大薸對污水中污染物凈化作用和效果分析

劉鶴瑩，楊鵬，支蘇麗，杜德林，張克強(qiáng)，3*

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150036；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所，天津 300191；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所大理綜合實驗站，云南 大理 671004）

大薸（Pistia stratiotesL.），又名水白菜（Water lettuce）、水芙蓉、水浮蓮等，是天南星科大薸屬漂浮植物，喜高溫高濕氣候，在23～35 ℃環(huán)境中能夠快速生長，天然盛生于我國南方及西南方富營養(yǎng)化湖泊。大薸繁殖速度快，根系發(fā)達(dá)，具有較強(qiáng)的營養(yǎng)傳輸能力和固碳增匯能力[1]；富含蛋白質(zhì)及有機(jī)酸，不僅可作飼料原材料，而且具有高產(chǎn)發(fā)酵氣體的先天優(yōu)勢[2]，資源開發(fā)利用價值高；善消納污染物，易打撈，被廣泛應(yīng)用于多類污染水體的生態(tài)修護(hù)。

大薸污水凈化處理的相關(guān)研究往往聚焦于水生植物組合對不同水體的凈化效果，也有學(xué)者針對常見工農(nóng)業(yè)用水中的污染因子轉(zhuǎn)移狀況進(jìn)行追蹤。但關(guān)于大薸對常見污染物的去除效果、影響因素和凈水機(jī)制等沒有系統(tǒng)的闡述，對氮、磷等營養(yǎng)鹽適應(yīng)狀況了解不甚透徹，對特定廢水的污染物消納效果缺少總結(jié)。本文主要通過文獻(xiàn)調(diào)研的方法，重點(diǎn)討論和分析了大薸對不同污染物的去除效果、影響因素及凈水機(jī)制，并基于該植物凈水能力對其脫鹽及去除抗生素的后續(xù)研究提出展望。同時，建議建立大薸對養(yǎng)分吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的模型，旨在為大薸在污水深度處理中的應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 大薸對污水中不同污染物的去除效果

1.1 常規(guī)污染物

大薸是一種脫氮除磷效果優(yōu)異的植物，對污、廢水中一些常規(guī)污染物的去除效果如表1 所示。該植物對必需元素僅在耐受閾值下具有凈化作用，氮、磷、鉀含量超過100、50 mg·L-1和150 mg·L-1時大薸生長會受到抑制[16]。筆者通過監(jiān)測不同濃度自配廢水培育下的大薸酶活，認(rèn)為大薸偏好利用氨氮，對氨氮和硝氮的耐受閾值分別為126 mg·L-1和84 mg·L-1。在適宜條件下，大薸的脫氮效率往往隨水體氮濃度的增加和時間延長而升高。大薸對總氮初始濃度為2.45～9.41 mg·L-1的富營養(yǎng)化江水，經(jīng)21 d 水質(zhì)凈化處理，其去除率為48.36～61.10%[17]；用大薸直接處理氮含量約15 mg·L-1的生活污水，1個月內(nèi)對總氮的最大去除率在80%以上[18]；對于總氮在27.19 mg·L-1的二級處理城市污水，28 d內(nèi)去除率可達(dá)96.3%[19]。通常而言，陳腐的水產(chǎn)養(yǎng)殖用水中氨氮含量增加，大薸在緩流養(yǎng)殖廢水中數(shù)小時就可使氨氮和亞硝態(tài)氮的去除率超過40%[10]，時間延長后，由于植物的光合作用，水中溶解氧含量增加，硝化反應(yīng)更為劇烈，微生物反硝化作用也增強(qiáng)，魚鱉養(yǎng)殖的主要代謝產(chǎn)物均會減少。另外，廢水中的高含量碳能夠增加氨化細(xì)菌對氮的吸附，降低氮有效性的同時，水體碳素也會被植物利用以供其生長。外界環(huán)境磷濃度達(dá)到4 mmol·L-1時，葉片內(nèi)多種細(xì)胞器磷含量降低，大薸的吸磷能力受到抑制[20]。目前較為龐大的凈化生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，大薸除磷被認(rèn)為是磷沉降作用，比植物吸收作用更大[21-22]。

表1 大薸對常規(guī)污染物的去除效果Table 1 Removal effects on conventional pollutants of Pistia stratiotes L.

大薸無法直接同化有機(jī)物，需要自身根系及所在水域中微生物的輔助，且必須限制待處理水體中的有機(jī)質(zhì)濃度。大薸對于COD 含量在2 000 mg·L-1以下的稀釋后的畜禽養(yǎng)殖廢水，其最大去除率可達(dá)到80%左右[7]。SOOKNAH 等[8]測定大薸對厭氧牛糞廢水中總COD 和可溶性COD 去除情況發(fā)現(xiàn)，水中難溶性有機(jī)質(zhì)含量也在減少。李磊等[23]通過分析豬場廢水中溶解性有機(jī)物的組成，認(rèn)為漂浮植物大薸凈水技術(shù)有利于增加廢水中類腐殖質(zhì)組分比例，提高溶解性有機(jī)物的腐殖化程度。

1.2 重金屬

大薸能夠有效吸收采礦、冶煉、電解、顏料、農(nóng)藥及醫(yī)藥等行業(yè)污、廢水中難以被分解破壞且具有較長半衰期的重金屬，輔以干燥或灰化等工序可以減少毒害廢物的傳播。植物修復(fù)重金屬廢水成本投入較低，可避免二次污染，是當(dāng)前治理該類廢水的常用方法。大薸對重金屬的累積速度往往在初期顯著增加，隨時間推移生長速率下降，一定時間后可去除環(huán)境中的大部分污染物。表2列出了大薸對不同重金屬的去除效果，通過對比大薸根部和地上部重金屬含量發(fā)現(xiàn)，盡管金屬會遷移到莖葉，但其根系作為攔截并固定該類污染物的主要部位，對重金屬的積累量超過地上部。大薸對鎘、鉻、銅、鉛、鎳、鋅等重金屬的吸收量各有不同，但去除效率可以證明其優(yōu)良的蓄積能力。

表2 大薸對不同種類重金屬的去除效果Table 2 Removal effects on different kinds of heavy metal of Pistia stratiotes L.

1.3 抗生素及抗性基因

多數(shù)污水中抗生素含量并不高，目前結(jié)果多是在實驗室內(nèi)對配制污水中特定濃度典型抗生素的去除數(shù)據(jù)，認(rèn)為大薸根際分泌物的產(chǎn)生與部分類型低濃度抗生素的降解具有相關(guān)性。磷脅迫或植物激素茉莉酸甲酯均會激發(fā)大薸根際微生物分泌代謝物，產(chǎn)生羥基自由基，誘導(dǎo)有機(jī)底物發(fā)生氧化作用，大薸對四環(huán)素和土霉素的去除效果與這種氧化機(jī)制有關(guān)[39-40]。BANSAL 等[41]開展了四環(huán)素類污染水體的可持續(xù)修復(fù)技術(shù)研究，發(fā)現(xiàn)大薸根系分泌物對土霉素的改性效果最好；同時發(fā)現(xiàn)植物根系分泌物中四環(huán)素類抗生素在達(dá)到一定含量后幾乎不再變化。GUJARATHI 等[42]通過對紫外吸收光譜的變化分析，也證實了大薸根際分泌物會對抗生素進(jìn)行改性，四環(huán)素和土霉素的修飾作用在24 h內(nèi)最為明顯。另外，大薸對污水中抗生素的去除效果與該物質(zhì)初始含量有極大關(guān)系。大薸可以在短時間內(nèi)明顯去除污水中低于2.5 μg·mL-1的氨芐青霉素和鹽酸四環(huán)素，而對于濃度超過10 μg·mL-1的鹽酸金霉素和鹽酸土霉素，其去除效果則不如鳳眼蓮[43]。通常來講，低濃度抗生素可以提高植物根系活力，而高濃度抗生素的去除率較低，會脅迫植物根系，使其無法有效清除氧自由基，從而對植物產(chǎn)生毒害效應(yīng)[44]。對于養(yǎng)殖業(yè)畜禽養(yǎng)殖廢水及周邊廢水中可能會產(chǎn)生的抗生素抗性基因問題，基于對植物特性的研究，推測大薸可以降低因水體徑流擴(kuò)散而導(dǎo)致的抗性基因傳播，其種類、豐度的去除變化值得關(guān)注。

1.4 農(nóng)藥

大薸對農(nóng)田廢水中農(nóng)藥的吸收效果是近些年研究的熱點(diǎn)。不同品種農(nóng)藥對大薸形態(tài)的危害各異，滅草松、硝磺草酮和氟磺胺草醚等有機(jī)農(nóng)藥會使大薸葉片變薄，鮮質(zhì)量降低，新根生長受抑制[45]；異惡草酮濃度在37.86～54.71 mg·L-1時不會使大薸的葉片和根系產(chǎn)生可見變化[46]，過量時會抑制植株葉片中類胡蘿卜素合成，致使植物白化壞死。但是，大薸對農(nóng)藥的降解及去除效果較好，及時打撈植物就可將水中農(nóng)藥轉(zhuǎn)移。BARCHANSKA 等[47]觀察到大薸在7 d 內(nèi)對硝磺草酮的吸附率達(dá)到42%～58%，對其兩種降解產(chǎn)物4-甲基磺?；?2-硝基苯甲酸和2-氨基-4-甲基磺?；郊姿岬奈铰蕿?7%～75%。該植物在試驗前期對水中異惡草酮降解速率較快，且在第24 天使殘留量降低到10%以下[46]。王雅麗等[48]種植的大薸使農(nóng)田退水中苯醚甲環(huán)唑的降解半衰期由5.41 d 下降到3.24 d，農(nóng)藥殘留量減少，最終去除率約為98.21%。盡管大薸在草甘膦等農(nóng)藥脅迫下存在生殖退化的風(fēng)險，但其種群的遺傳變異似乎與其對農(nóng)藥的耐受性無關(guān)[49]，而更多地與水域范圍及地理地形有關(guān)。受脅迫大薸的恢復(fù)適應(yīng)能力因農(nóng)藥品種不同而有所差異，但目前鮮見多種典型有機(jī)農(nóng)藥對大薸種群遺傳分化水平的影響分析；另外，農(nóng)藥在該植物中的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制尚不明確，大薸修復(fù)農(nóng)藥廢水有待進(jìn)一步研究。

1.5 染料

在處理染料廢水的實際應(yīng)用中，大薸是除藻類外，可以在較短時間內(nèi)對水質(zhì)具有較好的色度去除效果的一種水生植物，其對紡織廢水的脫色能力超過鳳眼蓮[24]，且11 d 內(nèi)兩種偶氮染料AZUL MARINO 和NEGRO 的變色率達(dá)到90%和70%[50]。大薸可以聚集染料分子的原因：一是葉片通氣組織發(fā)達(dá)，其纖維可固著染料，具有吸附離子型染料的能力；二是體內(nèi)含有羥基、羧基和氨基等官能團(tuán)，可與活性偶氮染料之間形成共價鍵等。因而用大薸吸附染料時要考慮染料自身的分子結(jié)構(gòu)及其在葉片中的擴(kuò)散能力。目前有學(xué)者利用大薸干物質(zhì)對離子型染料靛藍(lán)胭脂紅、活性艷紅K-2BP 和亞甲基藍(lán)進(jìn)行吸附動力學(xué)研究[51-52]，發(fā)現(xiàn)其對該類染料的吸附均為物理吸附，無法實現(xiàn)轉(zhuǎn)化吸收。

1.6 其他污染物

除上述主要污染物外，鹽分也是工農(nóng)業(yè)用水中不可或缺的產(chǎn)物，大薸對不同種類鹽分的吸收利用情況目前研究較少。鹽敏性植物的生長狀態(tài)可以間接表征水質(zhì)變化程度，若掌握大薸對特定污染因子的耐受濃度，利用該植物對規(guī)模化奶牛場奶廳高鹽度有機(jī)廢水進(jìn)行低成本污染處理，降低水中的氯鹽、硫酸鹽等無機(jī)鹽及有機(jī)質(zhì)含量，則可以替代或減少工業(yè)法對高鹽廢水的處理成本。

2 大薸去除污染物的影響因素和凈水機(jī)制

2.1 影響因素

2.1.1 污水污染物濃度

在高濃度養(yǎng)殖廢水或農(nóng)村生活污水中直接培育大薸往往使葉片變褐變脆，必須經(jīng)稀釋或多級工藝方法處理后再排放至植物穩(wěn)定塘，以利于大薸對氮、磷的吸收和利用。通常來說，污水中污染物濃度越高，大薸的相對生長率越高，對污染物的去除效果也越好。SUNDARALINGAM 等[53]用大薸處理初始硝態(tài)氮濃度為8.5、28.5、48.5 mg·L-1和68.5 mg·L-1的地下水，6 周后去除率分別為91.8%、69.5%、61.5%和67.4%，大薸單位氮增加量隨污水濃度升高而顯著改變。陳金發(fā)等[7]對CODCr濃度低于2 000 mg·L-1的奶牛場廢水進(jìn)行質(zhì)量濃度脅迫研究，分析大薸葉片中SOD 和POD 等抗氧化酶的變化趨勢，認(rèn)為CODCr在500 mg·L-1以下的低質(zhì)量濃度廢水不會對大薸形成抑制，大薸能夠穩(wěn)定地發(fā)揮污水凈化作用。

2.1.2 季節(jié)

春夏季大薸莖葉對氮和磷的降解貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)超根部[54]，前期植物生長緩慢，根部稀疏，可附著的微生物含量較低，氨揮發(fā)、硝化和反硝化等作用對氮素的去除效果不及植物吸收作用。大薸在夏季溫濕條件下快速生長繁殖，隨生物量的增長，水體中污染物去除速率較快，氨氮迅速減少，釋放N2和N2O 含量較低[55]，水體pH 和DO 降低[6]。秋冬天氣變冷，大薸緩慢生長，氣溫及營養(yǎng)適宜時，根系長而茂盛，短期內(nèi)植株可分蘗但個體難以增大，此時對污水的凈化主要憑借根系生物量；溫度不足以維持大薸生長時根系的大量脫落，植物出現(xiàn)釋磷現(xiàn)象，且微生物同化作用也會受溫度影響而減弱，可溶性磷酸鹽在水中略有釋放，此時應(yīng)及時捕撈大薸。在北方需避免水生植物發(fā)生黃萎病或疫病，為冬季保苗創(chuàng)造空氣流通度較好的溫室環(huán)境。

2.1.3 pH

通常情況下，大薸在pH 6～10 范圍內(nèi)能正常生長繁殖。水體pH影響植物對重金屬和染料的吸附效果。酸性條件下大薸根系易生成含鐵、鈾氧化物或磷酸鹽片狀納米晶體的沉積物，pH 為5.0時大薸對練江水體中鋅和砷的選擇性較強(qiáng)，水體呈中性時8 d內(nèi)對汞的去除率超過90%[56]；而在弱堿性條件下，培育在鈾礦坑水中的大薸根部表面光滑，未形成沉積[57]。因此，有效控制溶液酸堿度可以影響大薸植株根系細(xì)胞膜與金屬陽離子的交換，并形成金屬氧化物及礦物鹽的沉積，促進(jìn)大薸根系對重金屬的有效積累。

2.1.4 鹽度

SOOKNAH 等[8]提出SCOD 中未定性的可溶性化合物和高鹽度是抑制大薸生長的主要原因，認(rèn)為溶液電導(dǎo)率的下降很可能與大薸根部生物量和根吸收某些離子的能力有關(guān)。目前筆者正在開展大薸對含鹽奶廳廢水的凈化試驗，初步認(rèn)同大薸根部會先從高鹽度奶廳廢水中汲取氮、磷鹽以供自身生長，盡管大薸會使奶廳廢水中高含量的硫酸鹽、氯化物及余氯含量降低，但這些物質(zhì)嚴(yán)重影響大薸的生長狀況。筆者通過探究多比例稀釋度的高鹽畜禽廢水配水對大薸的生理影響，認(rèn)為電導(dǎo)率為2 127～2 547 μS·cm-1是大薸的絕對致死濃度。高鹽度霍格蘭營養(yǎng)液中多種鹽分相互影響，3 d內(nèi)大薸葉綠體迅速分解，葉片從尖端變淺白并干枯，個體較小的植株根部脫水嚴(yán)重；高濃度牛場養(yǎng)殖廢水使大薸葉片腐爛變黃，甚至使根系脫落；高濃度硫、氯鹽配水使大薸基部葉片尖端變黃并逐漸向內(nèi)延伸，內(nèi)側(cè)嫩葉最先萎蔫；高濃度氮素使大薸倒伏現(xiàn)象明顯。

2.2 去除機(jī)制

2.2.1 吸附、過濾、沉淀作用

大薸根系發(fā)達(dá)，在植株快速生長時期，個體之間根系緊密、相互交織，在緩流水體中可以初步阻擋水中大顆粒懸浮物，具有較強(qiáng)的過濾性和富集性，例如染料的去除主要?dú)w功于大薸根系及葉片的吸附能力，水中難溶性固體含量的降低主要是因為大薸根系的過濾能力[25]，及時打撈大薸可將部分污染物轉(zhuǎn)移。植物吸磷-釋磷受植物生長周期和生態(tài)環(huán)境的影響較大，因而從長期角度看，磷素的去除被認(rèn)為是沉淀起主導(dǎo)作用[22]。另外，秋冬季雖然不適合植物生長，但大薸根系分泌物與脫落根系結(jié)合成較為黏稠的深褐色絮狀物，能使懸浮物及可溶污染物沉降，大薸仍可對水體起到凈化作用。

2.2.2 吸收作用

根部和莖部表皮細(xì)胞內(nèi)散布大量維管束和空腔，具有較好的傳輸能力。褚淑祎等[58]發(fā)現(xiàn)在冬季夜間“睡眠”狀態(tài)下的大薸對氨氮和總氮去除率超過晝間，植物吸收能力起主導(dǎo)作用。通過分析大薸不同部位的氮素形態(tài)發(fā)現(xiàn)，盡管根部溶解性氮含量高于莖葉[19]，但養(yǎng)分經(jīng)根部運(yùn)輸后，地上部的吸收利用情況更好，莖葉的氮、磷含量均高于根部[59]。然而對氮素吸收利用效率的調(diào)控機(jī)制研究往往集中于常見農(nóng)作物，且目前未有學(xué)者研究過大薸的氮素利用率。事實上，大薸對大規(guī)模水域脫氮除磷的主要原因并非植物吸收，對于中度氮、磷負(fù)荷的生態(tài)浮床系統(tǒng)，水生植物對大量元素的吸收作用僅有2%～3%[60]；對于輕度富營養(yǎng)化水體，吸收作用因光照、溫度、植物種類、系統(tǒng)構(gòu)建規(guī)模、水速等而有所差異，人工濕地的建造有利于植物對有機(jī)物的吸收。目前經(jīng)大薸處理的畜禽養(yǎng)殖廢水中氮磷轉(zhuǎn)化形態(tài)的相關(guān)研究較少，筆者發(fā)現(xiàn)在大薸處理奶廳廢水的過程中，水體堿度發(fā)生變化，水中羥基自由基減少，存在一定氧氣，可滿足氨基酸發(fā)生羥化作用的條件，導(dǎo)致可溶性有機(jī)氮降低，水中及植物根系附著微生物菌種的種類和含量影響植物對含氮化合物的吸收，同時認(rèn)為有機(jī)氮轉(zhuǎn)化成無機(jī)氮的效果受環(huán)境溫度等影響。大薸攝入大量鹽分后葉綠素降解明顯，酶活反應(yīng)劇烈，隨時間推移其活性喪失，不再積累鹽分。

2.2.3 微生物的輔助作用

大薸根部是水體與大氣養(yǎng)分交換的重要部位，在水中形成好氧微環(huán)境，便于好氧微生物分解有機(jī)物；在較靠近水面的位置形成厭氧區(qū)和兼氧區(qū)，利于硝化和反硝化反應(yīng)，使環(huán)境中的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化成利于植物吸收的無機(jī)鹽。張悅[61]認(rèn)為冬季水生植物根際微生物的活躍程度對水質(zhì)凈化起主導(dǎo)作用，亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌含量降低，優(yōu)勢種群門類發(fā)生改變。大薸在凈化富營養(yǎng)化水體的過程中，根系總細(xì)菌16S rRNA 豐度減少，nirS型反硝化細(xì)菌對脫氮起主導(dǎo)作用[62]。然而目前國內(nèi)外對污染水體中大薸根際微生物的豐度和功能研究甚少，還需進(jìn)一步探索非重金屬脅迫下產(chǎn)生根系分泌物的其他條件，盡可能系統(tǒng)而全面地反映根際微生物-植物-環(huán)境的互作機(jī)制。

目前國內(nèi)學(xué)者通過外施高效細(xì)菌和大薸聯(lián)合處理廢水，認(rèn)為結(jié)合固定化氮循環(huán)細(xì)菌或光合細(xì)菌等有益菌可提高原位水質(zhì)。如李敏等[63]向水產(chǎn)養(yǎng)殖水中補(bǔ)充混合微生物菌劑，發(fā)現(xiàn)水中氨氮和亞硝氮含量降低。陳坤等[64]在豬場氧化塘內(nèi)投加光合細(xì)菌，聯(lián)合作用下總氮、總磷、BOD5、COD 的降幅分別為61.8%～81.0%、41.8%～76.0%、64.8%～82.3%和66.8%～79.1%，均優(yōu)于大薸單獨(dú)凈化水樣效果[64]。

2.2.4 共存離子的協(xié)同作用

除富集能力外，大薸還會通過甲基化、氧化還原等機(jī)制來保護(hù)自身免受重金屬毒性。當(dāng)遇到高濃度砷或鎘脅迫時，植物通氣組織會受到Fe3+、Zn2+等共存離子協(xié)同影響[65]，植株根部羧基誘使細(xì)胞膜與陽離子重金屬的交換速率提升[66]，F(xiàn)e3+氧化物易附著在根系周圍形成鐵斑，促進(jìn)根部細(xì)胞吸收重金屬[67]，保護(hù)植物免受重金屬毒害；同時該脅迫會使大薸的生長速率變慢，谷胱甘肽合成增加，有利于促進(jìn)植物解毒并維持植株體內(nèi)的碳平衡[68]。馬麗等[69]認(rèn)為1.0～2.0 mg·L-1的Fe3+可代替植物鐵鞘增強(qiáng)大薸根部對砷酸鹽的吸附。高濃度CdCl2復(fù)合溶液中大薸根系積累大量的K、Fe 和少量的Si、Cl、Ca，在偏酸性條件下形成鐵斑，阻礙根系接觸更多的非營養(yǎng)元素，增強(qiáng)大薸對鎘的耐受性[70]。

2.2.5 對藻類的化感作用

水體富營養(yǎng)化導(dǎo)致藻類和入侵植物暴發(fā)，然而漂浮植物與藻類存在競爭關(guān)系，缺氧和相對厭氧環(huán)境會抑制大薸生長發(fā)育。適宜條件下大薸自身化感物質(zhì)的釋放及根際微生物的分解使該植物防控除藻成為可能。

目前針對水生植物降解藻類的化感物質(zhì)成分分析研究很少，ALIOTTA 等[71]篩選出脂肪酸、羥基脂肪酸、α-細(xì)辛醚等6種主要的提取物以抑制藍(lán)藻、綠藻、金藻和紅藻生長。國內(nèi)學(xué)者更偏向從細(xì)胞的光合作用來考慮化感物質(zhì)對藻類的生長抑制機(jī)理。田如男等[72]發(fā)現(xiàn)含大薸的兩種水生植物群落組合種植水對小球藻葉綠素a 的抑制效果較為理想。WU 等[73]優(yōu)化了從大薸中提取化感物質(zhì)的方法，短時間內(nèi)極大程度降低銅綠微囊藻葉綠素a 含量和細(xì)胞培養(yǎng)物，并觀察到培養(yǎng)期間提取的化感物質(zhì)對產(chǎn)生和釋放微囊藻毒素（LR）無顯著影響。BICH 等[74]用浮萍和大薸的甲醇提取物對8 種植物的種子萌發(fā)和幼苗生長情況進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)每毫升干質(zhì)量當(dāng)量提取物超過0.01 g時所有測試植物的根系生長受抑制，超過0.03 g 時莖部生長受抑制。化感物質(zhì)對藻類生長抑制還可以從藻類細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞程度、呼吸作用抑制情況、酶活降低速率、細(xì)胞內(nèi)小分子物質(zhì)的質(zhì)量變化等角度進(jìn)一步研究，針對特定藻類的大薸有效提取物成分及化感機(jī)制的研究還有待探索。

3 結(jié)論與展望

受多種因素影響，大薸具有高效脫氮除磷和吸收重金屬的特性，對抗生素、農(nóng)藥、染料等污染物的去除效果較好。大薸的生物特性決定該植物在多類污水的凈化治理中可以有效改善水質(zhì)，在適宜的系統(tǒng)環(huán)境內(nèi)充分調(diào)動水域內(nèi)部及植物根系微生物的活性，合理施用大薸甚至可以實現(xiàn)污水凈化后再利用的功能。然而，該領(lǐng)域獲得的數(shù)據(jù)僅基于實驗室內(nèi)小試或中試實驗，而該植物在野外條件下耐受的污染閾值、對氮磷之外非常規(guī)污染物的吸收效果等尚未完全掌握。因此，今后研究大薸與污水凈化處理技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用可能還需在以下幾個方面加強(qiáng)：

（1）大薸對養(yǎng)分吸收的研究。目前大薸對某些污染因子的去除效果僅限于對表面現(xiàn)象的描述，而其對一些基礎(chǔ)養(yǎng)分的選擇仍無法確定,如大薸在不同環(huán)境條件下對常見無機(jī)氮的吸收偏好，影響大薸分蘗與繁殖的水體碳、氮、磷養(yǎng)分需求差異以及大薸對常見類別污、廢水的耐受濃度閾值等。

（2）大薸對特定鹽分、抗生素等脅迫物質(zhì)的去除機(jī)制研究。該方面研究可以通過植物抗氧化酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、內(nèi)源性激素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)等光合情況進(jìn)行分析，明確大薸對經(jīng)深度處理后的工業(yè)廢水中特定脅迫物質(zhì)的閾值。另外，畜牧業(yè)養(yǎng)殖廢水中存在的抗生素問題不容忽視，基于抗生素抗性基因在畜禽糞便-水系統(tǒng)中的分布、擴(kuò)散情況，下一步研究重點(diǎn)可集中在大薸對主要污染物磺胺類、喹諾酮類抗生素的處理效果，或者從植物活性成分與抗生素的協(xié)同作用角度挖掘機(jī)理，補(bǔ)充該領(lǐng)域?qū)剐曰虻南嚓P(guān)研究。

（3）構(gòu)建并完善大薸吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制的相關(guān)模型。由于植物的代謝及環(huán)境因素的改變，養(yǎng)分吸收機(jī)理模型對數(shù)值的預(yù)測可能不是十分精準(zhǔn)，需要對現(xiàn)有模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確定環(huán)境因素中主要影響因素，將植物吸收與水動力學(xué)結(jié)合，模擬緩流狀態(tài)下大薸對廢水的碳、氮、磷養(yǎng)分最佳需求比例，滿足實際需求。

（4）結(jié)合現(xiàn)場條件調(diào)整深度處理工藝參數(shù)。模擬生態(tài)系統(tǒng)作為一種以植物修復(fù)為主要原理的污水深度處理技術(shù)，可使植物最大程度地發(fā)揮凈水優(yōu)勢，但需要考慮工藝規(guī)模、單位面積適宜栽種的大薸生物量、光照、溫度及其他外界因素，并根據(jù)季節(jié)性凈化效果、組合去污情況等選擇適宜的捕撈周期。

另外，大薸在野外條件下繁殖速度過快，可以很快鋪滿水面，目前只能采取人工收割的方式將大薸帶離出凈化后的污水，清理方式較為復(fù)雜，可以在中小規(guī)模水域內(nèi)定制合適的水生植物固定架，避免大薸逃逸。由大薸及一年生漂浮植物組合構(gòu)成的生態(tài)浮島，不僅可以有效避免多年生水生植物不及時收割造成的氮磷重新釋放問題，而且捕撈處理后資源化利用價值高。大薸營養(yǎng)豐富，可作為青貯飼料用于養(yǎng)殖業(yè)，或經(jīng)處理后作綠肥。目前，大薸的藥用價值和發(fā)酵產(chǎn)氣能力被逐漸挖掘，因而其后續(xù)利用價值也應(yīng)得到關(guān)注。