人工湿地植物与微生物特征

人工湿地植物与微生物特征

引言

湿地植物是人工湿地的重要组成部分，不但可以吸收、降解水体中的污染物质，还能形成景观要素、美化环境。但不同的湿地植物生活习性、去污能力等存在一定差异，所以湿地植物的科学选择以及合理配置是人工湿地的功能与作用得以实现的前提和基础，对污水处理效果和景观要素形成具有重要的影响，是人工湿地设计过程中必须考虑的问题。适宜的湿地植物不仅可以提高污水净化效果，方便后期管理，而且能增加景观效果。

1 人工湿地植物的根际效应

1.1 泌氧能力

植物根系泌氧是指湿地植物通过光合作用和大气吸收的氧气从根系直接释放到外界环境中。根据德国学者Kickuth的根区法理论，湿地挺水植物对氧气具有输送、释放、扩散作用，能够将空气中的氧转运到根部，再经过植物根部的扩散，在植物根须周围环境中依次出现好氧区、兼氧区和厌氧区，从而使人工湿地的填料和植物的表面存在大量的厌氧、好氧和兼性菌群。研究发现水生植物的泌氧速率远比空气中氧气向人工湿地液面扩散的速率大，因此湿地植物的泌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。

湿地植物的根系泌氧能力受到多种因素影响，如湿地植物根系特点、光照条件、基质特性等。不同湿地植物根系的通气组织构造有所差异，其根孔隙率也有所不同，导致植物对氧的输送、释放的能力不同。芦苇、菖蒲、风车草等常见的湿地植物的根具有纤维状的多孔结构，根孔隙率分别为40%、26%和32%，输氧泌氧能力也相对较强。Li等比较了黄菖蒲、灯心草、美人蕉等6种湿地植物，发现黄菖蒲的根系扎根较深，泌氧能力位列中等，但表现出对水体中总氮最好的净化效果。此外，湿地植物的泌氧能力还与光照强度有关，原因在于光照能够促进湿地植物的光合作用以及加快植物体与外界环境的气体交换速度，一般情况下植物光合作用速率最高时，植物泌氧速率最快。湿地基质作为根系泌氧的气体传输

介质，其孔隙率、还原物质含量、重金属含量等也会影响根系泌氧速率。

1.2 根系分泌物

植物根系分泌物是指在一定生长条件下未被扰动的根释放到根际区域中的无机离子或小分子有机物的总称。根系分泌物的主要组成物质为糖、氨基酸、有机酸、甾类化合物和微量的生长物质等。植物根系分泌物的量和组成因植物种类而各异，目前已经发现的根系分泌物多达200 种以上。这些根系分泌物以及细根的腐解为土壤补充了有机物，是刺激根际微生物繁殖的重要能源和养分源，对微生物的代谢及生产发育产生一定的影响，从而强化微生物矿化有机污染的速度。

植物根系分泌物的分泌过程主要受植物种类、环境因素等的影响。不同种类湿地植物所释放的根系分泌物存在较大差异。Zhai 等发现黄菖蒲的根系分泌物释放率显著高于芦苇和灯心草，当碳源有限时，植物根系分泌物可作为补充碳源供给反硝化等反应的进行。唐利等发现芦苇根系分泌物中糖∶蛋白质∶氨基酸= 4.3：6：8，而对于香蒲来说，其相应的比例为8：4：11，说明不同植物的根系分泌物存在物质组成比例的差异。植物根系分泌物的释放一方面会影响微生物种群结构，另一方面会通过微生物生命活动间接影响其向外界环境的分泌。Al －Baldawi 等研究发现，在人工湿地中注入根际细菌（Bacillus aquimaris、Bacillus anthracis和Bacillus cereus）能够减缓石油烃类化合物对植物生长的压力，从而促进人工湿地植物藨草的生长，进而提高石油烃的降解效果。

2 湿地植物对微生物活性及降解性能的影响

湿地植物的根际效应为人工湿地微生物的生长提供了必要的营养与能量。与未种植植物的湿地系统相比，种植植物的湿地系统其微生物数量、种类及氧化还原势有很大差别。大多数水生植物的根系主要集中在0 ～20 cm的基质区域，在这一区域内微生物数量随着深度的增加而减小。不同类型和功能的微生物群落分布也与根系区域紧密相关。不同种类水生植物会影响其根际微生物数量和活性，例如香蒲根际微生物的数量大于芦苇；气温对植物的影响显著，冬季低温期间芦苇根系仍然有一定活性，因此其根际效应优于扁秆藨草和茭白的活性，好氧菌保持较高比例。