚等有毒物质，是难得的水体净化品种。荷花的绿色观赏期长达8个月，群体花期在2～3个月左右。夏秋时节，人乏蝉鸣，桃李无言，亭亭荷莲在一汪碧水中散发着沁人清香，使人心旷神怡；浮叶植物可以在一些弯角处进行布置，以提升水域景观效果。
2 水生植物作用机理
水生植物在水生态修复中的作用方式主要包括吸收作用、协同作用、物化作用、降解作用，可以促进水生态系统地球化学循环，是重要的基础，同时也是评价水体健康与否的重要指标[7]。
2.1 吸收作用
水生植物在其生长过程中，为保证自身正常生长及繁殖的营养需求，植物根系吸收污染水体中的氮、磷等物质，以及受污染水体中的有机物及重金属，经脱毒、降解后存储于植物根茎叶等，收割植物时便可实现去除重金属及氮磷等营养物质，起到修复水体效果。水生植物具有明显去除氮、磷的效果[8-9]，对富营养化水域的氮、磷进行吸收，供自身生长发育利用，为营养物质提供输出渠道[10]。
水生植物可以通过自身输导组织将氧通过根部呼吸作用释放到沉积物中，使沉积物中的Eh（氧化还原电位）升高，可溶性金属含量升高，pH降低，可以减少沉积物矿质元素向上覆水释放，提高水体质量，有利于植物对矿质元素的吸收作用[11]。
2.2 协同作用
在受污染的水体中，微生物对有机营养物有降解作用，水生植物给微生物提供了附着基质和栖息场所。水生植物的根系因分泌促进嗜磷、氮细菌生长的物质，从而间接提高水体净化率[12]。水生植物之间的协同作用提高水生态修复的效果。水生植物生长可以增加空间生态位和生物多样性，从而提高水生植物之间的协同性，有效促进水体矿质元素生物地球化学循环[13-14]。
2.3 物化作用
受污染水体在物理、化学的作用下也会得到修复的效果。水生植物通过吸附、挥发及沉降等原理，实现修复受污染物水体效果。例如，水生植物的大量繁殖，会减小受污染水体的风浪扰动，减小水体流速，为悬浮固体沉淀营造良好环境，使那些固废悬浮情况大为减少。水生植物还具有隔热功能，有利于人工湿地土壤抗冻结，提升受污染水体的修复效率[15]。
2.4 降解作用
微生物的新陈代谢会有效降解水体中的污染物。水生植物可以通过分解水体中的有机物，用以满足微生物所需要的代谢营养需求，同时，水生植物还能够将微生物吸附于根茎，从而达到降解水体污染物效果。针对厌氧类型的微生物，通常会在水生植物根系之外的区域，利用硝化、反硝化作用，达到降解水体污染物效果。
3 结论
水生植物修复技术具有投资成本低、对环境扰动小、污染物降解效果好等优点。在富营养水体修复技术中，对于水体微生物修复技术，使用水生态修复技术能够增加生物的多样性，构建水体微生态平衡。通过研究水生植物的类型及作用机理，为之后水生植物在水环境领域，如黑臭水体、富营养化水体中的应用提供技术支撑。
在国外，水生态修复已有较为成熟的理念，并形成相对完善的技术标准和规范，如日本在湿地修复水资源方面所做的工作，值得我国学习与借鉴。我国的水生态修复技术仍处于探索阶段，缺乏传统水利、生态系统栖息地和景观的有机结合。我们需要多学习国外先进技术、创新理念，逐步改善我国的水生态环境。
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