人工湿地中植物的作用（四）

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人工湿地中植物的作用（四）

2.1植物对总氮的去除作用

湿地植物是去除总氮的关键因素，植物有利于系统中硝化作用的发生，有植物系统的总氮去除率明显高于无植物系统。城镇污水处理实验中发现：种植水烛（Typhaangustifolia）和灯芯草（Tuncuseffuses）的人工湿地基质中氮的含量分别比无植物对照基质中的含量低18—20%，可见水烛和灯芯草吸收利用了污水中的部分氮合成了自身的有机物质[25]，蒋跃平等研究了人工湿地植物对氮磷去除的贡献是发现人工湿地中氮的积累量在2.10—24.48g/m2之间。在处理轻度富营养化的人工湿地中植物吸收对氮磷的去除起主要作用。其中对氮的贡献率达46.8%[26]。风车草（Cyperusalterniforlius）人工湿地对污水总氮的去除率为73.8%，与未种植植物的人工湿地相比总氮的去除率提高17.4%[27]，袁东海等的研究结果表明随着污水中COD和总氮浓度的增加，无植被人工湿地和有植被人工湿地去除COD和总氮的效果均有不同程度下降。但有植被的人工湿地能维持较高的总氮和COD的去除效果，无植被的人工湿地COD和总氮去除效果下降很快，植被在人工湿地系统中去除污水COD和总氮过程中起重要作用。在整个实验阶段：石菖蒲植被人工湿地COD和总氮平均净化效率分别为：70.50%和61.38%，而作对比的无植被人工湿地分别为61.93%和55.81%[28]，大量数据表明植物可以直接吸收NH3-N和NO3-N同时进行同化作用合成自身含氮的有机物，另外有研究说在湿地系统中根际土壤环境和根外土壤环境中溶解率的不同。为氨化细菌的氨化作用、硝化细菌的硝化作用、反硝化细菌的反硝化作用提供了适宜的场所。硝化细菌在缺氧的湿地系统中也能够存活，只要有低氧环境存在，就可以发生硝化作用，从而为反硝化反应提供了反硝化基质，硝化反应进行的深度是控制反硝化反应的关键因素；反硝化过程还需要一定数量的有机物，所以C/N对于反硝化作用也具有很重要的意义。一般而言，用于反硝化的最佳C/N值(碳以COD计)以4-5为宜，污水中有机物的含量也是限制反硝化作用的，影响NO3-N和NO2-N去除力的一个重要因素[29]。种类多样而成熟的植物能够提供更多的有机碳从而有利于反硝化反应的发生。反硝化作用还受温度的影响，而植物对人工湿地中的温度有一定的影响。另外总氮的去除效果还受植物光合作用的影响，白天总氮去除效果明显比夜间强，清晨的去除效果最差。

总氮的去除与系统的氧化状态、氧化还原电位、氮素化合物的形态，环境状态的关系也有十分密切的关系。人工湿地中氧气来源于大气向湿地的扩散和植物根的放氧作用。植物根的放氧作用虽然对湿地不起主要作用。但是由于植物的光合作用植物叶片呼出的氧气增加了靠近水表面中大气中氧的压力因而促进了氧扩散进入水体还是增加了水体中氧气的含量。同时由于植物的放氧作用局部改变了系统的氧状态，使其硝化反硝化更为畅通。总体而言，由于植物的作用使得人工湿地系统更加易于氨化作用。在潜流人工湿地系统中由于大气的扩散受到湿地基质的阻滞而使潜流或人工湿地充氧能力较低，系统处于厌氧状态，氧化还原电位为负值。厌氧的环境不利于硝化作用的进行。因此改善潜流或湿地的氧状态对提高净化能力，特别是提高氮的去除率具有重要作用。

2.2植物对总磷的去除作用

磷也是植物生长的必需元素，可以通过床体中介质的吸附、过滤和各种磷酸盐的沉淀作用以及植物体的吸收作用而去除。磷的去除与人工湿地的类型无关而是受到其他多种元素的影响，因此去除磷的效果一直不是很理想。湿地对磷的吸附能力取决于：吸附位（正比于介质颗粒的表面积）和PH值。在含有大量钙的碱性湿地和含较高铝离子和铁离子的酸性湿地中磷的去除率较高。磷的吸附能力也与水力传导率和表面积有关，湿地植物的收割频率也会影响植物体磷的去除效果，有植物系统比无植物系统有更高的磷的去除率，一年收割两次比收割一次效果好，受季节因素影响，植物生长不均衡，春季和夏以及含高浓度铝和铁的酸性湿地对磷的吸附能力最强。磷通过与这些金属的反应而沉淀下来，在高PH值下，钙与溶解性磷反应，生成磷酸钙而析出溶液。但是引起系统PH值变化的因素较多，过长的水力停留时间会导致PH值下降，会导致磷的吸出或溶解而降季磷的去除率也相对较高。虽然植物对磷的吸收量仅占去除量的一小部分，但植物对磷的去除效果却有着明显的改善作用。吴振斌等报道芦苇—水葱（Schoenoplepltuslacustnis），茭白（zizania latifolia）—菖蒲（Aconscalamus），簏草（scirpus.sp.）—苔草（carex.sp.）等植物的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被对照，去除率为40%—60%，其中茭白—菖蒲组合的总磷的平均去除率达65%[30]，而蒋跃平等人的研究发现，在处理轻度富营养化水的人工湿地中，植被的吸收对磷的去除起着主要作用，贡献率为51.0%[26]，多年的研究表明，人工湿地中磷的去除是土壤、微生物、植物这个复合生态系统的物理、化学、生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物的分解来实现的。其中生化过程有：（1）植物、附着微生物、其他微生物的吸收；（2）植物枯枝和土壤有机磷的稳定化（矿化）。非生物过程有：（3）沉淀作用；（4）吸附作用；（5）土壤和表覆水之间的扩散交换作用。各种附着在植物体和悬浮在水中的微生物，在生长过程中可以吸收和利用污水中的无机磷酸盐。Wang等的研究表明通过污水进入表面流人工湿地中的磷大约有质量分数为14%（0.117-0.220g/m2.a-1）被微生物吸收利用而这部分磷在微生物死后几乎全部迅速分解释放而回到水体当中。虽然大多数的人认为微生物的活动与总磷的去除效率之间并无显著关系，但是有机磷酶促水解无机化却是表面流人工湿地系统中磷被土壤吸附、沉淀和植物吸收利用的关键一步。湿地植物在生长季节可以通过扩散交换过程由表覆水通过表层水土壤进入深层土壤的间隙水中将无机磷酸盐吸收利用，重新将磷“泵”回地表以上，成熟的人工湿地中植物、表层土壤和深层土壤三者处于一种动态平衡状态，使得表层土壤与表层水之间得交换吸收磷得能力不断得到发展，因而有植被得人工湿地系统比无植被得人工湿地系统有着更好得磷得去除效果。植物对磷的吸收速度和积蓄能力因植物的种类不同而有所差异。Brix的研究表明，一些水生植物对磷的吸收积蓄能力可达3-5g/（m2.a-1）,但这部分储存体内的磷又会在冬季随着植物的枯萎死亡部分被微生物缓慢的分解而又重新回到水体中,其余部分则可逐渐积累稳定成为腐殖质.腐殖质及其吸收的磷可占土壤中总磷含量的40%以上.这部分含磷物质在好氧条件下很容易被植物吸收而重新利用。但是在厌氧条件下却不会被生物酶分解，可以稳定的蓄积和保存成为磷去除的一个重要而有效的途径。有关发现植物的收获频率与磷的去除效率有直接关系。有规律的收割表面流人工湿地中的植物对磷的吸收占总磷的去除率的20-30%。牛晓音等在研究黑麦草在净化富营养化的水的人工湿地系统时建议黑麦草在整个生长期的收割次数以2-3次为宜[31]。其他植物类型的人工湿地还有待进一步的研究。不过也有学者指出植物收获短期内会使出水中的磷的浓度升高，并且植物吸收的磷只占总磷去除率的10%左右，而50%的植物体是生长在土壤以下的所以通过收获去除的磷不足总磷的去除的5%。有的研究还表明湿地底层中累积、腐败的植物残体仍具有吸附结合和促进共沉淀含磷化合物的作用，可以给人工湿地系统带来新的磷的吸附能力，而且在植物枯萎的过程中，储存在植物地表以上的茎叶中的磷会有相当一部分被转移到其在地下的器官中，再加上管理和植物处理上的问题，因而这种管理方式在实际中并不可用。作者更倾向于在生长期内对湿地植物进行有规律的收割有利于磷的去除。

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