植物在人工濕地凈化污水中的作用及其影響因素

劉斯平，陶少丹

摘要：人工濕地是現代重要的污水處理技術系統，有著低能耗、成本低、操作便捷、效能高等特點，在國際上受到很廣泛的關注。植物是人工濕地主要組成，并發揮著極為重要的作用。本文主要對植物在人工濕地凈化污水中的作用及相關影響因素進行系統剖析，以期為人工濕地的設計和建設提供參考。

關鍵詞：人工濕地；污水凈化；植物；影響因素

中圖分類號： X703 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.16.013

人工濕地是相對自然濕地而言的概念，就是人造的、可控的、工程性的濕地系統，人為地把土壤、砂石等介質按照一定比例構成基質，并選擇性地植入植物的生態系統，有著顯著的污水處理效果，其建造原理就是對濕地自然系統中的生物、理化等作用進行優化組合[1]。

1 人工濕地凈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無機磷、氮等多種營養性物質，并使其良好生長。在正常情況下，污水所含有的氨、氮是植物生長不可或缺的物質，能被吸收并合成植物蛋白和有機氮，再通過植物的收割從廢水中有效清除，而污水中其他的氮物質會通過濕地降解微生物，使氮不會過多殘留；在植物吸收以及同化作用下，污水中的無機磷可以轉變為植物ATP、DNA等有機成分，然后通過植物收割從系統中有效去除。實驗表明，生根植物能夠直接從砂土中吸收氮、磷等物質，浮水植物能夠在水中去除。同時，植物還可吸附、富集污水中的毒害性物質，例如：鉛、鎘、砷等，從吸收能力看，沉水植物>漂浮植物>挺水植物。試驗結果顯示[2]，風車草可吸收污水中30%的銅與錳，5%～15%的鋅、鎘、鉛等，薺菜根系在附著大量細菌后，可加快硒的富集與揮發。

1.2 輸氧作用

對大多數生物而言，濕地屬于嚴酷逆境，主要表現為土壤缺氧，在這種狀態下，生物無法正常呼吸，這就使還原態的一些元素和有機物濃度達到有毒水平。在人工濕地中，污染物所需要的氧主要來自于大氣中的復氧以及植物輸氧，植物能夠將光合作用產生的O2通過氣道輸送到根區，并于根區還原態的介質中逐步形成氧化態的微環境。這種輸氧作用能讓根毛周邊生成好氧區域，而好氧生物膜對氧利用使得離根毛較遠區域表現為缺氧，再遠就會完全缺氧。如此使得根區有氧與缺氧區域一并存在，進而為根區好氧以及厭氧微生物提供相應的生存的微生境，讓不同微生物良好生存，相輔相成。

1.3分泌

植物可以往土壤釋放糖類、氨基酸等物質，且數量占全年光合作用產量的10%～20%。研究表明，細根能夠快速分解并向土壤中提供有機碳，該種物質能夠為微生物的生長提供必要的營養，植物的存在可以使濕地中的硝化菌、反硝化菌等微生物數量增多。而這些微生物是人工濕地中分解有機物的主要參與者和執行者，把有機物充作其主要的能源，轉變成必要的營養物質和能量。因而，在人工濕地中植物能夠間接促進有機物的分解，而植物根系所產生的酶可直接降解有機化合物。

1.4抑制

藻類是最為常見的一種水體植物，還是水體有機物的重要制造者，它在凋亡之后，殘體通常會直接殘留在濕地中，藻類所生成的有機物難以通過收割機制轉移出來。藻類植物吸收的氮、磷等會重新回到人工濕地系統中，如此藻類就可縮短氮、磷等物質的循環周期，這在一定程度上破壞水體的生態平衡和穩定，對人工濕地的凈化效用產生不良影響。實驗表明，寬葉香蒲、鳳眼蓮等有助于抑制藻類的生長和繁殖，能夠減小藻類對濕地凈化效用的影響。

2 植物凈化污水的相關影響因素

2.1溫度

因濕地的凈化效用主要是基于濕地微生物來達成的，而在微生物的生長、繁殖以及活性中溫度發揮著重要作用和影響。在不同季節植物生長和代謝是有差異的，因而濕地中的植物在吸收和利用有機物質效能方面也有所不同。有學者模擬人工濕地對污水凈化的研究，結果顯示氣溫在22.5℃～32℃時，池杉清除氮的效果會隨溫度升高而增加。但同時有實驗表明，在短期內氣溫對氮、磷清除效果無顯著性影響，但如長時間溫度變化將會較顯著影響有機物去除率，原因可能是短期溫度變化中系統中的微生物群并無變化，但是溫度變化時間較長，那么系統中的微生物群落會因適應新環境而致數目、種類出現變化，進而影響濕地的凈化效果。

2.2 氣候

研究表明，低氣溫對濕地系統的植物有顯著性影響。因植物生長于營養豐富、溫度適宜的環境下，抗寒性較弱，因此當氣溫急劇降低、形成大風時，會引起寒害。在相同的環境下，植物在不同生長階段的抗寒性是有所差異的，原因可能是植物抗寒性和細胞含水量有著密切關系，植物細胞抗脫水能力越強，那么其抗寒性也相應增強?；谏锘瘜W層面看，抗寒性強的植物組織內含大量親水化合物，能夠確保原生物質在低溫下保持良好的穩定性。在栽植氣候適宜下，不同季節內生長情況與處理效果不同，在移栽時必須明確植物的多樣性及其穩定性。

2.3生長狀況

有學者對蘆葦、茭白兩種植物在人工濕地中污水磷凈化效果進行比較研究，有無栽種植物的系統對磷清除效果有顯著影響，有栽種植物系統的清除率顯著高于無栽種植物系統，且不同凈化效果與穩定性更優。另外，在不同季節，污水磷的凈化效果也有所差異，春夏好于秋冬。另有研究表明，人工濕地植物根區微生物和凈化效果的季節變化也有相類似的規律，夏季蘆葦、菱白和香蒲在濕地系統中對總磷清除率分別為58.2%、36.0%、66.3%，無栽種植物系統對總磷無清除效用，栽種蘆葦等系統在秋季的磷凈化效果又低于夏季，栽種香蒲系統的總磷清除率在26.5%左右[3]。由此可見，有無栽種植物以及植物生長對污水處理效果有很大影響。

3 結語

植物在人工濕地污水凈化中有著吸收、吸附、富集、輸氧、分泌及抑制等作用，有著顯著凈化作用，但諸多因素會對凈化效果產生影響，所以在設計和建造時應充分考慮實際情況，因地制宜，確保凈化效果。

參考文獻

[1]李峰平，魏紅陽，馬，王超.人工濕地植物的選擇及植物凈化污水作用研究進展[J].濕地科學，2017，15（06）：849-854.

[2]王志國，藍梅.人工濕地系統污水凈化機理及其影響因素研究[J].人民珠江，2016，37（05）：90-92.

[3]程憲偉，梁銀秀，?；?，等.人工濕地處理水體中抗生素的研究進展[J].濕地科學，2017，15（01）：125-131.

作者簡介：劉斯平，大專學歷，助理工程師 ，研究方向：濕地野保。