植物在人工湿地净化污水中的作用及其影响因素

刘斯平，陶少丹

摘要：人工湿地是现代重要的污水处理技术系统，有着低能耗、成本低、操作便捷、效能高等特点，在国际上受到很广泛的关注。植物是人工湿地主要组成，并发挥着极为重要的作用。本文主要对植物在人工湿地净化污水中的作用及相关影响因素进行系统剖析，以期为人工湿地的设计和建设提供参考。

关键词：人工湿地；污水净化；植物；影响因素

中图分类号： X703 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.16.013

人工湿地是相对自然湿地而言的概念，就是人造的、可控的、工程性的湿地系统，人为地把土壤、砂石等介质按照一定比例构成基质，并选择性地植入植物的生态系统，有着显著的污水处理效果，其建造原理就是对湿地自然系统中的生物、理化等作用进行优化组合[1]。

1 人工湿地净化污水中植物的作用

1.1 吸收、吸附及富集

植物可以吸收污水中的无机磷、氮等多种营养性物质，并使其良好生长。在正常情况下，污水所含有的氨、氮是植物生长不可或缺的物质，能被吸收并合成植物蛋白和有机氮，再通过植物的收割从废水中有效清除，而污水中其他的氮物质会通过湿地降解微生物，使氮不会过多残留；在植物吸收以及同化作用下，污水中的无机磷可以转变为植物ATP、DNA等有机成分，然后通过植物收割从系统中有效去除。实验表明，生根植物能够直接从砂土中吸收氮、磷等物质，浮水植物能够在水中去除。同时，植物还可吸附、富集污水中的毒害性物质，例如：铅、镉、砷等，从吸收能力看，沉水植物>漂浮植物>挺水植物。试验结果显示[2]，风车草可吸收污水中30%的铜与锰，5%～15%的锌、镉、铅等，荠菜根系在附着大量细菌后，可加快硒的富集与挥发。

1.2 输氧作用

对大多数生物而言，湿地属于严酷逆境，主要表现为土壤缺氧，在这种状态下，生物无法正常呼吸，这就使还原态的一些元素和有机物浓度达到有毒水平。在人工湿地中，污染物所需要的氧主要来自于大气中的复氧以及植物输氧，植物能够将光合作用产生的O2通过气道输送到根区，并于根区还原态的介质中逐步形成氧化态的微环境。这种输氧作用能让根毛周边生成好氧区域，而好氧生物膜对氧利用使得离根毛较远区域表现为缺氧，再远就会完全缺氧。如此使得根区有氧与缺氧区域一并存在，进而为根区好氧以及厌氧微生物提供相应的生存的微生境，让不同微生物良好生存，相辅相成。

1.3分泌

植物可以往土壤释放糖类、氨基酸等物质，且数量占全年光合作用产量的10%～20%。研究表明，细根能够快速分解并向土壤中提供有机碳，该种物质能够为微生物的生长提供必要的营养，植物的存在可以使湿地中的硝化菌、反硝化菌等微生物数量增多。而这些微生物是人工湿地中分解有机物的主要参与者和执行者，把有机物充作其主要的能源，转变成必要的营养物质和能量。因而，在人工湿地中植物能够间接促进有机物的分解，而植物根系所产生的酶可直接降解有机化合物。

1.4抑制

藻类是最为常见的一种水体植物，还是水体有机物的重要制造者，它在凋亡之后，残体通常会直接残留在湿地中，藻类所生成的有机物难以通过收割机制转移出来。藻类植物吸收的氮、磷等会重新回到人工湿地系统中，如此藻类就可缩短氮、磷等物质的循环周期，这在一定程度上破坏水体的生态平衡和稳定，对人工湿地的净化效用产生不良影响。实验表明，宽叶香蒲、凤眼莲等有助于抑制藻类的生长和繁殖，能够减小藻类对湿地净化效用的影响。

2 植物净化污水的相关影响因素

2.1温度

因湿地的净化效用主要是基于湿地微生物来达成的，而在微生物的生長、繁殖以及活性中温度发挥着重要作用和影响。在不同季节植物生长和代谢是有差异的，因而湿地中的植物在吸收和利用有机物质效能方面也有所不同。有学者模拟人工湿地对污水净化的研究，结果显示气温在22.5℃～32℃时，池杉清除氮的效果会随温度升高而增加。但同时有实验表明，在短期内气温对氮、磷清除效果无显著性影响，但如长时间温度变化将会较显著影响有机物去除率，原因可能是短期温度变化中系统中的微生物群并无变化，但是温度变化时间较长，那么系统中的微生物群落会因适应新环境而致数目、种类出现变化，进而影响湿地的净化效果。

2.2 气候

研究表明，低气温对湿地系统的植物有显著性影响。因植物生长于营养丰富、温度适宜的环境下，抗寒性较弱，因此当气温急剧降低、形成大风时，会引起寒害。在相同的环境下，植物在不同生长阶段的抗寒性是有所差异的，原因可能是植物抗寒性和细胞含水量有着密切关系，植物细胞抗脱水能力越强，那么其抗寒性也相应增强。基于生物化学层面看，抗寒性强的植物组织内含大量亲水化合物，能够确保原生物质在低温下保持良好的稳定性。在栽植气候适宜下，不同季节内生长情况与处理效果不同，在移栽时必须明确植物的多样性及其稳定性。

2.3生长状况

有学者对芦苇、茭白两种植物在人工湿地中污水磷净化效果进行比较研究，有无栽种植物的系统对磷清除效果有显著影响，有栽种植物系统的清除率显著高于无栽种植物系统，且不同净化效果与稳定性更优。另外，在不同季节，污水磷的净化效果也有所差异，春夏好于秋冬。另有研究表明，人工湿地植物根区微生物和净化效果的季节变化也有相类似的规律，夏季芦苇、菱白和香蒲在湿地系统中对总磷清除率分别为58.2%、36.0%、66.3%，无栽种植物系统对总磷无清除效用，栽种芦苇等系统在秋季的磷净化效果又低于夏季，栽种香蒲系统的总磷清除率在26.5%左右[3]。由此可见，有无栽种植物以及植物生长对污水处理效果有很大影响。

3 结语

植物在人工湿地污水净化中有着吸收、吸附、富集、输氧、分泌及抑制等作用，有着显著净化作用，但诸多因素会对净化效果产生影响，所以在设计和建造时应充分考虑实际情况，因地制宜，确保净化效果。

参考文献

[1]李峰平，魏红阳，马，王超.人工湿地植物的选择及植物净化污水作用研究进展[J].湿地科学，2017，15（06）：849-854.

[2]王志国，蓝梅.人工湿地系统污水净化机理及其影响因素研究[J].人民珠江，2016，37（05）：90-92.

[3]程宪伟，梁银秀，祝惠，等.人工湿地处理水体中抗生素的研究进展[J].湿地科学，2017，15（01）：125-131.

作者简介：刘斯平，大专学历，助理工程师 ，研究方向：湿地野保。