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摘要：湿地被称为“地球之肾”，具有很强的净化功能。湿地中生长的水葫莲、香蒲、芦苇等水生植物能有效吸收水中的砷、铁、锰。铅等重金属，并对污水中的氮、磷、钾等营养物有很好的去除能力。因此，湿地具有不可替代的环境调和作用。本文围绕湿地的净化功能及其机制的研究进展进行了简要叙述。
关键词:湿地；净化功能；机制；氮磷；重金属
中图分类号：F407.4 文献标识码：A 文章编号：
1.国内外关于湿地净化功能的研究进展
1.1国外湿地净化功能研究进展
在国外,对湿地的生态系统服务功能研究开展的较早,大致可以追溯到20世纪初,但大多只局限于对本国湿地生态系统的分类,而具体到湿地的净化功能的研究则最早開始于20世纪50年代。随着美国麻省Massachusetts大学Larson提出第一个湿地生态功能评价模型,湿地的净化功能及其生态效益在研究过程中逐步被人们所认识。到了70年代,生态学家在研究湿地生态系统服务功能的基础上,对湿地的净化功能的各种机制也进行了详细且深入的研究,形成了一套较完善的生态系统服务功能的理论。80年代,全球环境问题的日趋严重,这期间,生态学家们从对湿地净化功能的理论研究转化为对湿地净化功能的实际应用。
人工湿地净化功能的研究,为缓解城市水资源短缺和水污染问题增加了一条有效的途径。最近十年间,人类在人工湿地的净化功能研究上已取得迅猛发展,在处理污水的不同层次和不同领域中都做了详尽的研究论证。在欧洲和美国等地,不同学者们通过对人工湿地和天然湿地净化效率的测定,可以很明显的得出,人工湿地的净化环境容易控制,往往对营养物质的去除能力比较强,而天然湿地人为很难控制,它对污染物的去除完全靠其本身的净化负荷,所以相对来说,其净化效率比较低。
1.2国内湿地净化功能研究进展
我国对湿地的认识和记载已有几千年的历史,然而,我国系统地从事湿地研究始于20世纪50年代,中国科学院长春地理所在1958年的建立,才开始了湿地基本理论的研究。到了70年代,国内才对湿地生态系统服务功能有了新的认识。湿地是自然界富有生物多样性和较高生产力的生态系统,具有巨大的环境调节功能的生态效益。湿地在提供水资源、调节气 候、缓洪滞沥、蓄水兴利、净化水质、旅游资源、保护生物多样性等 方面为人类提供生产、生活资源方面发挥着重要的作用。到90年代,国内在人工湿地净化功能方面的研究也迈出了重要的一步。目前我国即将要举行的世界园林博览会中，永定河园博园湿地将会展现其中。
对于不同湿地类型,进行了总结归纳,在相同净化机制的基础上,进行比较,提出更有效、有针对性的人工湿地污水处理技术。据环保部门检测,污水经人工湿地处理后,总氮、总磷去除率分别为50%和40%,悬浮物去除率达80%以上,COD和BOD分别去除60%和50%,水质提高了1级~2级,较好地控制了面源污染问题[2]。
2 湿地净化功能的机制
2.1 湿地对营养元素的净化机制
2.1.1 湿地对氮元素的吸收、转化
湿地生态系统具有独特的水文条件,因此,在转移和排除营养物方面要比陆地生态系统效率高。氮素的生物地球化学循环过程非常复杂,循环的性能极为完善,包含着气态、液态和固态三相之间的物理过程、化学过程和生物过程。其物理过程主要涉及到NOX,N2O的排放,氮沉降,土壤氮的迁移,化学过程主要包含着氮的矿化、硝化、反硝化和氨化作用,而生物过程则是氮的体内分配和吸收作用。
2.1.2 磷元素在湿地中的迁移、转化
磷在自然界主要以液相和固相存在,相对于氮来说,磷在湿地系统中的迁移、转化过程要简单的多。磷的迁移转化主要是通过吸附作用进行的。水中颗粒或土壤对磷的吸附作用,从而使得总磷浓度下降。湿地土壤对磷元素的吸收主要取决于该土壤中磷的吸附)解吸、沉淀)溶解等物理化学平衡。湿地土壤中磷的解吸机制可分为扩散、竞争(置换)和溶解3种,其解吸过程如同吸附过程一样,开始是一种快速反应,随后缓慢进行。解吸过程可简单表示 为解吸y吸附y解吸,只是最后的步骤受到吸附的不可逆性或可逆性控制,若可逆性较强时,解吸较易进行。研究表明磷的吸附 快速反应只需30 min,同时也有人认为低浓度下解吸1 h才能达到解吸平衡,这种平衡会因解吸的缓慢作用而发生移动,并肯定了吸附作用会随着水土比例的提高和浸提时间的延长而更加明显。正是由于这种机制,在人工湿地净化效果研究表明,污水经人工湿地处理后,总磷的去除率可达到30%~67%[4]。
2.2 湿地对有毒有害物质及重金属的净化机制
污水中的重金属和一些有毒有害物质,对环境可造成一定程度的毒害作用。对于这类化合物,一些植物也演化出了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污水中的重金属和有毒有害物质。
湿地植物能从污水中吸附和富集重金属和一些有毒有害物 质。如凤眼莲体内产生重金属络合作用的金属硫肽,富集镉、铅、 汞、砷、硒、铜、镍等重金属;吸收降解酚、氰等有毒有害物质。Ellis 等(1994)的研究结果表明湿地中宽叶香蒲和黑三棱对高速公路 径流油类、有机物、铅和锌有摄取同化、吸附富集的作用。
人工湿地处理重金属污水起重要作用的是土壤,尤以表层粘土的作用最大。因此,在构成人工湿地时,适当增加土壤,特别是粘土的比例,将有利于提高去除重金属效果。此外,植物也能增强土壤对重金属的去除能力。研究表明,湿地土壤有机质和氧化物胶体对重金属的吸附量随pH值升高而明显增加。同时,重金属在酸性条件下,会发生一系列不利于环境水质的过程,如溶解、解吸等过程,并常以毒性较大的离子存在,从而造成对环境的更大毒性。因此,提高湿地土壤和水质的pH值,有利于重金属离子由液相转入固相,从而提高湿地对重金属的去除效果。
3对湿地净化功能的进一步研究发展
当前,湿地的净化功能在实际应用中已经取得长足的发展,人工湿地在处理城市污水过程中占有重要的比重,一方面,人工湿地的生物净化为人们提供可行性技术；另一方面,人工湿地的建造解决资金短缺问题。当然,应用研究的发展应基于理论方面研究的突破。在今后相当长一段时间内,还需要在湿地净化功能的理论方面作更深层次、更广泛的研究。
1)人工湿地对污水的净化也存在或多或少的问题。在达到和污水处理厂相同效果的前提下,人工湿地占地面积大、处理时间长,与当今全球土地利用的政策相矛盾。另外,人工湿地净化植物的选取,以及植物吸收污染物后的生长规律和生物量的资源化利用,这一系列问题与怎样提高人工湿地污水净化效率相结合,是今后要考虑研究的问题。
2)全球气候变化带来的自然湿地面积缩小和功能衰退的影响。研究表明,在今后几十年内,由于全球温室效应的加强,致使 全球气候带的偏移,地球上水陆条件可能发生巨大变化,对于全球生态系统而言,这种变化会对湿地的功能产生多大影响,而湿地净化功能的破坏又对全球的环境造成什么影响,这一切还有待于进一步的理论研究。
结语
进行湿地生态系统服务功能的研究,不仅可以给湿地的规划和开发提供可靠的科学依据,而且还可以为我国社会、经济和环境的可持续发展及全球环境变化起到积极的作用。
参考文献:
[1]肖素荣,李京东.湿地的生态功能[J].生物学教学.2003,28 (3):7-8.
[2]崔凤山.关于运用人工湿地处理城市污水的思考[J].环境导 报,2003(3):20-21.
关键词:湿地；净化功能；机制；氮磷；重金属
中图分类号：F407.4 文献标识码：A 文章编号：
1.国内外关于湿地净化功能的研究进展
1.1国外湿地净化功能研究进展
在国外,对湿地的生态系统服务功能研究开展的较早,大致可以追溯到20世纪初,但大多只局限于对本国湿地生态系统的分类,而具体到湿地的净化功能的研究则最早開始于20世纪50年代。随着美国麻省Massachusetts大学Larson提出第一个湿地生态功能评价模型,湿地的净化功能及其生态效益在研究过程中逐步被人们所认识。到了70年代,生态学家在研究湿地生态系统服务功能的基础上,对湿地的净化功能的各种机制也进行了详细且深入的研究,形成了一套较完善的生态系统服务功能的理论。80年代,全球环境问题的日趋严重,这期间,生态学家们从对湿地净化功能的理论研究转化为对湿地净化功能的实际应用。
人工湿地净化功能的研究,为缓解城市水资源短缺和水污染问题增加了一条有效的途径。最近十年间,人类在人工湿地的净化功能研究上已取得迅猛发展,在处理污水的不同层次和不同领域中都做了详尽的研究论证。在欧洲和美国等地,不同学者们通过对人工湿地和天然湿地净化效率的测定,可以很明显的得出,人工湿地的净化环境容易控制,往往对营养物质的去除能力比较强,而天然湿地人为很难控制,它对污染物的去除完全靠其本身的净化负荷,所以相对来说,其净化效率比较低。
1.2国内湿地净化功能研究进展
我国对湿地的认识和记载已有几千年的历史,然而,我国系统地从事湿地研究始于20世纪50年代,中国科学院长春地理所在1958年的建立,才开始了湿地基本理论的研究。到了70年代,国内才对湿地生态系统服务功能有了新的认识。湿地是自然界富有生物多样性和较高生产力的生态系统,具有巨大的环境调节功能的生态效益。湿地在提供水资源、调节气 候、缓洪滞沥、蓄水兴利、净化水质、旅游资源、保护生物多样性等 方面为人类提供生产、生活资源方面发挥着重要的作用。到90年代,国内在人工湿地净化功能方面的研究也迈出了重要的一步。目前我国即将要举行的世界园林博览会中，永定河园博园湿地将会展现其中。
对于不同湿地类型,进行了总结归纳,在相同净化机制的基础上,进行比较,提出更有效、有针对性的人工湿地污水处理技术。据环保部门检测,污水经人工湿地处理后,总氮、总磷去除率分别为50%和40%,悬浮物去除率达80%以上,COD和BOD分别去除60%和50%,水质提高了1级~2级,较好地控制了面源污染问题[2]。
2 湿地净化功能的机制
2.1 湿地对营养元素的净化机制
2.1.1 湿地对氮元素的吸收、转化
湿地生态系统具有独特的水文条件,因此,在转移和排除营养物方面要比陆地生态系统效率高。氮素的生物地球化学循环过程非常复杂,循环的性能极为完善,包含着气态、液态和固态三相之间的物理过程、化学过程和生物过程。其物理过程主要涉及到NOX,N2O的排放,氮沉降,土壤氮的迁移,化学过程主要包含着氮的矿化、硝化、反硝化和氨化作用,而生物过程则是氮的体内分配和吸收作用。
2.1.2 磷元素在湿地中的迁移、转化
磷在自然界主要以液相和固相存在,相对于氮来说,磷在湿地系统中的迁移、转化过程要简单的多。磷的迁移转化主要是通过吸附作用进行的。水中颗粒或土壤对磷的吸附作用,从而使得总磷浓度下降。湿地土壤对磷元素的吸收主要取决于该土壤中磷的吸附)解吸、沉淀)溶解等物理化学平衡。湿地土壤中磷的解吸机制可分为扩散、竞争(置换)和溶解3种,其解吸过程如同吸附过程一样,开始是一种快速反应,随后缓慢进行。解吸过程可简单表示 为解吸y吸附y解吸,只是最后的步骤受到吸附的不可逆性或可逆性控制,若可逆性较强时,解吸较易进行。研究表明磷的吸附 快速反应只需30 min,同时也有人认为低浓度下解吸1 h才能达到解吸平衡,这种平衡会因解吸的缓慢作用而发生移动,并肯定了吸附作用会随着水土比例的提高和浸提时间的延长而更加明显。正是由于这种机制,在人工湿地净化效果研究表明,污水经人工湿地处理后,总磷的去除率可达到30%~67%[4]。
2.2 湿地对有毒有害物质及重金属的净化机制
污水中的重金属和一些有毒有害物质,对环境可造成一定程度的毒害作用。对于这类化合物,一些植物也演化出了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污水中的重金属和有毒有害物质。
湿地植物能从污水中吸附和富集重金属和一些有毒有害物 质。如凤眼莲体内产生重金属络合作用的金属硫肽,富集镉、铅、 汞、砷、硒、铜、镍等重金属;吸收降解酚、氰等有毒有害物质。Ellis 等(1994)的研究结果表明湿地中宽叶香蒲和黑三棱对高速公路 径流油类、有机物、铅和锌有摄取同化、吸附富集的作用。
人工湿地处理重金属污水起重要作用的是土壤,尤以表层粘土的作用最大。因此,在构成人工湿地时,适当增加土壤,特别是粘土的比例,将有利于提高去除重金属效果。此外,植物也能增强土壤对重金属的去除能力。研究表明,湿地土壤有机质和氧化物胶体对重金属的吸附量随pH值升高而明显增加。同时,重金属在酸性条件下,会发生一系列不利于环境水质的过程,如溶解、解吸等过程,并常以毒性较大的离子存在,从而造成对环境的更大毒性。因此,提高湿地土壤和水质的pH值,有利于重金属离子由液相转入固相,从而提高湿地对重金属的去除效果。
3对湿地净化功能的进一步研究发展
当前,湿地的净化功能在实际应用中已经取得长足的发展,人工湿地在处理城市污水过程中占有重要的比重,一方面,人工湿地的生物净化为人们提供可行性技术；另一方面,人工湿地的建造解决资金短缺问题。当然,应用研究的发展应基于理论方面研究的突破。在今后相当长一段时间内,还需要在湿地净化功能的理论方面作更深层次、更广泛的研究。
1)人工湿地对污水的净化也存在或多或少的问题。在达到和污水处理厂相同效果的前提下,人工湿地占地面积大、处理时间长,与当今全球土地利用的政策相矛盾。另外,人工湿地净化植物的选取,以及植物吸收污染物后的生长规律和生物量的资源化利用,这一系列问题与怎样提高人工湿地污水净化效率相结合,是今后要考虑研究的问题。
2)全球气候变化带来的自然湿地面积缩小和功能衰退的影响。研究表明,在今后几十年内,由于全球温室效应的加强,致使 全球气候带的偏移,地球上水陆条件可能发生巨大变化,对于全球生态系统而言,这种变化会对湿地的功能产生多大影响,而湿地净化功能的破坏又对全球的环境造成什么影响,这一切还有待于进一步的理论研究。
结语
进行湿地生态系统服务功能的研究,不仅可以给湿地的规划和开发提供可靠的科学依据,而且还可以为我国社会、经济和环境的可持续发展及全球环境变化起到积极的作用。
参考文献:
[1]肖素荣,李京东.湿地的生态功能[J].生物学教学.2003,28 (3):7-8.
[2]崔凤山.关于运用人工湿地处理城市污水的思考[J].环境导 报,2003(3):20-21.