高盐废水处理耐盐湿地植物探讨

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[摘要]目前利用人工湿地工艺去除高盐废水中的污染物被认为是非常有前景的污水净化技术之一。本文从湿地植物净化高盐废水的作用和机理入手，分析了盐胁迫对湿地植物的形态上和生理上的影响，列出了多种湿地植物的耐盐阈值及对污染物的净化效果，并对利用湿地植物去除高盐废水中污染物的研究工作进行了展望，旨在为筛选湿地植物去除高盐废水中的污染物提供技术参考。

[关键词]高盐废水；人工湿地；耐盐性；植物；筛选

1引言

高盐废水通常是废水中有机物和总溶解性固体(TDS)的质量分数不少于3.5%，以NaCl的量表示含盐量，含盐质量分数不少于1%[1]。随着我国工业和农业的快速发展，水资源受到了严重的污染和破坏，海水直接利用排放的废水、造纸、医药和石油化工等工业生产和农业生产过程中会产生大量的高盐废水[2]。目前，我国大量的中小企业由于缺乏资金和技术无法对高盐废水进行处理达标排放，仅仅采用稀释后外排的方法，导致了淡水资源的浪费和土地盐碱化加剧[3]。全世界受盐度灌溉影响的土壤大约占20%，并且还处于不断恶化的状态。预计到2050年[4]，世界上50%以上的耕地将会发生土地盐碱化[5]，对土地利用率和作物产量产[6]。

2湿地植物去除污染物的作用和机理

湿地中的常见的植物具有生物量大、生长迅速、吸收能力强的特点，湿地植物在湿地中主要有以下几点作用：吸收、吸附污染物；富集重金属；提供一个好养和厌氧的根系环境；维持水利传输和人工湿地的正常运行等[11]。人工湿地在运行过程中会受到各种因素的影响，比如湿地的类型、污染物的种类、污染负荷和盐胁迫主要由、24等中性盐造成，对湿地植物的影响主要包括离子胁迫、渗透胁迫和氧化胁迫，降低湿地植物种子的萌发能力，影响湿地植物的正常生长。湿地植物的多种生理过程也会受到盐胁迫的影响如光合作用、渗透调节作用、呼吸作用、蛋白质合成等[14]，进而导致湿地的生态系统稳定性被破坏。

3盐胁迫对湿地植物的影响

3.1盐胁迫对湿地植物形态特征的影响

盐胁迫会影响湿地植物的新陈代谢进而抑制了植物的生长发育，湿地植物为了抵抗盐胁迫造成的生理干旱，减小自身叶片大小，增加了叶片厚度，从而使湿地植物更具有耐受性。生物量随着盐胁迫的加重而减少，植物的株高和茎粗受到明显的不良影响，植物种子的萌芽率随着盐胁迫程度的增加而显著下降。盐胁迫下，湿地植物的地上部干质量、根干质量和总生物量降低，根活力减弱，地上部受到的抑制作用强于根系[13]，湿地植物通过根部生物量的分布来应对盐胁迫。

3.2盐胁迫对湿地植物生理特征的影响

生极其恶劣的影响。因此，如何有效去除高盐废水中的污染物NaClNaSO成为当前研究的热点和亟需解决的问题。化工生产中产生大量的废水具有高COD、高盐度、高毒性等特点[7]。生物处理法具有成本低、处理效果良好，不会产生二次污染等优点，因此成为国内外研究的重点[8]。近年来，人工湿地净化废水的研究在飞速发展，湿地植物具有良好经济效益和景观价值，利用湿地植物去除高盐废水中的污染物成为当前的一个研究热点[9]。而且传统的生物处理方法大多使用复杂的设备，需要大量的经济投资和消耗大量的能源，更重要的是这些传统的方法在控制扩散污染(通常指非点源污染)方面是无效的，因此人工湿地于其成本低、操作方便、环保、美观等特点，越来越受到人们的重视，尤其是它在发展中国家的应用[10]。3.2.1离子胁迫盐胁迫会使湿地植物体内积累大量的Na+，打破了植物体内Na+/K+比例的平衡，同时Na+和Cl-会影响植物细胞膜和细胞质的正常代谢活动，引发离子毒害，离子毒害对植物的伤害缓慢而持久，危害植物的组织和器官，加速了叶片的衰落或植物的枯萎死亡[15]。植物体内的Na+/K+比值越大，植物体内的Na+从地下向地上部分运输的选择性就越大，植物抗盐能力降低；反之则抗盐能力越高。盐胁迫初期，植物叶片内Na+随着盐浓度的增加而增加，而Na+/K+比例却一直稳定在一定的范围内，说明植物根系向叶片中输送了Na+，以减弱盐胁迫对植物造成的毒害作用[16]。3.2.2渗透胁迫正常状态下，植物细胞中的渗透压高于土壤溶液，植物利用渗透压从外界获取自身生长必需的水分和矿物质。在盐胁迫下，水力负荷、植物的生长状况等，其中植物是一个重要的因素。湿地植物可以通过自身新陈代谢直接吸收水中的营养物质用于自身的生长，促进了废水中的含氮磷的营养物质循环再利用，湿地植物的根系给微生物提供了良好的根际微环境，改善区域气候，让整个生态系统平稳运转[12]。土壤溶液中的盐浓度高，降低了土壤水势，导致植物细胞渗透压比土壤渗透压低，植物体内水分流失进而引发植物缺水，进而导致湿地植物对水分和钾钙等矿物质的吸收能力降低[13]。湿地植物在盐胁迫下自身的叶片相对含水量下降，植物缺水而引发生理干旱效应，导致叶片光合速率降低并逐渐枯萎[16]。因此，在高盐浓度下，植物对废水中的BOD、COD去除性能降低，悬浮固体物增加[17]。3.2.3氧化胁迫在离子毒害和渗透胁迫的作用下，植物的膜系统会受到损害。盐胁迫会引起活性氧和自由基在湿地植物体内大量积累，造成植物细胞膜脂过氧化伤害，使湿地植物体内的相对电导率和MDA含量上升。相对电导率变化是由于湿地植物在逆境胁迫下，细胞膜损害后导致膜通透性变大，细胞中离子渗出，相对电导率能够反映细胞膜的受害程度。丙二醛(MDA)是植物细胞膜脂过氧化的最终产物，其含量的高低体现了湿地植物的受害程度[18]。在盐胁迫下，湿地植物自身的保护酶系统会清除体内过多的活性氧和自由基，这种保护酶系统主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)。

4高盐废水中污染物的去除湿地植物筛选现状

人工湿地技术常用于处理污水中的氮磷有机污染物以及重金属，湿地植物是影响人工湿地净化水体效能的关键因素，我国在人工湿地处理高盐废水这方面的研究较少。因此，近年来人们开展大量的工作，为了筛选既耐盐又能去除污染物的湿地植物，笔者将研究成果总结在下表中(表1)。分析表1中的结果发现，所列的湿地植物中芦苇、水葱、美人蕉、香蒲、千屈菜具有较强的耐盐能力并对氮磷及有机污染物有较好的去除效果；碱蓬、花菖蒲、鸢尾耐盐能力强但去除效果较差；而空心莲子草、再力花、荇菜耐盐能力差，导致去除效果差；黑三棱、梭鱼草、睡莲、香根草耐盐阈值极低，因此没有研究分析它们在高盐度条件下对污染物的去除效果。

5结论与展望

(1)现有研究大多是对高盐度废水中的氮磷及有机污染物的去除，而对废水中重金属污染的去除缺乏相应的研究。因此，应加强对污水中重金属去除的研究，提高植物的耐污能力。现实中的高盐废水成分复杂，不是单一的盐胁迫，因此在耐盐湿地植物筛选的同时，加强对水中多种污染物去除的研究，筛选出耐盐同时还能净化高盐废水的湿地植物具有很强的现实意义。(2)对耐盐能力和去污效果较好的湿地植物的进行进一步的研究，探究湿地植物的生物量指标、生理生化特性、叶绿素的含量等受到的影响，植物如何维持自身的生长代谢，包括湿地植物生理变化过程中由于细胞膜功能受损导致体内抗氧化酶活性的变化。(3)湿地植物的净化机制的深入研究应与在人工湿地中的实际应用并举，筛选出既耐盐又耐污的湿地植物固然重要，但湿地植物在高盐度条件下去除水体中的污染物产生的如分子机制、基因表达等一系列基础理论问题还很复杂，目前研究还很少涉及这方面，有待于进一步探索和深化。

作者：廖明晶 范敬龙 匡代洪 王鸿钰 王文全 单位：新疆农业大学草业与环境科学学院 中国科学院新疆生态与地理研究所