人工濕地不同植被凈化水質(zhì)效果與生理特性

解純芬

摘要：通過(guò)模擬垂直流人工濕地污水系統(tǒng)，研究濕地植被鳶尾（Iris tectorum Maxim.）、菖蒲（Acorus calamus L.）、茭白（Zizania latifolia）和蘆葦（Phragmites communis Trin.）對(duì)生活污水總氮（total N，簡(jiǎn)稱(chēng)TN）、總磷（total P，簡(jiǎn)稱(chēng)TP）、氨氮（NH4+-N）、硝氮（NO3--N）、生物耗氧量（biochemical oxygen demand，簡(jiǎn)稱(chēng)BOD5）和化學(xué)耗氧量（chemical oxygen demand，簡(jiǎn)稱(chēng)CODCr）的去除效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，人工濕地4種植被對(duì)各種污染物的凈化效果存在一定的差異，凈化效果基本表現(xiàn)為鳶尾和蘆葦高于菖蒲和茭白；人工濕地4種植被對(duì)氮素的去除效果較好，對(duì)TP的去除效果較差，說(shuō)明4種濕地植被對(duì)生活污水中氮素的吸收效果較好；人工濕地4種植被地上部和地下部生物量、根系活力和基質(zhì)酶活性均表現(xiàn)為鳶尾和蘆葦高于茭白和菖蒲；4種植被地上部生物量均大于地下部生物量，就植株體內(nèi)的N、P含量而言，地上部分N和P積累量高于地下部分；回歸分析結(jié)果表明，人工濕地不同植被N、P積累量分別與生物量N、P含量呈顯著的線(xiàn)性關(guān)系（P<0.05），由此推測(cè)，通過(guò)生物量和植被N、P含量來(lái)評(píng)價(jià)濕地植被對(duì)N、P去除的作用；相關(guān)性分析結(jié)果表明，人工濕地植被對(duì)生活污水各指標(biāo)的去除率與植被自身生理特性密切相關(guān)，從相關(guān)系數(shù)來(lái)看，人工濕地植被對(duì)生活污水各指標(biāo)的去除率與其根系活力和基質(zhì)酶活性密切相關(guān)；除此之外，人工濕地植被對(duì)TN的去除與自身體內(nèi)氮素密切相關(guān)，對(duì)TP的去除與自身體內(nèi)磷素密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞：人工濕地；植被；凈化水質(zhì)；生理特性

中圖分類(lèi)號(hào)：X17；X703文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002-1302（2017）06-0299-06

人工濕地是由土壤、礫石、爐渣等按一定比例構(gòu)成的選擇性植入植被的污水處理生態(tài)系統(tǒng)，該系統(tǒng)基質(zhì)、水生植被和微生物等通過(guò)一系列物理、化學(xué)、生物途徑高效去除特定的污染物[1-2]。人工濕地是近年來(lái)發(fā)展較為迅速的污水處理技術(shù)，具有投資低、去除和凈化效果好、易維護(hù)、耗能低、美觀等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于污水處理和水環(huán)境富營(yíng)養(yǎng)化的防治中，已有不少地區(qū)取得了良好的環(huán)境效果和經(jīng)濟(jì)效益[3]。植被是人工濕地的核心之一，在凈化水質(zhì)等方面起著重要作用，濕地植被不僅具有同化吸收污染物的功能，還有攔截、過(guò)濾污染物的作用，促進(jìn)污水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)和再利用，從而提高整個(gè)濕地生態(tài)系統(tǒng)微生物數(shù)量，促進(jìn)濕地生態(tài)系統(tǒng)的硝化和反硝化作用，進(jìn)而強(qiáng)化其凈化能力[4]。隨著城鎮(zhèn)化水平的加快，我國(guó)水質(zhì)污染和水資源浪費(fèi)現(xiàn)象十分嚴(yán)重，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)年排廢水量400億t以上，生活污水排放量日益增多，大部分未經(jīng)任何處理直接排入生態(tài)系統(tǒng)，加重了水資源短缺，合理開(kāi)發(fā)利用水資源及凈化水質(zhì)具有現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義[5]。近幾十年來(lái)，關(guān)于人工濕地凈化水質(zhì)的研究大多局限于單一植被，人工濕地不同植被對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體處理效果的比較研究鮮見(jiàn)報(bào)道，并且尚未發(fā)現(xiàn)采用與植被生理變化相關(guān)的過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶、元素的積累量和基質(zhì)酶活性作為濕地植被篩選的報(bào)道[6-7]。針對(duì)以上不足，本試驗(yàn)在前人研究的基礎(chǔ)上，選取4種常見(jiàn)濕地植被，構(gòu)建潛流型人工濕地，通過(guò)對(duì)比研究不同植被對(duì)生活污水中生物耗氧量（biochemical oxygen demand，簡(jiǎn)稱(chēng)BOD5）、化學(xué)耗氧量（chemical oxygen demand，簡(jiǎn)稱(chēng)CODCr）、氨氮（NH4+-N）、硝氮（NO3--N）、污水總氮（total N，簡(jiǎn)稱(chēng)TN）、總磷（total P，簡(jiǎn)稱(chēng)TP）的去除能力，并探討人工濕地植被生理特性變化及其與凈化水質(zhì)相關(guān)性，旨在篩選適合生長(zhǎng)且凈化能力較強(qiáng)的濕地植被，用于濕地水質(zhì)凈化和水環(huán)境修復(fù)，為人工濕地的推廣應(yīng)用提供植被材料和理論基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

人工廢水配制：TN，9.15 mg/L；TP，0.24 mg/L；CODCr，365.9 mg/L；BOD5，112.3 mg/L；NH4+-N，8.56 mg/L；NO3--N，5.18 mg/L；pH值為7.09。

1.2人工濕地設(shè)計(jì)與流程

試驗(yàn)區(qū)位于重慶大學(xué)校區(qū)人工濕地系統(tǒng)。人工濕地結(jié)構(gòu)底部為集水區(qū)，其上鋪放尼龍網(wǎng)，共設(shè)4個(gè)人工濕地結(jié)構(gòu)單元，每個(gè)單元長(zhǎng)×寬×深=20 m×5.0 m×1.0 m。單元之間用寬0.5 m的土埂隔開(kāi)，分3層依次填充基質(zhì)，底層大粒徑礫石（粒徑20～30 mm）作為排水層，厚度約為25 cm，中層選用當(dāng)?shù)刂刑?hào)爐渣（粒徑15～25 mm），厚度約為25 cm，上層選用當(dāng)?shù)匦√?hào)爐渣和泥沙（粒徑10～15 mm），厚度約為25 cm。濕地單元內(nèi)分別種植常見(jiàn)的濕地植被鳶尾（Iris tectorum Maxim）、菖蒲（Acorus calamus L.）、茭白（Zizania latifolia）和蘆葦（Phragmites communis Trin.），種植密度保持一致，為3～7株/m2。人工濕地單元底部為集水區(qū)，其上鋪放尼龍網(wǎng)，防止填料下漏，每個(gè)單元沿對(duì)角線(xiàn)埋入直徑為10 mm的PVC管，使人工濕地中的循環(huán)水能夠流入PVC管，以便于試驗(yàn)樣品采集。

2014年5月20日先用微污染水對(duì)4種植被馴化1個(gè)月再進(jìn)行凈化試驗(yàn)，選擇株型大小、生物量基本一致的4種濕地植被，栽于人工濕地沙子基質(zhì)上，植被栽上后，加自來(lái)水至沙子基質(zhì)飽和，地下水培養(yǎng)1個(gè)月，保持其上2～3 cm薄水層，穩(wěn)定20 d，其間換水3～5次。2014年7月20日將污水經(jīng)配水池緩慢放入人工濕地（水深78～83 cm），由于水流通過(guò)水管均勻流入人工濕地，污水通過(guò)布設(shè)在人工濕地的布水管流入，緩慢向下滲濾，放水12 h后，停止注水，水力負(fù)荷控制在0.81 m3/（m2·d）。進(jìn)水為上述配置的人工污水，經(jīng)過(guò)人工濕地處理后的水從底部PVC管排出，生活污水在濕地系統(tǒng)中的停留時(shí)間為48～60 h，經(jīng)過(guò)1年以后，測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.3測(cè)定方法

人工濕地運(yùn)行1年后，于2015年9月取出水口的，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行化驗(yàn)分析。各水質(zhì)指標(biāo)的去除率=（進(jìn)水口值-出水口值）/出水口值×100%[5]。

統(tǒng)計(jì)每個(gè)單元人工濕地1 m2樣方中植株數(shù)目、株高等生長(zhǎng)性狀，并將其收割分為地上和地下部分烘干測(cè)定其生物量。分別將地上部和地下部植被樣品粉碎，用H2SO4-H2O2消煮制備成溶液，植被TN用過(guò)硫酸鉀氧化吸光光度法測(cè)定，TP用釩鉬藍(lán)法測(cè)定[8]。

植被N、P積累量（g/m2）=植被體內(nèi)N、P含量（mg/g）×植被生物量（g/m2）。

生理特性指標(biāo)測(cè)定：植被根系數(shù)量、長(zhǎng)度與活力、葉片過(guò)氧化物酶是反映植被適應(yīng)能力與生理特性的主要指標(biāo)；根系數(shù)量采用3株植被的平均根系數(shù)計(jì)算，根系長(zhǎng)度采用3株植被的最長(zhǎng)根平均數(shù)計(jì)算，根系活力、葉片過(guò)氧化物酶測(cè)定方法參照文獻(xiàn)[5]。

根系附近基質(zhì)脲酶與基質(zhì)磷酸酶活性的測(cè)定：根系附近基質(zhì)脲酶與基質(zhì)磷酸酶活性可反映植被根系與微生物的互作強(qiáng)度，直接反映濕地生態(tài)系統(tǒng)中的微生物數(shù)量，間接反映植被對(duì)N、P吸收能力的強(qiáng)弱，測(cè)定方法參照文獻(xiàn)[7-8]，土壤基質(zhì)脲酶活性以24 h后100 g土壤中NH4+-N的mg數(shù)表示，土壤基質(zhì)磷酸酶活性以24 h后100 g土壤中酚的mg數(shù)表示[9]。

水質(zhì)測(cè)定項(xiàng)目包括TN、TP、NH4+-N、BOD5和CODCr：BOD5采用稀釋接種法；CODCr采用重鉻酸鉀氧化法；NH4+-N采用納氏試劑分光光度法；TN采用過(guò)硫酸鉀-紫外分光光度法；TP采用鉬銻抗分光光度法；NO3--N采用N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法[10]。

采用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)分析軟件分別對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA），多重比較采用LSD法，利用植被N、P積累量與植被生物量、N、P含量建立線(xiàn)性回歸，由原始數(shù)據(jù)擬合線(xiàn)性回歸關(guān)系經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)得到擬合度參數(shù)r2，并檢驗(yàn)相關(guān)系數(shù)的顯著性（P<0.05）。

2結(jié)果與分析

2.1人工濕地不同植被對(duì)污水各指標(biāo)平均去除率

由圖1可知，人工濕地不同植被對(duì)TN、TP、NO3--N、NH4+-N、BOD5和CODCr的平均去除效果存在一定的差異，4種濕地植被對(duì)TN、TP、NO3--N、BOD5、CODCr和NH4+-N的去除率分別在63.4%～85.2%、21.6%～31.5%、53.1%～72.3%、58.7%～79.3%、31.7%～56.3%、43.7%～61.5%。人工濕地不同植被對(duì)TN的去除率基本表現(xiàn)為鳶尾>蘆葦>茭白>菖蒲，鳶尾和蘆葦對(duì)TN的去除率差異不顯著（P>0.05），二者均顯著高于菖蒲和茭白（P<0.05）；人工濕地不同植被對(duì)TP的去除率基本表現(xiàn)為鳶尾>蘆葦>菖蒲>茭白，鳶尾和蘆葦對(duì)TP的去除率差異不顯著（P>0.05），二者均顯著高于菖蒲和茭白（P<0.05），菖蒲和茭白對(duì)TP的去除率差異不顯著（P>0.05）；人工濕地不同植被對(duì)NO3--N的去除率基本表現(xiàn)為鳶尾>蘆葦>菖蒲>茭白，鳶尾和蘆葦對(duì)NO3--N的去除率均顯著高于菖蒲和茭白（P<0.05），菖蒲和茭白對(duì)NO3--N的去除率差異不顯著（P>0.05）；人工濕地不同植被對(duì)NH4+-N的去除率基本表現(xiàn)為鳶尾>蘆葦>菖蒲>茭白，鳶尾和蘆葦對(duì)NH4+-N的去除率差異不顯著（P>0.05），二者均顯著高于菖蒲和茭白（P<0.05），菖蒲和茭白對(duì)NH4+-N的去除率差異不顯著（P>0.05）；人工濕地不同植被對(duì)BOD5的去除率基本表現(xiàn)為鳶尾>蘆葦>菖蒲>茭白，鳶尾和蘆葦對(duì)BOD5的去除率均顯著高于菖蒲和茭白（P<0.05），菖蒲和茭白對(duì)BOD5的去除率差異不顯著（P>0.05）；人工濕地不同植被對(duì)CODCr的去除率基本表現(xiàn)為鳶尾>蘆葦>茭白>菖蒲，鳶尾和蘆葦對(duì)CODCr的去除率差異不顯著（P>0.05），二者顯著均高于菖蒲和茭白（P<0.05）。綜合來(lái)看，4種濕地植被對(duì)氮素的去除率最高，對(duì)BOD5和CODCr的去除率次之，對(duì)磷素的去除率較低。

2.2人工濕地不同植被適應(yīng)能力與生理特性

從濕地植被適應(yīng)能力與生理特性來(lái)看，4種植被種植在生活污水中生長(zhǎng)90 d后，在根系數(shù)量、長(zhǎng)度、活力以及葉片過(guò)氧化氫酶活性方面都表現(xiàn)出差異。由圖2可知，人工濕地不同植被地上生物量變化范圍為423.5～752.3 g/m2，基本表現(xiàn)為鳶尾>蘆葦>茭白>菖蒲，鳶尾和蘆葦?shù)厣仙锪坎町惒伙@著（P<0.05），二者均顯著高于菖蒲和茭白（P<0.05）；人工濕地不同植被地下部生物量變化范圍為321.3～703.2 g/m2，基本表現(xiàn)為鳶尾>蘆葦>茭白>菖蒲，鳶尾和蘆葦?shù)叵虏可锪坎町惒伙@著（P>0.05），二者均顯著高于菖蒲和茭白（P<0.05）；人工濕地不同植被根系長(zhǎng)度變化范圍為16.5～43.2 cm，基本表現(xiàn)為蘆葦>鳶尾>茭白>菖蒲，鳶尾和蘆葦根系長(zhǎng)度差異顯著（P<0.05），菖蒲和茭白根系長(zhǎng)度差異不顯著（P>0.05）；人工濕地不同植被根系條數(shù)變化范圍為135～23.4，基本表現(xiàn)為鳶尾>茭白>蘆葦>菖蒲，鳶尾和茭白根系條數(shù)差異不顯著（P>0.05），二者均顯著高于菖蒲和蘆葦（P<0.05）；人工濕地不同植被根系活力變化范圍為265～75.6 μg/（g·h），基本表現(xiàn)為鳶尾>蘆葦>茭白>菖蒲，不同植被間根系活力差異均顯著（P<005）；人工濕地不同植被根系過(guò)氧化氫酶活性變化范圍為23.7～125.9 U/（g·min），基本表現(xiàn)為鳶尾>蘆葦>菖蒲>茭白，不同植被間過(guò)氧化氫酶活性差異均顯著（P<005）。

2.3人工濕地植被N、P含量、積累量及其相關(guān)性

2.3.1人工濕地植被N、P含量及積累量植被氮磷積累量表示植被從濕地系統(tǒng)中帶走的氮磷量，是直接反映植被凈化潛力的重要指標(biāo)之一，其大小由生長(zhǎng)量和植被內(nèi)氮磷平均含量決定[11-12]。由圖3可知，人工濕地不同植被葉片N含量變化范圍在16.3～25.7 mg/g之間，基本表現(xiàn)為蘆葦>鳶尾>菖蒲>茭白，不同植被葉片N含量差異均顯著（P<0.05）；人工濕地不同植被葉片N積累量變化范圍在451.6～1 123.6 g/m2 之間，基本表現(xiàn)為鳶尾>蘆葦>菖蒲>茭白，菖蒲和茭白葉片N積累量差異不顯著（P>0.05），且二者均顯著低于蘆葦和鳶尾（P<0.05）；人工濕地不同植被葉片P含量變化范圍在1.6～4.7 mg/g之間，基本表現(xiàn)為蘆葦>鳶尾>茭白>菖蒲，不同植被葉片P含量差異均顯著（P<005）；人工濕地不同植被葉片P積累量變化范圍在71.6～236.5 g/m2，基本表現(xiàn)為鳶尾>蘆葦>菖蒲>茭白，菖蒲和茭白葉片P積累量差異不顯著（P>0.05），且二者均顯著低于蘆葦和鳶尾（P<0.05）。

2.3.2人工濕地植被N、P含量與生物量之間的關(guān)系由原始數(shù)據(jù)擬合得到回歸關(guān)系，經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)得到擬合度參數(shù)r2，并在P<0.05和P<0.01水平上檢驗(yàn)相關(guān)系數(shù)的顯著性，從而顯示了不同類(lèi)型人工濕地植被N、P積累量與生物量及其N(xiāo)、P含量的相關(guān)關(guān)系，F(xiàn)檢驗(yàn)結(jié)果表明，線(xiàn)性回歸關(guān)系均達(dá)到顯著水平，各回歸關(guān)系成立。由表1可知，人工濕地不同植被N、P積累量分別與生物量及其N(xiāo)、P含量呈顯著的線(xiàn)性關(guān)系（P<0.05），由此推測(cè)，通過(guò)生物量和植被N、P含量來(lái)評(píng)價(jià)濕地植被對(duì)N、P去除的作用。

2.4人工濕地植被基質(zhì)酶活性

根系附近基質(zhì)脲酶與基質(zhì)磷酸酶活性是間接反映植被對(duì)N、P吸收能力強(qiáng)弱的主要指標(biāo)[13]。由圖4可知，人工濕地不同植被基質(zhì)脲酶活性變化范圍在 （48.3～73.2）×10-2 mg/g

之間，基本表現(xiàn)為鳶尾>蘆葦>茭白>菖蒲，鳶尾和蘆葦基質(zhì)脲酶活性差異不顯著（P>0.05），二者均顯著高于菖蒲和茭白（P<0.05）；人工濕地不同植被基質(zhì)磷酸酶活性變化范圍在（21.6～112.3）×10-2 mg/g，基本表現(xiàn)為鳶尾>蘆葦>菖蒲>茭白，鳶尾和蘆葦?shù)幕|(zhì)磷酸酶活性差異不顯著（P>0.05），二者均顯著高于菖蒲和茭白（P<0.05）。

2.5人工濕地植被對(duì)污水各指標(biāo)去除率與生理特性的相關(guān)性

人工濕地植被對(duì)污水各指標(biāo)的去除率與植被葉片生理各指標(biāo)存在一定的相關(guān)性。由表2可知，人工濕地植被對(duì)TN去除率與根系活力、過(guò)氧化氫酶活性、葉片N含量、N累積量和基質(zhì)脲酶活性呈極顯著相關(guān)（P<0.01），與根系長(zhǎng)度和基質(zhì)磷酸酶活性呈顯著相關(guān)（P<0.05）；人工濕地植被對(duì)TP去除率與根系活力、葉片P累積量、基質(zhì)脲酶活性和基質(zhì)磷酸酶活性呈極顯著相關(guān)（P<0.01），與根系長(zhǎng)度、過(guò)氧化氫酶活性和葉片P含量呈顯著相關(guān)（P<0.05）；人工濕地植被對(duì) NO3--N 去除率與過(guò)氧化氫酶活性、葉片N含量和基質(zhì)脲酶活性呈極顯著相關(guān)（P<0.01），與根系活力、葉片N累積量和基質(zhì)磷酸酶活性呈顯著相關(guān)（P<0.05）；人工濕地植被對(duì)NH4+-N去除率與根系活力、過(guò)氧化氫酶活性、葉片N含量和基質(zhì)磷酸酶活性呈極顯著相關(guān)（P<0.01），與地下部生物量、根系條數(shù)、葉片N累積量和基質(zhì)脲酶活性呈顯著相關(guān)（P<0.05）；人工濕地植被對(duì)BOD5去除率與根系活力、過(guò)氧化氫酶活性和基質(zhì)磷酸酶活性呈極顯著相關(guān)（P<0.01），與葉片P含量和基質(zhì)脲酶活性呈顯著相關(guān)（P<0.05）；人工濕地植被對(duì)CODCr去除率與根系活力和基質(zhì)磷酸酶活性呈極顯著相關(guān)（P<0.01），與根系長(zhǎng)度、過(guò)氧化氫酶活性和基質(zhì)脲酶活性呈顯著相關(guān)性（P<0.05）。

3.1人工濕地植被對(duì)生活污水凈化效果分析

人工濕地植被不僅可以直接攝取和利用污水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還能提高人工濕地的滲透系數(shù)，增強(qiáng)根區(qū)微生物活性和輸送氧氣等，而不同濕地植被對(duì)生活污水的凈化效果和機(jī)制不同[13]。基質(zhì)的吸附、植被的截流、過(guò)濾以及微生物的新陳代謝等活動(dòng)是人工濕地凈化水質(zhì)的主要過(guò)程，N循環(huán)較為復(fù)雜，主要通過(guò)氨的揮發(fā)、硝化、反硝化過(guò)程、介質(zhì)的吸附、微生物固氮以及氮的遷移轉(zhuǎn)化得以去除[14]；對(duì)NH+4-N的去除主要是通過(guò)好氧微生物的降解[14]；對(duì)P的去除主要以吸附為主，隨泥沙顆粒在介質(zhì)中被截留，通過(guò)植被吸收、物理化學(xué)作用及微生物降解等3個(gè)作用去除[12]。本研究中4種人工濕地植被對(duì)氮素的去除效果較好，對(duì)TP的去除效果最差，說(shuō)明4種濕地植被對(duì)生活污水中氮素的吸收效果較好，這主要是通過(guò)人工濕地植被的截流、過(guò)濾以及微生物的新陳代謝過(guò)程得以去除，人工濕地植被新生根系的須根較多，有利于根區(qū)微生物的著生，通過(guò)硝化和反硝化途徑凈化的N數(shù)量相對(duì)較少，從長(zhǎng)期角度出發(fā)，微生物硝化和反硝化作用是人工濕地凈化N的主要途徑，優(yōu)選根系發(fā)達(dá)的植被是提高該系統(tǒng)N去除率的重要措施之一，這與前人的研究結(jié)果[12，15-16]一致；而對(duì)TN、NO-3-N和NH+4-N的去除機(jī)制基本一致，植被對(duì)TP的吸收可能與根際微環(huán)境及植被與微生物的耦合作用密切關(guān)聯(lián)。

3.2人工濕地植被生理特性分析

根系數(shù)量與長(zhǎng)度是濕地植被適應(yīng)能力強(qiáng)弱的最直接的形態(tài)學(xué)表現(xiàn)指標(biāo)；根系活力的變化與葉片過(guò)氧化氫酶活性也是植被適應(yīng)能力強(qiáng)弱的生理表現(xiàn)指標(biāo)；根系附近基質(zhì)脲酶與基質(zhì)磷酸酶活性可反映植被根系與微生物的互作強(qiáng)度；基質(zhì)磷酸酶能促進(jìn)有機(jī)磷化物的水解；基質(zhì)脲酶是酰胺酶，能促進(jìn)有機(jī)質(zhì)分子中肽鍵的水解。研究表明，基質(zhì)的脲酶活性與基質(zhì)的微生物數(shù)量、有機(jī)物質(zhì)含量、全氮和速效氮含量呈正相關(guān)，它們能夠反映植被在凈化水質(zhì)過(guò)程中的生理特性變化[15-16]。從濕地植被適應(yīng)能力與生理特性來(lái)看，地上部和地下部生物量、根系活力、基質(zhì)酶活性均表現(xiàn)為鳶尾和蘆葦高于茭白和菖蒲。一般來(lái)說(shuō)，在不同的運(yùn)行條件下，人工濕地對(duì)有機(jī)物的去除效果比較穩(wěn)定，但對(duì)N、P的去除效果容易受各種因素的影響而不穩(wěn)定，所報(bào)道的數(shù)據(jù)往往變化范圍較大。本研究人工濕地基質(zhì)選用沙子（SiO2），對(duì)N的吸附能力較弱，容易達(dá)到飽和，可以考慮忽略不計(jì)，而N的循環(huán)條件較為復(fù)雜，濕地植被不僅通過(guò)植被吸收，還通過(guò)基質(zhì)吸附、硝化和反硝化及氨的揮發(fā)等途徑凈化污水中的N[14]。為了探討植被在人工濕地系統(tǒng)的凈化污水中N的機(jī)制，本研究監(jiān)測(cè)了濕地植被生物量和植被體內(nèi)N和P含量的變化，結(jié)果表明，植被自身吸收同化污水中N水平與植被根系微生物作用有關(guān)[15-16]。鳶尾和蘆葦新生根系的須根較多，根系生物量較大，有利于根際微生物著生，茭白和菖蒲根系生物量相對(duì)較小，依賴(lài)于根際環(huán)境的根際微生物數(shù)量相對(duì)較少，根際微生物硝化和反硝化作用相對(duì)較弱，通過(guò)硝化和反硝化途徑凈化的N數(shù)量相對(duì)較少。從長(zhǎng)期角度出發(fā)，微生物硝化和反硝化作用是人工濕地凈化N的主要途徑，優(yōu)選根系發(fā)達(dá)的植被是提高該系統(tǒng)N去除率的重要措施之一。

3.3人工濕地植被N、P含量、積累量及其相關(guān)性

生長(zhǎng)條件相同的4種濕地植被生物量及分配變化較大，地上部生物量基本大于地下部生物量（除茭白外），就植株體內(nèi)的N、P含量而言，地上部分N和P積累量高于地下部分，這種生物量的分配模式體現(xiàn)了N、P元素生長(zhǎng)部位的分配特點(diǎn)，屬于植被對(duì)N和P內(nèi)在生長(zhǎng)特性的平衡調(diào)節(jié)[14，17]。N、P積累量能夠反映植被對(duì)N、P的直接去除能力，而營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分配特點(diǎn)會(huì)涉及到采取的收割方式。本研究中人工濕地植被可以通過(guò)地上部分的收割去除大部分的N、P積累量，使其移出生態(tài)系統(tǒng)；同時(shí)，植被體N、P積累量主要與植被的生物量存在顯著線(xiàn)性相關(guān)（表1），所以選擇適宜人工濕地物種，通過(guò)增加植被的地上部生物量達(dá)到定期去除N、P的效果。

3.4人工濕地植被對(duì)污水各指標(biāo)去除率與生理特性相關(guān)性分析

相關(guān)性分析表明（表2），人工濕地植被對(duì)生活污水各指標(biāo)的去除率與植被自身生理特性密切相關(guān)。從相關(guān)系數(shù)來(lái)看，人工濕地植被對(duì)生活污水各指標(biāo)的去除率與其根系活力和基質(zhì)酶活性密切相關(guān)；除此之外，人工濕地植被對(duì)TN的去除與自身體內(nèi)氮素密切相關(guān)，對(duì)TP的去除與自身體內(nèi)磷素密切相關(guān)。綜合分析可知，本研究所選取的4種濕地植被，鳶尾和蘆葦是具有高吸收N、P功能、生命力強(qiáng)的植被種類(lèi)，生物量也表現(xiàn)為較高，可作為構(gòu)建人工濕地植被的首選，而茭白和菖蒲具有較低的生物量和N、P去除率等，由于人工濕地需要遵循植被多樣性、景觀配置原則，茭白和菖蒲也可在人工濕地中使用。此外，人工濕地植被的凈化效果還與植被的生長(zhǎng)速度、生長(zhǎng)階段、植被的生物量、植被根區(qū)微生物作用等有關(guān)，在以后研究過(guò)程中，選擇生物量較大、富集污染元素較強(qiáng)的植被構(gòu)建各種植被組合的人工濕地是凈化水質(zhì)的關(guān)鍵措施。

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