六類抗污染藥用植物環(huán)境改善應(yīng)用的分析比較

劉競(jìng)天，朱纓，陸海峰，俞學(xué)煒

摘要：當(dāng)前環(huán)境污染尤其是水體、大氣污染日益嚴(yán)重，植物凈化環(huán)境、治理污染的作用越來(lái)越受到重視。本文以鳳眼蓮、蘆葦、香蒲、菖蒲、蘆薈、松柏為代表，就藥用植物在凈化改良環(huán)境方面的特點(diǎn)與應(yīng)用進(jìn)行了分析及比較，以期能加深針對(duì)藥用植物與生存環(huán)境之間相互作用的研究及開(kāi)拓藥用植物在改善治理環(huán)境污染方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：六類藥用植物；抗污染；環(huán)境改善

基金項(xiàng)目：2014年江蘇省高校哲學(xué)社會(huì)科學(xué)研究一般項(xiàng)目資助，項(xiàng)目編號(hào)2014SJB598

中圖分類號(hào)： S567；S688 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.08.057

植物改善環(huán)境的實(shí)例很多，本文就鳳眼蓮、蘆葦、香蒲、菖蒲、蘆薈、松柏六類藥用植物進(jìn)行應(yīng)用比較。

1 藥用植物對(duì)水體污染的改善作用

1.1 沉水植物對(duì)水體污染的改善

過(guò)去湖水富營(yíng)養(yǎng)化十分嚴(yán)重，當(dāng)時(shí)由于種種原因造成沉水植物大量消失，水生植物群落的構(gòu)成遭到了極大破壞，漂浮植物漸漸變?yōu)榈械奈ㄒ粌?yōu)勢(shì)群落，由于其生長(zhǎng)毫無(wú)節(jié)制，以致湖水中溶解氧不斷被消耗，長(zhǎng)期得不到補(bǔ)充。漂浮植物雖具備較好的吸收氮、磷元素的能力，但過(guò)于繁盛帶來(lái)了可怕的后果，那就是漂浮植物一旦出現(xiàn)大量死亡腐爛，即會(huì)造成二次污染，反而加重了水體的富營(yíng)養(yǎng)化。

通常來(lái)說(shuō)，對(duì)于不同類型、品種的水生植物，人們發(fā)現(xiàn)漂浮植物的吸收能力要好過(guò)挺水植物，沉水植物的吸收能力最差。但是在生態(tài)系統(tǒng)中，沉水植物能起到穩(wěn)定底泥，提高水質(zhì)的作用。較之其外無(wú)沉水植物的分布區(qū)，沉水植物分布區(qū)內(nèi)，其總磷、氨氮、COD、BOD的含量通常極低。沉水植物生物量龐大，不斷與環(huán)境交換著宏量的物質(zhì)與能量，形成了巨大的環(huán)境容量和強(qiáng)大的自凈能力。大型沉水植物則通過(guò)根部吸收，因而比浮水植物具有更有效的富集氮磷的能力。經(jīng)過(guò)實(shí)地檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)有大量蘆葦?shù)乃w對(duì)污染物質(zhì)的去除率可達(dá)90%以上，而沒(méi)有蘆葦?shù)乃w，僅能達(dá)到30%～70%。

1.2水生植物對(duì)水體污染的改善

由于大量的營(yíng)養(yǎng)元素排入到更新周期長(zhǎng)的地表水體，使藻類等生物大量生長(zhǎng)繁殖，水中有機(jī)物增長(zhǎng)遠(yuǎn)超過(guò)消耗，有機(jī)物積蓄，破壞水生生態(tài)平衡。富營(yíng)養(yǎng)化引起藻類爆增，氧氣驟減，造成水體透明度降低，組織缺氧使大型植物退化，減少了植物的多樣性。反之，水生植物的穩(wěn)定底泥、抑藻抑菌等作用，對(duì)改善水質(zhì)具有重要的實(shí)踐意義，有些水生植物有吸收過(guò)量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的特性，可降低水體營(yíng)養(yǎng)水平，并減少魚(yú)類所引起的沉積物重懸浮，降低濁度。利用水生植物吸收富集水體中過(guò)剩元素是治理和抑制湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的有效方法之一，具有高效、低耗、低費(fèi)、可持續(xù)和自我更新性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，也是目前生態(tài)和生物方法中的常用技術(shù)。當(dāng)前，部分國(guó)家已經(jīng)嘗試使用水生植物（包括藥用植物）污水處理系統(tǒng)來(lái)改善富營(yíng)養(yǎng)化水質(zhì)，包括蘆葦、鳳眼蓮、香蒲等許多種類，這些藥用植物可依據(jù)污染物性質(zhì)和氣候條件進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x栽。

在水生植物針對(duì)河體中氨氮、COD、總氮和總磷的凈化研究中，人們發(fā)現(xiàn)蘆薈等植物處理某段污水均體現(xiàn)出較好的改良效果：但無(wú)論是在COD、氨氮污染物凈化方面，還是在總氮、總磷凈化方面，蘆薈的處理效果都是最佳的。菖蒲具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，對(duì)氮磷污染物也具有一定的去除能力，氮磷累積量與植物生物量成正比：寬葉香蒲的生活能力強(qiáng)，對(duì)污水的凈化效果表現(xiàn)好，而且生長(zhǎng)期長(zhǎng)；寬葉香蒲對(duì)氨與氮的去除性能好、對(duì)磷有一定的去除作用；菖蒲、寬葉香蒲去除COD的效果最好，達(dá)90%左右。磷循環(huán)可能需要依靠大型植物的調(diào)控，水體底泥中磷的枯竭會(huì)導(dǎo)致香蒲減少，若其后泥中磷再次顯著的增加又可使香蒲重現(xiàn)。

農(nóng)田退水后湖泊水質(zhì)空間分布發(fā)生了變化，人們研究發(fā)現(xiàn)空間上分布不同的蘆薈與菖蒲對(duì)凈化效果施加了重要的影響。水生植物對(duì)其中的BOD5、CODcr、氨氮、總磷均具有較好的降低作用，其中對(duì)BOD5速率降低得最顯著，而對(duì)總磷的降解率較低，綜合污染大約整體下降30% 以上，可見(jiàn)蘆薈、菖蒲對(duì)農(nóng)田退水具有很好的改良效果。

1.3 水生植物根系微生物與鳳眼蓮等植物有明顯的協(xié)同凈化作用

植物凈化水體是以大型水生植物為主體，植物和根區(qū)微生物共生，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，合作凈化污水的。某些水生植物，可以借助通氣組織將氧氣從葉片輸送到根部，并擴(kuò)散至水中，供周邊微生物，尤其是根際微生物呼吸和分解污染物之用。鳳眼蓮等植物根部，吸附有龐大的浮游生物和微生物，顯著增加了生物多樣性，并使各種類型污染物逐次得以處理。利用固定化氮循環(huán)細(xì)菌技術(shù)，可使氮循環(huán)細(xì)菌不斷在水域中擴(kuò)散，影響水生植物根部的微生物數(shù)量，接著通過(guò)硝化—反硝化作用，漸進(jìn)加強(qiáng)水生生態(tài)系統(tǒng)自凈能力和強(qiáng)化自然水體除氮能力。這對(duì)進(jìn)一步研究健康水生生態(tài)系統(tǒng)退化機(jī)理及加以修復(fù)具有重要意義。

某些藥用水生植物，例如香蒲，亦能抑制浮游植物，進(jìn)而降低藻類的存量。水生高等植物明顯抑制藻類的作用主要包括，使藻類數(shù)量急劇下降和促進(jìn)藻類群落結(jié)構(gòu)改變。雖然水生植物與藻類在營(yíng)養(yǎng)、光照、生存空間等方面存在競(jìng)爭(zhēng)，但除人工控制和低溫等條件下，一般是水生植物生長(zhǎng)更占優(yōu)勢(shì)。藻類與大水生植物之間互生互克的作用在污水處理和水體生態(tài)改良方面有不容忽視的應(yīng)用潛力。

野外與實(shí)驗(yàn)室研究表明，鳳眼蓮等植物通過(guò)根系向水中分泌一系列有機(jī)物，其在水中含量極微時(shí)即可干擾藻類的生理生化、形態(tài)和繁殖，使藻類數(shù)量明顯降低?！跋闫亚秩胧街卫怼钡囊粋€(gè)重要機(jī)理就是向周圍環(huán)境中釋放植物毒素——利用植物分泌物和植物周圍的微生物與藻類間相生相克的關(guān)系，去除藻類。這對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化防治、水生態(tài)系的恢復(fù)和重建具有極大的意義。蘆葦也能對(duì)浮游藻類的生長(zhǎng)起到一定的抑制作用。

1.4 利用植物對(duì)重金屬污染點(diǎn)位進(jìn)行修復(fù)

在工業(yè)高速發(fā)展的今天，含有重金屬離子的廢水的產(chǎn)生與擴(kuò)布越來(lái)越嚴(yán)重。重金屬已成為最重要、最常見(jiàn)的污染物之一。與有機(jī)物不同，重金屬不能被微生物所降解，只有通過(guò)生物的吸收并移除得以從環(huán)境中清理掉。植物具有生物量大且易于后處理的長(zhǎng)處，因此利用植物對(duì)重金屬污染位點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)，是解決重金屬污染的有利選擇。植物對(duì)重金屬污染位點(diǎn)的去除修復(fù)有三種方式：植物揮發(fā)，植物固定和植物吸收。某些藥用水生植物對(duì)重金屬Zn、Cr、Pb、Cd、Co、Ni、Cu等有顯著的吸收與積累能力。諸多研究表明，環(huán)境中的重金屬含量與植物組織中的重金屬含量成正相關(guān)，因此也可以通過(guò)分析植物體內(nèi)的重金屬含量來(lái)指示警戒環(huán)境中的重金屬水平。

在鳳眼蓮對(duì)重金屬吸收和富集特征的研究中，通過(guò)試驗(yàn)得到，與挺水植物相比，鳳眼蓮富集重金屬的能力更好，其根系部分重金屬含量最高。以As為例，鳳眼蓮根部As含量為10310mg/kg，由此遴選出鳳眼蓮為水生植物中As富集型植物。菖蒲類植物對(duì)重金屬也有一定的吸附作用。它們通過(guò)生理系統(tǒng)吸收水體環(huán)境中的重金屬污染物或降低重金屬污染物的毒性，從而減弱水體毒性，修復(fù)水體。菖蒲類根部富集系數(shù)大于莖葉且沉水植物大于漂浮與挺水植物。

1.5 某些藥用水生植物對(duì)于有機(jī)污染物質(zhì)的降解有幫助

水生植物固然可吸收和富集部分分子量不大的有機(jī)污染物，但更常見(jiàn)的是通過(guò)加速污染物沉淀和加強(qiáng)微生物分解作用來(lái)凈化改善水體。例如，農(nóng)業(yè)污染是一種“非點(diǎn)狀源”的成片污染，農(nóng)藥是農(nóng)業(yè)污染物之一，常常是成片出現(xiàn)。

不少藥用植物可以消除水體中諸多的有機(jī)污染素，因此具有重要的生態(tài)恢復(fù)功能。例如，蘆葦擁有凈化水中的有機(jī)懸浮物的能力；鳳眼蓮繁殖迅速，耐污能力好，并對(duì)有機(jī)毒性物多環(huán)芳香烴有較強(qiáng)的吸收與改善作用。水葫蘆（鳳眼蓮）等5種水生植物，均易受到萘的損傷，并依萘濃度的升高而受損程度加深，其中水葫蘆（鳳眼蓮）受害程度最輕微，因此水葫蘆（鳳眼蓮）可作為首選對(duì)象凈化水中的萘污染。鳳眼蓮還對(duì)水中部分放射性元素吸收迅速。

水生維管植物對(duì)有機(jī)污染物的處理方式包括附著、降解、吸收、積累等。水生維管植物因其巨大的體表面積能夠吸附水中諸多有機(jī)物，相對(duì)減少其濃度；盡管這個(gè)過(guò)程中不可能根本消除有機(jī)物，甚至隨時(shí)反向?qū)⑵湓俅吾尫湃胨?，但在一個(gè)相對(duì)期間內(nèi)，還是可以大體上對(duì)水體起到凈化改良作用的。水生維管植物對(duì)有機(jī)污染物的凈化效果明顯，例如蘆葦、香蒲、鳳眼蓮等可去除石油廢水的有機(jī)污染物達(dá)95%以上。

1.6 改善水體的實(shí)例

部分藥用植物沼澤有不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及生態(tài)效應(yīng)，可凈化污水、改善水質(zhì)，已越來(lái)越被人們作為污水和廢水排放的便利場(chǎng)所。水生藥用植物不僅可用于生活污水的處理，還可應(yīng)用于行業(yè)廢水的處理。國(guó)內(nèi)有人用鳳眼蓮凈化石化廢水，用香蒲凈化礦山廢水，用蘆葦床處理爆炸污水，用香蒲蘆葦床處理水藻毒素水體，均取得良好效果。藥用植物沼澤對(duì)稀釋的有機(jī)廢水具有較強(qiáng)的凈化潛力，其底泥可作為重金屬的沉積地。有人采用蘆葦塘、香蒲塘和水葫蘆（鳳眼蓮）塘的串聯(lián)系統(tǒng)，有效地處理了地?zé)嵛菜?/p>

鳳眼蓮，又名水葫蘆、水浮蓮等，其繁殖快，是一種凈化污水、美化環(huán)境的理想水生植物。蘆葦，又稱葦子，禾本科蘆葦屬，播種或分株繁殖，耐污與凈化能力強(qiáng)。

一直以來(lái)，有學(xué)者不斷對(duì)活水公園的凈化效果進(jìn)行探究，在活水公園蘆葦、香蒲、傘草三種不同挺水植物對(duì)污水凈化效果的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，相同水力負(fù)荷下三種植物對(duì)污染水體中的CODcr與BOD5平均去除率的順序都是蘆葦>香蒲>傘草，總的來(lái)說(shuō)，蘆葦對(duì)污染水體的凈化效果較高，再者是香蒲。

2 藥用植物對(duì)大氣的改善作用

植物葉片吸收大氣中有毒物質(zhì)的數(shù)量是很巨大的，以葉片硫積累量增值為例，其增值大小，可能代表了該種植物吸收二氧化硫能力的強(qiáng)弱。像女貞、合歡、夾竹桃、樟樹(shù)等藥用植物對(duì)的吸收量就比較大，凈化效果明顯。

藥用植物除能吸收大氣中的二氧化硫外，還能吸收如氯氣、氟化氫、氮氧化物等其他有害氣體，其吸收原理與二氧化硫的吸收基本相似。試驗(yàn)證明，對(duì)二氧化硫抗性強(qiáng)的植物主要有側(cè)柏、白皮松等約80種；對(duì)氟化氫抗性強(qiáng)的植物主要有白皮松、側(cè)柏等約40余種，唐菖蒲對(duì)氟化氫等有毒氣體敏感可作為大氣監(jiān)測(cè)花木；對(duì)氯氣抗性強(qiáng)的植物主要有檜柏、白皮松等近30種。大多數(shù)植物都能吸收臭氧，而可以吸收甲醛的植物有蘆葦?shù)取?/p>

松柏類植物抗污染能力最強(qiáng)。馬尾松，俗稱叢樹(shù)，分泌的松脂被氧化后放出低濃度臭氧，可改善空氣。馬尾松吸塵能力極好，1棵成年松每年可吸附成噸的灰塵。柏樹(shù)，它能吸收大氣中的二氧化硫和氯氣等有害氣體，適合種植于制藥廠、煉油廠、塑料廠、化纖廠等區(qū)域內(nèi)。柏木枝葉有芳香味，能分泌揮發(fā)性抑菌和殺菌物質(zhì)，可殺死或抑制空氣中的病菌。側(cè)柏，對(duì)二氧化硫、氯氣、氟化氰等有較強(qiáng)抗性，具有殺菌吸毒滯塵的功能，其枝葉能分泌一種殺菌物質(zhì)，可殺死肺結(jié)核，痢疾桿菌等病原微生物。龍柏，能抵抗氟化氫、二氧化氮、氯氣、氯化氫等有毒氣體，吸收能力好，抗性強(qiáng)，在氯氣源附近能正常生長(zhǎng)，距氟污染源50米處仍狀態(tài)較佳，無(wú)明顯受害癥狀。

蘆薈可吸收一氧化碳、二氧化碳等有害氣體，尤其對(duì)甲醛吸收特別強(qiáng)。一盆蘆薈曾經(jīng)在4小時(shí)內(nèi)消除1立方米空氣中90%的甲醛。蘆薈還有一定的吸收異味作用，作用時(shí)間較長(zhǎng)，并能殺滅空氣中的有害微生物，吸附灰塵，有利于凈化居室環(huán)境。當(dāng)室內(nèi)有害空氣過(guò)濃時(shí)，蘆薈葉片就會(huì)出現(xiàn)警告性的斑點(diǎn)；若再增加蘆薈的數(shù)量，室內(nèi)空氣質(zhì)量又會(huì)趨于正常。與蘆薈類似的龍舌蘭，在10平方米左右的房間內(nèi)，可消滅70%的苯、50%的甲醛和24%的三氯乙烯。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，6種藥用植物鳳眼蓮、蘆葦、香蒲、菖蒲、蘆薈、松柏在改善環(huán)境上各有特點(diǎn)，鳳眼蓮、蘆葦、香蒲、菖蒲偏重于對(duì)水體污染的治理與改善；菖蒲、蘆薈可監(jiān)測(cè)并改善大氣污染，松柏側(cè)重于大氣環(huán)境的治理。要更好地開(kāi)發(fā)利用這些藥用植物，充分地發(fā)揮其保護(hù)環(huán)境的作用。

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作者簡(jiǎn)介：劉競(jìng)天，碩士，講師，研究方向：藥學(xué)、專業(yè)外語(yǔ)教學(xué)。