濕地植物凈化效果及機理研究進展

燕紅　馬瓊芳　李杰玲　楊帆　陳玲　張超凡　姚明遠

摘 要 對濕地植物的概念及其對污染物的去除及凈化機理，以及凈化過程中濕地植物體內生理和生化等方面的特征進行回顧總結，介紹了濕地植物在凈化效果及機理方面的國內外研究進展以及有關濕地植物未來的研究方向，為濕地生態(tài)系統(tǒng)的凈化功能提供理論支持。

關鍵詞 濕地植物;凈化效果;生理生態(tài);機理

中圖分類號：X703 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.21.075

1 濕地植物的概念、功能和主要作用

濕地是不同于森林和海洋生態(tài)系統(tǒng)的特殊生態(tài)系統(tǒng)類型，在地球生態(tài)系統(tǒng)中非常重要且不可缺少，被稱為“地球之腎”，是人類重要的環(huán)境資源之一。凡是生長在濕地中的高等植物和低等植物統(tǒng)稱為濕地植物。濕地植物是濕地系統(tǒng)中的重要組成部分，在濕地中不可或缺，其能對流入濕地的營養(yǎng)物質進行截留、吸附和吸收轉化，對濕地的凈化功能起著重要作用。濕地對污水中的主要污染物以及氮、磷等元素的凈化作用主要通過3方面實現(xiàn)：1）濕地系統(tǒng)中基質的攔截、吸附和沉淀作用;2）濕地植物的吸收作用;3）系統(tǒng)中的微生物的固定轉化作用。濕地系統(tǒng)中植物對污水的凈化功能方面的研究更多集中在人工濕地的研究方面。濕地植物在凈化污水中的作用可以概括為5方面。1）濕地植物在吸收污染物質并通過自身同化過程中，為了滿足自身對營養(yǎng)物質的需要，會將水中的營養(yǎng)鹽直接吸收并利用，在此過程中會富集一部分有害物質和重金屬離子[1]。2）一般情況下，濕地植物都具有發(fā)達的根系，根系周圍環(huán)境為微生物的生存和營養(yǎng)代謝提供了適宜的場所和環(huán)境。濕地系統(tǒng)中含養(yǎng)化合物的脫氮過程、有機污染物的降解分解過程等都是依靠根際和水中的微生物群落來完成的[2]。

3）濕地植物光合作用過程中會產生氧氣，氧氣的存在能夠改變局部小氣候，這也是保證微環(huán)境中的生物多樣性的首要條件。4）濕地植物的存在還可以抑制水中浮游的有害藻類。5）濕地植物還可作為指示物，指示所在環(huán)境的污染程度[3]。

2 濕地植物凈化效果的研究

濕地植物對污染物的吸收、利用以及對重金屬的富集能力會隨著濕地植物物種的差異而產生不同效果，某些濕地植物會對一些特定的污染物產生更顯著的作用。例如蘆葦（Phragmites australis）、燈心草（Juncus effucus）等濕地植物對氮、磷的去除效果十分顯著[4]。Calheiros等[5]利用不同濕地植物美人蕉（Canna indica）、香蒲（Typha orientalis）、蘆葦、黃菖蒲（Iris pseudacorus）構建水平潛流人工濕地處理某皮革廠排出的廢水，研究結果表明蘆葦和寬葉香蒲（Typha latifolia）能夠在高濃度廢水中生長較好，并對污染物去除能力較強。賀峰等人[6]對水蔥（Scirpus validus）的研究表明，水蔥能夠降低罐頭廠廢水中70%以上的有機污染物，使廢水中BOD的去除率達到75%左右。當前，國際上普遍認可的淡水濕地水生植物優(yōu)勢品種有馬來眼子菜（Potamogeton wrightii）、菖蒲（Acorus calamus）、水蔥和輪葉狐尾藻（Myriophyllum verticillatum），也有很多學者經過多次試驗得出，香蒲、美人蕉、蘆葦、菖蒲、鳳眼蓮（Eichhornia crassipes）等濕地植物用來處理高氮磷污水，能夠得到較高的去除效果。

3 濕地植物凈化機理研究

濕地植物凈化機理研究主要探討的問題是污水流入濕地生態(tài)系統(tǒng)后，污染物的遷移和轉化過程如何進行，機理如何完成。已有大量研究表明，濕地系統(tǒng)在凈化污水過程中，系統(tǒng)中的基質、水生植物和微生物三者之間相互依存、相互聯(lián)系，互為因果，形成了一個共生系

統(tǒng)[7-9]，通過一系列物理、化學以及生物途徑，利用過濾、吸附、共沉、離子交換、植物吸收和微生物降解來完成對污染物的凈化作用。此外，植物的生理特征與人工濕地的去污效率之間也存在聯(lián)系，如雒維國等人[10]研究發(fā)現(xiàn)，濕地植物的光合作用和蒸騰作用與濕地脫氮存在較大相關性;韓志萍等[11]發(fā)現(xiàn)，植物體內葉綠素的含量與污染物富集存在顯著相關性。

污水中氮元素主要以兩種形態(tài)存在，即有機氮和氨氮。氨氮的去除率主要依賴于濕地植物提供氧氣的能力，輸氧能力強的濕地植物能快速將氧氣輸送至根系，營造好氧環(huán)境。在這種環(huán)境下，氨氮先通過硝化反應被氧化成亞硝酸鹽和硝酸鹽，然后再通過反硝化反應將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原成氣態(tài)氮從水中逸出，從而實現(xiàn)脫氮的作用，而僅依靠濕地植物的吸收固氮作用去除的氮不超過30%[12]。

污水中磷元素在濕地生態(tài)系統(tǒng)中的去除途徑主要有植物體吸收、微生物同化、聚磷菌超量攝取、基質通過物理化學反應攝取。這4種除磷途徑中，主要途徑為基質對磷的吸附和納磷容量是[13]。此外，污水中磷的去除與水體中微量元素也存在一定的相關性，Zhu等[14]對水體中的鎂、鈣、鐵、旅與磷的吸附關系進行了深入的研究，結果表明，水體中的鈣與磷的吸附相關性最強。

4 結語

濕地生態(tài)系統(tǒng)去除污染水體中的氮、磷元素效果顯著，能夠有效去除農業(yè)面源污水和生活污水中的高濃度氮和磷。其中濕地植物在凈化過程中作用顯著，可通過直接和間接作用有效去除水體中的主要污染物。當前，相關研究表明，僅有數(shù)十種濕地植物被用于人工濕地中來處理污水，而其中大多數(shù)濕地植物的凈化作用僅處于試驗研究階段，能夠大范圍推廣應用的較少。因此，研究者們還需要進行更廣泛更深入的研究，挖掘更多能夠用于凈化污水的濕地植物。

參考文獻：

[1] 朱斌，陳飛星，凍增奇.利用水生植物凈化富營養(yǎng)化水體的研究進展[J].上海環(huán)境科學，2002（9）：564-567，576-582.

[2] 劉超翔，胡洪營，張健，等.人工復合生態(tài)床處理低濃度農村污水[J].中國給水排水，2002（7）：1-4.