水生植物与微生物的协同去除效应
人工湿地中微生物的种类和数量是相当丰富的，水生植物群落的存在，为微生物提供了附着基质和栖息场所，其浸没在水中的茎叶为形成生物膜提供了广大的表面空间，此外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、厌氧、缺氧等不同环境，为各种不同微生物的吸附和代谢提供了良好的生存环境，也为人工湿地污水处理系统提供了足够的分解者。
植物根部的释放作用为微生物的大量存在提供物种保障，植物的根系分泌物促使某些嗜磷、氮细菌的生长，促进氮、磷的释放、转化及有机污染物BOD、COD的分解，从而间接提高净化率。此外，在不同基质结构、环境因子等情况下，植物根系的扩展深度即发达程度有所变化，使微生物及酶的分布呈现出空间不均匀性。香蒲型湿地中0.05～0.1 m深处的细菌、放线菌、真菌数量与0.35 m深处的数量比是13∶7（±4.1），基本上是差了一个数量级，增大湿地植物根系的扩展空间，有利于提高人工湿地净化污水的有效空间，是增强污水净化能力的一项重要措施。
水生植物的修复机理
水生植物的根系能分泌促进嗜磷、氮细菌生长的物质，从而间接提高净化率。浮水植物发达的根系与水体接触面积很大，能形成一道密集的过滤层，当水流经过时，不溶性胶体会被根系粘附或吸附而沉降下来，特别是将其中的有机碎屑沉降下来。与此同时，附着于根系的细菌体在进入内源生长阶段后会发生凝集，部分为根系所吸附，部分凝集的菌胶团则把悬浮性的有机物和新陈代谢产物沉降下来。
水生植物和浮游藻类在营养物质和光能的利用上是竞争者，前者个体大、生命周期长，吸收和储存营养盐的能力强，能很好地抑制浮游藻类的生长。某些水生植物根系还能分泌出克藻物质，达到抑制藻类生长的作用。另外，水生植物根圈还会栖生某些小型动物如水蜗牛能以藻类为食。
挺水植物可通过对水流的阻尼或减小风浪扰动，使悬浮物质沉降。在易受风浪涡流及底层鱼类扰动影响的浅水湖泊底层，沉水植物有利于形成一道屏障，使底泥中营养物质溶出速度明显受到抑制。水生植物还能通过植物残体的沉积将部分生物营养元素埋入沉积物中，使其脱离湖泊内的营养循环，进入地球化学循环过程。湖边以挺水植物为主的水陆交错带，有利于对面源污染物的去除和沉淀等。总之，水生植物的存在，有利于形成一个良性的水生生态系统，并能在较长时间内保持水质的稳定。
水生植物修复的影响因素
1、温度
温度是水生植物生长的必备要素，因此也影响着植物对受污水体的净化效果。
同时，水温对植物的季节生长也有显著影响，它不仅决定植物的萌发、生长量和生长速率，还决定着开花和休眠期。有研究表明苦草等水生植物的种子萌发与种皮结构、水温及萌发基质有关，水温对植物种子的萌发有一定的促进作用。
2、光照
水体光强影响着水生植物特别是沉水植物的光合作用，苦草适于在水底生长，金鱼藻和狐尾藻在水体上层有较强的竞争能力，菹草和黑藻的最大光合产量出现在中层。水底的水底的光强往往很弱，一般认为，水底光强不足入射光的1%时，沉水植物不能定居。不同植物对光照的敏感程度不同，而水体的透明度即成为表征水体光照的限定因子。当水深/透明度比值达5.26时，绝大部分水草生长受到制约。尤其藻类富营养湖泊中较低的透明度是制约沉水植被修复的关键因子。有研究表明:在水体的一定深度存在光补偿点和补偿深度，只有在光补偿深度以上，沉水植物才能进行正常的光合作用和呼吸作用。
3、营养水平
受污水体中的N、P等是水生植物生长的营养来源，有的植物喜欢偏肥水体，有的喜欢偏瘦水体。水生植物对污染物的吸收及耐受能力有一定限度，其净化率并非随水体营养化程度成正比增长。
水生植物特别是沉水植物的引种与恢复对水体污染的治理有明显作用，但水体的温度、光照强度与营养负荷已成为沉水植物能否有效发挥作用的瓶颈。因此，在水体营养负荷较低，植物生长缓慢的条件下，可投加微生物制剂作为有效补充，改善水体透明度，然后再引种水生植物，提高净化效率。
水生植物根系的过滤、沉淀颗粒作用
水生植物发达的根系与水体接触面积大，可以形成密集的过滤层，当水流通过时，可以过滤掉水体中的污染物质，在其表面进行离子交换、整合、吸附、沉淀等，不溶性胶体被根系黏附和吸附，凝集的菌胶团把悬浮性的有机物和新陈代谢的产物沉降下来，使周围水体变清。挺水植物的茎和叶以及浮水植物的根还可以用来减缓水流速度和消除湍流作用，以达到过滤和沉淀泥沙颗粒、有机微粒的作用。如在种有芦苇的水池中，其水中悬浮物减少30%，氯化物减少90%，有机氮减少60%，磷酸盐减少20%，氨氮减少66%。
通过植被的拦截和过滤作用，还能大量滞留许多有害的金属，吸收地表污染物。在河道两侧和湖泊建设缓冲带和护坡，依靠种植的植物能吸收、沉淀、过滤和降解溶于雨水中的酚、氰、铬、锌等有机化合物，使得含有毒有害物质的雨水得到过滤和净化，减少了有毒有害物质对水体的污染。
水生植物修复技术中微生物的降解作用
与其他的生物处理系统一样，在以水生植物为核心的污水净化系统中，微生物对各种污染物的降解仍然起着重要的作用。污水中可被生物降解的有机物(通常以BOD来表示)主要由于微生物的代谢活动被去除；去除氮，尽管有植物的吸收，但硝化和反硝化作用仍是主要的，去除率约40%~92%。
尽管如此，水生植物的作用仍然是不可或缺的。首先，水体中微生物降解污染物质所需的氧主要来自水生植物输氧。缺氧条件下，生物不能进行正常有氧呼吸，还原态的某些元素和有机物的浓度可达到有毒的水平。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速率大，植物的输氧功能对降解污染物好氧的补充量远大于由空气扩散所得氧量。植物输氧是植物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。这种输氧作用使根毛周围形成一个好氧区域，其中好氧生物膜对氧的利用使离根毛较远的区域呈现缺氧状态，更远的区域则完全厌氧。这种连续呈现好氧、缺氧、厌氧的状态，相当于许多串联或并联的A/A/O处理单元，这样植物在为水体输氧的同时，还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用使氮、磷从废水中去除。因此，水生植物在人工湿地去除铵、亚硝酸盐、硝酸盐、磷酸盐、SS和BOD等方面间接或直接地起着重要作用。
其次，水生植物还为微生物提供栖息地。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。很多大型挺水植物在水中部分能附生大量的藻类，这也为微生物提供了更大的接触表面积。研究表明，有植物的水体中，细菌数量显著高于无植物系统，植物的根系分泌物还可以促进某些嗜磷、氮细菌的生长，促进氮、磷的释放和转化，从而间接提高净化率。
水生植物的吸收利用和富集作用
氮、磷是水生植物生长必不可少的营养物质。不少水生植物的生长速度快，能直接大量吸收利用水体中的氮、磷等营养物质，供其生长发育，从而达到净化水体的效果。
废水中的有机氮被微生物分解与转化，而无机氮(氨氮)作为植物生长过程中不可缺少的物质被植物直接摄取，合成蛋白质与有机氮，再通过植物的收割而从废水和湿地系统中除去；如同无机氮一样，无机磷也是植物必需的营养元素，废水中的无机磷在植物吸收及同化作用下可转化成植物的ATP、DNA、RNA等有机成分，然后通过植物的收割而移去。生根植物直接从砂土中去除氮磷等营养物质，而浮水植物则在水中去除营养物质。许多根系不发达的沉水植物，例如金鱼藻属(Ceratophyllum)也能直接从水中吸收营养物质。在海涂，芦苇(Phragmites australis)湿地系统是削减进入海洋过量营养物质的强有力手段之一。
环境中的重金属和一些有机物并非是植物生长所需要的，且达到一定程度后具有毒害作用。对于此类化合物，一些植物也演化出特定的生理机制使其脱毒。植物通常是通过螯合和区室化等作用来耐受并吸收富集环境中的重金属，这种机制也存在于许多水生植物中。水生植物吸收富集能力为：沉水植物>飘浮植物>挺水植物，不同部位浓缩作用也不同，一般为根>茎>叶，各器官的累积系数随污水浓度的上升而下降。研究认为植物对有毒有害物质的吸收以被动吸收为主，增加植物和废水的接触时间，可增强植物对其的去除率。Ellis等的研究结果表明，宽叶香蒲(Typha latifolia)和黑三棱(Spargnium sp.)是摄取同化、吸附富集高速公路径流油类、有机物、铅和锌的较适宜植物种类。芥菜(Brassis juncea)根际附着大量的细菌后，能加速Se的富集和挥发。凤眼莲具有直接吸收降解有机酚类的能力，据报道，放养凤眼莲后水的酚去除效率提高了2~3倍；最近的研究发现，沉水植物狐尾藻等还具有直接吸收降解三硝基甲苯(TNT)的能力。
联系客服
