人工湿地植物研究

人工湿地植物研究成水平吴振斌况琪军(中国科学院水生生物研究所,淡水生态与生物技术国家重点实验室,武汉430072)提要本文阐述了植物在人工湿地污水净化过程中作用及存在的若干问题,提出了研究人工湿地植物的一些设想.植物在人工湿地中起着非常重要的作用,不但直接摄取利用污水中的营养物质、吸收富集污水中的重金属等有毒有害物质;而且输送氧气到根区,提供根区微生物生长、繁殖和降解对氧的需求;还能维持和加强人工湿地系统内的水力学传输.但目前人工湿地植物的应用还存在着枯死衰退、杂草丛生和根系扩展较浅等问题,影响人工湿地的净化功能.通过对人工湿地植物生理生态特性如气体代谢、光合作用、逆境生理和相生相克等研究,筛选出优良植物种类,创造适宜人工生境,将有利于充分发挥湿地植物功能,提高人工湿地污水处理能力.关键词人工湿地植物污水处理分类号Q948.8人工湿地污水处理系统是在自然或半自然净化系统的基础上发展起来的污水处理技术[1],具有投资省、运行费用低和效果良好等优点[2-4].人工湿地是一种人为地将石、砂、土壤、煤渣等一种或几种介质按一定比例构成的基质,并有选择性地植入植物的污水处理生态系统.介质、植物和微生物是其基本构成[3],其中对植物的研究是一个重点.本文主要阐述人工湿地植物的研究状况及今后的研究设想.1植物在人工湿地中作用植物在污水控制方面有以下优势:1)通过光合作用为净化作用提供能量来源;2)具有美观可欣赏性,能改善景观生态环境;3)可以收割回收资源;4)可作为介质所受污染程度的指示物;5)能固定土壤中的水分,圈定污染区,防止污染源的进一步扩散;6)植物庞大的根系为细菌提供了多样的生境,根区的细菌群落可降解许多种污染物;7)还能输送氧气至根区,有利于微生物的好氧呼吸[5].在人工湿地净化污水过程中,植物作用可以归纳为三个重要的方面:1)直接吸收利用污水中可利用态的营养物质、吸附和富集重金属和一些有毒有害物质;2)为根区好氧微生物输送氧气;3)增强和维持介质的水力传输.1.1吸收利用、吸附和富集作用植物根系能从污水中吸收营养物质加以利用、吸附和富集重金属和一些有毒有害物质.进行城镇污水处理试验中发现,种植水烛(Typhaangustifolia)和灯心草(Juncuseffuses)的人工湿地基质中氮、磷的含量分别比无植物的对照基质中的含量低18%-28%和20%-31%[6],可见水烛和灯心草吸收利用了污水中部分的氮和磷物质.Ellis等(1994)的研究结果表明湿地中宽叶香蒲(Typhalatifolia)和黑三棱(Sparganiumsp.)是摄取同化、吸附富集高速公路径流油类、有机物、铅和锌的较适宜植物种类[7].在海涂,芦苇(Phragmitesaustralis)床湿地系统是削减进入海洋过量营养物质的强有力手段之一[8].池杉(Taxodiumascendens)人工湿地对污水中总氮和氨氮的净化效果明显地好于对照,对重金属亦具有良好的去除作用[9].吴振斌等报道芦苇-水葱(Schoenoplec-国家杰出青年基金(39925007)、武汉市青年科技晨光计划(20005004044)、中国科学院知识创新重点项目(KSCX2-SW-102)等资助.收稿日期:2001-07-10;收到修改稿日期:2001-12-30.成水平,男,1969年生,副研究员.第14卷第2期湖泊科学Vol.14,No.22002年6月JOURNALOFLAKESCIENCESJun.,2002tuslacustris)、茭白(Zizanialatifolia)-菖蒲(Acoruscalamus)、草(Scirpussp.)-苔草(Carexsp.)等植物组合的垂直流人工湿地系统除磷效率及稳定性均高于无植物对照,去除率为40%-60%,其中茭白-菖蒲组合的总磷平均去除率达65%[10].且对藻毒素有一定的去除作用,芦苇-水葱、茭白-菖蒲组对藻毒素(浓度为0.117μg/L)的去除率分别为68.5%和34.6%;在三种主要藻毒素RR、YR、LR中,对YR的去除效果最好,出水浓度在检测限以下(0.01μg/L)[11].垂直流人工湿地处理低浓度重金属污水的试验表明风车草(Cyperusalternifolius)能吸收富集水体中30%的铜和锰,对锌、镉、铅的富集也在5%-15%[12].Gross的研究报道了栽种有芋(Colocasiaesculenta)、美人蕉属一种(Cannaglauca)等植物的人工湿地对水体中外源生物活性物质、LAS等具有很好的去除效果[13].另外一些研究也显示了植物的吸收和吸附作用,栽种植物的湿地对污水中的营养物质及重金属的去除能力高于无植物系统[14,15].植物的吸收、吸附和富集作用与植株的生长状况和根系发达程度密切相关,因而不同