劉冉 蘭汝佳 趙海燕

摘要：隨著城市化進程及工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，水土環(huán)境污染問題不斷加劇。人工濕地的構(gòu)建是一種高效、可持續(xù)的面源污染協(xié)同修復途徑，人工濕地主要利用植物和微生物聯(lián)合機制對水污染的環(huán)境進行修復，成本低、能耗少、管理運營方便且環(huán)境友好，是一種大有潛力的污水修復技術。本文闡述了人工濕地中各個組成的作用和機制，并對未來人工濕地中生物修復需要開展的研究作了分析和展望。

關鍵詞：人工濕地;面源污染;富營養(yǎng)化;生物修復;研究進展

中圖分類號： X71;X171.4 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）22-0030-07

近20余年來，隨著城市化進程深入和工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，我國水土環(huán)境污染問題不斷加劇，并威脅以農(nóng)-林-水為要素的復合生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)安全，在長三角地區(qū)尤為突出[1]。歸納起來，主要問題表現(xiàn)為以下3個方面：（1）水土環(huán)境中重金屬、有機污染嚴重，土壤質(zhì)量下降，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn);（2）農(nóng)業(yè)面源污染形勢嚴峻，對區(qū)域水土環(huán)境產(chǎn)生威脅;（3）水土環(huán)境惡化及不合理開發(fā)導致生物棲息地喪失，生物多樣性下降。

面源污染形勢日益嚴峻，對區(qū)域水土環(huán)境產(chǎn)生威脅。我國農(nóng)業(yè)源的化學需氧量（chemical oxygen demand，COD）、全氮（total nitrogen，TN）和全磷（total phosphorus，TP）排放量已經(jīng)超過生活源和工業(yè)源，成為我國主要污染源[2]。目前，我國農(nóng)業(yè)污染面臨局部改善、整體加劇、環(huán)境約束加深的態(tài)勢，如何保證在農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和糧食穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的條件下防治農(nóng)業(yè)面源污染，是我國當前面臨的不得不解決的難題。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥、化肥、地膜等的不合理或過量使用，是面源污染的主要來源之一[3];畜禽養(yǎng)殖業(yè)中畜禽糞便若不經(jīng)任何無害化處理就直接排放，不僅污染養(yǎng)殖場周圍環(huán)境，導致大氣污染，更是我國江河湖泊等水體富營養(yǎng)化的主要污染源[4]。水產(chǎn)養(yǎng)殖密度的不斷加大，導致養(yǎng)殖環(huán)境惡化加劇，養(yǎng)殖病害增多，使得大面積死魚等現(xiàn)象頻頻發(fā)生;抗生素的濫用影響水產(chǎn)品品質(zhì)及水體質(zhì)量，導致養(yǎng)殖水體污染加劇，TN、TP等營養(yǎng)素增多，影響?zhàn)B殖業(yè)的同時又會污染周邊水域，這些問題嚴重限制了養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[5-6]。生活垃圾及工業(yè)三廢（廢水、廢氣、廢渣）的排放也加劇了面源污染，并進入食物鏈，危害人類身體健康、生活質(zhì)量和生命安全。在自然降水或農(nóng)田灌溉中，污染物容易進入附近水體，導致農(nóng)業(yè)面源污染問題日益嚴峻和突出。

面源污染中主要污染物是N、P等，實現(xiàn)N、P的循環(huán)利用，不僅可以減少環(huán)境污染，也可補充農(nóng)作物生產(chǎn)所需養(yǎng)分，實現(xiàn)污染生態(tài)治理與養(yǎng)分高效利用的雙贏，對我國這樣一個資源短缺國家的發(fā)展是非常重要的。因此，從發(fā)展趨勢來看，在單項技術突破的基礎上，對面源污染實行系統(tǒng)控制，實施污染源頭減量（reduce）-前置阻斷（retain）-循環(huán)利用（reuse）-生態(tài)修復（restore）的4R技術體系，可實現(xiàn)對全類型、全過程、全流域（區(qū)域）的控制，是我國農(nóng)業(yè)面源污染治理的重要發(fā)展方向。為此，人工濕地應運而生。

1 人工濕地及其應用概述

1.1 人工濕地概況

人工濕地（constructed wetlands）是模擬自然濕地機制的人工生態(tài)工程化的地面，可利用物理、化學和生物的協(xié)同作用對污水開展凈化，效果穩(wěn)定，且具有投資小、能耗低、節(jié)水、供肥、運行管理方便等優(yōu)點。人工濕地對天然濕地在功能方面進行了強化，并對天然濕地進行了一些補充及恢復建設，可以明顯增強污水凈化能力[7-9]，其主要利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學、生物三重協(xié)同作用對污水等進行處理;其作用機制主要包括吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀、微生物分解、轉(zhuǎn)化、植物遮蔽、殘留物積累、養(yǎng)分吸收及各類動物的作用，以此來去除流經(jīng)污水中的懸浮物、有機物、病原體、營養(yǎng)素和重金屬等。按結(jié)構(gòu)特點可分為表面流人工濕地（surface flow constructed wetland，F(xiàn)WS）、潛流人工濕地（subsurface-flow constructed wetland，SSF）和混合流人工濕地（hybrid flow constructed wetland，HFS）[7]，其中SSF又包括水平潛流人工濕地（horizontal subsurface flow wetland，HSSF）（圖1）[8]和垂直潛流人工濕地（vertical-flow constructed wetland，VSSF）[9]。在處理各種污水的過程中多種類型的濕地可以單獨使用，也可以結(jié)合使用，合理結(jié)合不同類型的濕地構(gòu)建循環(huán)水系統(tǒng)可以使系統(tǒng)具有更好的穩(wěn)定性和凈水效果。

1.2 人工濕地處理污水現(xiàn)狀與研究

人工濕地系統(tǒng)的研究與應用在很多發(fā)達國家起步較早，已取得顯著成效，但在發(fā)展中國家應用很少，技術發(fā)展也很緩慢。在很多發(fā)展中國家，污水廢水處理的基礎設施十分落后甚至沒有建設，這造成大量廢水被直接排入江河湖海，浪費了大量可循環(huán)使用的水資源，同時對河流湖泊和海洋都造成了極大的污染。人工濕地廢水處理系統(tǒng)是一種污水凈化再循環(huán)使用的工程設施，包括生物、化學、物理等多個處理模塊[7-9]。近年來，隨著人們對生態(tài)環(huán)境的重視，人工濕地廢水處理系統(tǒng)以其低成本、可持續(xù)、再循環(huán)的優(yōu)勢，作為新興的戰(zhàn)略措施正在發(fā)展中國家興起[10]。

人工濕地已被成功用于減輕環(huán)境污染，如去除廢水中種類繁多的污染物，包括有機物、懸浮物、病原體、重金屬和養(yǎng)分等，其去除效率高、成本低、操作簡單，能夠?qū)︷B(yǎng)分和水分進行再利用，成為越來越受歡迎的污水處理技術[11]。Gill等依托高速公路構(gòu)建人工濕地，9年中對污水中鎘（Cd）、銅（Cu）、鉛（Pb）和鋅（Zn）的去除率分別達到5%、60%、31%和86%[12]。Yang等利用人工濕地系統(tǒng)凈化農(nóng)業(yè)徑流，減少富營養(yǎng)化農(nóng)業(yè)徑流流入河流湖泊對其造成的污染[13];Bezbaruah等利用人工濕地對污水進行脫硫脫氮，比利用生物硝化反硝化進行脫硫脫氮更節(jié)約成本[14];Chen等利用人工濕地工程處理工業(yè)廢水，對COD、懸浮物（suspended solids，SS）、總磷、銨態(tài)氮（NH4+-N）去除率分別可以達到61%、81%、56%、35%[15];而Zhai等利用混合人工濕地對COD、SS、TP和NH4+的去除率可以分別達到84%、95%、72%和68%[16];Nahlik等研究了5個熱帶地區(qū)由水生植物構(gòu)建的濕地，比較其處理污水中有機物和營養(yǎng)素的效力，分別對乳牛場、乳品加工場、造紙廠、垃圾填埋地的污水進行處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，5個濕地系統(tǒng)中有4個能夠在排入河流之前有效降低廢水中的營養(yǎng)素水平[17]。

2 人工濕地處理污水的生物機制

污水的生物修復技術多種多樣，河川湖泊池塘本身就具有一定的自凈作用，一些N、P營養(yǎng)鹽在水生生物世代更替中會隨著死亡個體形成有機碎屑沉降在底泥中，另外一些被轉(zhuǎn)化為水生動物的有機組成部分，在營養(yǎng)鹽沉積作用中顯示出一定的自凈效果。植物修復指利用植物轉(zhuǎn)移、容納或轉(zhuǎn)化污染物，消除或降低污染強度，達到修復環(huán)境的目的[18]。水環(huán)境植物修復中的植物包括沉水植物、挺水植物等，植物在生長過程中通過一系列生理生態(tài)過程，如植株增高、根系伸長、生物量積累等對污水、廢水中的營養(yǎng)物質(zhì)進行積累富集，植物根系也會吸收、沉淀水中的污染物，從而達到修復目的。另一種有效的生物修復手段則是微生物修復，微生物修復是目前污染環(huán)境生物修復的主要形式，微生物或提取物對環(huán)境污染物具有吸收、轉(zhuǎn)化、降解等功能，可以對養(yǎng)殖污水中的營養(yǎng)素和重金屬等污染物質(zhì)進行轉(zhuǎn)化或降解，且可以抑制有害微生物的生長或繁殖，從而降低養(yǎng)殖塘中魚類的病害發(fā)生概率[5]。另外還可依賴養(yǎng)殖魚類自身的生長能力進行水質(zhì)改良，如通過放養(yǎng)一定密度的鰱魚、鳙魚等濾食性食藻魚類，減少水體中的浮游植物，或者使水體浮游植物向小型化發(fā)展等[19]。

2.1 人工濕地中植物的作用

濕地植物泛指生長在過度潮濕環(huán)境中的植物，其生長易受到介質(zhì)、氣候等條件的影響，吸收污染物的能力也隨生長與生理活動狀態(tài)的變化而變化，因而在不同條件下其污水凈化效果也不一樣。人工濕地選擇的植物必須要適應當?shù)氐耐寥篮蜌夂驐l件。因各種濕地植物對不同污染物的去除效果各有差異，所以多種植物組合使用，將更有利于各種污染物的全面清除，從而提高濕地系統(tǒng)的污水凈化能力。目前人工濕地植物研究的重點已從鳳眼蓮（即水葫蘆）轉(zhuǎn)移到蘆葦和香蒲上，蘆葦和香蒲既是我國北方與南方的常見物種，也是國際公認的最佳濕地植物，在人工濕地中得到越來越廣泛的應用[20-21]。陳永華等在綜合應用原有各種濕地植物篩選與評價指標的基礎上，增加植物逆境酶和基質(zhì)酶評價指標進行聚類分析和綜合評價，把17種植物分為3類，第1類為具有較強凈化能力的植物，即蘆葦、千屈菜、美人蕉、風車草、水蔥、再力花和花葉美人蕉等;第2類為具有中等凈化能力的植物，即菖蒲、蘆竹、香蒲和梭魚草等;第3類為具有較弱凈化能力的植物，即鳶尾、野芋、燈心草、蔥蘭、澤瀉和花菖蒲等[22]。

植物是人工濕地的基本組成部分，可利用大型植物或根莖類植物等去除污染物，如富集、轉(zhuǎn)移、穩(wěn)定或轉(zhuǎn)化在土壤、沉積物和水中的污染物，去除方式包括其根系對污染物的吸收、過濾、蒸發(fā)（植物揮發(fā)）和微生物降解[23]，從而達到徹底去除污染物的目的[24-26]。植物修復是一種綠色環(huán)保、低成本、節(jié)能節(jié)約的污水處理技術。植物修復有多種類型，對不同的污染物有不同的作用機制，如植物提取，即植物從土壤、水和沉積物中吸收和積累富集氮、磷、金屬、有毒元素等;植物降解，即利用植物降解轉(zhuǎn)化土壤、水和沉積物中的有機污染物;植物穩(wěn)定化，即利用超累積植物或耐重金屬植物降低重金屬的活性，通過植物吸附和植物根際作用降低重金屬生物有效性，從而阻止重金屬進入水體和食物鏈[27]。

植物修復技術的優(yōu)點是可以原位處理污染土壤、沉積物、地下水、地表水和外部大氣，在人工濕地中利用植物處理污水具有明顯的效果，歐洲一些國家應用該系統(tǒng)處理包括工業(yè)廢水在內(nèi)的多種類型污水，都有顯著的效果[28]。例如在人工濕地系統(tǒng)中利用大藻屬和浮萍屬等漂浮型大型植物對乳品廠廢水中的懸浮物進行處理，總懸浮物去除的平均總體效率為86%，浮萍系統(tǒng)還可以在TN含量為73%～97%或TP含量為63%～99%的廢水中去除50%～60%的TN和TP[29]。Krishna等的研究顯示，廢水處理系統(tǒng)在最佳的調(diào)控和環(huán)境條件下，COD、生化需氧量（BOD5）、銨態(tài)氮、TN、總懸浮固體（TSS）的移除效率分別高達84%、88%、68%、58%、87%[30]。Upadhyay等在砂礫基質(zhì)上種植寬葉香蒲（Typha latifolia）和水蓼（Polygonum hydropiper），構(gòu)建人工濕地，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，寬葉香蒲的BOD5、溶解性總固體（TDS）、TSS、PO4-P、TN去除率分別達到88%、60%、70%、72%、65%，而水蓼對這些物質(zhì)的去除率分別達到79%、50%、53%、60%、53%，2種植物的種植均可有效降低廢水pH值和電導率（Cond）（圖2）;另外，寬葉香蒲和水蓼都可以吸附金屬元素，尤其是它們的根系，寬葉香蒲根富集的Zn、Cu、Pb、Cr含量分別高達40.44、39.24、3778、19.95 μg/g，而水蓼根對它們的富集含量分別為1785、33.43、36.19、9.67 μg/g;而且，植株的重金屬轉(zhuǎn)運系數(shù)比較高，因此，人工濕地在有效去除污染物的同時，還兼顧了環(huán)境友好和低成本運作[8]。Sharain-Liew等利用狹葉香蒲（Typha angustifolia）這種熱帶地區(qū)的水生植物，從合成廢水中移除Pb2+，最大吸附量達到8 h之內(nèi)吸附86%的Pb2+，葉片中的Pb濃度達到25 mg/L[31]。

人工濕地中的植物還可以修復污水中的重金屬和石油等污染物，植物可以直接從根系釋放一些酶， 例如硝基還原酶、過氧化物酶和漆酶（對苯二酚氧化酶）等，分解轉(zhuǎn)化污水中有機污染物等[32]。Oosten等的研究表明，許多鹽生植物能夠耐受并積累吸收高濃度的有毒重金屬離子[33]，由于鹽生植物可以在多種不利環(huán)境中生存，因此利用它對重金屬進行植物固定和萃取、提取方面有極大的潛力[34]，這給一些鹽度較高地區(qū)構(gòu)建人工濕地提供了依據(jù);Laffont-Schwob等利用輪藻修復污水中的重金屬，對Cu、Zn、Cd和Pb等都有一定的去除作用[35];Khellaf等的研究顯示，浮萍可以從污水中成功移除61%～71%的Zn，可以在處理開始的2 d內(nèi)迅速去除水中高達60%的Zn2+和Cu2+，但在接下來的8 d中去除速率下降10%～20%[36];由于重金屬的生物毒性，浮萍植物對重金屬的去除修復有其局限性，Hou等指出，浮萍對Cd2+和Cu2+的耐受限度分別是0.5 mg/L和10 mg/L，可見對該修復植物來說，Cd2+比Cu2+有更高的毒性，從而影響其修復效果[37]。Boonsaner等的研究則證明了美人蕉等濕地植物對石油烴類的富集效果，美人蕉在21 d內(nèi)移除了根區(qū)土壤中80%的苯類物質(zhì)（包括苯、甲苯、乙苯和二甲苯）[38];熱帶觀賞灌木暹羅草在該方面也顯示了極高的去除能力，促進了原油和重金屬污染土壤中污染物的分離，從被石油和重金屬污染的土壤中去除了高達80%的原油污染[39]。

植物在濕地系統(tǒng)中為微生物的生存和繁殖提供基礎環(huán)境，且能夠促進土壤微生物的活動。研究顯示，植物根細胞可以分泌凝膠狀的黏膠，它是一種通過根系滲透到土壤中的潤滑劑，可以幫助根際微生物溶解不溶性營養(yǎng)物質(zhì)和回收有機營養(yǎng)元素[40-41]，植物的光合作用產(chǎn)物可以通過植物根系體液滲出，如土壤糖類、有機酸和芳香化合物，富含供應微生物生長的碳和能源[42]，這些滲出液可以刺激微生物趨化現(xiàn)象和反應能動性，進而增強微生物降解有機污染物的能力[43-44]。此外，濕地植物還有減少水分損耗等的作用，有研究顯示，有浮萍覆蓋的區(qū)域相比其他開放的廢水處理系統(tǒng)能夠少蒸發(fā)20%的水分，從而減少該系統(tǒng)在一些干旱區(qū)域的水分耗損[45-46]。

總之，在人工濕地中，植物可以直接吸收污水中的營養(yǎng)物質(zhì)和元素，吸附、富集有毒有害物質(zhì)，其根系還會形成適宜微生物生長繁殖的根際區(qū)域，為一些能夠利用、轉(zhuǎn)化污水中污染物和有毒有害物質(zhì)的微生物提供良好的生存環(huán)境，另外還可以通過根系供氧等調(diào)節(jié)水質(zhì)。此外，一些濕地植物具有一定的觀賞性，綠色植物的存在也可以增加養(yǎng)殖大生態(tài)系統(tǒng)中的氧氣含量和環(huán)境適宜性。

2.2 人工濕地中根際微生物的作用

在生物修復中，單一的生物類型很難應付污水中種類繁多的污染物，植物修復能夠達到可觀的修復效果，在很大程度上是由于植物根系的微生物作用，一些固氮細菌可以合成和釋放抗生素和植物生長物質(zhì)[47-48]，在修復過程中，微生物是不容忽視的重要部分。人工濕地系統(tǒng)中的微生物包括好氧和厭氧微生物，它們可以轉(zhuǎn)化水中污染物，甚至可以使有機物完全礦化。Teamkao等用化學沉淀的方法凈化文具廠的廢水，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，依然存在著大量的二甘醇和COD，進一步用微生物修復和植物修復2種方法處理發(fā)現(xiàn)，微生物修復在清除二甘醇時具有比植物修復更強的功效，但是在清除COD時不如植物修復;研究還發(fā)現(xiàn)，構(gòu)建“土壤-植物”這樣的人工濕地在 8 d 內(nèi)可以全部清除二甘醇，在14 d內(nèi)可以把COD降低到 110 mg/L，如果在濕地中添加微生物，全部去除二甘醇只要 5 d，在處理11 d時就可以把COD降低到110 mg/L[49]。利用微生物技術對污水中多種污染物進行清理是一種已經(jīng)被廣泛使用并且效益顯著、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略[50]。在生物廢水處理系統(tǒng)中，大部分微生物以微生物聚集的形式存在，如污泥絮體、生物膜和顆粒狀等[51]。在濕地污泥中，利用多種光能自養(yǎng)菌和異養(yǎng)微生物組成微生物聚合體，經(jīng)過同化、吸附和生物降解，可從復雜廢水中去除多種污染物[52]。

一些微生物可以廣泛利用多種形式的氮化合物，包括無機化合物NH4+-N和硝態(tài)氮（NO3--N）以及氨基酸、多肽等有機物，可通過生物降解對污染物中的有機物進行轉(zhuǎn)化[53]。還有一些功能微生物可產(chǎn)生胞外聚合物，它是微生物分泌的一種復雜的高分子聚合物，可以吸附廢水中的有機物，具有細胞溶菌作用，且具有吸附、可生物降解等性能[51]。Ko等利用可產(chǎn)脂肪酶的細菌、真菌或放線菌來分解轉(zhuǎn)化污水中的脂肪等污染物[54]。Chandra等以蘆葦為主要濕地植物，利用其根際細菌群落對酒廠廢水進行凈化修復，結(jié)果顯示，其BOD和COD的數(shù)值分別減少了95%和96%[55]。采用化學沉淀、離子交換、特殊材質(zhì)的膜處理等傳統(tǒng)方法清理水體中重金屬，成本昂貴、操作復雜，且當重金屬在水中的濃度低于100 mg/L時，這些傳統(tǒng)方法是無效的，但一些微生物卻可以對污水中的重金屬污染起到很好的修復效果[56]。一些研究利用植物或微生物對重金屬進行吸收或分解轉(zhuǎn)化[57-58]，微生物和植物有吸附金屬的潛力，或者根據(jù)不同金屬來合成特定蛋白，從而對污染物進行吸附[59-60]。Fosso-Kankeu等利用植物和微生物吸附土壤中的重金屬，對富集了Pb、Cr等重金屬的農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品進行加工利用，對重金屬進行永久性分離，其中起重要作用的是金屬結(jié)合蛋白[61]。Beveridge等的研究則將微生物的吸附能力歸因于其細胞壁上高含量的潛在化學吸附劑磷壁酸[62]。Tunali等的研究證明，芽孢桿菌屬和假單胞菌屬的細菌對鈷離子（Co2+）、鎳離子（Ni2+）、Zn2+、Pb2+等金屬表現(xiàn)出很高的吸附能力[63]。一些微生物可以修復污水中的石油類污染物，Boulton等早就發(fā)現(xiàn)，微生物可以調(diào)控加氧酶系統(tǒng)氧化脂肪族和芳香烴類污染物，產(chǎn)生相應的醇類，達到石油污染物的無害化處理[64];而Kamath等利用異養(yǎng)微生物將有機污染物代謝為CO2和水，利用植物的解毒機制將化學物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無植物毒性的代謝物[65]。Al-Baldawi等構(gòu)建“植物[碩大藨草（Scirpus grossus）]-基質(zhì)（砂礫）”人工潛流濕地，在濕地不添加根際細菌和添加根際細菌2種條件下，水體中石油烴污染物（TPH）分別被去除72%和84%，在砂礫中TPH分別被去除59%和77%，結(jié)果（圖3）顯示，根際細菌可以通過明顯緩解碩大藨草的石油脅迫，促進植株生長，提高環(huán)境中污染物的去除效果[66]。

2.3 人工濕地系統(tǒng)中動物的作用

人工濕地污水處理系統(tǒng)并不是依靠單一機制作用的，而是多種機制協(xié)同作用。除了植物微生物之外，還包括水生動物。如在大菱鲆養(yǎng)殖體系中，投放濾食性水生動物海綿（Hymeniacidon perlevis）可使得水體得到凈化[67]。濾食性動物和腐食性動物近年來越來越得到人們的重視，這些動物利用它們的攝食習性可以有效降低養(yǎng)殖對水體環(huán)境造成的負面影響。張喜勤等進行的池內(nèi)和現(xiàn)場試驗表明， 草食性水溞能去除富營養(yǎng)化湖水中的TN、TP、COD、BOD等污染物，從而使水質(zhì)得到凈化[68]。因此，選擇一種較好的水體修復浮游動物，可為養(yǎng)殖環(huán)境修復開辟一條新途徑。項黎新等報道，三角帆蚌（Hyriopsis cumingii）對污染水的Cr、Pb和Cd具有很大的凈化作用，經(jīng)12 d凈化處理，3種污染水體的Cr、Pb、Cd含量分別下降83%、78%、72%[69]。徐永健等的研究表明，在養(yǎng)殖水體中投放底棲動物雙齒圍沙蠶，對系統(tǒng)底部氮、磷污染物的去除效果顯著，相比于單養(yǎng)魚處理沉積物中TN、TP含量分別降低了9.59%～10.47%、7.11%～8.18%;此外，沙蠶不同的放養(yǎng)密度對于系統(tǒng)沉積物的修復效果及養(yǎng)殖效益具有顯著影響，22.5 kg/hm2的放養(yǎng)密度既可有效修復系統(tǒng)的沉積物環(huán)境，又能促進養(yǎng)殖效益的提升，使魚體產(chǎn)量上升156%[70]。

3 結(jié)束語

濕地被譽為“地球之腎”是實至名歸的，因其在蓄水、調(diào)節(jié)河川徑流、補給地下水和維持區(qū)域水平衡中發(fā)揮著重要作用，而且其生態(tài)系統(tǒng)中生物多樣性高，動植物資源豐富，能有效控制沉積物、有毒物和營養(yǎng)素等污染物，是人與自然和諧共存不可或缺的部分。在水資源緊缺、污染和浪費嚴重的今天，人工濕地污水處理系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能、可持續(xù)、低成本等優(yōu)勢，若加以合理規(guī)劃和推廣，將可以成為今后主要的污水處理凈化系統(tǒng)，它自成體系，操作和管理簡單，不需要大量人力，建設起來后能可持續(xù)運行，而且對于區(qū)域內(nèi)空氣、水體都有很好的凈化修復作用，隨著研究的增多和技術的完善推廣，人工濕地將成為今后涵養(yǎng)水源、防治旱澇、修復污染的重要設施，成為綠色環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展的一大助力。為了更好地發(fā)揮人工濕地的凈化與生態(tài)功能，未來人工濕地中生物修復須要考慮從以下幾方面開展研究。

（1）人工濕地的作用與植物和基質(zhì)的選擇有著緊密的關系。合理選擇濕地植物及基質(zhì)依舊是人工濕地設計的關鍵，因此，應對這方面進行更加深入的研究。如通過研究不同植物種群配置對人工濕地凈化能力的影響以及濕地中植物與微生物、基質(zhì)的協(xié)作作用，構(gòu)建一個完整合適的人工濕地植物生態(tài)系統(tǒng)，發(fā)揮喬灌木結(jié)合及暖、冷季植物套種的優(yōu)勢。另外，還應對植物根際的化學和生物學特性進行研究，探索人工濕地植物根系對污水的適應性，分析其與氮磷、重金屬等污染物的關系。合理配置植物以優(yōu)化微生物群落結(jié)構(gòu)和功能。此外，在機理研究方面，建議采用先進的分子生物學和基因技術等手段確定微生物的空間位置和群落組成，評價微生物對不同影響因素的響應，進一步探索植物-微生物聯(lián)合脫氮除磷的機制。

（2）研究濕地植物的生態(tài)效益、生態(tài)安全性和收割后的資源化利用。對現(xiàn)有的人工濕地污染物去除效果、生態(tài)價值等進行分析后，探討出一套完整、系統(tǒng)、科學的評價體系，對現(xiàn)有的人工濕地植物進行客觀、科學的生態(tài)評價，使得人工濕地的環(huán)境、經(jīng)濟、景觀等生態(tài)服務功能得到合理使用。另外，濕地植物均具有一定的生態(tài)適應性，通常具有很高的整體應用價值，但有些因素會限制它們的應用范圍，例如鳳眼蓮在一些地區(qū)可能會造成生物入侵，紫萍、浮萍等生長不易控制，亦會形成生物入侵。濕地植物收割后的資源化利用也頗為重要。例如將濕地植物收割后加工成生物炭，既可以作為濕地填料提高對污水的凈化效果，也可以作為土壤改良劑施入農(nóng)田;或者將濕地植物替換成具有經(jīng)濟效益的水生植物（如水稻、觀賞植物等），通過收割，既可以去除濕地系統(tǒng)中積累的營養(yǎng)物質(zhì)，又可以獲得經(jīng)濟效益。

（3）研究濕地植物的繁殖生長行為，加強植物在污水中的抗逆性研究，尤其要結(jié)合越冬期的寒冷、春季的復蘇、夏季的高溫等環(huán)境因素，以便于選擇植物能夠更好地適應人工濕地環(huán)境，并維持濕地的高效率去污能力。

（4）加強人工濕地生物修復養(yǎng)殖廢水中抗生素效果及其動態(tài)的研究。以前的研究主要側(cè)重于富營養(yǎng)化和重金屬的去除等方面，對抗生素生物修復研究觸及很少。而抗生素和重金屬等均廣泛存在于畜禽養(yǎng)殖業(yè)的廢水中。這些抗生素進入水體不僅對水生動植物的生長發(fā)育造成影響，還會誘導環(huán)境微生物產(chǎn)生抗生素抗性基因，對公共衛(wèi)生安全造成潛在威脅。仍須要進一步篩選富集能力強的濕地植物，深入研究濕地植物固定、吸收和轉(zhuǎn)運抗生素、重金屬的機制，并采用基因工程和分子生物學技術，增強濕地植物去除抗生素和重金屬的功能。

（5）除了陸上不確定的污廢水排放入海之外，船舶污水、石油開采廢水和海水養(yǎng)殖廢水是主要的海水污染源。這些典型污染源廢水的處理還處于研究階段，至今沒有固定的普遍適應任何水質(zhì)的技術。通過構(gòu)建耐鹽植物聯(lián)合根際微生物，建立近海灘涂人工濕地，處理含鹽污水，為海洋環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供新的思路與方向。

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