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1、狐尾藻在养殖污水净化中的作用随着我国畜禽养殖业的集中化、规模化发展，产生了大量的禽畜粪便以及尿液等养殖废 弃 物。据第一次全国污染源普査公报显示，畜禽养殖业粪便和尿液年产生疑已超过 4 亿 由于养殖 污水中含有髙浓度氮、磷及重金属等超标污染物，处理不彻底极易破坏水体的生态 质量，导致 自然水质恶化、诱发水体富营养化，最终也对人体健康产生严重威胁。目前，应 用于养殖污水 净化的主要措施包括固液分离、化学降解和微生物处理等。上述技术虽然取得 了较好的效果， 但仍存在投资成本高、氮磷去除效果不佳等问题，且其副产物又有二次污染 的风险。狐尾八（Myriophyllumverticillatum）是一种
2、多年生沉水草本植物，其对污水中高浓度的 氮、 磷具有较好的耐受性，常作为处理污染水体的先锋植物使用。同时，许多研究表明，狐 尾藻对 污水中的重金属元素（如镉、铅、珞、铜等）具有吸收和/或吸附作用，进一步增强了其 净化效 果。此外，狐尾藻生长迅速，收获后还可加工成为禽畜饲料或肥料等髙附加值产品， 实现了氮 磷资源的循环利用，具有重要的环保含义和应用前景。目前利用狐尾藻构建人工湿 地等系统作 为一种低廉高效的处理手段已成为污水处理，特別是高污染污水处理的重要研究 方向。本文着 重阐述狐尾藻净化养殖污水过程中对有机物、氮磷和重金属等污染物的去除原 理及其应用技术 研究进展，并对未来的研究方向进行展望
3、。一、狐尾藻的生物学特性及分类 狐尾藻又名轮叶狐尾藻，分类上属小二仙草科狐尾藻属，为多年生沉水草本植物。狐尾 藻 适宜生活在pH7.08.0的偏微碱、阳光充足、温度适宜的环境下，依靠不泄根和叶茎从水体和底 泥中获取营养。狐尾藻的生存适应性强，其在 4C 以上可生长，任 2030C 的适宜水 质中可常 年生长繁殖;其对低温也有抵御能力，在寒冷冬季，其超出水而的部分冻损，但可 以根茎的方式 在水体底泥中越冬，因而在我国江苏、浙江、福建、广东、广西、山东、河北 等南北方省份的 池塘和河沟中均有广泛分布。狐尾藻的种类繁多，在我国最为常见和应用最多的种类为穗花狐尾藻（M.spicatum）和粉绿 狐尾藻
4、（M.aquaticum）（图1）。穗花狐尾藻，丝状全裂，穗状花序生于水而之上（直径在1mm 以上），生存能力强，在务类水体中均能生长良好，其在生长旺盛时可布满水体表面，阻止 阳 光照射，故有必要对其及时进行收割以防止穗状层过厚影响水体英他生物生长。粉绿狐尾 藻起 源于南美洲，茎节上部挺水，一般长达30cm以上，下部沉水匍匐，多生不左根蔓延生长，具轮 生羽毛状叶（46 片），英叶对日光敏感，夜晚无光叶合拢，清晨有光叶舒展。图1粉绿狐尾藻（A）和穗花狐尾藻（B）的形态（实验室培养）二、狐尾藻在养殖污水净化中的作用狐尾藻在养殖污水中有着较强的净化功能，其高效的光合作用不仅为水体中的苴他生物 提 供
5、生长必需的溶解氧，而且还可降解养殖污水中超标的有机污染物，此外狐尾藻还可吸收 污水 中多余的氮、磷等元素转化为自身的营养物质并稳定储存在体内，最终在收割狐尾藻时 将污染 物带离水体，从而提髙养殖污水的水质质量。2.1有机污染物的降解养殖污水中的有机污染物主要来源于禽畜粪便，以化学需氧量(COD)为指标来反映。狐尾 藻在养殖污水有机污染物的降解中发挥中介者的作用：一方而，其通过自身光合作用释放 氧气， 氧气通过中空圆柱形的茎干传递到根系区域，随后通过根状茎节上通气组织释放至养 殖污水水 体中，加速了位于水体中的异养微生物的大量生长繁殖，使得有机污染物被异养微 生物分解为 二氧化碳和水等小分子物质
6、，而二氧化碳又可作为狐尾藻光合作用的原料，促使 狐尾藻生长的 同时也实现了碳源的循环利用。另一方而，狐尾藻分葉速度快，形成复杂的水 下网状吸收系统， 部分有机污染物也可被狐尾藻吸收后直接储存在体内，在进行收获收割时, 彻底从水体中带离除 去。董文斌等通过每PVC桶(40cmX50cmX60cm)20株狐尾藻的种植密 度处理COD浓度分别为 342、226.34、138.92、109.20、90mg/L的猪场废水后发现，经75d处理，狐尾藻可有效去除养殖 废水中的COD，去除率分别为86.7%、81.8%. 73.2%、71.5%、82.6%，平均去除率可达79.1%。污 水中有机污染物的去除效
7、果还与水体的pH、透明度和水温等条件相关，一般合适的pH应在78 的中碱性、温度在2O3(TC为宜。而透明度主要与 处理用水的浓度相关，应在20%30%为宜， 当沼液浓度超过 50%，透明度过低将阻止阳光 投射而抑制狐尾藻生长，从而降低了对有机物污染 物的降解。同时考虑到狐尾藻在生长后期 根系腐烂将释放一部分有机物到水中，影响去除效果， 英及时收割也十分重要。如左进城等 研究发现，当狐尾藻生长到水面后能沿水而生长，一般从 顶端开始以6cm或12cm进行收割，即可避免因长势旺盛不透光影响水质的改善，也可使得狐尾 藻快速恢复生长：还发现狐尾藻在温度较暖的春季、秋季、夏季生长旺盛、恢复时间较短(25
8、50d), 因而可加大苴收割频次: 在寒冷的冬季恢复时间较长(45 个月)，应减少其收割。在实际应用时， 需根据狐尾藻实际 的生长情况进行收割。2.2氮、磷的去除养殖污水的超标污染物主要是髙浓度的氨氮(NH4+-N)、磷等，而氮磷又是包括狐尾藻在内 的水生植物重要的营养物质。苏倩等报道，狐尾藻在去除养殖污水的氮、磷中扮演极为 重要的 角色，水体中总氮、总磷与植物氮、磷积累量呈现负相关关系，其中植物氮磷积累量在 7-8 月达 到最髙，而这一时期是狐尾藻一年中的主要生长期，最大值分别为为9.1g/m2和1.08g/m3狐尾藻 对养殖污水中高浓度的NH4+-N具有较强的耐性，且与硝态氮(NO3-N)
9、等其他氮源相比，优先利 用NH4+-N作为氮源利用。马永飞等研究发现，狐尾藻对养殖污水中NH4+-N具有较强的耐性， 与NO3-N等英他氮源相比，优先利用NH4+-N作为氮源利用。浓度在100200mg/L时，NH4+-N 去除率为90%以上:NH4+-N浓度达400mg/L时，狐尾藻对英的降解率可达60%以上：而当其处 理NH4+-N浓度为400mg/L以上的高氮浓度污水时，处理5周后去除率只有50%左右。上述过 程主要通过茎干和枝叶来吸收污水中的NH4+-N,进入植物体内的氨氮通过化学反应转变为NO3-N,此过程可减少NH4+-N在狐尾藻体内过量积聚而产生毒性，又可加快狐尾藻叶绿素的合 成
10、，增强光合作用，促使狐尾藻 的快速生长。另外，狐尾藻可通过增加养殖污水中溶解氧(DO) 含量，提高氨氧化菌和亚硝 酸氧化菌等脱氮微生物的生长速度来促进污水中 NH4+-N 的去除效 率。当养殖污水处于碱性环境时，NH4+-N自身也可自由挥发一部分。但后两者作用对NH4+-N 的去除效果与狐尾藻相比较小。研究报道狐尾藻对NO3-N和NH4+-N的吸收当微生物活性受到 抑制时，未受 显著影响，表明 NH4+-N 的去除主要是通过繁殖迅速的狐尾藻的吸收作用，以及 收割转移 岀水来除去。需要注意的是，污水中的 NH4+-N 对狐尾藻有合适的浓度比例，过高的 浓度 会抑制狐尾藻生长，并造成叶黄等现象。如
11、吴晓梅等利用狐尾藻净化生猪养殖场沼液，发 现水体NH4+-N浓度高于220mg/L会对狐尾藻的生长造成抑制。上述抑制狐尾藻光合作用的机 制可能与狐尾藻氮同化代谢负荷过高、竞争光合作用有关。养殖污水中的磷元素主要是以有机磷、难溶性无机磷 2 种形式存在。狐尾藻对养殖污水 中 磷的去除主要通过狐尾藻和污水中净水微生物的相互作用实现。微生物将有机磷代谢分解 为小 分子无机磷,后者可被狐尾藻茎干所吸收，进而使污水中磷转化为狐尾藻自身生长所需。 随后吸 收进入狐尾藻体内的磷元素在苴进行收割时帶离出水体，从而实现磷的循环过程。郭 俊秀等研 究表明，穗花狐尾藻对磷的吸收随着污水中磷质疑浓度的增加而增加，当浓
12、度为 O.8mg/L 时， 吸收含量最高，除磷率可达7092.7%併发现0.4mg/L的磷浓度为英最佳适 宜生长浓度，高 于此浓度后对狐尾藻的生长有抑制作用。同时，狐尾藻等沉水植物在生长过 程中可逐步引起水 体pH由中性向碱性转变，并与水中微量的Fe离子螯合为Fe(OH)3胶体，从而吸附污水中游离的 磷。2. 3 重金属元素的吸附养殖污水中一般含有铜、铭、铅等重金属元素，常规处理时主要依靠化学絮凝等方式从 水 中去除。研究表明，狐尾藻的根系通过分泌金属螯合物或利用根部细胞壁特殊的多糖基团 螯合 沉积物中有毒重金属，使得重金属聚集在根际圈附近。Wang等研究表明，水生植物吸附重金属 的作用与其生
13、理活动无显著关系，在植物死亡后仍可进行离子交换而结合吸附。李 国新等研究 发现，不同pH可显著影响狐尾藻吸附重金属效果，而采用线性Langmuir模型 可较好地预测穗 花狐尾藻吸附重金属的过程;在重金属镉浓度为1672mg/L时，pH为5是最 适的酸碱条件，每 克穗花狐尾藻可吸附3.0229.07mg的金属镉。此外，其还发现狐尾藻处理污水的重金镉的含量 应低于100mg/L，高于该浓度时，重金属的毒性作用会抑制狐尾藻的生长。另一方而，金属元素 也可通过被动扩散和主动运输等方式进一步被狐尾藻吸收入细胞 内，最后通过及时收割来实现 重金属从污水中的去除。薛培英等分析了穗花狐尾藻细胞内组 分对铜的吸
14、收和释放量，结果表 明穗花狐尾藻对铜的最髙吸收率可达2u mol/(gmin)，并具有较低的铜释放能力(仅约为富集量的 1/16),并推测苴可通过体内抗氧化力来保护铜等重金 属对细胞的损伤。总体而言，国内外利用狐 尾藻处理重金属元素污染方而的研究仍主要集中 于效果应用方而，有关英吸附/吸收机制，特別 是不同价态金属元素、多种重金属污染对其 去除作用的影响仍有待进一步研究。三、狐尾藻的水质净化应用技术及延伸资源化开发目前，广泛采用狐尾藻与苴他生物联合进行污水净化，提高水质质量。同时，狐尾藻已 延 伸开发岀资源化产品，收割回收的狐尾藻可作为潜在饲料、肥料或生物燃料等髙值化产品 应用， 实现了狐尾藻
15、的再资源化利用。3.1 狐尾藻与其他水生植物联合处理水生植物对污水中不同形式的高浓度氮磷具有选择吸收，因此不同水生植物净化污水的 效 果也存在差异。 Chang 等研究报道，水葫芦、伊乐藻等不同水生植物在联合净化 2L 污水 时(漂 浮植物分別放入大小一致7株，沉水植物则要称取与漂浮植物相同质量)，对不同营养 成分有着 优先吸收及不同的吸收速率，其中凤眼莲对NH4+-N的最大吸收速度可达0.230nimol/(gh),伊乐藻 达0.018mmol/(gh)。因此采用狐尾藻与其他水生植物联介处理养殖污水时，可在不同生长期内均 发挥净化水体的功效，避免单一水生植物因生长周期交替而导 致水质波动。金
16、春华等3研究 表明，狐尾藻较凤眼莲优先吸收NH4+-N,凤眼莲优先吸收N03-N,二者在不同生长期对污水净化 能力也不同。黄炜杰等研究了狐尾藻-水葫芦、狐尾 藻-铜钱草等多种组合型水生植物的养殖污 水净化效果，每种各8株，种植于含有11L养殖污水(NH4+-N浓度为20mg/L，总磷为18mg/L) 的水族箱(16cmX22cmX80cm)内，其中复合 型为相间种植，发现单一狐尾藻等水生植物对污水 净化效果以及生物生长情况远不如狐尾藻 -水葫芦(狐尾藻-铜钱草)等复合型组合，英中狐尾藻- 水葫芦组合型要比单一狐尾藻的总氮降 解率高岀 10%,总磷的降解率髙出 12%。因此，不同水生 植物组合处理污水可弥补单一狐 尾藻处理污水存在的选择性吸收不足的缺点，从而提髙水质净 化效果。3.2狐尾藻与微生物联合处理狐尾藻对污水高浓度氮磷的吸收仅限于已溶解的，而对未完全释放于污水中的有机氮磷 不 发生作用。狐尾藻净化养殖污水除了本身的去除作用外，根际及污水中的微生物也发挥
