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人工湿地中植物的作用（五）
2.3植物对COD的影响

人工湿地中植物的作用不仅仅表现在对BOD的去除上，而且对COD的去除也具有重要作用。从国内外的有关人工湿地处理城市生活污水的研究来看，在进水浓度较低的情况下，人工湿地污水处理系统对COD的去除率可达到80%以上，李亚治在对水葫芦—水草人工湿地处理再生浆造纸废水的试验研究表明 , 在进水 pH:7112 - 7149 , BOD5 、CODcr 、SS浓度分别为 440. 5mg/ L、354. 2mg/ L、290. 7mg/ L , 水力负荷 0.05m/ d 的条件下 ,CODcr的去除率竟达到了93 %。系统性能稳定 ,出水水质到排放标准且可以用于灌溉农田[32]。袁东海等以无植被、基质为河砂的潜流型人工湿地为对照，研究了石菖蒲���灯心草和蝴蝶花三种类型植被、基质均为河砂的潜流型人工湿地净化生活污水COD、总氮的效果。其中对COD的去除效果表明，在污水COD浓度小于200mg.L-1、总氮浓度小于30mg.L-1的低浓度范围内，无植被的人工湿地和有植被的人工湿地对污水的COD的去除率高达90%，均有很好的去除效果。但随着污水浓度的增加，无植被人工湿地和有植被人工湿地去除COD的效果均有不同程度的下降，但是两者却有明显的区别。有植被的人工湿地能维持较高的COD的去除效果，无植被的人工湿地COD的去除效果下降很快，植物在人工湿地系统去除污水的COD过程中起着重要的作用。在整个试验阶段，石菖蒲植被人工湿地COD的去除率为80.46%、灯心草人工湿地为75.53%、蝴蝶花人工湿地为70.5%，无植被人工湿地为61.39%[28]。同无植被人工湿地相比显然有植被的人工湿地具有更好的去除效果。植物能够增强人工湿地去除COD的能力，一方面植物本身能吸收部分有机污染物质，另一方面植物发达的根系能够聚集大量的微生物，而这些微生物对能够促进有机污染物的分解。

2.4植物对重金属的去除

所有的植物都会对他们所直接接触到的重金属浓度的增加产生反应。Berry和Wallance（1981）描述了植物对重金属浓度升高的总反应曲线。当底物中重金属浓度不断增加时，植物对必需元素（如Cu、Fe、In）的反应进程是从不足阶段忍耐阶段毒性阶段；而对非必需元素的反应则仅有忍耐阶段而无毒性阶段。这些反应（或毒性效应）于生物对某种特定金属的敏感性、作用浓度、持续时间以及金属的存在形态等因素有关。

任何一种植物，无论它是否生长在富含金属元素的环境中，都有一定的能力去应付非必需元素或过量必需元素所带来的潜在影响，金属耐性植物有特殊生理机制，从而使他们在受金属严重污染的环境中也能正常生长繁殖。金属的耐性（或敏度）在不同植物物种之间，同一在植物的不同种群（或生态型）之间以及同一种群内部的不同个体之间可能是不同的（叶志鸿1992）大量实验显示，对于同一个植物物种，生活在受金属污染地区的种群通常要比生活在正常土壤中的种群的金属耐性高（Antonovicsetal 1971）因此我们可以通过“种群进化” 来“驯化”植物,使它们在实验条件下达到更好的金属耐性以后能为我们所用。

正是由于植物对重金属浓度的变化能够产生相应的反应，所以才使得用人工湿地来处理重金属的污染才成为可能。二十世纪七十年代开始用人工湿地来处理重金属的污染，由于投资少，效率高，管理简单方便，且不会引起二次污染，已成为目前实际应用中的一种重要的方法。植物对重金属的去除机制有多个方面。植物通过自身的吸收、固定一部分污染物质，同时发达的根系往往形成一个很大的网状结构，不仅直接吸收和沉降污水中的重金属，而且还为微生物的吸附对重金属和代谢提供了良好的条件。我们都知道植物可以通过吸收、挥发、稳定等来去除土壤中的重金属，湿地植物同其他陆地植物一样，对重金属也具有吸收、挥发、稳定等功能，同时它还为根部输送氧气，维持根际微生物的活动。污染土壤的植物修复的类型按照植物修复的目的和机理不同的学者把它分为不同的类型，有的分为植物的提取、植物的固定、根系过滤，植物根际和体内降解、植物挥发五种类型，也有的分为植物的提取、植物的固定、植物的转化、植物的挥发、植物的促进五种类型，还有的直接分为植物的吸收、植物的挥发、植物的固定三种类型，而从人工湿地污水处理角度讲*重要的应该为植物的去除与植物的稳定。

2.4.1植物的吸收提取

植物提取是植物去除重金属的主要机理，它是利用植物对重金属的吸收和植株地上部分的积累，并通过收获地上部分来达到减少土壤重金属含量的目的的。所以选择地上部分生物量高的植物作为去除重金属的主体是很有意义的。植物提取有两种不同的作用机制。一种是天然的超富集植物，它们能有效地吸收、转运、积累重金属，如十字花科遏蓝菜（Thlaspicaerulescens）能够生长在富含Zn、Cd、Pb、Ni的土壤中。Brown等的水培试验发现，遏蓝菜地上部分的Zn和Cd的含量分别可达3360和1140mg.kg.DW.Brown等对受重金属污染的土壤上生长的野生遏蓝菜的调查发现，其地上部分Zn的含量达2100mg.kg。Blaylock等研究发现，芥菜（Brassicajuncea）能吸收大量的铅，野外实验显示连续种植两年能达到修复的目标。超积累植物的特征在于其有特殊的胞质运输以及液泡螯合或沉淀这些重金属的能力，并且早期的研究者认为这些特殊的功能的主要内在机理在于这些植物能够分泌柠檬酸、丙二酸等有机酸，作为重金属转运的有效配体，与重金属螯合，降低毒性。如酒石酸对镉有明显的**作用，可使萝卜（Raphanussativus）内较高的氟化钠提取态镉明显下降。

另一种是诱导性超富集植物，这些植物在环境诱导下形成了超富集性能，如芥菜、玉米、向日葵。制约这些植物积累超量重金属的因子有：土壤重金属的生物有效性降低（即土壤中重金属以不利于植物吸收的形态存在），植物体内重金属运输能力低以及地上部分重金属富集能力低等，但*主要的是这些植物缺乏超富集功能的遗传基础。如制约植物根系物质交换和运输能力的根系阳离子交换量（cationexchangecapacity，CEC），它在很大程度上是受植物遗传控制的，CEC大的植物吸收运输阳离子的能力强，吸收重金属Cd也存在这样的正相关关系。土壤重金属的生物有效性，对某些超积累植物可能没有影响，原因是这些植物能够将重金属从其他状态转化为自身能吸收的状态，如同时种植超积累植物T.caerulescens和非超积累植物T.ochroleucum后，T.caerulescens根际土壤中可移动Zn含量明显高于T.ochroleucum，推断可能是超积累植物T.caerulescens分泌了较多的氢离子或有机酸类物质，与土壤难溶性Zn形成了螯合肽，从而促进了土壤难溶性Zn的溶解。而对于诱导性超积累植物，重金属的存在形态，即生物有效性就可能成为其积累重金属的限制因子。例如豌豆（Pisumsativum），在重金属污染的土地上自然生长时，其地上部分Pb含量不超过1000mgkg-1，而在含EDTA的Pb溶液中培养，其地上部分Pb含量提高很多，其原因之一就是豌豆自身不能将土壤中大量的Pb转化为可吸收利用的状态。诱导性超积累植物在自然状态下运输与积累能力低，通常也是因为其缺乏某些特异性的代谢途径和相关的酶，不能将土壤中的重金属转化为无毒或低毒状态贮存于体内。据此，有人研究了相关的对策，*主要的是利用螯合剂，如EDTA，柠檬酸盐等促进土壤释放重金属，增加土壤溶液重金属的含量，辅助植物吸收、运输与贮藏重金属。

不同的湿地植物对重金属的吸收的能力是不同的。我国近十种香蒲植物中，长苞香蒲（Typhaangustata）和水烛（T.angustifolia）等大型种类具有粗壮的根系和发达的不定根，比小香蒲（T.minima）等小型的种类有较强的净化能力。不同的植物吸收重金属的种类也不同，大部分重金属超积累植物对某一种或少数几种重金属有较强的吸收作用，如目前根据植物富集重金属种类所划分的Cu、Ni、Pb、Cr、Zn超积累植物等。目前研究*多的十字花科的庭芥属（Alyssum）植物，对Ni有超量积累特征，遏蓝菜属（Thlaspi）植物对Zn有超积累特征，竹节草（Chrysopogonaciculatus）主要富集As。但是至今还未发现大量积累所有关注元素的植物。同种植物的不同基因类型，对重金属的吸收与积累能力也不同。如刘敏超，吴启堂等研究发现不同基因型的水稻吸镉能力有很大的差异。刘敏超在研究根表铁锰氧化膜物胶膜对不同品种的水稻的吸镉的影响实验中发现，不同品种的水稻根系的氧化能力不同，使得根部的铁锰的氧化物胶膜的数量不同，进一步影响到它们对重金属离子的富集能力。因此，在重金属污染污水时要特别考虑不同功能的植物种类的配比，以达到对重金属的有效的吸收与去除。

植物各部位对重金属的积累量也是不同的，一般植物地下部分重金属的含量比地上部分能高好多倍。地下各部分的重金属的含量顺序为：根尖>根>根茎。

但是由于地下部分相对于地上部分生物量很少、难于收获，并且在收获地下部分时会破坏湿地系统，因此在湿地净化系统中通常不考虑植物的地下部分对重金属的直接消除作用。相反植物的地上部分的生物量才是我们关注的重点。超积累植物的一个重要的特点就是吸收的重金属元素大部分积累在地上部分，而对于非超积累植物，根系的重金属的含量往往是地上部分的十倍以上。目前已发现的超积累植物约有500多种，但是湿地中的重金属超积累植物的统计还很少。就目前的超积累植物而言大多数生长缓慢，生物量较小，即使单位组织的生物量很高，也会由于其生物量低而影响对重金属的去除效果。因此我们应该尝试利用先进的生物基因工程来改造、培育具有重金属超积累特性的湿地植物。

植物根系的结构和类型可能对吸收重金属的种类和数量也有影响。有人认为植物对重金属的吸收与根系的CEC有关，CEC高的植物对重金属的交换吸附能力强。但是他们之间的确切关系还有待于作进一步的研究。
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