摘要 通過研究香蒲植物的生長習(xí)性、生長條件、自身構(gòu)造、用途。探討香蒲植物治理廢水污染的機(jī)理以及香蒲植物凈化生活污水、工業(yè)廢水、恢復(fù)被污染破壞的生態(tài)環(huán)境的效果，分析與展望開發(fā)利用香蒲植物的效益及前景。
關(guān)鍵詞 香蒲植物,廢水污染,環(huán)境治理,開發(fā)利用
香蒲植物別名蒲草、蒲菜．又稱水燭。為多年生宿根性沼澤草本植物．植株高1．4．2．0 m．有的高達(dá)3．0 m以上。根狀莖白色．長而橫生．節(jié)部處生許多須根，老根黃褐色。莖圓柱形，直立，質(zhì)硬而中實(shí)。葉扁平帶狀，長達(dá)1 m多。寬2～3 cm，光滑無毛�；砍书L鞘抱莖�；▎涡裕馑霠罨ㄐ蝽斏鷪A柱狀似蠟燭。雄花序生于上部，長10～30 cm。雌花序生于下部．與雄序等長或略長，兩者中間無間隔．緊密相聯(lián)。呈灰褐色。同屬植物約18種，常見的有東方香蒲、普香蒲、達(dá)香蒲、小香蒲、狹葉香蒲及長苞香蒲。寬葉香蒲。廣泛分布于全國各地。生于池塘、河灘、渠旁、潮濕多水處，常成叢、成片生長。對土壤要求不嚴(yán)．以含豐富有機(jī)質(zhì)的塘泥最好．較耐寒。栽植香蒲的地方應(yīng)陽光充足．通風(fēng)透光。香蒲栽植的管理較粗放。
對含重金屬的廢水進(jìn)行處理．一般采用物理、化學(xué)方法，這些方法投資大，工程技術(shù)要求高．企業(yè)往往難以承受。物理、化學(xué)法都將殘生污染轉(zhuǎn)移。易造成2次污染，且對于大流域、低濃度的有害重金屬污染難以處理。近年來開展的生物處理法為工業(yè)廢水、城市生活污水的治理找到了一條高效益、廉價、易管理的處理方法與途徑。中山大學(xué)陳桂珠等人在這一領(lǐng)域進(jìn)行了卓有成效的研究．發(fā)現(xiàn)香蒲植物在處理1=業(yè)廢水方面有獨(dú)特的凈化效果．并用香蒲植物成功治理了韶關(guān)凡口鉛鋅礦廢水污染。使得該礦山井下廢水出水水質(zhì)達(dá)到工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)．接近農(nóng)灌標(biāo)準(zhǔn)．并在以后的運(yùn)行中發(fā)揮了巨大的作用。國外和我國對香蒲植物的研究和應(yīng)用證明．香蒲植物具有重要的環(huán)境價值、經(jīng)濟(jì)價值。
1 香蒲植物治理廢水污染的應(yīng)用
1．1香蒲植物凈化廢水的機(jī)理通過對香蒲植物形態(tài)
解剖學(xué)、組織化學(xué)和生理生態(tài)研究．發(fā)現(xiàn)香蒲植物抵抗高濃度重金屬廢水污染的機(jī)制是：1)香蒲植物具有特殊的結(jié)構(gòu)與功能，如葉片呈肉質(zhì)、柵欄組織發(fā)達(dá)、氣孔凹陷、地下莖發(fā)達(dá)等結(jié)構(gòu)，是香蒲植物對重金屬污染有強(qiáng)抗性的原因之一；2)香蒲植物長期生長在高濃度重金屬廢水中形成特化結(jié)構(gòu)以抵抗惡劣環(huán)境．如生長在廢水中的香蒲植物比在清潔點(diǎn)的具有更大的氣孑L密度．香蒲根、莖、葉表皮細(xì)胞較小、近球狀等均是香蒲植物適應(yīng)惡劣環(huán)境所產(chǎn)生的一些特化結(jié)構(gòu)：3)香蒲植物能自我調(diào)節(jié)某些生理活動．以適應(yīng)污染毒害．如在高濃度的重金屬環(huán)境中香蒲脯氨酸含量增加、光呼吸和暗呼吸作用加強(qiáng)是香蒲植物適應(yīng)污染毒害所作的生理調(diào)整。
以香蒲植物為主．藻類、微生物、水生生物相配合的水土一植物復(fù)合系統(tǒng)之所以能凈化工礦廢水中的鉛鋅等重金屬而使出水達(dá)到工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)并接近農(nóng)灌標(biāo)準(zhǔn)．其可能機(jī)理有以下5個方面：1)水生植物的過濾作用，密集的植物有阻隔重金屬．防止其隨水流失而加速重金屬顆粒沉降：2)香蒲植物表面凝聚、過濾、吸附重金屬也包括植物表面的離子交換：3)香蒲植物的枯枝落葉在凈化系統(tǒng)中創(chuàng)造了藻類、微生物和其他水生植物生存的有機(jī)營養(yǎng)環(huán)境，而這些生物對蘑金屬加以吸附、吸收以及離子交換作用從而起到凈化作用：4)香蒲和其他高等水生植物、藻類光合作用產(chǎn)生的氧能氧化重金屬并加速其沉淀：5)濕地植物發(fā)達(dá)的通氣組織不斷向地下部分運(yùn)輸氧，使周圍環(huán)境呈現(xiàn)好氧、缺氧、和厭氧狀態(tài)．保證了廢水中的N、P作為植物和生物營養(yǎng)成分直接被吸收，還有利于硝化作用、反硝化作用及磷的積累。
1．2香蒲植物凈化廢水的處理方式
處理方式主要有2種：凈化塘和人工濕地系統(tǒng)。香蒲凈化塘是以香蒲植物占絕對優(yōu)勢而組成的特殊水生生態(tài)系統(tǒng)．這個系統(tǒng)通過水生植物群落的阻濾、沉降、吸附等物理作用以及植物體的吸收、積累等作用而達(dá)到對污水的凈化效果12I。香蒲人T濕地系統(tǒng)是根據(jù)實(shí)際情況需要．由人工精心設(shè)計(jì)和建造一個相對獨(dú)立的工程化的濕地系統(tǒng)．是一個人造的完整的濕地生態(tài)系統(tǒng)．種植以香蒲植物為主．其他水生植物為輔的植物群落．由植物、石床、微生物等子系統(tǒng)構(gòu)成，靠物理的過濾、吸附，化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)沉淀．以及微生物代謝分解有機(jī)物等作用使污水凈化Iu。典型代表是成都活水公園。其濕地系統(tǒng)主要工藝過程有：厭氧沉淀池、人工濕地塘床系統(tǒng)、養(yǎng)魚塘系統(tǒng)、戲水池以及連接各個工藝的自然水溝等5部分。污水流經(jīng)整個工藝過程后．明顯地由黑逐漸變清，出水水質(zhì)達(dá)到了國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
1．3利用香蒲植物凈化城市生活污水
香蒲植物可以有效地凈化城市生活污水及工業(yè)廢水中的磷、氮、COD．cr、BOD5、總懸浮物(TSS)等污染物質(zhì)。國外在這方面有過成功的利用。2001年澳大利亞墨爾本市附近建造了l 325 m2的人工濕地．用寬葉香蒲處理城市生活污水。取得良好的效果。日本用寬葉香蒲處理污水中磷28 d．去除率為100．00％(2000年)。澳大利亞曾利用東方香蒲作為廢水處理生物過濾器．并取得良好的效益(1993年)．葉志鴻等人用寬葉香蒲等七種高等水生植物處理酸性制漿廢水的試驗(yàn)中得出數(shù)據(jù)也證明了寬葉香蒲對污水中的懸浮物、總氮(TN)、總磷(TP)等污染物均有較理想的凈化效果。其中對懸浮物的去除率達(dá)83．5％．在總氮濃度為50．27 mg／L的廢水中10 d后總氮的去除率為71．14％．而在總磷濃度為22．03 mg／L廢水中10 d后的總磷去除率為74．38％．去除率隨著時間的延長而增大。1998年陽承勝對韶關(guān)凡VI鉛鋅礦廢水香蒲植物凈化系統(tǒng)最新研究發(fā)現(xiàn)：該香蒲人工濕地系統(tǒng)對廢水中COD、TSS的去除率為93．04％、99．76％。目前，歐洲、美國等西方國家廣泛應(yīng)用香蒲植物處理城市生活污水．而我國將香蒲植物用于城市污水處理的報道卻極少。
1．4利用香蒲植物凈化下業(yè)廢水
香蒲是國際上公認(rèn)和常用的一種治理污染的植物．它的結(jié)構(gòu)與功能特殊。如葉片成肉質(zhì)、柵欄組織發(fā)達(dá)等。香蒲植物長期生長在高濃度重金屬廢水中形成特殊結(jié)構(gòu)以抵抗惡劣環(huán)境．并能自我調(diào)節(jié)某些生理活動，以適應(yīng)污染毒害。招文銳等研究了寬葉香蒲人工濕地系統(tǒng)處理廣東韶關(guān)凡口鉛鋅礦選礦廢水的穩(wěn)定性。歷時10年的監(jiān)測結(jié)果表明，該系統(tǒng)能有效地凈化鉛鋅礦廢水．未處理的廢水含有高濃度的有害金屬鉛、鋅、鎘經(jīng)人工濕地后。出水VI水質(zhì)明顯改善，其巾鉛、鋅、鎘的凈化率分別達(dá)到99．00％，97．50％和94．80％。分析其pH和Pb、Zn、Cd、Hg和As質(zhì)量分?jǐn)?shù)的年份和月份變化趨勢．發(fā)現(xiàn)經(jīng)濕地處理的廢水出水水質(zhì)中的各指標(biāo)的年份和月份變化幅度較�。叶荚趪夜I(yè)污水的排放標(biāo)準(zhǔn)之下．可見該濕地的污水凈化具有很高的穩(wěn)定性。
李柳川、陳桂珠等人也用香蒲植物試驗(yàn)治理韶關(guān)凡口鉛鋅礦廢水污染．在人工構(gòu)筑的2個水泥池中，用同樣的鉛鋅礦廢水底泥為基質(zhì)．人工混合重金屬污水為培養(yǎng)液。一個池栽香蒲幼苗．一個池為無香蒲對照，實(shí)驗(yàn)8個月后發(fā)現(xiàn)151：2個水池中的水的重金屬下降程度沒有顯著差別。而底泥中重金屬的增加量卻相差極為顯著：香蒲種植池中鉛增加5．40％，鋅沒有增加。銅增加2．10％．鎘增加22．40％。對照池中鉛增加9．10％，鋅增加22．10％銅增加89．30％．鎘增加17．40％。香蒲植物體內(nèi)重金屬含量是鉛O．4倍，鋅1．2倍，銅2．4倍，鎘59倍．香蒲植物吸收這4種重金屬的絕對量是鉛130mg／kg、鋅l 381 mg／kg、銅29 mg／kg、鎘124 mg／kg。以上情況說明：香蒲對重金屬有明顯的吸收作用：香蒲植物主要吸收廢水中沉積在底泥中的重金屬而起到凈化廢水的作用．這說明香蒲植物是一種凈化含鋅、鎘等重金屬廢水的優(yōu)良植物161。香蒲植物凈化塘系統(tǒng)凈化鉛、鋅的效果是：總懸浮物(TSS)的去除率99．00％、鉛為91．00％、鋅為85．00％、鎘為86．00％．銅、鐵、鋁等重金屬也有不同程度的降低。葉志鴻、陳桂珠等還發(fā)現(xiàn)鉛、鋅等重金屬在寬葉香蒲體內(nèi)的積累數(shù)量與分布規(guī)律是：根>地下莖>葉；老地下莖>嫩地下莖：鉛在葉的分布是 老葉>成熟葉>嫩葉。在凈化塘系統(tǒng)中．各種重金屬在寬葉香蒲根部積累比例最大的是鉛。其次是鋅、銅、鎘等。
據(jù)陽承勝于1998年對韶關(guān)凡口鉛鋅礦廢水香蒲植物凈化塘系統(tǒng)最新研究發(fā)現(xiàn)，目前該廢水凈化系統(tǒng)對鉛、鋅、銅、鎘的去除率分別為94．02％、97．35％、96．79％、96．28％。說明該系統(tǒng)隨著香蒲植物群落的發(fā)展．凈化效益在提高。江蘇省植物所唐述虞『71研究員引用該成果，用香蒲、蘆葦、燈心草等組成的人工濕地系統(tǒng)處理馬鞍山鐵礦的酸性廢水的初步試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該濕地系統(tǒng)對銅、鐵、錳、鋅和鎂的去除能力均在60．00％。98．00％以上，且廢水酸度明顯降低。可見，應(yīng)用香蒲植物處理廢水具有良好的市場潛力．為我國眾多工礦企業(yè)處理廢水提供了一種廉價、有效的方法，值得我們?nèi)プ鲞M(jìn)一步的研究與應(yīng)用。
1．5利用香蒲濕地系統(tǒng)恢復(fù)污染破壞生態(tài)環(huán)境
由于香蒲植物對工業(yè)廢水具有很強(qiáng)的抗性而得以在其中生存。不但凈化了污水水質(zhì)．解決了農(nóng)用水源問題．而且可抑制水干時塵沙飛揚(yáng)．極大地改善了工礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境，特別是使工礦區(qū)生物多樣性得到恢復(fù)。同時由于香蒲植物根系發(fā)達(dá)，縱橫交錯，盤生緊同濕地泥沙，使原來頻繁發(fā)生崩塌現(xiàn)象的礦區(qū)不再發(fā)生此種現(xiàn)象．有利于原有地貌的保護(hù)。此外。香蒲濕地生態(tài)系統(tǒng)還可控制水土流失，促進(jìn)土壤的發(fā)育和熟化，提高土壤中有機(jī)質(zhì)N、P、K等的含量．從而提高土壤肥力。
生態(tài)環(huán)境的問題應(yīng)該用生態(tài)方法來解決．近10余年來中國科學(xué)家運(yùn)用生態(tài)工程技術(shù)凈化富營養(yǎng)化水體．恢復(fù)富營養(yǎng)化水體生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)．取得了一些成功的經(jīng)驗(yàn)。其中引種香蒲植物為主的濕地系統(tǒng)．對抑制湖泊藻類生長、凈化水質(zhì)、治理水體富營養(yǎng)化，恢復(fù)湖泊的良性生態(tài)系統(tǒng)取得了很好的效果。北京動物園進(jìn)行了采用香蒲植物凈化水體的生態(tài)研究．結(jié)果表明，利用香蒲植物不僅能凈化動物圊嚴(yán)重的富營養(yǎng)化水體．而且還有利于營造水上園林景觀和為水禽創(chuàng)造適宜的生存環(huán)境。
2開發(fā)利用香蒲植物資源的效益及前景
我國香蒲植物資源豐富．其中小香蒲為我國的特有種，香蒲植物資源分布廣泛�？蛇x種類較豐富。香蒲植物農(nóng)田-水利資源的采集與選種方便．為我圍香蒲植物資源開發(fā)利用創(chuàng)造了便利條件．據(jù)同外統(tǒng)計(jì)．一般香蒲人工濕地系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用僅為傳統(tǒng)的2級污水廠的1／12～l／3．而對污水的凈化效果則與2級污水廠相同，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。在“誰污染誰治理”的環(huán)保政策監(jiān)督下香蒲植物資源的開發(fā)利用將有很大的市場潛力．我國作為一個發(fā)展中國家，建設(shè)任務(wù)重．水環(huán)境污染嚴(yán)重．廢水治理率低，利用香蒲這一廉價、豐富、有效的生物資源治理城市生活污水及工業(yè)廢水是當(dāng)務(wù)之急。在前人研究的基礎(chǔ)上．大范圍推廣香蒲植物污水凈化系統(tǒng)的條件已經(jīng)成熟。
為了研究香蒲的生長條件．李柳川等人研究了水質(zhì)酸堿度對香蒲生長的影響，發(fā)現(xiàn)香蒲生長最佳DH值為7～8之間。pH在6～7和8-9之間為香蒲生長的較好環(huán)境。對于廢水處理任務(wù)重的工業(yè)企業(yè)、城市污水處理廠等可根據(jù)自身實(shí)際情況。引進(jìn)香蒲植物處理系統(tǒng)．不僅可以節(jié)約大量的排污、治污費(fèi)用．而且可以通過對凈化廢水用的香蒲植物資源進(jìn)行綜合利用．可將收割的香蒲用作造紙、編織草席等原料．為企業(yè)帶來額外收入。
當(dāng)前，首先要結(jié)合各地實(shí)際情況．開展香蒲植物生態(tài)、選種育種、人T栽培等方面的研究與調(diào)查，選擇適合當(dāng)?shù)刂挝坌枰南闫阎参锲贩N、栽培方法等；其次要突破籽穗育苗條件研究，為香蒲植物規(guī)�；a(chǎn)創(chuàng)造條件：最后．香蒲植物資源的開發(fā)要與保護(hù)結(jié)合起來．加強(qiáng)對現(xiàn)有香蒲植物的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)香蒲植物資源的可持續(xù)利用。同時可以參照中國污水處理工程網(wǎng)其他技術(shù)文檔。
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