任启飞;龙成昌;周庆;姚松林;房小晶
【摘 要】水污染是目前面临的一类主要的环境问题之一,利用水生高等植物治理污染水体的方法正逐渐受到人们的关注.菖蒲属植物在我国各地均有分布,该属的菖蒲和石菖蒲已被广泛运用于污染水体的治理.综述了菖蒲属植物净化污染水体的主要功能及研究进展.菖蒲属植物对富营养化水体中的TP、TN、NH3-N等指标具有显著的去除效果,对富营养化水体中藻类生长有显著的抑制效果.同时,对Cu、Pb、Cr、Zn等多种重金属的吸收富集效果明显,对萘、芴、蒽、芘等有机污染物具有一定的吸收效果.此外,菖蒲与茭白、酸模、鸢尾等组合使用可提高污水净化效率.说明,菖蒲属植物可作为治理水体污染的重要物种,对治理污水具有较好的技术经济价值.%Water pollution is one of the major environmental issues, higher plants for purifying sewage attract many researchers. Acorus are widely distributed in China. A. calamus and A. tatarinoxvn has been widely applied in polluted water management. The authors summarized the applications of Acorus in water pollution control. It shows that Acorus has obvious effect in absorbing TN" TP, NH3-N in eutrophic water and has a signific
ant restraint effect on the growth of algae; It also has obvious effect in absorbing heavy metals such as Cu, Pb, Cr. Zn and and has certain removal effect about organic pollutants such as naphthalene, anthracene, pyrene and AAF. In addition,The combination of Acorus, Wildrice , Rumex and Iris can improve sewage purifying efficiency. So Acorus is one of the most important species in water pollution control, Using Acorus for purifying polluted water has better technical and economic value.
【期刊名称】《贵州农业科学》
【年(卷),期】2013(041)002
【总页数】3页(P178-180)
【关键词】菖蒲属;污水净化;富营养化;克藻作用;重金属
【作 者】任启飞;龙成昌;周庆;姚松林;房小晶
【作者单位】贵州省植物园,贵州贵阳550004;贵州省植物园,贵州贵阳550004;贵州省植物园,贵州贵阳550004;贵州省植物园,贵州贵阳550004;贵州省植物园,贵州贵阳550004
【正文语种】中 文
【中图分类】S68
随着经济的发展和城镇扩张，不少工厂污水和生活污水经由次级河流排入江河湖泊，污水中含有大量的重金属元素、N、P等无机物以及各种有机污染物，使得水体严重污染，直接威胁人们的生命安全，为了人类自身和其他生命的生存和发展，控制和治理水体污染已经是人们必须研究的课题。运用水生高等植物净化水体是一种高效低耗的水污染处理方法，在欧美等发达国家，水生高等植物治理污水技术已被广泛用于处理城镇及农村生活污水和工农业污水[1-4]。不同水生植物对不同污染物的作用效果不同，高等植物净化水体系统能否有效处理污水的一个重要因素是选择合适的植物种类[5]。因此，选择适宜的水生高等植物净化水体已成为近年来环境植物领域的研究热点之一。
菖蒲属(Acorus)系Linnaeus于1753年建立，为天南星科多年生草本植物[6]。该属植物具匍匐根状茎，有香味；叶剑形，具平行脉[7-8]；根、茎中主要含有挥发油，不仅供药用，也是一种香料[9]。我国菖蒲属植物资源丰富，在各地均有分布，其作为药用资源植物的历史悠久、药用研究已经相当成熟。近20年来，随着水污染的加剧,菖蒲属植物才被作为重要的
人工湿地植物广泛运用于吸收水中的N、P、重金属等污染物，具有重要的生态环境价值。目前用于水污染治理的菖蒲属植物主要是菖蒲(A．calamus)和石菖蒲(A．tatarinowii)。笔者对菖蒲属植物净化污染水体的主要功能及研究进展进行综述，以期为充分发挥其在水体污染治理中的作用提供参考。
1 菖蒲属植物在治理污染水体中的应用
1.1 菖蒲属植物在治理富营养水体中的应用
富含N、P等营养物质的废水不断输入江、河、湖泊中，造成水体严重富营养化，我国有70%的湖泊水库富营养化[10]，严重影响了人畜的饮水安全及水体景观作用。菖蒲属植物因生长快、生物量大、吸收能力强，其生长过程中需要吸收大量的N、P等营养元素。研究发现，47 d石菖蒲对TN去除率达84.7%，TP去除率为43.9%，氯化物的去除率达89.5%，NH3-N去除率为89.5%，使有机耗氧量和生物需氧量分别下降43.9%和93.7%，溶解氧增加26.6%[11]。杨加文运用菖蒲对红枫湖水库的营养盐吸收研究发现，49 d对TN、TP、NH3-N的去除率分别为53.99%、55.66%和50.76%，使COD下降了48.55%[12]。
杨旻等[13]研究显示，水体中TN、TP的去除量会随水体中初始浓度的增大而增加。菖蒲在高浓度、中浓度污染水体的生长状况优于低浓度污水体[14-15]，运用菖蒲属植物模拟人工湿地对城市生活污水的净化能力强[16]，通过收割其地上部分是去除生活污水N、P含量的有效途径[17]。菖蒲和石菖蒲可以作为净化富营养化水体的首选植物[18]，我国三峡水库的次级河流临江河回水区就以这两种植物为主要浮岛植物来净化富营养化水体，并取得了较好的效果[19]。由此可见，菖蒲和石菖蒲适合广大中小城市生活污水及河流湖泊富营养化水体的处理，具有极其广阔的应用和推广前景。
1.2 菖蒲属植物的克藻作用
水体严重富营养化时，藻类尤其是蓝藻会大量繁殖，导致水中其他生物缺氧死亡，藻类还会释放毒素，危害人畜的饮水安全。因此，治理水体富营养化的一个重要方面便是抑制藻类的特异性生长。1949年Hasler等首次发现了水生植物对藻类的克制效应[20]。何池全[21]等证明了石菖蒲克藻效应是由于石菖蒲根系向水体分泌脂溶性的有机物质所致。丁惠君[22]等研究显示，自然光照条件下，菖蒲对小球藻(Chlorella vulgaris)、斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)、水华鱼腥藻(Anabaena flos-aguae)、羊角月牙藻(Selenastrum
carpricornutum)均有化感抑制作用。其中，对水华鱼腥藻和小球藻的抑制率分别达100%和91.2%。张维昊[23]采用两厢培养池研究了菖蒲对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的化感抑制作用，结果表明，菖蒲可抑制微囊藻的生长。菖蒲和石菖蒲对藻类有显著的抑制效果，可用于治理富营养化水体中的藻类繁生。
1.3 菖蒲属植物对重金属污染水体的净化作用
我国水体重金属污染问题十分突出，江河湖库底质的污染率高达80.1%[24]。水生高等植物可以吸收Pb、Cu、Cd、As、Hg和Cr等重金属，以金属螯合物的形式蓄积于植物体内的某些部位，达到对污水和受污染土壤的生物修复的作用。
1999年叶居新[25]运用石菖蒲进行了对金属离子富集的试验。结果表明，在试验的前7 d，石菖蒲使养植水体中Cu2+的消失率达80%。杨海龙等[26]研究显示，石菖蒲根和茎对Ni、Cu、Pb、Cr、As和Zn的富集系数分别为44.44、195.8、92.7、14.44、36.5和46.40；其叶对Ni、Cu、Pb、Cr、As和Zn的富集系数分别4.11、32.6、10.77、4.31、1.63和116.0。可见，石菖蒲根和茎对重金属的富集能力远高于叶对重金属元素的富集能力。目前菖蒲对重金属的富集作用亦有不少报道，任珺等[27]研究表明，菖蒲能够有效吸收水体中的Cd，
对Cd的去除最高可达14 759.33 mg/kg，在高Cu浓度污染下，如在30 mg/L的浓度下，菖蒲对Cu的富集系数达到100.87，周守标[28]等研究表明，菖蒲对Cd的富集系数达到83.6，对Zn和Pb的富集能力较弱，仅为1.3和0.4。谢丹超[29]研究了10种植物对Cu污染废水的处理效果，发现菖蒲属植物是最适宜的植物之一。
由此可见，菖蒲属的这两种植物可作为治理高浓度Cd、Cu污染水体的首要遴选物种，用于修复重金属污染的生态环境具有较大的潜力，其对重金属污染环境修复的应用还需要进一步研究。
1.4 其他作用
菖蒲属植物庞大的根系能形成特殊的生物膜结构，对污染物的过滤、吸附、吸收和转化等有相当重要的作用，且根系表面也是重金属相有机物沉积的场所[30]。由于根系对介质的穿透作用，在介质中形成了许多微小的气室或间隙，减少了介质的封闭性，增强了介质的疏松度，加强和维持了介质的水力传输[31]。另外，菖蒲属植物对有机污染物有吸附作用，杨加文在红枫湖水库水生高等植物分布及其净化富营养化水体效果研究中得出，菖蒲对萘的去除率为73.49%、对芴的去除率为43.48%、对菲的去除率为77.19%，对蒽的去除率为30.
84%，对芘的去除率为38.21%[12]。菖蒲属植物对有机污染物的去除作用报道相对较少，其作用效果仍需要进一步研究。
2 以菖蒲属植物为主的净化水体的植物组合
water pollution多种植物的合理搭配能产生比单一种有更好的去污效果[32]。Coleman等[33]研究发现，香蒲(Typha orientalis)、灯芯草(Juncus effusus)和水葱(Scirpus validus)3种植物混合比分别单独种植具有更好的净化效果。吴振斌[34]发现，茭白(Wildrice stem)——石菖蒲系统对TP的去除效果最好。韩潇源[35]研究发现，适当的水生植物组合能提高NH3-N与TP的净化效果。孙娟[36]等研究表明，菖蒲和鸢尾植物组合对NH3-N、NO2-N的去除率分别为90.35%和51.91%；菖蒲和酸模(Rumex acetosa)的组合对NO3-N的去除率为14.24%。菖蒲和水葱的组合对TP净化性能较好，比单独种菖蒲净化率提高4%；菖蒲和酸模的植物组合、菖蒲和鸢尾(Iris tectorum)植物组COD净化性能分别提高0.36%、0.29%。在不同污染的水体中采用不同的植物组合，充分运用不同植物净化水体的优势，在同一时期内可提高净化水体的效率。
3 小结
随着工农业的发展，我国的水体污染现状严峻，农业面源污染已给广大农村地区造成了严重的威胁；城市的湿地等景观水体已被严重污染；各大中小型湖泊、水库TN、TP、COD等含量严重超标，水体富营养化严重，底泥中重金属元素的沉积情况也不能忽视。菖蒲属植物尤其是菖蒲和石菖蒲具有生物量大、生长快、对环境适应能力强的优点，本属这两种植物对N、P等营养盐去除率高，能改善富营养化水体的各项理化指标，同时具有一定的化感克藻作用，在治理富营养化水体的应用中备受青睐。菖蒲属植物对部分重金属的富集系数较高，尤其对Cu、Cd离子的吸附效果明显，可作为治理重金属污染水体的首要遴选植物。
菖蒲属植物在我国各地均有分布，尤其是菖蒲和石菖蒲为我国广布种，资源十分丰富，而且可药用、可提取香料具有较大的经济价值。因此，在应用中可以将菖蒲属植物的经济价值和环境价值充分结合起来。如在广大农村的溪流、池塘等小水体中种植菖蒲可以减轻从水体在源头的污染，在污水治理中发挥巨大的作用，同时通过收割作为药用材料源源不断带走水体中的营养元素。由此可见，菖蒲属植物在污染水体中的应用具有较大的开发潜力，对菖蒲属治理污水的研究具有较大的实用价值。
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