1.近年来工业化和城市化进程导致水域生态系统氮、磷含量急剧增加，加速水质恶化，严重影响水體(tǐ)功能(néng)性。我國(guó)7大水系、湖(hú)泊、水库等水域受到了不同程度污染，污染指标主要為(wèi)总氮、总磷、高锰酸钾指数、生化需氧量等。水质污染已严重影响我國(guó)经济发展，开展水體(tǐ)污染及其防治的研究一直污染生态學(xué)研究的重点和难点。从有(yǒu)效性和安全性出发，调控水體(tǐ)目前常用(yòng)生物(wù)法，即利用(yòng)生物(wù)的生命代謝(xiè)活动来降低存在于环境中有(yǒu)害物(wù)质的浓度，从而使水环境得以净化修复，水生植物(wù)兼具城市景观功能(néng)及生态功能(néng)，在水质处理(lǐ)中受到广泛关注。

2.水生植物(wù)净化水质的机理(lǐ)

2.1植物(wù)根系的吸收

水生植物(wù)在其生長(cháng)过程中需要吸收营养物(wù)质，水环境中的某些污染物(wù)正好可(kě)被植物(wù)作為(wèi)自身营养物(wù)质加以利用(yòng)。水生植物(wù)吸收Pb、Zn后，不同器官富集存在显著差异，表现為(wèi)根 >茎 >叶。水溶性污染物(wù)通过两个途径到达根表面：第一条是通过质體(tǐ)流途径，即污染物(wù)随植物(wù)的蒸腾拉力，在植物(wù)吸收水分(fēn)的同时与水一同到达植物(wù)根部；另一条则是扩散途径，即通过扩散到达根表面。植物(wù)将污染元素作用(yòng)自身营养物(wù)质吸收后，通过人為(wèi)收割，将大量污染物(wù)移除水环境。

2.2植物(wù)富集作用(yòng)

水生植物(wù)也可(kě)通过富集作用(yòng)对水质进行净化，水生植物(wù)在吸收污染物(wù)尤其是重金属离子等有(yǒu)机物(wù)之后，便富集、固定在其體(tǐ)内，同时植物(wù)也具有(yǒu)将污染物(wù)转化成安全、低毒的结合态的机制。植物(wù)在吸收重金属离子后，通过金属转运细胞将重金属离子转运至根细胞，随后转运至液泡中。在重金属胁迫条件下，植物(wù)会形成适应性，即耐受基因型合成较多(duō)植物(wù)螯合肽（PC），并与重金属离子螯合。在对菹草(cǎo)叶细胞的超微定位观察中发现，重金属离子主要富集于植物(wù)细胞壁上，植物(wù)细胞壁成為(wèi)十分(fēn)重要的离子交换场所。在植物(wù)细胞壁与金属离子结合未达到饱和前，植物(wù)细胞壁的金属沉淀作用(yòng)会对植物(wù)对污染物(wù)的耐受性起到一定作用(yòng)。

2.3微生物(wù)作用(yòng)

植物(wù)根系的分(fēn)泌物(wù)能(néng)為(wèi)根系微生物(wù)提供养分(fēn)，促进其生長(cháng)，根系微生态系统中，微生物(wù)数量显著高于其他(tā)區(qū)域，且根系微生物(wù)能(néng)对有(yǒu)机污染物(wù)起到降解和代謝(xiè)作用(yòng)。根系微生物(wù)在土壤修复的研究中已有(yǒu)大量报道，在水域环境中，根系微生物(wù)同样能(néng)起到修复污染水體(tǐ)的作用(yòng)。在水生植物(wù)在水环境中利用(yòng)光合作用(yòng)生成氧气，并通过通气组织，将氧气从植物(wù)體(tǐ)的上部输送到底部，经过释放和扩散，在植物(wù)根部形成一个好氧區(qū)域，这个區(qū)域对很(hěn)多(duō)微生物(wù)尤其是硝化细菌来说，是极好的繁衍栖息區(qū)域，因此这个區(qū)域的微生物(wù)相当活跃，能(néng)够将对水生动物(wù)有(yǒu)害的氨氮转化為(wèi)硝态氮。凤眼莲又(yòu)称水葫芦，是一种根系发达的高等水生植物(wù)，被广泛运用(yòng)于污水治理(lǐ)，其发达的根系是其净化水质的重要因素。在凤眼莲存在在水环境中，其根系微生物(wù)具有(yǒu)降酚作用(yòng)，凤眼莲根系微生物(wù)能(néng)提高凤眼莲降酚效率和多(duō)酚氧化酶活性。在对凤眼莲根系微生物(wù)群落结构分(fēn)布、组成与功能(néng)的研究中发现，根系微生物(wù)群落参与水體(tǐ)氮循环，其中氨氧化细菌占根系微生物(wù)数量总数的10％，并同时发现了参与硝化——反硝化作用(yòng)的细菌。

2.4对藻类的抑制作用(yòng)

水生植物(wù)对藻类的抑制作用(yòng)主要来自两个方面。第一个方面是水生植物(wù)的生長(cháng)同样需要营养物(wù)质及光热条件等环境因素，因此会与藻类形成竞争效应。高等水生植物(wù)根系发达，在与藻类的竞争中处于优势地位，对氮、磷等营养元素的吸收能(néng)力较强，藻类由于缺少限制性营养元素，生長(cháng)受到抑制，从而避免了水华的发生。同时水生植物(wù)的存在也会阻碍光照进入水體(tǐ)，进一步抑制藻类生長(cháng)繁殖。

另一方面，植物(wù)会分(fēn)泌出抑制藻类生長(cháng)的化感物(wù)质，这类物(wù)质主要分(fēn)為(wèi)五大类：脂肪族、芳香族、含氮杂环化合物(wù)、类萜和含氮化合物(wù)。研究表明，化感物(wù)质可(kě)通过影响藻类细胞膜结构、呼吸作用(yòng)、光合作用(yòng)、酶活性及基因表达以达到抑制藻类生長(cháng)的目的。研究发现，随着芦苇等7种水生植物(wù)浸出液浓度的升高，小(xiǎo)球藻密度的最大值开始下降，并出现细胞结构溶解破坏的现象。芦苇浸出液在10mg/L的浓度下，对小(xiǎo)球藻的抑制率為(wèi)97.6%，当浸出液浓度升高到20mg/L时，其抑制率则达到100％，藻类被完全抑制，无法生長(cháng)。研究表明，水生植物(wù)的离體(tǐ)器官仍具有(yǒu)分(fēn)泌化感物(wù)质的能(néng)力，在今后的研究中亦可(kě)利用(yòng)这一特性对化感物(wù)质进行分(fēn)离、提纯。

3.水生植物(wù)的种类及作用(yòng)

水生植物(wù)是指能(néng)够在水中長(cháng)期生活的植物(wù)，我國(guó)水生植物(wù)资源丰富，高等水生植物(wù)多(duō)达300余种。按照不同生活型将水生植物(wù)分(fēn)类，目前主要分(fēn)為(wèi)4大类。

3.1挺水植物(wù)

又(yòu)称湿生、沼生植物(wù)，是水生植物(wù)中最具观赏价值的一类。大部分(fēn)生活在水岸边或是较浅水體(tǐ)中，有(yǒu)完善的通气组织、维管束、机械组织和保护组织。植株高大、挺拔，绝大部分(fēn)挺水植物(wù)有(yǒu)茎、叶的分(fēn)化，茎叶立于水面之上，根或地下茎扎入底泥，有(yǒu)些种类还具有(yǒu)非常发达的根状茎。常见的挺水植物(wù)有(yǒu)莲、香蒲、千屈菜、菖蒲、水葱、芦苇、风車(chē)草(cǎo)等。目前挺水植物(wù)已广泛用(yòng)于城市污染水體(tǐ)修复、河道修复等工程，兼具生态及景观价值，并已有(yǒu)大量研究报道，主要讨论不同种类挺水植物(wù)对氮、磷等元素的去除效果，以筛选出最适宜的挺水植物(wù)。各种对比研究发现，宽叶香蒲、黄花(huā)鸢尾等对污染水體(tǐ)的修复效果尤為(wèi)突出，已被广泛栽种于城市人工湿地并取得良好效果。

3.2浮叶植物(wù)

浮叶植物(wù)的漂浮于水面或高于水面，根或地下茎生于泥中，常具有(yǒu)发达粗壮的根状茎，地上茎不明显或茎细弱不能(néng)直立，體(tǐ)内常贮藏大量气體(tǐ)，使得植物(wù)能(néng)稳定漂浮于水面上，叶子的表面有(yǒu)角质层，可(kě)以防止水分(fēn)蒸发过快。常见的浮叶植物(wù)有(yǒu)睡莲、芡实、红菱、荇菜等。目前浮叶植物(wù)用(yòng)于污染水體(tǐ)修复的研究报道较為(wèi)零星，且浮叶植物(wù)营漂浮生活，难以管理(lǐ)，因此在水环境治理(lǐ)中并没有(yǒu)挺水植物(wù)使用(yòng)广泛。包先明等（2005）探讨了荇菜对富营养化湖(hú)泊氮磷营养水平的影响，实验结果表明随着荇菜的生長(cháng)，水體(tǐ)中氮、磷元素显著降低，藻类生長(cháng)受到抑制，水體(tǐ)透明度得到改善。移植或栽种浮叶植物(wù)是重建湖(hú)泊生态系统的重要作用(yòng)措施之一。

3.3漂浮植物(wù)

漂浮植物(wù)的种类较少，整个植株漂浮于水中，随水流、风浪移动，因此难以控制，常见的漂浮植物(wù)有(yǒu)凤眼莲、浮萍、满江红等。其中凤眼莲对于污染水體(tǐ)中氮、磷元素的去除效果尤為(wèi)明显，但其本身的快速生長(cháng)容易成為(wèi)新(xīn)的污染源，大面积占据水面遮蔽了阳光进入水體(tǐ)，导致中下层水體(tǐ)缺氧，使水生生物(wù)的生存受到威胁。因此若使用(yòng)凤眼莲进行水體(tǐ)修复，则要加强管理(lǐ)，避免外溢。

2.4沉水植物(wù)全部植株沉没于水中，有(yǒu)发达的通气组织，利于在溶解氧较低的水體(tǐ)中进行气體(tǐ)交换。叶多(duō)為(wèi)狭長(cháng)或丝状，植株各部分(fēn)均能(néng)吸收水中养分(fēn)，在弱光的水體(tǐ)环境中仍能(néng)正常生長(cháng)。沉水植物(wù)的种类较多(duō)，常见的有(yǒu)有(yǒu)黑藻、苦草(cǎo)、金鱼藻、马来眼子菜等，多(duō)用(yòng)于观赏水體(tǐ)的造景材料。近年来沉水植物(wù)的生态功能(néng)也越来越受到重视，沉水植物(wù)的生态功能(néng)主要有(yǒu)三点。第一点是影响水體(tǐ)流速，沉水植物(wù)会随水流形成弹性扭曲现象，影响水體(tǐ)流动，多(duō)数情况下，对流速的影响力会随着植株的生長(cháng)而增大。第二点是為(wèi)水生动物(wù)提供生存环境，既作為(wèi)初级生产者又(yòu)為(wèi)水生动物(wù)作為(wèi)食物(wù)，维持水域生态系统的稳定。第三点则是对水质的净化所用(yòng)，黑藻对Pb、Cu、Zn的富集量较高，穗花(huā)狐尾藻对Zn的富集最强，龙须眼子菜对Zn、Cn均有(yǒu)较大富集。

4.水生植物(wù)在水环境中的处理(lǐ)方式

4.1 生态浮床

生态浮床是一种对于污染水域进行生态修复的生态技术，将水生植物(wù)种植于能(néng)漂浮于水面的材料上，并人工搭建出不同造型，不仅能(néng)治理(lǐ)水环境，还能(néng)起到园林景观效果。德國(guó)最早于1979年对生态浮床进行研究，取得良好成效，此后日本、美國(guó)等发达國(guó)家為(wèi)了达到净化水质的目的，对湖(hú)泊、河流等饮用(yòng)水源进行生态浮床修复。我國(guó)于20世纪80年代开始进行生态浮床的研究。自1991年，我國(guó)在大型水库、湖(hú)泊、河道等水域环境中共种植水生植物(wù)130种。2000年，在國(guó)家“863”水环境治理(lǐ)专项项目之一的五里湖(hú)整治工程中分(fēn)别使用(yòng)了水面覆盖率15%、30%、45%的生态浮床处理(lǐ)组，取得预期效果，其中45%处理(lǐ)组的水體(tǐ)中多(duō)项水质指标均达到地表水Ⅲ类标准。2001年為(wèi)进行北京什刹海生态修复治理(lǐ)工程，在其上游来水區(qū)搭建了生态浮床，面积為(wèi)50㎡×1.2m，最上层栽种高等水生植物(wù)，经过10个月的治理(lǐ)，什刹海总氮水平由6mg/L下降至2mg/L，总磷水平由0.5mg/L下降至0.2mg/L.叶绿素A含量显著降低，水體(tǐ)透明度提高，对什刹海水质的总體(tǐ)评价為(wèi)IV类，好于相邻的西海（劣V类）和前海（劣V类）。

4.2人工湿地

人工湿地作為(wèi)一种新(xīn)型污水处理(lǐ)工程又(yòu)具有(yǒu)城市景观价值。于20世纪70年代发展起来，由耐受性较强的水生植物(wù)為(wèi)主的高、低等生物(wù)和处于水饱和状态的基质构成的人工复合體(tǐ)。在处理(lǐ)污水时，有(yǒu)机物(wù)的降解和转化主要是由土壤微生物(wù)来完成的，不溶性的有(yǒu)机物(wù)通过湿地的沉淀、过滤，可(kě)以很(hěn)快被截留下来，被土壤微生物(wù)加以利用(yòng)，可(kě)溶性的有(yǒu)机物(wù)则通过生物(wù)膜的吸附和微生物(wù)代謝(xiè)去除。磷的去除主要是由基质的物(wù)理(lǐ)化學(xué)作用(yòng)、植物(wù)的摄取和微生物(wù)的同化共同完成。土壤基质对磷有(yǒu)吸附和化學(xué)沉降作用(yòng)，湿地植物(wù)可(kě)强化根系和基质对颗粒态磷的滞留、根际微生物(wù)对颗粒态磷的吸收和矿化等过程。水环境中无机氮作為(wèi)植物(wù)生長(cháng)的必须元素，可(kě)被湿地植物(wù)直接利用(yòng)，合成植物(wù)蛋白，此外，氮的去除还可(kě)通过微生物(wù)硝化——反硝化作用(yòng)去除，资料表明，人工湿地总氮去除率可(kě)大于60％。成都活水公园湿地塘床于1998年初建成，面积為(wèi)0.24ha，监测显示，活水公园人工湿地系统对TP的去除率可(kě)高达97.4%，对COD的去除率最高可(kě)达89.07%，最终水质可(kě)达到國(guó)家地标水环境质量标准Ⅲ类水质标准。表明湿地系统能(néng)实现污水资源化。

4.3净化塘

净化塘是以某种水生植物(wù)占绝对优势而组成的特殊水生生态系统，这个系统通过水生植物(wù)群落的阻滤、沉降、吸附等物(wù)理(lǐ)作用(yòng)以及植物(wù)體(tǐ)的吸收、积累等作用(yòng)而达到对污水的净化效果。最近几年, 水生植物(wù)净化塘在國(guó)内外发展都比较快，能(néng)净化的污水种类越来越多(duō)，已由净化生活污水发展到工业废水和城市混合污水;处理(lǐ)规模也越来越大 , 从利用(yòng)人工的净化塘发展到利用(yòng)天然湖(hú)塘、湖(hú)湾放养水生植物(wù)净化水质和底泥。在水生植物(wù)的利用(yòng)上 , 由一种植物(wù)為(wèi)主发展到多(duō)种植物(wù)搭配，以相互取長(cháng)补短，达到最佳的净化效果。比如选用(yòng)耐寒植物(wù)伊乐藻和喜温植物(wù)凤眼莲及菱，组建成的常绿型人工水生植被。不仅使试验區(qū)内常年保持较好的水质, 而且对外来污染冲击有(yǒu)很(hěn)强的缓冲能(néng)力，它可(kě)用(yòng)于水源保护、局部性水质控制、污水净化生态工程、小(xiǎo)型富营养水體(tǐ)的生态恢复等。

5.结语

水生植物(wù)在水质净化过程中资金投入少，不存在残留及二次污染，安全环保。调节水质的同时，定期收获这些植物(wù)能(néng)将过多(duō)的营养移出水體(tǐ)，从根本上治理(lǐ)水质，还能(néng)产生较高的经济效益。