趙德華,呂麗萍,劉 哲,張 淼,安樹(shù)青

南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,南京 210023

當(dāng)前,污水處理廠尾水排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)厲,濕地生態(tài)工程作為一種環(huán)境友好型的污水處理方法,可作為污水處理廠提標(biāo)改造、提高尾水回用利用率或是排放標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[1]。與常規(guī)污水處理技術(shù)相比,濕地生態(tài)工程技術(shù)具有投資少、運(yùn)營(yíng)成本低、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn),特別在低濃度污水的深度處理方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。目前,尾水濕地生態(tài)工程在技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用方面均得到了迅猛地發(fā)展[2- 3]。但是,污水處理廠常采用A/O 工藝,由于A/O 工藝反應(yīng)器消耗了大量的COD,特別是其中的BOD,使得濕地接受的有機(jī)物負(fù)荷相對(duì)較低,造成濕地來(lái)水C/N 嚴(yán)重失衡,限制反硝化作用,降低濕地生態(tài)工程的凈化功能[4- 7]。

針對(duì)碳氮失衡尾水濕地氮去除效率低這一問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外已發(fā)展了多種解決方案,如混合高碳氮比污水、添加低分子碳水化合物和添加植物秸稈[5,8]。但是,這些方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還存在明顯的不足。濕地植物是人工濕地重要組成部分,當(dāng)前,對(duì)于濕地植物的功能和作用途徑卻一直存在爭(zhēng)議[9- 10]。近期的一些研究認(rèn)為,對(duì)于人工濕地氮的去除而言,水生植物的直接吸收作用幾乎可以忽略不計(jì)[9,11],而供碳促反硝化是濕地植物最重要的功能之一[12- 13]?？傮w而言,雖然研究者已意識(shí)到濕地植物供碳功能的重要性,但對(duì)其供碳動(dòng)態(tài)的定量化研究,以及其影響機(jī)制與調(diào)控方法的研究非常薄弱。

本文針對(duì)尾水濕地碳源嚴(yán)重不足問(wèn)題,以提供高效、穩(wěn)定碳源、降低濕地植物分解引起二次污染風(fēng)險(xiǎn)等為目標(biāo),提出基于濕地植物解決或緩解碳氮失衡濕地的解決方案：首先,綜述了濕地植物供碳促反硝化的途徑及其主要的影響因素,為濕地植物供碳促反硝化功能的提升與工程化應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)或研究方向; 然后,基于相關(guān)研究,構(gòu)建冷、暖季型濕地植物生物量積累動(dòng)態(tài)與供碳動(dòng)態(tài)的一般性模式,提出通過(guò)濕地植物配置構(gòu)建自供碳尾水濕地的方案及其供碳動(dòng)態(tài),為污水深度凈化濕地的健康發(fā)展與利用提供理論依據(jù)。

1 濕地植物供碳途徑

濕地植物通過(guò)光合作用生成有機(jī)物,而生成的有機(jī)物以枯葉落葉、死亡殘?bào)w,以及分泌物等形式進(jìn)入水體、土壤表層或被底泥覆蓋,直接參與或間接影響微生物的多種生物過(guò)程,影響濕地多種元素的地球化學(xué)循環(huán)。濕地植物向濕地生態(tài)系統(tǒng)提供碳源是其最為重要的生態(tài)功能之一[13]。濕地植物可以通過(guò)多種途徑向濕地生態(tài)系統(tǒng)供應(yīng)碳源,從而促進(jìn)反硝化作用和濕地氮去除,其供碳途徑主要包括(圖1)：

圖1 生長(zhǎng)期與凋亡期濕地植物為濕地反硝化提供有機(jī)碳途徑

(2)根系自溶分解作用。與直立部分的地上部分不同,濕地植物根系生長(zhǎng)在水中或土壤(底泥)中,根系釋放的有機(jī)質(zhì)可直接參與氮的反硝化作用。在生長(zhǎng)期,除了根系分泌釋放有機(jī)質(zhì)外,隨著新根的出現(xiàn),老根的不斷死亡與分解,根系脫落物和死亡老根通過(guò)自溶分解作用可以向土壤中釋放大量的有機(jī)碳源,相對(duì)于植物地上部分,老根的死亡脫落可能并非是程序化事件,這一途徑的碳源補(bǔ)充量主要是多種環(huán)境條件影響的結(jié)果[20]。而在凋亡期,死亡根系的分解可為反硝化作用直接提供碳源,濕地植物具有較高的地下生物量,這是濕地植物提供碳源的重要途徑。不同濕地植物類型其地上干物質(zhì)占總生物量的比值變異極大,多介于18%—72.5%之間[21- 22]。由于根系位于缺氧或厭氧環(huán)境中,其分解速度相對(duì)較慢[23],根系殘?bào)w分解作用可長(zhǎng)期為反硝化作用提供碳源。當(dāng)前,有關(guān)生長(zhǎng)期根系通過(guò)自溶分解供碳動(dòng)態(tài)及其定量分析方面的研究相對(duì)較少,已有的研究大多集中在死亡根系的分解供碳[24],而對(duì)于生長(zhǎng)期根系脫落物分解供碳的研究相對(duì)較少。

(3)地上干物質(zhì)分解。生長(zhǎng)期,濕地植物地上部分會(huì)通過(guò)程序化的死亡或?qū)δ婢车倪m應(yīng),產(chǎn)生枯枝落葉,分解(淋溶)后向濕地系統(tǒng)補(bǔ)充碳源[25]; 植物莖葉的有機(jī)分泌物在雨水淋溶下也可補(bǔ)充部分有機(jī)質(zhì)[26]。凋亡期,隨著死亡殘?bào)w的分解,濕地植物可向濕地系統(tǒng)中補(bǔ)充大量的碳源,由于地上部分干物質(zhì)便于收割或打撈,其供碳過(guò)程人為調(diào)控性強(qiáng),而且人工濕地地上干物質(zhì)的積累量較大,因此地上干物質(zhì)碳源供應(yīng)特征及其調(diào)控受到極大的關(guān)注[13]。在自然濕地系統(tǒng)中,部分的地上干物質(zhì)被好氧微生物分解和以腐殖質(zhì)的形式較長(zhǎng)期留存在土壤中,部分瀝出物可直接作用微生物碳源。與陸生植物相比,濕地植物植株分解物微生物可利用性更高[27]。濕地植物地上干物質(zhì)的分解過(guò)程可分為兩個(gè)階段：直立分解階段和底泥表層分解階段,其中,直立分解階段的有機(jī)質(zhì)分解速度相對(duì)較慢[28],而且分解形成的小分子有機(jī)物進(jìn)入水生態(tài)系統(tǒng)的比例相對(duì)較低。在人工濕地中,添加植物碳源(主要是植物地上部分)已成為提升氮去除率的一個(gè)重要的措施,得到了廣泛的應(yīng)用[29],而且,通過(guò)適當(dāng)?shù)那疤幚砘蚬こ檀胧┛商岣叩厣细晌镔|(zhì)用于促進(jìn)反硝化去氮率[29]。

2 影響濕地植物供碳量因子

濕地植物的供碳動(dòng)態(tài)是植物類型、各種環(huán)境因子和人工管理措施等多種因素綜合影響的結(jié)果,影響植物光合作用和植物殘?bào)w分解的各種因素均可以影響濕地植物的供碳動(dòng)態(tài)。因此,這里著重分析其主要的因素,或容易人為控制的因素,進(jìn)而可為其工程化應(yīng)用提供依據(jù)。

2.1 根系分泌物

影響根系有機(jī)質(zhì)分泌的主要因素包括：

(1)植物類型。植物類型是影響根系有機(jī)質(zhì)分泌量最為重要的因素,不同植物類型由于其光合效率、生物積累、根系類型等方面存在很大的差異,根系有機(jī)質(zhì)分泌物的量與質(zhì)均存在很大的差異[30],總體而言,與C3植物相比,C4植物的根系有機(jī)質(zhì)分配比率相對(duì)較低(與總生物量相比)[31],但是,由于C4植物光合能力與單位面積生物量顯著大于C3植物,C4植物根系有機(jī)質(zhì)分泌也大于C3植物。

(2)生長(zhǎng)階段。一般的研究認(rèn)為,幼嫩的根系有機(jī)物分泌最強(qiáng),隨著根系的成熟與衰老,單位重量根系的有機(jī)質(zhì)分泌能力出現(xiàn)下降的趨勢(shì),但是,由于生長(zhǎng)期植物根系生物量的快速增長(zhǎng),植物根系有機(jī)質(zhì)總分泌量在生長(zhǎng)期仍然表現(xiàn)為不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)[14,31]。

(3)土壤與水體理化性質(zhì)。土壤有機(jī)質(zhì)含量豐富的土壤其根系分泌有機(jī)質(zhì)的量相對(duì)較小,而有機(jī)質(zhì)缺乏的土壤其根系分泌物有增加的趨勢(shì)[32]。富營(yíng)養(yǎng)化環(huán)境可加快植物光合作用,提高根系分泌有機(jī)質(zhì)[19]。而養(yǎng)分、水分和重金屬污染等環(huán)境脅迫可顯著提高植物根系分泌有機(jī)質(zhì)的量[33]。

(4)溫度。溫度可通過(guò)影響植物的光合作用效率來(lái)影響根系有機(jī)質(zhì)分泌,而且一個(gè)地區(qū)的溫度與植物的物候階段密切相關(guān),因此,溫度是影響根系有機(jī)質(zhì)分泌的最為重要的因素之一,溫度對(duì)根系有機(jī)質(zhì)分配的影響可用Q10值表征,一些研究表明,植物根系有機(jī)質(zhì)分泌的Q10接近2[19]。

2.2 地上部分分解供碳

木屑、農(nóng)作物秸桿、濕地植物殘?bào)w等多種形式的植物碳源被添加到人工濕地,可顯著提升人工濕地氮去除率[29,34]。利用收獲的地上部分作為碳源添加到人工濕地已成為一項(xiàng)提升濕地凈化效率的重要工藝,被廣泛采用,是利用濕地植物構(gòu)建自供碳人工濕地相關(guān)領(lǐng)域的一個(gè)重要方向[13],當(dāng)前,濕地植物地上部分向濕地生態(tài)系統(tǒng)供碳影響因素及其調(diào)控的研究主要集中在兩個(gè)方面：

(1)植株地上部分分解過(guò)程。濕地植物生物質(zhì)的分解過(guò)程是一個(gè)受植物類型、溫度(氣溫和水溫)、pH、水文周期、水體養(yǎng)分含量、鹽度等多個(gè)方面因素影響的結(jié)果[35- 37]。一般研究認(rèn)為,隨著營(yíng)養(yǎng)的添加,植物殘?bào)w有加快分解的趨勢(shì)[36- 37]; 溫度和水體pH的升高同樣可加速植物殘?bào)w的分解[35]; 鹽度的增加會(huì)降低植物殘?bào)w的分解速度[38]。由于植物殘?bào)w在分解釋放碳源的過(guò)程中會(huì)同步釋放N、P等營(yíng)養(yǎng)元素,造成二次污染,植物殘?bào)w分解過(guò)程中的COD和N、P等營(yíng)養(yǎng)元素的同步釋放是相關(guān)領(lǐng)域廣受關(guān)注的一個(gè)方向[39- 40]。此外,植物類型與分解過(guò)程的關(guān)系方面有大量的研究報(bào)道,研究認(rèn)為,不同植物類型及植株不同部位其C/N、化學(xué)組成等存在較大差異,導(dǎo)致其分解過(guò)程存在較大差異,一般認(rèn)為,與挺水植物和陸生植物相比,沉水植物由于其木質(zhì)素含量較低,表現(xiàn)為更快分解速度[41];與莖桿相比,葉片中木質(zhì)素含量較低,其分解速度更快[42]。沉水植物、浮葉植物和挺水植物地上部分植物殘?bào)w的分解過(guò)程存在顯著差異,但不同的研究結(jié)果差異較大：李文朝等研究表明,浮葉植物分解最快,挺水植物次之,而沉水植物最慢[43];曹培培等和曹勛等研究表明,浮葉植物分解最快,沉水植物次之,而挺水植物最慢[44- 45]。

(2)植物碳源前處理工藝與植物碳源的添加方式。作為植物材料重要組成部分的木質(zhì)素在自然條件下很難分解,且影響纖維素和半纖維素等的分解,因此在人為添加植物碳源濕地中,需要先對(duì)植物材料進(jìn)行前處理,破壞木質(zhì)素結(jié)構(gòu),提高植物材料的分解供碳速率和效率,已發(fā)展了較多的前處理工藝,包括植物材料的機(jī)械粉碎、高壓蒸煮和輻射處理等物理方法,以及酸處理、堿處理和氧化處理等化學(xué)方法[29, 46- 48]。此外,植物碳源的添加方式會(huì)影響其供碳效率和濕地的凈化效率,如果將植物材料添加至人工濕地表層好氧區(qū)域,不僅會(huì)造成植物材料的損失且抑制硝化作用,造成反硝化底物不足,降低總氮的去除,因此,一般認(rèn)為,直接將植物材料添加至人工濕地的厭氧區(qū)域,直接為反硝化提供碳源是較為理想的添加方式[46,49]。但是,出于便捷性考慮,也有研究認(rèn)為,可以將植物碳源溶解(分解)在水中后再添加的方式[50]。

2.3 根系自溶分解供碳

當(dāng)前,生長(zhǎng)期老根死亡脫落分解的定量化觀測(cè)及其影響因素的研究少見(jiàn)報(bào)道。有關(guān)根系自溶分解供碳影響因子的研究大多集中在植物根冠比[21- 22]、根系積累量動(dòng)態(tài)和根系有機(jī)質(zhì)分解過(guò)程[24]等方面。死亡根系的分解過(guò)程也是環(huán)境因子和植物根系特征綜合影響的結(jié)果。環(huán)境溶氧量是影響根系分解最為重要的因素之一,總體而言,相對(duì)于地上部分,死亡根系主要處于缺氧或厭氧環(huán)境中,其分解速度相對(duì)較慢[23],因此,盡管根系的生物量低于地上生物量,但是根系對(duì)于底泥有機(jī)碳變化的作用可能要大于地上部分[51]。而水深的增加會(huì)降低表層底泥的溶氧量,降低好氧微生物活性,從而降低表層根系的分解速度,因此,持續(xù)處于淹水狀態(tài)的濕地根系其分解速度小于周期性淹水濕地; 而水深對(duì)深層根系的分解速度影響相對(duì)較小[24]。溫度是影響根系分解速度的另一重要影響因子,溫度對(duì)根系分解速度的影響可以用Q10來(lái)表征,根系分解的Q10在2左右[24];但是,也有研究認(rèn)為根系的分解速度對(duì)溫度的變化不敏感[52]。不同來(lái)源植物根系由于其C/N和化學(xué)組成的差異較大,根系的分解速度也存在較大差異[24];此外,受底泥性質(zhì)影響,與粗根系相比,細(xì)根系的分解速度可能更慢[23]。

3 促反硝化潛力及其季節(jié)動(dòng)態(tài)

3.1 濕地植物促反硝化潛力

受生長(zhǎng)條件和物種類型影響,濕地植物的光合能力與有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)能力必然存在劇烈的時(shí)空變異[13],以常見(jiàn)濕地植物蘆葦為例,根據(jù)上述的供碳途徑可對(duì)其供碳量進(jìn)行初步的估算：①地上生物量,研究表明,蘆葦?shù)厣仙锪靠稍?.413—9.89 kg/m2范圍內(nèi)寬幅波動(dòng),而常見(jiàn)的波動(dòng)范圍為1.0—2.0 kg/m2[53],華東地區(qū)人工濕地蘆葦?shù)厣献畲笊锪靠蛇_(dá)6.6 kg/m2[54]; ②地下生物量,濕地植物地下與地上生物量之比(根冠比)可在0.38—4.55[21- 22],甚至更大范圍內(nèi)寬幅波動(dòng)[55],蘆葦?shù)母诒仍谧匀粷竦刂幸话愦笥?,而在人工濕地中一般小于1[55],本文以冠根比0.8進(jìn)行估算。③生長(zhǎng)期的枯枝落葉和死亡根系,以生長(zhǎng)期凋落物量占最大生物積累量的19.7%進(jìn)行估算[56]。④根系分泌有機(jī)質(zhì)量,以茭白、美人蕉和水柳生長(zhǎng)期平均值0.61 mg g-1d-1估算[14]。不同類型植物碳源的脫氮容量同樣也存在較大差異,本文以脫氮容量為0.05估算濕地植物供碳促反硝化脫氮潛力[13, 19, 57- 58]。因此,地上最大生物量為5 kg/m2的蘆葦全年脫氮潛力可達(dá)0.57 kg N m-2。這一數(shù)值高于前人對(duì)濕地植物供碳促反硝化潛力的估算,其主要原因在于前人的估算中只考慮濕地植物地上部分生物量,忽略了對(duì)地下生物量、生長(zhǎng)期凋落物和根系有機(jī)質(zhì)分泌的估算[13]。

3.2 供碳促反硝化季節(jié)動(dòng)態(tài)

濕地植物供碳促反硝化能力與生物量供應(yīng)間存在密切相關(guān)性,因此,單位面積生物質(zhì)積累季節(jié)變化規(guī)律可表征濕地植物供碳促反硝化動(dòng)態(tài)特征。濕地植物生物質(zhì)積累與分解動(dòng)態(tài)受多種因素的影響,不僅受濕地植物類型、區(qū)域環(huán)境條件的影響,而且與濕地植物生長(zhǎng)的小生境密切相關(guān),人工濕地中濕地植物的供碳動(dòng)態(tài)必然受濕地植物類型的選擇、管理措施、基質(zhì)選擇、來(lái)水特征等多種因素的影響,因此,不同的人工濕地,濕地植物供碳動(dòng)態(tài)必然存在極大的時(shí)空異質(zhì)性。但是,根據(jù)已有的大量相關(guān)研究,仍然可歸納總結(jié)來(lái)一個(gè)相對(duì)普適性的規(guī)律或模式。以華東地區(qū)為例,該地區(qū)常見(jiàn)濕地植物可分為2類：一是以蘆葦、菖蒲、鳶尾、美人蕉等為代表的暖季型人工濕地植物,二是以黑麥草、水芹、菹草等為代表的冷季型人工濕地植物。暖、冷季型濕地植物潛在可利用有機(jī)質(zhì)量(地上和地下的當(dāng)年積累有機(jī)質(zhì)量+往年未分解有機(jī)質(zhì)量+根系分泌物量)存在著季節(jié)性的波動(dòng)(圖2),暖季型濕地植物可利用有機(jī)質(zhì)在夏季和秋季較高,而在冬季和春季較低; 而冷季型濕地植物可利用有機(jī)質(zhì)量表現(xiàn)出相反的季節(jié)變化規(guī)律[35- 36, 39, 40, 53- 55, 59- 60]。潛在可利用有機(jī)質(zhì)量與實(shí)際有機(jī)質(zhì)供應(yīng)量(以可溶性的有機(jī)酸、糖和蛋白質(zhì)等形式存在)季節(jié)間表現(xiàn)出顯著差異[14- 15, 24- 25, 36, 43, 61- 62](圖3)。暖季型濕地植物實(shí)際有機(jī)質(zhì)供應(yīng)量在10月至12月間處于高位,6月到8月處于低位; 而冷季型濕地植物有機(jī)質(zhì)供應(yīng)量在4月至9月間位于年內(nèi)高位,而其他月份相對(duì)較低。此外,暖、冷季型濕地植物提供的碳源中有近10%來(lái)自根系分泌的有機(jī)質(zhì)。表明,在近自然不收割條件下,暖、冷季型濕地植物無(wú)論是潛在可利用有機(jī)質(zhì)量,還是實(shí)際有機(jī)質(zhì)供應(yīng)量均存在顯著的季節(jié)性互補(bǔ)性規(guī)律。

圖2 華東地區(qū)典型暖季型和冷季型濕地植物可利用有機(jī)質(zhì)季節(jié)變化動(dòng)態(tài)

圖3 華東地區(qū)典型暖季型和冷季型濕地植物有機(jī)質(zhì)供給量季節(jié)變化動(dòng)態(tài)

3.3 濕地植物供碳促反硝化功能調(diào)控

影響濕地植物供碳功能的因子很多,對(duì)于人工濕地而言,植物種類的選擇是調(diào)控濕地植物供碳功能最為常用的措施[13, 55]。但是,濕地植物體內(nèi)含有大量的礦質(zhì)養(yǎng)分,管理不當(dāng)容易引起二次污染[55]。例如,蘆葦植株含氮量可在0.35%—2.69%范圍內(nèi)寬幅波動(dòng),平均值為1.0%—1.5%[63],也即植株重返生態(tài)系統(tǒng)氮量占其供碳促反硝化脫氮量的20%—30%。因此,按濕地系統(tǒng)反硝化需求定量供給濕地植物生物量,避免濕地植物產(chǎn)生二次污染就尤為重要。如前所述,濕地植物的潛在可利用有機(jī)質(zhì)量和實(shí)際有機(jī)質(zhì)供應(yīng)量均存在顯著的季節(jié)性波動(dòng),運(yùn)用不當(dāng)可能會(huì)造成一些時(shí)期二次污染的發(fā)生。如圖2—3所示,暖季型和冷季型濕地植物間存在顯著的季節(jié)互補(bǔ)作用。因此,在同一濕地生態(tài)系統(tǒng)將暖、冷季型濕地植物進(jìn)行合理的配置,可為生態(tài)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的碳源,提升供碳促反硝化能力,降低植物殘?bào)w集中分解引發(fā)的二次污染風(fēng)險(xiǎn)[64]。輔以收割和前處理后回用等措施將進(jìn)一步調(diào)控濕地植物的供碳能力[8, 13]。此外,在濕地生態(tài)系統(tǒng)中暖、冷季型濕地植物配置,兩個(gè)方面的問(wèn)題需引起關(guān)注：一方面,由于暖、冷季型濕地植物物候方面的差異,可提高生態(tài)系統(tǒng)單位年生產(chǎn)量,從而進(jìn)一步提升供碳促反硝化能力[65]; 另一方面,暖、冷季型濕地植物物候期存在部分重疊,而且兩種類型植物可能產(chǎn)生復(fù)雜的相互影響[66]。

4 研究展望

(1)濕地植物供碳促反硝化定量化研究及其調(diào)控有待加強(qiáng)。當(dāng)前,有關(guān)植物殘?bào)w分解過(guò)程的研究較多,這些研究可為凋亡期的供碳規(guī)律提供參考; 而對(duì)于生長(zhǎng)期的濕地植物供碳功能研究相對(duì)較少。如前所述,濕地反硝化作用與溫度密切相關(guān),因此碳氮失衡濕地的碳缺乏問(wèn)題在春、夏溫度較高時(shí)表現(xiàn)尤為突出; 而蘆葦、菖蒲等夏季型植物在人工濕地中應(yīng)用最為廣泛,春、夏季為這類植物的主要生長(zhǎng)期,其實(shí)際供碳能力卻相對(duì)較弱,因此,濕地植物在生長(zhǎng)期的供碳促反硝化作用尤為重要。當(dāng)前,對(duì)于濕地植物生長(zhǎng)期的供碳研究,如定量化研究生長(zhǎng)期濕地植物通過(guò)枯枝落葉或老根系脫落分解供碳的定量化研究方面少見(jiàn)報(bào)道。此外,根系分泌有機(jī)質(zhì)是濕地植物供碳的重要途徑,而當(dāng)前對(duì)根系有機(jī)質(zhì)的分泌的研究主要側(cè)重于其成分分析與生態(tài)學(xué)作用的研究,對(duì)其作為濕地碳源供應(yīng)功能的研究也相對(duì)較少。而濕地植物的供碳過(guò)程和能力是由光合作用、碳水化合物分配和有機(jī)質(zhì)分解等過(guò)程綜合作用的結(jié)果,表現(xiàn)出很強(qiáng)的可調(diào)控性,有關(guān)濕地植物供碳功能的定量化研究,特別是生長(zhǎng)期供碳功能的調(diào)控及其工程化應(yīng)用方面有待于加強(qiáng)。

(2)濕地植物供碳定量化研究方法上存在較大的不確定性。當(dāng)前,對(duì)于根系有機(jī)質(zhì)分泌動(dòng)態(tài)的研究多采用室內(nèi)水培法,或者是通過(guò)分析根系在超純水中短期分泌量來(lái)進(jìn)行定量分析,研究的是水體中有機(jī)質(zhì)嚴(yán)重缺乏條件下的分泌動(dòng)態(tài),這一研究結(jié)果與自然條件下濕地植物根系有機(jī)質(zhì)的分泌動(dòng)態(tài)必然差異較大; 有關(guān)濕地植物殘?bào)w分解動(dòng)態(tài)的研究多采用將烘干樣品裝袋后放置水中或埋于土中進(jìn)行觀測(cè)的方法,這與自然條件下的分解過(guò)程也必然差異極大[67]; 而有關(guān)濕地植物根系分解過(guò)程的研究,出于操作性考慮,樣品多為生長(zhǎng)期采集的活體根系,研究的周期也與自然條件下的分解周期差異較大[68- 69]。此外,濕地植物可利用有機(jī)質(zhì)量和有機(jī)質(zhì)供應(yīng)量不僅與植物的光合過(guò)程和分解過(guò)程有關(guān),還會(huì)受水流、水位等多因素影響。因此,有必要發(fā)展新的研究方法,分析近自然條件下的濕地植物的供碳動(dòng)態(tài),為定量化分析濕地植物供碳動(dòng)態(tài),構(gòu)建自供碳人工濕地提供依據(jù)。

(3)穩(wěn)定高效供碳促反硝化人工濕地構(gòu)建技術(shù)有待于進(jìn)一步優(yōu)化。濕地植物供碳促反硝化能力與動(dòng)態(tài)是多種因素綜合影響下的結(jié)果,當(dāng)前,與供碳動(dòng)態(tài)密切相關(guān)的濕地植物光合作用、根系有機(jī)質(zhì)分泌和有機(jī)質(zhì)分解的影響因子的研究報(bào)道很多,如溫度、光照、水分、重金屬、物種、管理措施等,但是,人工濕地的運(yùn)行過(guò)程中,有些因素的人為調(diào)控能力有限,其影響機(jī)制的實(shí)用性不足; 而有些因素,如物種、水分狀況、收割等,人為調(diào)控相對(duì)便捷,如何調(diào)控濕地植物的供碳過(guò)程是相關(guān)領(lǐng)域的相對(duì)薄弱之處。本文研究表明,不同物種的供碳動(dòng)態(tài)存在較大差異且存在季節(jié)性的互補(bǔ)特征,通過(guò)物候組合可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的碳源供應(yīng)和構(gòu)建自供碳人工濕地,從而解決一些濕地系統(tǒng)碳缺乏引起的氮去除問(wèn)題。當(dāng)前,雖然有關(guān)人工濕地中濕地植物的配置研究很多,但大多基于景觀、群落穩(wěn)定性等角度考慮,存在目標(biāo)模糊、效益提升有限等問(wèn)題。有必要加強(qiáng)濕地植物供碳與植物配置關(guān)系,以及不同物候類型濕地植物間的互作關(guān)系的研究。此外,進(jìn)一步整合物種配置和其他調(diào)控因子,構(gòu)建更加高效、穩(wěn)定供碳促反硝化人工濕地有待于進(jìn)一步研究。