天然湿地植物在形态和解剖上都适应了含氧量低的生态环境，因此可用于处理人工湿地系统中的污水。人工湿地中的植物不仅将人工湿地与稳定池区分开来，而且为污染物的去除创造了适宜的条件。人工湿地中的植物不仅可以减少强光和强风对湿地的影响，为湿地基质提供保温，满足根区微生物生长对氧气等营养物质的需求，还可以保留一些污染物，防止湿地受到影响。其独特的审美价值在不同类型的人工湿地中发挥着不同的作用。最常见的人工湿地植物有水葫芦、浮萍等漂浮植物；沉水植物，如狐尾草和金鱼草；芦苇和香蒲等挺水植物。除上述植物外，国内人工湿地还常用一些其他沉水植物，如芦竹、再梨花、风车草、美人蕉等。

01 湿地植物概述

湿地植物根据其生活形态不同可分为四种类型：挺水植物、漂浮植物、浮叶根植物和沉水植物。

从形态学上看，湿地植物适合在水底泥中生长。 ，一方面由于其巨大的根系，它可以借助发达的通气组织将氧气输送到根部和根茎，而输送到根系的部分氧气在周围缺氧环境中创造了氧化条件，从而促进分解有机质和硝化细菌的生长 另一方面，由于植物的形态、物理和行为特征及其可重复性，植物适合在缺氧/厌氧土壤和沉积物中生长。

漂浮植物种类繁多，不同物种之间在形态和生长环境方面差异很大。有的漂浮植物高大，枝叶呈莲花状，或漂浮在水面上，水中根部非常发达，如水葫芦；而有些漂浮的植物很简单，无论是漂浮在水面上的枝叶，还是生长在水中的根。，形态上看起来很短，如浮萍。在自然条件下，漂浮植物喜欢生长在营养丰富的流动水中。它们从水中吸收养分后，会迅速生长和繁殖。它们很容易覆盖整个水面，破坏水生态平衡，给水体带来灾难。所以，它们位于热带和亚热带地区。

浮叶根系植物的根或茎嵌在底泥中，茎叶漂浮在水面上。为适应风浪，其叶柄通常柔韧而细长，最长可达3m。茎叶在水面上的寿命很短30-50天，所以在生长期，水面上的枝叶每年会变化4-8次。这些根茎的生物量比较大，它们下沉到底部，加速了有机物在水底的沉积，提高了湖底的高度。

沉水植物一般生长在水面以下10m左右的透光区。通常认为沉水植物从底部沉积物中吸收养分，但特别是它们从水体中吸收磷源。许多沉水植物主要使用二氧化碳作为主要甚至唯一的碳源，但一些研究表明，大量沉水植物可以在自然环境中使用HCO3作为碳源。沉水植物在水下吸收二氧化碳，光合作用后释放氧气，同时改变水的化学成分。

新兴植物是世界上最重要的湿地植物类型。它们的生长范围很广，防水深度为 0.5~2 m 或以上。其细胞壁中所含的纤维素使其具有一定的韧性。挺水植物的根部从沉积物中吸收养分湿地植物，然后将它们转移到茎和叶上。生长季节结束后，养分转移到根部。上部茎叶衰老后湿地植物，腐殖质再次浸入水中。返回水中或淹没的沉积物。

02植物在人工湿地中的作用

大型水生植物的存在是人工湿地最显着的特征之一，也是人工湿地区别于天然土壤过滤器或泻湖的主要原因。植物本身的许多特性都与污染物的去除密切相关，因此在设计人工湿地时，必须考虑植物部位。

2.1 着色

对于自由地表流人工湿地，植物对光的衰减起主要作用，但对地下流人工湿地的影响较小。由于浮游生物是悬浮物的指标，光线减弱会抑制其生长。然而，浮游植物是水中氧气的主要生产者，因此光衰减抑制了浮游植物的生长，降低了水中的氧气含量，自由表面流人工湿地中的水葫芦或浮萍尤其如此。

2.2 绝缘

在寒冷条件下，特别是在温带和寒冷气候地区，植物对人工湿地滤床的保温效果非常明显。即使在北纬68°的挪威地区，植物和雪层同时使用，对人工湿地系统也会有很好的保温效果。一般在春季或深秋霜冻重时采收，采收后的湿地植物覆盖在湿地表面，对填料基质起到保温作用。只有这样，才能保证人工湿地全年的污染物去除效果和运行稳定性。很多人研究了全年垂直流人工湿地的处理性能，

2.3 降低风速

种植人口稠密的大型水生植物可以大大降低湿地表面的风速。这种效应在垂直流人工湿地中尤为重要，因为它为悬浮物的沉积创造了适宜的条件，防止它们因风而重新悬浮，从而提高悬浮物的去除率。密集种植水葫芦等漂浮植物也能达到类似的效果。

2.4去除氮、磷等营养物质

湿地植物的生长繁殖需要养分，有根的大型水生植物主要依靠根系吸收养分。由于湿地植物生长密集，生物量大，其生物量中养分的比例相当大。特定隔间中物质的总储存量称为“库存”，通常通过将植物组织中的养分浓度乘以每单位面积的植物生物量来计算，并以每单位面积的质量（通常为 g/m2 或 kg /hm2）表示计算植被中的养分积累，人工湿地的养分积累与天然湿地类似，对于常见的高大挺水植物如芦苇、阔叶香蒲等，地上的氮含量通常为30~50 g/m2，磷含量通常为2~5 g/m2。然而，即使植物的地上养分含量达到最高，也与流入人工湿地系统的城市污水年负荷有关。同样微不足道的是，在湿地植物生物量中螯合的养分含量低于氮负荷的 10% 和磷负荷的 5%。磷的平均负荷分别为 1158 gN/m2 和 262 gP/m2。当然，在热带和亚热带地区，湿地植物一年可以收获多次，通过多次收获植物可以去除大部分流入污染物负荷。在低负荷人工湿地中，水中的大部分负荷可以通过植物自身螯合的养分量来去除。如果湿地中的碳源不足，植物生物质中的养分被分解并返回到水中。地上生物量 在分解过程中，释放的有机化合物可用作反硝化的碳源，这在低负荷人工湿地系统中尤其重要。

2.5去除悬浮物

在水平流人工湿地中，粒径较大的悬浮物会被大型挺水植物的茎叶过滤掉，而粒径小的悬浮物会附着在周围的生物体上（附着在水生植物的表面或水底）。物种基质表面的微生物组）或湿地基质上的生物膜。一些水平流人工湿地表面有漂浮植物，如水葫芦或新兴植物，可以形成草床漂浮在水面上。这些漂浮植物密集的根系可以过滤掉悬浮物。在地下人工湿地系统中，当污染（废水）水从植物根部流出时，根部会过滤掉悬浮固体。

2.6 制氧

由于水面以下的湿地基质缺乏氧气，生长在基质中的植物的根和根茎必须通过植物体的气腔从其气生器官中获取氧气。从解剖学的角度来看，湿地植物的主要特征是具有发达的气腔组织，即“通气组织”。在植物的不同部位，如叶、茎、根等，都有通气组织，约占植物总组织体积的60%。湿地植物本身的生长形态往往会尽量减少根际的氧气损失，但根部的通气组织仍然会从根部释放氧气。在一些文献中，已经给出了不同植物的氧气释放率。芦苇植物0.02~12 gO2/(m2•d), 沉水植物为0.5~5.2 gO2/(m2•d)，漂浮植物为0.25~9.6 gO2/(m2•d)。氧气释放的范围取决于物种差异、季节变化和研究中使用的不同实验技术。然而，可氧化区域仅限于靠近根部的薄土层。

2.7 分泌有机物

植物的根部不仅会释放氧气，还会产生一些其他物质。常见的是有机化合物，如厌氧代谢物、有机酸、植物营养素、肽如植物螯合素、生物碱以及酚类、萜类和类固醇。这些物质可以释放的比例目前还没有研究过，但报道给出了一个粗略的范围，通常在光合固定碳的 5% 到 25% 之内。植物根系产生的这种有机碳可以作为反硝化剂的碳源，从而提高硝酸盐的去除效果。虽然根类产品的种类和功能很多，但在人工湿地废水处理系统中，最重要的可能是释放出抗菌化合物，例如单宁和没食子酸。

2.8作为微生物生长载体

大型水生植物被淹没的茎叶为生物膜的形成提供了很大的表面积。沉水植物的组织为光合藻类、细菌和原生动物等固着生物提供生长载体。一方面，藻类可以氧化水吸收养分，细菌可以分解有机物；另一方面，由于植物组织上大量其他生物的积累，这些密集的生物可能会吸收光合有效辐射，导致植物叶片表面缺乏光照，从而限制了沉水植物的生长和甚至导致植物生长下降。

2.9 为细菌生长提供底物

许多研究表明，植物的根际有多种细菌生物，一般认为有植物的湿地优于没有植物的湿地，这主要是因为植物根系促进了微生物群落的发育。有人提出，生长在植物根部表面的微生物可以利用根系分泌物的碳化物和根部释放的氧气来增加它们的数量和生物活性。有研究指出，植物根系的比表面积不同，细菌微生物的密度也随之变化。在有植物的湿地系统中，微生物密度显着高于没有植物的湿地系统。保罗等人。研究了植物对特定根际其他微生物种群的影响，

2.10 缓解拥塞

在地下人工湿地系统的污水处理过程中，堵塞是不可避免的问题。悬浮物的沉淀、系统中形成的生物膜的沉淀、好氧区的氢氧化物沉淀以及厌氧区的碳酸盐和硫化物的沉淀都是造成堵塞问题的原因。在早期的研究中，有人提出植物根系的生长会增加导水率，但这一假设并未得到证实。在垂直流人工湿地中，通常污水（废）水首先流向湿地表面，大型水生植物的存在有助于防止堵塞。植物在风的作用下，会在茎叶周围开出气孔，通过植物表面的这些开孔，

2.11 审美价值

近年来，随着人工湿地污水处理系统在世界范围内的广泛应用，湿地植物的审美价值也得到了广泛认可。长期以来，在景观设计师眼中，湿地植物与水或废水的系统是可用于城市景观设计和开发的优秀元素。如果我们能更好地利用各种湿地植物，这将是又一道美丽的风景线。如今，利用湿地植物进行城市景观设计的成功案例越来越多。

03大型水生植物在人工湿地系统中的应用

在水平流人工湿地中，芦苇、香蒲和水葱是目前世界上数量最多的植物（见图2），但在某些地区，如美国、新西兰和澳大利亚，这些植物属于到它是一种非本土入侵物种，所以不推荐甚至禁止在人工湿地中使用。对于垂直流人工湿地的植物，芦苇几乎成为欧洲地区的专属使用。在中国，无论是是水平流或垂直流人工湿地，常见的湿地植物有芦苇、美人蕉、贾里花、风车草、芦竹、芒草、香根草等。

几种广泛使用的人工湿地植物

A：芦苇（普通芦苇）；B：芦苇（水葱）；C：香蒲（阔叶香蒲）；D：洋甘菊（甘草）

香蒲和大葱是北美和大洋洲水平人工湿地最常用的挺水植物，而在欧洲和亚洲，香蒲和芦苇最常用于水平人工湿地。其他常见的植物包括灯心草和荸荠，其中更多见于北美和大洋洲。

水葫芦、水莴苣和浮萍是人工湿地中最常见的漂浮植物，但水葫芦和水莴苣只见于亚热带和热带地区。与其他类型的植物相比，沉水植物在人工湿地中的使用较少，因此不是常用的物种。使用的还有一些沉水植物，基本属于狐尾藻（欧亚蓍草）、金鱼藻（益气草）和藻类（孔雀草）。

A：美人蕉科（美人蕉）；B：风车（伞）；C：香根草（）；D：塔利亚（查莉娅）；E：芦荟；F：芒草（Di）

04植物对人工湿地污水处理系统的影响

尽管人工湿地废水处理技术已经存在50多年，但利用湿地植物生物质处理废水的尝试仍然非常稀少，主要有以下几个原因：（1）植物生长通常是季节性的；（2） 植物生物量太小，无法支持全年系统运行。

一般来说，很多发展中国家在设计人工湿地污水处理系统时，希望在污水（废）水处理的目的之外寻求其他用途。在这种情况下，他们会尝试使用湿地植物。例如，在墨西哥的一个水平流人工湿地试点项目中，等人使用了马蹄莲、鹤眼鹤、红掌花和非洲凤仙花，使湿地具有观赏商业价值。作者得出结论，在人工湿地种植这些植物并不会降低系统的处理效果。此外，Brix 等人。将泰国花卉市场的龙虾爪和美人蕉应用于人工湿地。

在温带和寒带地区，人工湿地生长的香蒲、芦苇等大型水生植物可作为生态建筑材料。等。研究了一种混合了香蒲、芦苇碎片和棉纤维的粘土，具有良好的吸湿和解吸性能。原粘土吸收空气中的水分较慢，而石膏墙板吸水时间较长，但添加植物油会降低粘土砂浆的质量，从而加速吸湿。

粗略计算，1 hm2人工湿地每年可收获大量植物——植物可收获生物量（干质量）为0.30~1.76 kg/m2）@ > ，最多可为 3 个住宅提供房屋保温。如果收获香蒲，其纤维材料可用于 25 间房屋；如果是芦苇，可作为两房茅草屋顶的原料和三房的保温板材料。然而，由于重金属在香蒲根和根茎中的积累，在水面以上收获植物部分并不能从湿地中去除大部分重金属。

05 结语

植物是人工湿地污水处理系统的标志性特征，在污水处理过程中发挥着重要作用。植物的直接作用虽小，但间接创造了适合污染物去除的条件。植物的其他重要功能包括湿地基质的绝缘、光和风的衰减、根际供氧、吸收水中多余的养分、防止基质堵塞和美学价值。这些功能根据人工湿地的类型而有所不同。有不同的效果。世界上人工湿地最常用的植物是芦苇和香蒲。当然，这些植物也是我国常用的湿地植物。此外，芦竹、在梨花、马鞭草。