人工濕地植物水質凈化作用的數值模擬研究

杜彥良，張雙虎，王利軍，毛戰坡，馬曉宇

（1.中國水利水電科學研究院，北京 100038；2.北京市水利規劃設計研究院，北京 100038；3.中國電建集團有限公司，北京 100038）

1 研究背景

人工濕地被廣泛用于生態修復及環境改善中，濕地對水體的凈化作用是濕地的重要功能之一。關于濕地植物對水體氮磷的去除效果及機理，有大量的實驗研究成果［1］。不同類型植物凈化效果存在差異［2-3］，合理的濕地植物配置可提高凈化效果［4］，植物密度及分布也會影響污染物去除率［5］。總結植物對水體的凈化機理主要表現在4 個方面。首先是物理上的阻流作用，導致顆粒沉降、溶質輸移快慢及路徑發生變化等。其次，植物可改變水體溶解氧（DO）含量，沉水植物的光合作用能直接提高水中DO［6］，挺水植物通過根莖通氣組織將葉片產生的氧氣輸運至根部［7］，通過高精儀器可監測到根部附近的泌氧量［8］。不同植物類型泌氧強度不同，從大至小為：蘆葦＞香蒲＞荇菜＞水芹菜＞荷花［9］，受植物光合作用和呼吸作用影響，水體中DO 濃度呈晝夜周期性變化，在根系一定深度的底泥中，形成好氧及厭氧交替變化的環境，有利于硝化及反硝化作用的進行，去除濕地中的氮［10］。第三，植物生長提供了基質微生物的代謝的能量“碳源”［11］，根系環境成為大量微生物及底棲生物的棲息場所，被認為地球上最富有活性界面之一［10］。植物根部附近的好氧環境，促使微生物及底棲生物的生長和繁殖，加快營養物質的有機降解及消耗［12］。 最后，植物的生長吸收水體中的營養鹽，有研究指出濕地植物對氮磷的吸收量小于微生物作用對氮磷的去除量［13］。……