1、狐 尾 藻 在 农 业 面 源 污 水 生 态 修 复 中 的 作 用 研 究 进 展赵 文 哲，张 志，宋 颂，易 军，陈 学 军，夏 宗 良（河 南 农 业 大 学 生 命 科 学 学 院，河 南 郑 州；河 南 省 生 态环 境 科 学 研 究 院，河 南 郑 州；河 南 省 生 态 环 境 损 害 鉴 定 评 估 与 修 复 工 程 技 术 研 究 中 心，河 南 郑 州）摘 要 以 种植业和养殖业为主的农业面源污染 源造成土壤 和水 体污 染日 益 加重，严 重威 胁我 国农 业和 农村的 环 境 质 量 安 全。水 生 植 物狐尾藻作 为一种污染物富集植物，在农业农村污染水体 生态
2、修 复和 治理 中具 有广 阔的 应用 前景。对狐 尾藻的 生 理 生 态 特 性、重 金 属、氨氮和磷等 富营养成分的吸收降解机制及其影响 因素进行综述；同时，对 今 后 狐 尾 藻 在 基 因 组 学 和 生 物 技 术 育 种 方 面 的 研 究 提 出 建 议 和展望，为进 一步研 究和利用狐尾藻进行污染生态修复提 供科学 依据。关键词 狐尾藻；污染水体；生态修复；富营养化中图分类 号 文 献标识码 文章编号（）：开 放科学（资源 服务）标识 码（）：，（，；，；，），；基 金 项 目 河 南 省 重 大 科 技 专 项（）；河 南 省 生 态 环 境 科学 研 究 院 基 本 科 研
3、 业 务 费 项 目（）。作 者 简 介 赵 文 哲（），男，河 南 郑 州 人，硕 士 研 究 生，研 究 方 向：植 物 分 子 生 物 学。通 信 作 者，教 授，博 士，博 士 生 导 师，从事 植 物 抗 逆 分 子 生 物 学 研 究。收 稿 日 期；修 回 日 期 近年来，以 种 植业 和养 殖 业为主 的 农 业 面 源 污 染 源 造 成土壤 和水体 污染日 益加重，严 重威胁 我 国 农 业 和 农 村 环 境 质量安 全。农 业 面 源污 水 中的 重 金属、氨 氮 和磷、有 机 物 污染 物 等 具 有 隐 蔽 性 和 累 积 性，可 通 过 多 种 途 径 进 入 食
4、 物 链，严重 影响人 类身 体 健 康 和 生 命 安 全。因 此，进 行 农 业 面源污 水修复 是保障 我国农 业安全 生 产、实 现 乡 村 振 兴 和 现 代农业 高质量 发展亟 待解决 的重要 问 题。植 物修 复技术 具有成 本低、操 作 简 便、适 用 性 强、经 济 价值突 出、美 化 环 境 等 优 点，在 农 业 面 源 污 染 修 复 中 广 泛 应用。杨 林 章 等 提出 了农业 面源污染 防控“”技 术（即“源 头 减 量 过 程 阻 断 养 分 再 利 用 生 态 修 复”）。等 报道了 采用绿 狐 尾 藻 构 建 一 套 农 业 农 村 污 水 生 态 治 理技
5、 术 体系，对 控 制 农业 面源 污 染 水 体 具 有 显 著 效 果。由 此 可见，狐 尾 藻 作为 一 种污 染物 富 集植物 在 农 业 农 村 污 水 生 态 修复和 治理中 具有 广 阔 的 应 用 前 景。该 研 究 综 述 狐 尾 藻 的 生理 生 态 特 性 及 重 金 属、氨 氮 和 磷 等 吸 收 降 解 机 制 及 其 应 用，为 进 一 步 研 究 和 利 用 狐 尾 藻 进 行 污 染 生 态 修 复 提 供 科 学依据。生 理 生态 特 性狐尾藻 属（）是 被 子 植 物 门、双 子 叶 植物 纲、小 二 仙 草 科 的 水 生 植 物，可 以 挺 水 或 沉
6、水 生 长，多 年生，生 长 在在 湖 泊、河 流、池塘、沟 渠、湿地 等 环境 中。狐 尾藻 属 共包 含 约 个 种，在 世 界 范 围 内 广 泛 分 布。狐 尾 藻 可以 通 过 有 性 生 殖 形 成 种 子 进 行 繁 殖，可 以 是 雌 雄 同 株，例 如穗 花 狐尾 藻（），也 可 以 是 雌 雄 异 株，例如 绿 狐 尾 藻（）。狐 尾 藻 最 主 要 的 繁殖 方 式 是 无 性 繁 殖，其 茎 节 处 可 以 生 根，在 水 中 蔓 延 生 长，茎部 的 断枝 也 容 易 再 生 出 新 的 植 株。狐 尾 藻 好 光 喜 温，在夏 季快 速 生长 繁 殖，有一 定 的抵
7、 抗 低 温 的 能 力。由 于 其 快 速繁 殖 的能 力 以及 较 好的 适 应性，狐 尾 藻 在 很 多 国 家 地 区 被 列为 入侵 物 种和 恶 性杂 草。李 裕 元等 在 我 国 温 带 和 亚 热带 的 个试 验 站 对 绿 狐 尾 藻 的 适 应 性 和 竞 争 力 开 展 研 究，结 果 表明 由 于受 越 冬能 力、本 土水 生 植 物 的 竞 争 以 及 天 敌 危害 等 因 素 的 影 响，绿 狐 尾 藻 在 我 国 大 范 围 的 自 然 扩 张 比 较有 限。生 态修复 功能狐尾 藻 对污 水 中 的 多 种 成 分 具 有 很 强 的 生 态 修 复 和 净化
8、能力。狐 尾藻 通 过 光 合 作 用 为 污 水 中 其 他 生 物 提 供 生 长所 需 的 有 机 物 和 溶 解 性 氧 气，还 可 以 通 过 根 部 或 茎 叶 吸 收、利 用 污水 中 的 氮、磷 等 营 养 物 质。另 外，镉、铬、铜 等 重 金 属被 狐 尾藻 吸 收后，也 会 贮存 在 体内。对 有机 污 染物 的 降解 化 学 需 氧 量（）是 指 水 体 中需 要 被氧 化 的还 原 性物 质 的量，被 作 为 衡 量 水 中 有 机 物 质 含量 多 少的 指 标。值越 大，说 明水 体 受有 机 物的 污 染 越 严重。等 收 集 了排 放 城 市 污 水 的 河
9、流 中 的 水 样，分 析了 条 件 下狐 尾 藻 对 水 中 有 机 物 质 的 降 解 效 果。结 安 徽 农 业 科 学，（）：果表 明，处 理 后 污 水 的 值 显 著 下 降，后 降 低 了，证 明 狐尾 藻 对污 水中的 有机物 质 具 有 明 显 的 去除效 果。研究表 明，狐 尾藻 可以 通 过多种 机制 降 解 或 去 除 污 水 中的阿 拉特 津、氟 乐 灵、去 草 净、噻 草 酮 等 有 机 污 染 物。吸 附 固定。狐尾藻 发 达 的 根 茎 可 以 在 水 中 形 成 庞 大 的 网 状结构，对 有 机物 进 行 吸 附 固 定、防 止 其 在 水 中 扩 散。促
10、进微生 物的降 解能 力。狐 尾 藻 通 过 光 合 作 用 大 大 增 加 了 水 体中的 溶解氧，进 而 促进 了水 体 中分解 有 机 物 的 微 生 物 的 快 速繁殖 和降解 速率。降 解 后 的 有 机 营 养 成 分 还 可 以 被 狐 尾 藻等水 生植物 吸收利 用，从而 达 到降解 污 水 中 有 机 污 染 物 的 目的。董文斌 等 对 养殖 场 一 五 级 的 养 殖 废 水 进 行 去 污 效果检 测，结 果 表 明 后 水 样 的 去 除 率 均 值 可 达，其 中 一 级 废 水 去 除 率 高 达，五 级 废 水 去 除率 达，显 示 出 较 强 的 去 除 有
11、机 污 染 物 的 效果。徐哲 研 究了 深圳市 丁 山 河 上 中 下 游 个 由 狐 尾 藻 构建 的 人 工 湿 地 在 污 水 厂 尾 水 净 化 中 的 应 用 效 果，结 果 表 明，个湿 地的污 染物去 除 率 达 到，显 示 出 狐 尾 藻 湿 地高效 的生态 修复效 果。另 外，绿 狐 尾 藻 和 活 性 污 泥（含 有 大量微 生物）联 用 的 污 水 处 理 系 统，可 以 大 大 提 高 对 污 水 中 有机物 的降解 效果。水 体富营 养化的 修复 水中氮、磷 等营养 物质过 量导 致水体 被污染 的现 象 称 为 水 体 富 营 养 化。水 体 富 营 养 化 会
12、影响 水 质，造 成 水 的 透 明 度 降 低，阳 光 难 以 穿 透 水 层，对 水 中 植物 的 光 合 作 用 产 生 影 响，导 致 水 中 的 溶 解 氧 少，对 水 生 动 物危害 极大，甚 至 导 致 水 生 动 物 死 亡。水 体 富 营 养 化 此 前大 多 使 用 物 理 法 或 化 学 法 来 治 理，但 是 都 存 在 投 入 大、治 理不 彻 底的缺 点。利 用 植 物 进 行 水 体 富 营 养 化 修 复 已 经 证 实是 一 种环保 有效的 方式。狐尾藻 对 水 体 中 的 氮、磷 的 吸 收 利用能 力较强，狐 尾 藻 湿 地 可 吸 氮（）和 磷（）（相当
13、于 头 和 头 猪 的排 放 量）。狐尾藻 对铵态 氮、硝 态氮、总 氮的吸 收 率 都 达 到 以 上，表 明狐尾 藻对氮 的吸收 去除效 率效果 非 常显 著。吴晓梅 等 检 测了穗 花狐 尾 藻 在 不 同 的 水 力 停 留 时 间对 氮、磷 的 去 除 效 果，结 果 表 明 随 着 水 力 停 留 时 间 的 增 加，狐尾藻 体 内 氮、磷 含 量 均 呈 现 先 增 后 减 的 变 化 趋 势。肖 顺明 对狐尾 藻的全 株、根、茎、叶 进 行 不 同 浓 度 下 氮、磷 的 吸收 速 率 的 试 验，结 果 表 明 狐 尾 藻 对 氮、磷 吸 收 速 率 受 氮 磷 浓度的 影响
14、，且对 氮 的 吸 收 效 率 为 磷 的 倍。因 此，狐 尾 藻 对氮、磷 的 吸 收 和 去 除 能 力 很 强，很 适 合 用 于 水 体 的 富 营 养 化修 复。但要 及时对 狐尾藻 进行打 捞 收 割，防 止 狐 尾 藻 枯 萎 后产生 腐烂释 放，造 成水 体的 二 次污染。对 重金属 的吸附 水 体 中 重 金 属 的 污 染 一 直 是 污 水 处理的 难题。常 见 的 重 金 属 污 染 包 括 铜、镉、铅 等 污 染。常 规的 清 除 方 法 主 要 依 靠 物 理 吸 附、化 学 絮 凝，电 化 学 以 及 膜 处理法 等，工 艺复 杂、费 用 高，既 不 经 济 又
15、容 易 引 入 新 的 污 染。引入 水生植 物通过 自身代 谢吸附 水 体 中 的 重 金 属，环 保 又 高效，是 当 下 非常 有 潜 力 的 污 水 净 化 策 略。研 究 表 明，狐 尾 藻在 清 除水 体 重金 属 污染 方 面具 有 较大 的潜力。穗花 狐 尾藻 对 镉、铬 等 重 金 属 具 有 较 强 的 生 物 吸 附 力，且 受 的影 响。当 铬 初 始 浓 度 为 时，具 有最 高的 吸 附效 率；溶 液中 共 存的 钙 离子 对 狐尾 藻 生 物 吸附 镉 的 能 力 有 竞 争 作 用，提 高 浓 度 会 影 响 镉 的 吸 附；热 力 学计 算 表明 穗 花狐 尾
16、 藻对 镉 的吸 附 属 于 吸 热 的 自 发 过 程，在 一定 镉 浓度 下，升 温 有 助 于 提 高 吸 附 能 力。穗 花 狐 尾 藻 对铅 也 具有 类 似的 吸 附能 力，通 过模 型 计 算 表 明 穗 花 狐 尾 藻 对铅 离 子具 有 最大 的 理论 吸 附 量，铜 离 子 和 锌 离 子可 以 干扰 铅 离子 的 吸附；铅 离 子主 要 由 于 产 生 离 子 交 换 而 被吸 附，相 较 于 钾 离 子 和 钠 离 子，二 价 钙 离 子 与 镁 离 子 更 容 易发 生 交换；与 对 铬的 吸 附一 样，同 样 影 响 穗 花 狐 尾 藻 的 吸附 能 力。此外，吴
17、晓 梅等 研 究 表明，狐 尾 藻 对 于 生 猪 养殖 场 沼液 的 铜离 子 和锌 离 子具 有 较 好 的 富 集 能 力，其 中 水 力停 留 时间 为 时可 获 得 狐 尾 藻 最 大 的 沼 液 净 化 效 率。总体 来 看，目 前 对 狐 尾 藻 吸 收 积 累 重 金 属 的 研 究 依 然 较 少，尤其 对 其吸 附 积累 金 属或 重 金属 离 子的 机制尚 需 要深 入 研 究。狐 尾藻生 态修复 的影 响因 素近年 来，国 内外 学 者对 影 响狐 尾 藻净 化 能 力 的 环 境 因 素进 行 了研 究，主 要包 括 温度、光 照、等。温度 狐尾 藻 生 长 最 适
18、温 度 为，高 温 或 低 温会 对 其生 态 修复 功 能 产 生 一 定 的 影 响。安 娜 研 究 发 现 高温 条件 下 狐尾 藻 对氨 氮 的去 除 率达，对 总 氮 的 去 除 率 达；低温 条 件 下，对 氨 氮 和 总 氮 的 去 除 率 下 降 至。另外，低 温 环境 下，狐尾 藻 需要 的适 应 期。总 体来 说，狐 尾藻 在 高 温 条 件 下，可 以 维 持 净 化 和 耐 受 的 能 力；在 低 温 条 件下，净 化 和耐 受 的能 力 会大 大 降低。光照 不同 光 照 条 件 对 植 物 的 生 长 发 育、物 质 代 谢、光合 作 用等 产 生重 要 影 响。狐
19、 尾 藻 的 生 长 和 净 水 效 果 也 会 受光 照 的 影 响，在 不 同 光 质 的 照 射 下，其 生 长 发 育、光 合 作 用 会受 到 影响，进 而 影 响 其 对 污 水 的 净 化 效 果。胡 清 泉 等 比较 了 红光、蓝 光、白光 和 自然 光 种 光 质 条 件 下，狐 尾 藻 的 生物 量、叶 绿素 含 量和、氮 磷的 降 解效 率，结 果发 现 在 红 蓝光 时生 物 量最 高；在 白 光 时 叶 绿 素 含 量 明 显 低 于 其 他 种 光 质；在红 蓝 光 时 狐 尾 藻 对 污 水 的 降 解 效 果 最 好，这表 明 光质 对 狐尾 藻 的 光 合 能
20、 力 及 净 化 水 体 的 效 果 有 显 著 影响。桑雨 璇 等 研究 了 种 光 照 强 度 对 沉 水 植 物 菹 草 和 狐尾 藻 富 集 磷 的 效 果，结 果 发 现 菹 草 在 光 照 强 度 为（）时的 生 长 速 率 和 水 体 磷 富 集 能 力 显 著 高 于光 照 强度 为（）时 的 情 况，而 狐 尾 藻 的 生 长 速率 和 富集 磷 的效 率 在 种 光照 强 度下 差异不 显 著。水 生 植物 对 水体 的 反应较 敏感，酸性 条件会 对水 生 植 物 产 生 毒 害 作 用，造 成 根 茎 损 伤 甚 至 植 株 枯 萎 死 亡。但 是 水体 也 不宜 过
21、高，这 同 样 会 对 水 生 植 物 造 成 不 利 影响。目前 的 研究 表 明，狐尾 藻 的生 长 和 净 水 能 力 需 要 适 宜 的。李 国新 等 研 究 了 不 同 条 件 下 狐 尾 藻 对 重 金 属 镉的 吸附 效 果，并利用 模型 进行 了 拟合 分 析。结 果 显示，低 于 的 强酸 环 境下 狐 尾藻 的 表面 组 织已 经 遭 到 破 卷 期 赵 文 哲 等 狐 尾 藻 在 农 业 面 源 污 水 生 态 修 复 中 的 作 用 研 究 进 展坏，不 具 备 吸附 重 金属 的 能 力；在 范 围 内 镉 吸 附能 力 受 影 响较 大，其中 为 时理 论吸附 量
22、最 大。杨旻 研究了 对 狐尾藻 去除不 同 形 态 氮 的 效 果 的 影 响，结果显 示，在 为 的 中性条 件下狐 尾藻 对铵 态氮、硝态 氮 具有 最 大 的 吸 收 速 率 和 亲 和 力，并 且 对 铵 态 氮、硝 态 氮 和 总 氮的去 除能力 最强；在弱 酸和 弱 碱的条 件 下 虽 具 有 一 定 的 吸 收能 力，但 有所 减 弱。这 表明 狐 尾藻 对 水 体 中 不 同 物 质 的 吸 收和降 解可能 具有不 同的最 适宜。展 望狐尾藻 对农村 农业污 水中的 氮、磷等 富 营 养 成 分 及 重 金属等 有毒物 质 具 有 较 强 的 吸 附 吸 收 作 用，通 过
23、植 物 收 获可 以 彻 底 去 除 污 染 物，并 回 收 氮 磷 等 富 营 养 物 质，在 农 业 面源污 染的生 态修 复 中 具 有 很 好 的 推 广 应 用 前 景。目 前 在 狐尾藻 的生理 生态特 性 及 生 态 修 复 机 制 研 究 取 得 了 较 好 的 进展，今 后 还 需要 从 以下 方面 进 行深入 系统的 研究。加 强狐尾 藻的基 因 组 学 和 抗 性 育 种 研 究 狐 尾 藻 好 光喜 温，夏 季生 长 繁 殖较 快，但到了 冬 季 气 温 降 至 以 下，许多 狐 尾 藻 植 株 的 水 上 部 分 出 现 冻 害，严 重 影 响 狐 尾 藻 的 生长。
24、随着基 因组学 和现代 分子生 物 学 技 术 的 发 展，有 望 通 过现 代 生物技 术培育 耐寒狐 尾藻 新 品 种。因 此，今 后 需 要 加 强狐尾 藻基因 组学领 域的基 础研究，为 新 品 种 的 培 育 提 供 理 论支撑。加 强狐尾 藻与附 生 微 生 物 互 作 机 理 的 研 究 微 生 物 菌群 附 着 在 水 生 植 物 茎、叶 和 根 生 物 膜 上，对 湿 地 污 染 物 的 去除具 有重要 作用。狐尾 藻 和 附 生 微 生 物 之 间 复 杂 的 相 互作用，及 其 对氮、磷、重 金属 等吸 收、吸 附、去 除 的 作 用 机 理 还需要 进一步 的研究。加
25、强狐尾 藻的栽 培 管 理 和 资 源 化 利 用 研 究 针 对 狐 尾藻湿 地生态 修复技 术体系 需求，完善 配 套 栽 培 和 病 虫 害 防 治等 技 术 措 施，加 强 绿 狐 尾 藻 湿 地 的 采 收、维 护 及 资 源 化 利 用等相 关配套 装备的 研发，从 而 加快该 技 术 成 果 在 环 保 领 域 的推广 应用。参 考 文 献，（）：孙 宏，李 宁，汤 江 武，等 狐 尾 藻 在 养 殖 污 水 净 化 中 的 作 用 原 理 及 相 关 应用 进 展 中 国 畜 牧 杂 志，（）：，：，（）：，：，：，：，：张 维 理，武 淑 霞，冀 宏 杰，等 中 国 农 业
26、面 源 污 染 形 势 估 计 及 控 制 对 策 世 纪 初 期 中 国 农 业 面 源 污 染 的 形 势 估 计 中 国 农 业 科 学，（）：，：杨 林 章，施 卫 明，薛 利红，等 农村面源污染 治理的“”理论与 工 程 实践：总 体 思 路 与“”治 理 技 术 农 业 环 境 科 学 学 报，（）：，：，：，（），（）：，（），（）：洪 亚 萍 外 来 种 粉 绿 狐尾藻在全 球变化背 景 下 的 入 侵 性 研 究 武汉：武 汉 大 学，李 裕 元，李 希，吴 金 水，等 绿 狐 尾 藻 区 域 适 应 性 与 生 态 竞 争 力 研 究 农 业 环 境 科 学 学 报，（）：
27、，：，（），：（），（）：董文斌，何 铁 光，蒙 炎 成，等 狐 尾 藻 对 养 殖 废 水 的 减 控 去 污 效 果 南方农业 学报，（）：徐哲 绿 狐 尾 藻 在 污 水 厂 尾 水 水 质 净 化 改 善 中 的 应 用 效 果 研 究 长沙：湖南农 业大学，：厉金炳，徐小燕，袁金 钱，等 利用狐尾 藻 综 合 治 理 规 模 养 殖 场 污 水的原理 及效果分析 浙 江畜牧兽医，（）：吴晓梅，叶 美 锋，吴 飞 龙，等 狐 尾 藻 净 化 生 猪 养 殖 场 沼 液 的 研 究 农业环境 科学学报，（）：肖顺明 不同氮、磷 浓 度 对 绿 狐 尾 藻 生 长 及 氮、磷 吸 收 的
28、影 响 研 究 长沙：湖南农 业大学，李国新，薛培英，李 庆 召，等 对 穗 花 狐 尾 藻 吸 附 重 金 属 镉 的 影响 环境科 学研究，（）：，：李国新，陈国元，李青 松，等 穗花狐尾 藻 对 镉 的 生 物 吸 附 特 性 研 究 安全与环 境学报，（）：李国新，颜昌宙，赵超，等 穗花 狐 尾 藻 铅 吸 附 特 征 与 机 理 环 境科学研 究，（）：吴晓梅，叶美锋，吴飞 龙，等 狐尾藻对 生猪养殖场 沼 液、的 富集与净 化效果 福建农 业学报，（）：安娜 狐 尾藻 生物 膜强化稳定 塘处理养殖废 水工艺优化 石 家庄：河北科技 大 学，胡清泉，沙茜，杨仁灿，等 不同 光质对狐尾藻 生长及畜禽 养殖污水净 化效率的影 响 湖北农业科 学，（）：桑雨璇，杨珈乐，熊怡，等 不同光照和 磷 水 平 下 两 种 沉 水 植 物 磷 富集和钙 磷含量的比 较 环境科学，（）：杨旻 对沉 水植物 去 除 水 体 不 同 形 态 氮 的 影 响 南 京：南 京信息工 程大学，：，：，：安 徽 农 业 科 学 年
