湿地植物净化效果及机理研究进展
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作者:燕红 马琼芳 李杰玲 杨帆 陈玲 张超凡 姚明远
摘 要 对湿地植物的概念及其对污染物的去除及净化机理，以及净化过程中湿地植物体内生理和生化等方面的特征进行回顾总结，介绍了湿地植物在净化效果及机理方面的国内外研究进展以及有关湿地植物未来的研究方向，为湿地生态系统的净化功能提供理论支持。
关键词 湿地植物;净化效果;生理生态;机理
中图分类号：X703 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.21.075
1 湿地植物的概念、功能和主要作用
湿地是不同于森林和海洋生态系统的特殊生态系统类型，在地球生态系统中非常重要且不可缺少，被称为“地球之肾”，是人类重要的环境资源之一。凡是生长在湿地中的高等植物和低等植物统称为湿地植物。湿地植物是湿地系统中的重要组成部分，在湿地中不可或缺，其能对流入湿地的营养物质进行截留、吸附和吸收转化，对湿地的净化功能起着重要作用。湿地对污水中的主要污染物以及氮、磷等元素的净化作用主要通过3方面实现：1）湿地系统中基质的拦截、吸附和沉淀作用;2）湿地植物的吸收作用;3）系统中的微生物的固定转化作用。湿地系统中植物对污水的净化功能方面的研究更多集中在人工湿地的研究方面。湿地植物在净化污水中的作用可以概括为5方面。1）湿地植物在吸收污染物质并通过自身同化过程中，为了满足自身对营养物质的需要，会将水中的营养盐直接吸收并利用，在此过程中会富集一部分有害物质和重金属离子[1]。2）一般情况下，湿地植物都具有发达的根系，根系周围环境为微生物的生存和营养代谢提供了适宜的场所和环境。湿地系统中含养化合物的脱氮过程、有机污染物的降解分解过程等都是依靠根际和水中的微生物群落来完成的[2]。
3）湿地植物光合作用过程中会产生氧气，氧气的存在能够改变局部小气候，这也是保证微环境中的生物多样性的首要条件。4）湿地植物的存在还可以抑制水中浮游的有害藻类。5）湿地植物还可作为指示物，指示所在环境的污染程度[3]。
2 湿地植物净化效果的研究
湿地植物对污染物的吸收、利用以及对重金属的富集能力会随着湿地植物物种的差异而产生不同效果，某些湿地植物会对一些特定的污染物产生更显著的作用。例如芦苇（Phragmites australis）、灯心草（Juncus effucus）等湿地植物对氮、磷的去除效果十分显著[4]。Calheiros等[5]利用不同湿地植物美人蕉（Canna indica）、香蒲（Typha orientalis）、蘆苇、黄菖蒲（Iris pseudacorus）构建水平潜流人工湿地处理某皮革厂排出的废水，研究结果表明芦苇和宽叶香蒲（Typha latifolia）能够在高浓度废水中生长较好，并对污染物去除能力较强。贺峰等人[6]对水葱（Scirpus validus）的研究表明，水葱能够降低罐头厂废水中70%以上的有机污染物，使废水中BOD的去除率达到75%左右。当前，国际上普遍认可的淡水湿地水生植物优势品种有马来眼子菜（Potamogeton wrightii）、菖蒲（Acorus calamus）、水葱和轮叶狐尾藻（Myriophyllum verticillatum），也有很多学者经过多次试验得出，香蒲、美人蕉、芦苇、菖蒲、凤眼莲（Eichhornia crassipes）等湿地植物用来处理高氮磷污水，能够得到较高的去除效果。
3 湿地植物净化机理研究
湿地植物净化机理研究主要探讨的问题是污水流入湿地生态系统后，污染物的迁移和转化过程如何进行，机理如何完成。已有大量研究表明，湿地系统在净化污水过程中，系统中的基质、水生植物和微生物三者之间相互依存、相互联系，互为因果，形成了一个共生系
统[7-9]，通过一系列物理、化学以及生物途径，利用过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物降解来完成对污染物的净化作用。此外，植物的生理特征与人工湿地的去污效率之间也存在联系，如雒维国等人[10]研究发现，湿地植物的光合作用和蒸腾作用与湿地脱氮存在较大相关性;韩志萍等[11]发现，植物体内叶绿素的含量与污染物富集存在显著相关性。
污水中氮元素主要以两种形态存在，即有机氮和氨氮。氨氮的去除率主要依赖于湿地植物提供氧气的能力，输氧能力强的湿地植物能快速将氧气输送至根系，营造好氧环境。在这种环境下，氨氮先通过硝化反应被氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，然后再通过反硝化反应将亚硝酸盐和硝酸盐还原成气态氮从水中逸出，从而实现脱氮的作用，而仅依靠湿地植物的吸收固氮作用去除的氮不超过30%[12]。
污水中磷元素在湿地生态系统中的去除途径主要有植物体吸收、微生物同化、聚磷菌超量摄取、基质通过物理化学反应摄取。这4种除磷途径中，主要途径为基质对磷的吸附和纳磷容量是[13]。此外，污水中磷的去除与水体中微量元素也存在一定的相关性，Zhu等[14]对水体中的镁、钙、铁、旅与磷的吸附关系进行了深入的研究，结果表明，水体中的钙与磷的吸附相关性最强。
4 结语
湿地生态系统去除污染水体中的氮、磷元素效果显著，能够有效去除农业面源污水和生活污水中的高浓度氮和磷。其中湿地植物在净化过程中作用显著，可通过直接和间接作用有效去除水体中的主要污染物。当前，相关研究表明，仅有数十种湿地植物被用于人工湿地中来处理污水，而其中大多数湿地植物的净化作用仅处于试验研究阶段，能够大范围推广应用的较少。因此，研究者们还需要进行更广泛更深入的研究，挖掘更多能够用于净化污水的湿地植物。
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（责任编辑：刘晗）
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