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人工湿地中植物的作用（六）

2.4.2 植物的挥发

植物挥发是植物去除重金属污染的另一机理，植物将重金属吸收、积累*后转化为气态物质释放到大气中，从而达到对污染基质的净化作用。目前这方面研究*多的是类重金属元素Hg和非重金属元素Se。美国西部某些地区建立起植物及植物—微生物相互作用的Se治理系统，加速土壤中Se的挥发。但由于这种方法是将环境中的重金属转化到了大气中因此作者不主张此种方法。

2.4.3植物的稳定

植物稳定是指耐重金属植物降低土壤中有毒金属的移动性，从而减少金属被淋滤到地下水或空气中而造成次级污染。植物的稳定主要有两种机理：一是植物根系的直接阻拦作用。湿地植物的根系形成的网状结构能够有效保护污染的土壤不再受侵蚀，减少土壤迁移造成的污染物的扩散。二是通过根系的生化作用，改变根系分布范围内土壤的微环境，促进污染物向固定态或低毒态的转化。主要包括重金属的酸—碱反应、氧化—还原反应、络合—解离反应、吸附—解吸反应等行为，使重金属的形态发生变化。例如植物残体分解和根系分泌产生的小分子有机物，如柠檬酸、草酸、酒石酸、乙酸、水杨酸等，与金属形成溶解性配合物或螯合物，降低重金属的毒性，增加植物的可吸收性。植物根系分泌的有机酸与镉形成金属—有机配合物结合态，降低了镉的毒性，提高了土壤镉的生物有效性，即提高了生物对土壤镉的吸收能力。低浓度的草酸和琥珀酸抑制污染土壤重金属Pb的活性。湿地植物根系的强氧化能力在重金属稳定中起着非常重要的作用。湿地植物具有发达的通气组织，具有向根际释放氧气和氧化物质的能力，使根际氧化还原电位高于土壤，大量的Fe2+被氧化成Fe3+，促进了氢氧根与金属离子形成沉淀。金属氢氧化物会继续结合As、Zn等重金属，降低其在根际的浓度。Melanie在用有机物促进湿地Zn与As的积累实验中发现，氧化铁左右着这两种重金属的积累状况，这也说明了湿地植物的氧化能力在重金属的稳定中起着重要的作用。同时植物的升腾作用也可以防止污染物向下迁移。

总之生物过程中的光合作用、呼吸、发酵、氮化、去氮化和磷的去除六种生物反应过程被认为是湿地系统能够去除污染物的有效过程。光合作用由湿地植物完成，光合作用的结果是不仅仅去除水体中有机碳而且能增加水体中的氧气量，这是因为植物叶片呼出的氧气能增加靠近水面的大气中氧的压力，因而促进氧扩散进入水中，如果存在飘浮植物或沉水植物，他们直接呼出氧气，氧气增加有助于有机污染物降解和促进氮化过程。在呼吸作用中，氧气通过植物的根毛泌漏到其周围的水环境中。因而可在植物的根带（根际）周围产生一个富氧区域，在水体的内部维持部分有效的有氧条件，发酵作用是指在缺氧的条件下，有机碳分解成为富能量的化合物，如甲烷、乙醇和挥发性脂肪等。发酵作用是在存在于水体和基质中的微生物的作用下进行的。氮化/去氮化过程也是微生物促成的*终结果，致使氮元素从污水中去除，挥发的物理过程也有助于氮的去除。磷的生物去除发生在生物膜内，而生物膜是在基质和存在于基质中的微生物发展起来的。虽然微生物在污染物的去除过程中发挥着非常重要的作用，但是微生物的存在与生长是以植物的存在为基础的。植物从水中吸收溶解性的营养物质和其他污染物，并将他们转化成植物生物量，水中的营养元素和污染物通过植物体运到地下贮存器官，当植物年老死亡后这些物质就作为枯枝落叶积存在基质里而被微生物利用。这些微生物包括**、**等它们凝结成絮状物，吸附水中的污染物，在分解有机物的同时利用有机物分解产生的能量形成新的细胞组织，从而达到稳定和去除水中溶解态和胶体状态的有机物。而污水中的重金属的有毒物质重要是通过植物的吸收和一些化学过程来完成的，另外物质之间的这些化学反应（特别是对重金属）除了可使可容性化合物转化成不容性化合物从而从水体中沉淀下来，由植物分泌的***类化合物也能去除污水中的病原体。

1. 5为微生物提供附着场所

人工湿地水生植物的根系常形成一个网络状的结构，并在植物根系附近形成好氧、缺氧和厌氧的不同环境，为各种不同微生物的吸附和代谢提供了良好的生存环境。研究表明，有植物的湿地系统，**数量显著高于无植物系统，且植物根部的**比介质高1-2个数量级植物的根系分泌物还可以促进某些嗜磷、氮**的生长，促进氮、磷释放、转化，从而间接提高净化率。所以一般植物的长势越好、密度越大，净化水质的能力越强。

1. 6通过呼吸作用向根区输氧

湿地环境对很多生物来说是一种严酷的逆境,*严酷的条件是湿地土壤缺氧.缺氧条件下,生物不能进行正常的有氧呼吸,还原态的某些元素和有机物的浓度可达到有毒的水平.人工湿地中植物能将光合作用产生的氧气通过气道输送至根区,在植物根区的还原态介质中形成氧化态的微环境,这种根区有氧区域和缺氧区域的共同存在为根区的好氧、兼性和厌氧微生物提供了各自适宜的小生境,使不同的微生物各得其所,发挥相辅相成的作用.Dunbabin等测试了小型湿地根区的氧浓度、ｐＨ值及氧化能力,发现三者在有植物系统中皆高于无植物系统,即使在人工湿地中补充碳源加大耗氧量,无植物系统中氧浓度大量下降的情况下,有植物系统根区继续保持氧化状态.由于挺水植物的输氧作用,形成了氧化态的根区,有植物湿地底质中氧化-还原电位明显地高于无植物区域底质,间隙水中的总铁、总锰含量下降.从香蒲人工湿地中微生物的空间分布状况来看,对照香蒲湿地中5-10cm处与20cm处的**、放线菌和**数量之比分别为:11：1和2：1污染物降解所需要的氧气主要来自大气自然复氧和植物输氧。有研究表明，水生植物的输氧速率远比依靠空气向液面扩散的输氧速率大，植物的输氧功能对人工湿地降解污染物耗氧的补充量远大于由空气扩散所得氧量。根系向土壤中传送的氧使得根系周围形成了良好的微生物生长环境和硝化与反硝化环境。

2.7加强和维持水力传输的作用

由于植物根和根系对介质的穿透作用,在介质中形成了许多微小的气室或间隙,减小了介质的封闭性,增强了介质的疏松度,从而使得介质的水力传输得到加强和维持.成水平进行的人工湿地处理污水的试验中发现,经过3-5个月的污水处理后,不种植物的对照土壤介质板结,发生淤积;而种有水烛和灯心草的人工湿地渗虑性能好,污水能很快地渗入介质.据报道,即使较板结的土壤,在2-5年之内,经过植物根系的穿透作用,其水力传输能力可与砂砾、碎石相当.植物的生长能加快天然土壤的水力传输程度,且当植物成熟时,根区系统的水容量增大.即使当植物的根和根系腐烂时,剩下许多的空隙和通道,也有利于土壤的水力传输.

植物根系是除湿地基质外影响水力流动状况的主要因素。其对水力流动状况造成的物理效应一是减小了湿地容水体积（孔隙体积），提高了出水量、出水速率；二是增加了表层砂土的水流通道并沟通基质上、下层，使污水流动迅速，出水畅快，缩短了停留时间。

1. 8维持系统的稳定

在炎热的夏天，茂密的植物覆盖阻挡了阳光对水面的直射，阻止了水体温度升高得过高，保护了水中各类功能性微生物的正常繁衍，也阻止了水面藻类的过度繁殖。在寒冷的冬季，芦苇的地上部分死亡，但其根系附近的各类微生物的数量基本上保持在较高的水平上，只不过好氧微生物、兼性微生物和厌氧微生物数量的相对比值有所变化，这保证了湿地系统在冬季仍然较高的处理效率．

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