水葫芦在水生态修复中的研究进展

第20卷第1期2007年2月

江苏环境科技

JiangsuEnvironmentalScienceandTechnology

Vol.20No.1Feb.2007

水葫芦在水生态修复中的研究进展

张文明1,

(1.河海大学环境科学与工程学院,

江苏

南京

王晓燕2

江苏

南京

210098;2.河海大学水利水电工程学院,210098)

摘要:水葫芦是水生态修复中研究最早和最深入的水生植物之一。在此,归纳了国内外近年来水葫芦在水生态

修复中的3个主要研究方向:净化水体能力与净化机理、控制水葫芦疯长和资源化利用水葫芦。探讨了水葫芦净化系统在水体修复中的合理位置:天然水体的生态修复、水葫芦与污水处理工艺的组合、低浓度生活污水和雨水处理等。最后展望了水葫芦在水体生态修复中未来的研究方向。关键词:

水葫芦;

水生态修复;

研究进展

中图分类号:X7文献标识码:B文章编号:1004-8642(2007)01-0055-04

ResearchesofHyacinthinWaterEcologicalRestoration

ZHANGWen-ming,WANGXiao-yan

Abstract:Hyacinthisoneofhydrophytesthatstudiedearliestandmostcompletelyinwaterecologicalrestoration.Recentglobalresearchesofhyacinthinwaterecologicalrestorationweregeneralizedintothreefields:purifyingabilityonpollutedwateranditsmechanism,controloftheexcessivegrowthofhyacinth,andresourcesutilizationofhyacinth.Therationalpositionsofhyacinthinwaterecologicalrestorationwerediscussedandrecommendedasecologicalrestorationhydrophyteinnaturalwaterbody,thecombinationofhyacinthwithwastewatertreatment,low-concentrationdomesticwastewaterandrainwatertreatmentandetc.Finally,prospectswerestudiedonfutureresearchfieldofhyacinthinwaterecologicalrestoration.

Keywords:Hyacinth;Waterecologicalrestoration;Researchadvances

0引言

近几十年的研究发现水生植物净化系统具有净化效果佳、造价低、运行管理方便、景观和生态效益好等优点,因此世界各国研究者越来越关注利用水生植物,特别是水生维管束植物和高等藻类,对污染水体进行生态修复[1]。其中,水葫芦是研究最早、最深入,也是实际生态修复工程中应用较广的水生植物。

水葫芦,学名凤眼莲,雨久花科,俗称布袋莲、水荷花、假水仙。因在每个叶柄中部都有一个膨大似葫芦的球状体而得名,具有发达的水下根系。水葫芦喜欢高温湿润,在25~35℃下生长速度惊人,通常情况下在8个月内就能从10棵增至60万棵,是公认的生长最快的植物之一。水葫芦自身的特性造就了它超强的水质净化本领,同时也带来了水葫芦疯长难以控制的生态灾难。

在此,归纳了国内外近年来水葫芦在水生态修复中的3个主要研究方向,讨论了水葫芦净化系统在水体修复中的合理位置,最后总结了目前研究中的

收稿日期:2006-10-16

作者简介:张文明(1982-),男,江苏赣榆人,硕士研究生,主要从事水

生态修复方面的研究.

不足并展望了未来的研究方向,旨在为生态修复提供理论和技术支撑。

11.1

水葫芦在水生态修复中的研究方向水葫芦的净化能力与净化机理

水葫芦净化的受损水体主要包括富营养化水体和被特殊物质污染的水体,例如高分子有机废水、重金属废水、垃圾渗滤液等。应用的形式主要有直接应用于河流湖泊天然水体、水生植物塘、地表漫流式人工湿地等,此外还有大量的室内小型实验。

1.1.1

水葫芦净化受损水体的能力

水葫芦净化受损水体的能力,根据所净化受损

水体的性质,可分为下列几种:

(1)净化富营养化水体

利用水葫芦来净化富营养化水体在国内外报道很多。葛滢等[2]比较了14种水生植物净化不同富营养化水体,其中水葫芦的净化效果良好。此外,水葫芦还能抑制藻类生长。Sharma等[3]研究发现,水葫芦根和叶的渗滤液均能够抑制斜生栅列藻的生长。

(2)净化工业废水

袁蓉等[4]利用水葫芦处理多环芳烃(萘)有机废水,结果显示水葫芦能净化水体中80%以上的萘。黄

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文凤等[5]研究了利用厌氧-兼氧-水葫芦-吸附组合工艺处理TNT和RDX混合废水。当混合废水质量浓度为4~12mg・L-1时,经过该工艺处理后可达到国家排放标准。Casabianca等[6]试验,水葫芦可以去除石化废水中26%的悬浮颗粒物、28%的碳氢总化合物和18%的总有机碳。此外,水葫芦还可以净化奶牛厂厌氧消化污水、造纸厂污水和染料废水等。

(3)净化垃圾填埋场渗滤液

垃圾填埋场渗滤液成份十分复杂,El-Gendy博士[7]研究了水葫芦对垃圾渗滤液营养物质和重金属的净化能力,调查了水葫芦对盐度离子的耐受能力,研究指出水葫芦系统可以处理新、老填埋场典型的渗滤液。

甚至放射性物质水体(4)净化含重金属、

Mehra等[8]的研究表明,水葫芦能够吸收除了Co,Al和Fe外所有的元素。Zhu等[9]指出利用水葫芦富集痕量金属Cd2+,Cr6+最好,其次是Se6+,Cu2+,再次是As5+,Ni2+,且重金属主要富集在水葫芦的根部[10]。水葫芦同样能够去除放射性物质。据Bhainsa等[11]研究表明,干的水葫芦根能够在4min内吸附去除54%的U6+。

(5)净化其它水体

Casabianca等[12]研究发现水葫芦对盐分有较大的适应性,尽管产量低,但仍可用于处理含盐废水;Granato[13]证实,水葫芦能降解游离氰化物,可以与其他措施联合处理含氰废水。

1.1.2水葫芦净化受损水体机理研究

据国外资料报道,水葫芦的净化机理总体上做如下解释:①叶子和空中部分遮盖了水体表面,藻类获得不了光能而死亡;调节温度,从而为微生物的生长创造良好的温度条件;叶子合成的可溶性碳进入根部,为微生物提供碳源;叶子将氧气传输到根部,为微生物提供氧气;减少风造成的紊动,从而有利于污染物沉降。②浓密的根对微生物提供附着的载体、过滤污染物、直接吸收氮磷等营养物质、某些重金属和有机物。③附着微生物的降解作用。④水葫芦能够根据水体营养水平,重新分配体内营养物质和调节自身形态[14],以达到最佳的繁殖速度。

内的氨基酸、羧基和羟基与重金属的螯合作用是去除重金属的主要原因。

关于水葫芦抑制藻类生长,Sharma等认为水葫芦在生长期由于高密度、高叶面系数和吸收营养物质速度快,从而抑制藻类的生长;在衰败期,根系能够分泌某些特定有毒化合物抑制藻类的生长。KIM等[18]认为水葫芦根垫面去除藻类的机理是吸附和沉淀。

1.2控制水葫芦疯长

水葫芦原产于美洲,主要作为廉价的猪饲料引进。由于现在已经很少采用水葫芦做猪饲料,加上水体富营养化逐渐加剧,使得水葫芦大量繁殖,产生了一系列生态、经济、社会问题。在非洲甚至出现了由于水葫芦大量繁殖,破坏渔业,居民被迫搬迁的事例。因此,必须控制水葫芦的疯长;目前采用的主要方法有机械法、化学法和生物法。

(1)机械法

机械法就是借助机械设备、人工打捞等工程措施从水体中移出水葫芦。OGARI[19]在非洲湖上采用在水葫芦上覆盖塑料膜的方法来产生高温将水葫芦杀死,研究表明采用黑色塑料膜在3周后能完全使水葫芦死掉,并不可恢复。

控制水葫芦疯长,必须及时将水葫芦移出水体。墨西哥Valsequillo水库采用机械打碎水葫芦但没有将水葫芦移出水体;Mangas-Rarnurez[20]研究了打碎前后的水质和生物群落的变化。打碎后水体透明度和溶解氧下降,PO43-增加,NO2--N和NO3-N分别增加450%和320%,前4个月NH3-N达到致死浓度,鱼类灭绝,第二年水葫芦又开始生长,整个工程失败。

(2)化学法

陈若霞等[21]研究了18种除草剂对防除水葫芦的药效,并筛选出药效最好的水花生净1500倍液,药后30d株死亡率超过90%,下沉率超过50%。药后40d死亡率超过97%,下沉率超过77%,并可兼治水花生。但此种方法要求所用农药毒性专一、无残留,对其他生物不构成威胁,并且要注意水葫芦枯死下沉,可能会引起河道淤积及二次污染的问题。

(3)生物法

生物法控制水葫芦疯长最常用的是水葫芦的天敌—蚕蛾以及——水葫芦象甲,此外还有真菌病原体、植物的相克作用。

Aguilar等[22]曾经观测两种水葫芦象甲Neochetinabruchi和N。eichhorniae对水葫芦疯长的控制:Batemote水库,1年后水葫芦的覆盖率从95%下降到3%;Hilda水库、ArroyoPrieto水库和Mariquita水库在3年内,水葫芦的覆盖率从100%,100%和80%下降为

Li等[15]认为水葫芦能够抵抗污染与超氧化物歧

化酶有关。袁蓉等利用水葫芦处理多环芳烃(萘)有机废水时发现,根系微生物在降解高分子有机物上发挥着非常重要的作用,并指出多环芳烃苯环的降解取决于微生物产生加氧酶的能力。

Ghabbour等[16]从水葫芦体内提取出腐殖酸,由于腐殖酸具有结合重金属的能力,因此认为腐殖酸与水葫芦结合重金属有关。Soltan[17]认为水葫芦细胞

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张文明等水葫芦在水生态修复中的研究进展

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1%,1%和20%。HEARD等[23]研究Neochetinabruchi和N。eichhorniae破坏水葫芦效果与水体富营养水平的关系时候指出,在富营化水体中采用Neochetinabruchi效果更佳。Center等[24]提出采用Belluradensa来控制水葫芦疯长。Haq等[25]则采用螨类控制水葫芦

疯长。

酸后的剩余物)、堆肥后的新鲜植物和堆肥后的消化过的水葫芦,结果表明堆肥后的植物是最受蚯蚓欢迎的,其次是消化过的水葫芦。该研究主要为堆肥后水葫芦的残渣提供了出路。

(6)采用系统论思想资源化

Hargreaves[35]在2003年提出了从根本上解决水葫芦处置一套完整的系统,该系统将湖体里打捞的水葫芦晒干养蘑菇,养蘑菇后的水葫芦残体然后养蚯蚓和喂牛,蚯蚓喂鸡,鸡粪和牛粪用来产沼气,沼气解决了农民的日常燃料问题,从而保护了森林和植被,解决了水土流失问题,因此从根本减少了随水土流失而进入水体的氮、磷,从而切断了水葫芦生长所需的生源要素,水葫芦自然衰亡。用生态学理论解决了水葫芦泛滥问题,值得中国借鉴。

Kathiresan[26]利用薄荷科的紫锦苏的干粉控制水葫芦,在投加其质量浓度为40g・L-1时,24h内杀死水葫芦,1周后可以使水葫芦鲜重和干重分别下降80.2%和75.63%。占水体3%的马樱丹属嫩枝沥出液能在21d内杀死水葫芦[27]。1.3资源化利用水葫芦

富营养化水体中生长着大量的水葫芦,同时在生态修复工程中也需要收割水葫芦。当前,资源化利用水葫芦已经成为水葫芦在水生态修复中的瓶颈,因此众多的研究者投入到开发水葫芦经济价值的研究中。

药用资源的开发(1)食品、

研究发现水葫芦是一种可供食用的植物。水葫芦叶面蛋白质所含的必需氨基酸总量超过稻谷、燕麦、小麦和高粱,可与大豆粉和玉米粉媲美,接近牛乳与浓缩绿叶蛋白的水平。只要不是生长在重工业区或钢铁厂旁,就可放心食用[28]。

谷胱甘肽、回收抗氧(2)提取有用物质(蛋白质、

化体)

Bodo等[29]优化一步固-液提取法从干水葫芦叶子中提取蛋白质以获取谷胱甘肽。Bodo等[30]认为可以从水葫芦中提取抗氧化体。还有的研究者从水葫芦中提取挥发性脂肪酸和牛粪一起进行厌氧消化产生甲烷。

(3)生产饲料

2结论

虽然水葫芦能够净化各种高浓度有毒有害污

水,但是在实际应用中,不宜直接用水葫芦净化此类污水。水葫芦有耐污极限,过高的污染负荷不利于植物生长,从而减弱净化效果;再者,高浓度的污染物,比如重金属,会被植物富集,植物在收割后资源化利用将受到限制,很可能造成污染物的迁移,引起二次污染。因此,应当在处理前因污水性质不同采取不同的预处理措施。综上,建议将水葫芦净化系统用于:天然水体的生态修复;水葫芦与污水处理工艺的组合,如城市污水处理厂的三级处理;低浓度生活污水和雨水处理等。

水葫芦在水生态修复中的研究和应用已取得了丰硕的成果,但其净化机理的研究不够深入且存在较大争议,如何趋利避害的控制性利用水葫芦也有待进一步研究。因此未来水葫芦在生态修复中的研究方向依然是:净化机理的深入研究、控制水葫芦疯长的进一步研究、资源化利用水葫芦的继续研究。

Mukherjee[31]首先将水葫芦发酵,然后利用两种

侧耳属菌对发酵产物进行脱木质素处理,产生了易

于反刍动物消化和含有高菌蛋白的饲料。

(4)产生甲烷等气体

将水葫芦厌氧发酵可产生甲烷,满足能源需求。Matsumura[32]研究超临界水提取水葫芦体内的有机物产气,但是其价格比东京城市供气贵1.86倍。

(5)土壤肥料和改良剂

水葫芦在经过蚯蚓反应器被蚯蚓消化之后,代谢产物是良好的肥料和土壤改良剂,对蔬菜没有任何副作用,深受广大发展中国家农民的欢迎。在这方面,以印度学者的研究最为突出。Gajalakshmi等[33-34]研究了利用消化处理6种形式的水葫芦,包括新鲜的整株水葫芦、干的整株水葫芦、切碎的新鲜的水葫芦、消化过的水葫芦(在发酵桶中,提取挥发性脂肪

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(责任编辑胡燕荣)

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Vol.20No.1Feb.2007

水葫芦在水生态修复中的研究进展

张文明1,

(1.河海大学环境科学与工程学院,

江苏

南京

王晓燕2

江苏

南京

210098;2.河海大学水利水电工程学院,210098)

摘要:水葫芦是水生态修复中研究最早和最深入的水生植物之一。在此,归纳了国内外近年来水葫芦在水生态

修复中的3个主要研究方向:净化水体能力与净化机理、控制水葫芦疯长和资源化利用水葫芦。探讨了水葫芦净化系统在水体修复中的合理位置:天然水体的生态修复、水葫芦与污水处理工艺的组合、低浓度生活污水和雨水处理等。最后展望了水葫芦在水体生态修复中未来的研究方向。关键词:

水葫芦;

水生态修复;

研究进展

中图分类号:X7文献标识码:B文章编号:1004-8642(2007)01-0055-04

ResearchesofHyacinthinWaterEcologicalRestoration

ZHANGWen-ming,WANGXiao-yan

Abstract:Hyacinthisoneofhydrophytesthatstudiedearliestandmostcompletelyinwaterecologicalrestoration.Recentglobalresearchesofhyacinthinwaterecologicalrestorationweregeneralizedintothreefields:purifyingabilityonpollutedwateranditsmechanism,controloftheexcessivegrowthofhyacinth,andresourcesutilizationofhyacinth.Therationalpositionsofhyacinthinwaterecologicalrestorationwerediscussedandrecommendedasecologicalrestorationhydrophyteinnaturalwaterbody,thecombinationofhyacinthwithwastewatertreatment,low-concentrationdomesticwastewaterandrainwatertreatmentandetc.Finally,prospectswerestudiedonfutureresearchfieldofhyacinthinwaterecologicalrestoration.

Keywords:Hyacinth;Waterecologicalrestoration;Researchadvances

0引言

近几十年的研究发现水生植物净化系统具有净化效果佳、造价低、运行管理方便、景观和生态效益好等优点,因此世界各国研究者越来越关注利用水生植物,特别是水生维管束植物和高等藻类,对污染水体进行生态修复[1]。其中,水葫芦是研究最早、最深入,也是实际生态修复工程中应用较广的水生植物。

水葫芦,学名凤眼莲,雨久花科,俗称布袋莲、水荷花、假水仙。因在每个叶柄中部都有一个膨大似葫芦的球状体而得名,具有发达的水下根系。水葫芦喜欢高温湿润,在25~35℃下生长速度惊人,通常情况下在8个月内就能从10棵增至60万棵,是公认的生长最快的植物之一。水葫芦自身的特性造就了它超强的水质净化本领,同时也带来了水葫芦疯长难以控制的生态灾难。

在此,归纳了国内外近年来水葫芦在水生态修复中的3个主要研究方向,讨论了水葫芦净化系统在水体修复中的合理位置,最后总结了目前研究中的

收稿日期:2006-10-16

作者简介:张文明(1982-),男,江苏赣榆人,硕士研究生,主要从事水

生态修复方面的研究.

不足并展望了未来的研究方向,旨在为生态修复提供理论和技术支撑。

11.1

水葫芦在水生态修复中的研究方向水葫芦的净化能力与净化机理

水葫芦净化的受损水体主要包括富营养化水体和被特殊物质污染的水体,例如高分子有机废水、重金属废水、垃圾渗滤液等。应用的形式主要有直接应用于河流湖泊天然水体、水生植物塘、地表漫流式人工湿地等,此外还有大量的室内小型实验。

1.1.1

水葫芦净化受损水体的能力

水葫芦净化受损水体的能力,根据所净化受损

水体的性质,可分为下列几种:

(1)净化富营养化水体

利用水葫芦来净化富营养化水体在国内外报道很多。葛滢等[2]比较了14种水生植物净化不同富营养化水体,其中水葫芦的净化效果良好。此外,水葫芦还能抑制藻类生长。Sharma等[3]研究发现,水葫芦根和叶的渗滤液均能够抑制斜生栅列藻的生长。

(2)净化工业废水

袁蓉等[4]利用水葫芦处理多环芳烃(萘)有机废水,结果显示水葫芦能净化水体中80%以上的萘。黄

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文凤等[5]研究了利用厌氧-兼氧-水葫芦-吸附组合工艺处理TNT和RDX混合废水。当混合废水质量浓度为4~12mg・L-1时,经过该工艺处理后可达到国家排放标准。Casabianca等[6]试验,水葫芦可以去除石化废水中26%的悬浮颗粒物、28%的碳氢总化合物和18%的总有机碳。此外,水葫芦还可以净化奶牛厂厌氧消化污水、造纸厂污水和染料废水等。

(3)净化垃圾填埋场渗滤液

垃圾填埋场渗滤液成份十分复杂,El-Gendy博士[7]研究了水葫芦对垃圾渗滤液营养物质和重金属的净化能力,调查了水葫芦对盐度离子的耐受能力,研究指出水葫芦系统可以处理新、老填埋场典型的渗滤液。

甚至放射性物质水体(4)净化含重金属、

Mehra等[8]的研究表明,水葫芦能够吸收除了Co,Al和Fe外所有的元素。Zhu等[9]指出利用水葫芦富集痕量金属Cd2+,Cr6+最好,其次是Se6+,Cu2+,再次是As5+,Ni2+,且重金属主要富集在水葫芦的根部[10]。水葫芦同样能够去除放射性物质。据Bhainsa等[11]研究表明,干的水葫芦根能够在4min内吸附去除54%的U6+。

(5)净化其它水体

Casabianca等[12]研究发现水葫芦对盐分有较大的适应性,尽管产量低,但仍可用于处理含盐废水;Granato[13]证实,水葫芦能降解游离氰化物,可以与其他措施联合处理含氰废水。

1.1.2水葫芦净化受损水体机理研究

据国外资料报道,水葫芦的净化机理总体上做如下解释:①叶子和空中部分遮盖了水体表面,藻类获得不了光能而死亡;调节温度,从而为微生物的生长创造良好的温度条件;叶子合成的可溶性碳进入根部,为微生物提供碳源;叶子将氧气传输到根部,为微生物提供氧气;减少风造成的紊动,从而有利于污染物沉降。②浓密的根对微生物提供附着的载体、过滤污染物、直接吸收氮磷等营养物质、某些重金属和有机物。③附着微生物的降解作用。④水葫芦能够根据水体营养水平,重新分配体内营养物质和调节自身形态[14],以达到最佳的繁殖速度。

内的氨基酸、羧基和羟基与重金属的螯合作用是去除重金属的主要原因。

关于水葫芦抑制藻类生长,Sharma等认为水葫芦在生长期由于高密度、高叶面系数和吸收营养物质速度快,从而抑制藻类的生长;在衰败期,根系能够分泌某些特定有毒化合物抑制藻类的生长。KIM等[18]认为水葫芦根垫面去除藻类的机理是吸附和沉淀。

1.2控制水葫芦疯长

水葫芦原产于美洲,主要作为廉价的猪饲料引进。由于现在已经很少采用水葫芦做猪饲料,加上水体富营养化逐渐加剧,使得水葫芦大量繁殖,产生了一系列生态、经济、社会问题。在非洲甚至出现了由于水葫芦大量繁殖,破坏渔业,居民被迫搬迁的事例。因此,必须控制水葫芦的疯长;目前采用的主要方法有机械法、化学法和生物法。

(1)机械法

机械法就是借助机械设备、人工打捞等工程措施从水体中移出水葫芦。OGARI[19]在非洲湖上采用在水葫芦上覆盖塑料膜的方法来产生高温将水葫芦杀死,研究表明采用黑色塑料膜在3周后能完全使水葫芦死掉,并不可恢复。

控制水葫芦疯长,必须及时将水葫芦移出水体。墨西哥Valsequillo水库采用机械打碎水葫芦但没有将水葫芦移出水体;Mangas-Rarnurez[20]研究了打碎前后的水质和生物群落的变化。打碎后水体透明度和溶解氧下降,PO43-增加,NO2--N和NO3-N分别增加450%和320%,前4个月NH3-N达到致死浓度,鱼类灭绝,第二年水葫芦又开始生长,整个工程失败。

(2)化学法

陈若霞等[21]研究了18种除草剂对防除水葫芦的药效,并筛选出药效最好的水花生净1500倍液,药后30d株死亡率超过90%,下沉率超过50%。药后40d死亡率超过97%,下沉率超过77%,并可兼治水花生。但此种方法要求所用农药毒性专一、无残留,对其他生物不构成威胁,并且要注意水葫芦枯死下沉,可能会引起河道淤积及二次污染的问题。

(3)生物法

生物法控制水葫芦疯长最常用的是水葫芦的天敌—蚕蛾以及——水葫芦象甲,此外还有真菌病原体、植物的相克作用。

Aguilar等[22]曾经观测两种水葫芦象甲Neochetinabruchi和N。eichhorniae对水葫芦疯长的控制:Batemote水库,1年后水葫芦的覆盖率从95%下降到3%;Hilda水库、ArroyoPrieto水库和Mariquita水库在3年内,水葫芦的覆盖率从100%,100%和80%下降为

Li等[15]认为水葫芦能够抵抗污染与超氧化物歧

化酶有关。袁蓉等利用水葫芦处理多环芳烃(萘)有机废水时发现,根系微生物在降解高分子有机物上发挥着非常重要的作用,并指出多环芳烃苯环的降解取决于微生物产生加氧酶的能力。

Ghabbour等[16]从水葫芦体内提取出腐殖酸,由于腐殖酸具有结合重金属的能力,因此认为腐殖酸与水葫芦结合重金属有关。Soltan[17]认为水葫芦细胞

第20卷第1期

张文明等水葫芦在水生态修复中的研究进展

57

1%,1%和20%。HEARD等[23]研究Neochetinabruchi和N。eichhorniae破坏水葫芦效果与水体富营养水平的关系时候指出,在富营化水体中采用Neochetinabruchi效果更佳。Center等[24]提出采用Belluradensa来控制水葫芦疯长。Haq等[25]则采用螨类控制水葫芦

疯长。

酸后的剩余物)、堆肥后的新鲜植物和堆肥后的消化过的水葫芦,结果表明堆肥后的植物是最受蚯蚓欢迎的,其次是消化过的水葫芦。该研究主要为堆肥后水葫芦的残渣提供了出路。

(6)采用系统论思想资源化

Hargreaves[35]在2003年提出了从根本上解决水葫芦处置一套完整的系统,该系统将湖体里打捞的水葫芦晒干养蘑菇,养蘑菇后的水葫芦残体然后养蚯蚓和喂牛,蚯蚓喂鸡,鸡粪和牛粪用来产沼气,沼气解决了农民的日常燃料问题,从而保护了森林和植被,解决了水土流失问题,因此从根本减少了随水土流失而进入水体的氮、磷,从而切断了水葫芦生长所需的生源要素,水葫芦自然衰亡。用生态学理论解决了水葫芦泛滥问题,值得中国借鉴。

Kathiresan[26]利用薄荷科的紫锦苏的干粉控制水葫芦,在投加其质量浓度为40g・L-1时,24h内杀死水葫芦,1周后可以使水葫芦鲜重和干重分别下降80.2%和75.63%。占水体3%的马樱丹属嫩枝沥出液能在21d内杀死水葫芦[27]。1.3资源化利用水葫芦

富营养化水体中生长着大量的水葫芦,同时在生态修复工程中也需要收割水葫芦。当前,资源化利用水葫芦已经成为水葫芦在水生态修复中的瓶颈,因此众多的研究者投入到开发水葫芦经济价值的研究中。

药用资源的开发(1)食品、

研究发现水葫芦是一种可供食用的植物。水葫芦叶面蛋白质所含的必需氨基酸总量超过稻谷、燕麦、小麦和高粱,可与大豆粉和玉米粉媲美,接近牛乳与浓缩绿叶蛋白的水平。只要不是生长在重工业区或钢铁厂旁,就可放心食用[28]。

谷胱甘肽、回收抗氧(2)提取有用物质(蛋白质、

化体)

Bodo等[29]优化一步固-液提取法从干水葫芦叶子中提取蛋白质以获取谷胱甘肽。Bodo等[30]认为可以从水葫芦中提取抗氧化体。还有的研究者从水葫芦中提取挥发性脂肪酸和牛粪一起进行厌氧消化产生甲烷。

(3)生产饲料

2结论

虽然水葫芦能够净化各种高浓度有毒有害污

水,但是在实际应用中,不宜直接用水葫芦净化此类污水。水葫芦有耐污极限,过高的污染负荷不利于植物生长,从而减弱净化效果;再者,高浓度的污染物,比如重金属,会被植物富集,植物在收割后资源化利用将受到限制,很可能造成污染物的迁移,引起二次污染。因此,应当在处理前因污水性质不同采取不同的预处理措施。综上,建议将水葫芦净化系统用于:天然水体的生态修复;水葫芦与污水处理工艺的组合,如城市污水处理厂的三级处理;低浓度生活污水和雨水处理等。

水葫芦在水生态修复中的研究和应用已取得了丰硕的成果,但其净化机理的研究不够深入且存在较大争议,如何趋利避害的控制性利用水葫芦也有待进一步研究。因此未来水葫芦在生态修复中的研究方向依然是:净化机理的深入研究、控制水葫芦疯长的进一步研究、资源化利用水葫芦的继续研究。

Mukherjee[31]首先将水葫芦发酵,然后利用两种

侧耳属菌对发酵产物进行脱木质素处理,产生了易

于反刍动物消化和含有高菌蛋白的饲料。

(4)产生甲烷等气体

将水葫芦厌氧发酵可产生甲烷,满足能源需求。Matsumura[32]研究超临界水提取水葫芦体内的有机物产气,但是其价格比东京城市供气贵1.86倍。

(5)土壤肥料和改良剂

水葫芦在经过蚯蚓反应器被蚯蚓消化之后,代谢产物是良好的肥料和土壤改良剂,对蔬菜没有任何副作用,深受广大发展中国家农民的欢迎。在这方面,以印度学者的研究最为突出。Gajalakshmi等[33-34]研究了利用消化处理6种形式的水葫芦,包括新鲜的整株水葫芦、干的整株水葫芦、切碎的新鲜的水葫芦、消化过的水葫芦(在发酵桶中,提取挥发性脂肪

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(责任编辑胡燕荣)


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