导言:在建构湿地进行植物修复的承诺

建造的湿地是工程建造的生态系统,可以复制天然湿地过程,处理废水、暴风雨和工业废水。这些系统利用水、底物、植物和微生物之间的相互作用,提供了一种低能、成本效益和无害环境的传统处理方法的替代方法。任何建造的湿地的核心生物动力是植被。植物不仅提供物理结构和氧气转移,而且还进行[]植物修复[——直接吸收、转化或稳定污染物。虽然传统物种,如[(cattail)和Schoenoplectus(bulrush)等,已证明是可靠的,新兴研究已经确定了具有较高耐力、积累能力和困难污染物特性的新物种。本条审查了正在重新塑造的湿地的设计和运作,以加强水净化。

理解建构湿地和植物修复

建构湿地类型

构造湿地大致分为两种液压设计:自由水面(FWS)和地下流动(SSF). FWS湿地有开阔的水区,有新兴植被;SSF湿地包括通过多孔介质的横向或纵向流动,常有根区循环. 每类湿地都影响植物选择,因为物种必须容忍特定的水深,流体系统和氧气供给. 最近的混合设计结合了各种特征,要求多功能植物物种适应可变条件.

植物补救机制

植物通过下列几种补充机制为补救做出贡献:

  • 物理剥离: 将污染物(如重金属)摄入可收割的组织。
  • 里佐滤: 根表面吸收或降水污染物.
  • 植物稳定化:[] 根区污染物的不活跃,以减少流动性.
  • 物理降解: 植物组织内或通过根排泄物分解有机污染物。
  • 物理挥发: 污染物转化为挥发形式并释放到大气中.
  • 增强微生物活性: 根能排出碳和氧气供应,促进营养物质和有机物的微生物降解.

因此,选择合适的植物物种,以选择某种污染物的混合,对于优化这些相互依存的途径至关重要。

传统对创新植物物种

典型的湿地植物,如 ⁇ (宽叶猫尾草)、 草原植物[(普通苇子草 和 juncus effus[(软急 ),已经使用了几十年,因为它们硬性、快速生长和广泛有效。 然而,它们有局限性:在高盐度环境中的许多挣扎,金属积累率低,或对药物等新兴污染物的效用低。创新物种——往往是卤素、超蓄积剂或专门培养的变种——能够克服这些障碍。它们将已建成的湿地的操作包件扩大到具有挑战性的环境,如矿井排水、填埋液和盐碱废水。

强化植物修复创新植物物种.

氟化硫(Glasswort)

Salicornia Europaea[是一种卤素吸积剂,在盐沼和咸水湿地中兴盛,作为植物修复的新兴候选物,它表现出对高盐度(最高至海水水平)的特异耐受性,并且可以在射程中积累大量重金属,包括镉、铜和锌,它通过兼容溶液进行增殖的能力使它最理想地处理盐水流,如农业排水或海产加工产生的盐水流,研究显示, Salicornia可以减少纵向流水湿地中溶解固体总量和重金属浓度,而其可收获的生物量可以用于生物燃料或用作耐盐的饲料补充(]Scialdiret 概述)。

泰法东方星( 尾巴)

虽然许多]Typha物种是传统物种,但中国的野外研究表明,Typha orientalisT.latifolia[] 占优势的地下湿地在生物量生产和营养去除效率极高,在最佳条件下,其吸收量可达200千克N/ha/yr和50千克P/ha/yr,其广泛的rhizosphere支持着大量硝化和去硝化细菌,中国的野外研究表明,Typha orientalis 占优势的地下湿地实现了90%以上的从国内废水中去除铵和磷酸,植物还吸收铅和铬等金属,使其成为混合型多用途资产。

紫红素( Common Reed)

草原已经是已建成湿地的工地,但最近的研究突出了创新用途,特别是其通过排泄酶(过氧化物、裂隙)降解有机微污染物如伊布普罗芬、非苯酚和农药的能力,此外,某些生态类型表现出较高的盐耐性,能够处理石油和天然气作业产生的水,其深层、穿透的根系使底层吸氧,并形成气分解的微生体,热能筛选正在产生更高的污染物降解率的菌株( EPA建构湿地指南)。

柔软的拉什( Juncus effus) (软拉什)

Juncus effus是一个多功能的新兴工厂,以金属积累潜力高闻名,特别是镉、镍和锌。 它在排水不良的土壤中兴盛,并且可以容忍缺氧的蓄水条件。 最近的研究表明, Juncus effus[ 加强了在处理农业径流的地表流湿地中清除氮和磷,其纤维根系统为生物膜的附着提供了很大的面积,促进了微生物生物降解。 由于它能够生存在中等盐度中,它常常被用于可变质的废水磨光。

硬币有效( Brurush)

Scirpus viousus (又称]]Schoenoplectus Tabernaemontani)是淡水湿地中具有侵略性的殖民者,通过对弧面加强生物降解,在清除有机污染物(如苯、甲苯和 ⁇ )方面表现出很高的效力,它的强根和宽根垫提供了全年的处理能力,即使在有些物种死后出现的温带气候中也是如此,它也积累了痕量金属,对铜和锰有强烈的偏好,在处理填埋液的试验中,Scirpus 有效,化学氧需求减少70%以上,氨减少85%。

利用创新物种的好处

采用这些物种比传统单一种植可衡量地带来好处:

  • 强化污染物清除: 针对标准物种处理不当的重金属、盐类和有机微污染物的定向行动。
  • 更大的耐受性:在高度污染或超盐碱环境中生存的能力将湿地的应用范围扩大到工业和沿海场地。
  • 生长不快: 生物量产量高,增加了污染物的摄入率,减少了土地面积要求。
  • 成本效率: 与机械处理相比,对化学添加剂的需求较低,能耗减少;运营商监督最小.
  • 生物多样性价值: 多种物种的融合可以为野生动物创造栖息地,提高系统抵御虫害和气候波动的复原力.

结合适当的液压设计和预处理,创新的植物物种可以将已建成的湿地转变为高性能的水处理单元.

挑战和考虑

尽管创新植物物种有其希望,但它们构成的挑战必须加以管理:

  • 建立和竞争:[ 一些卤素和超积分素在早期可能因有侵略性的原生植物而失去能力;需要小心的种植密度和杂草控制.
  • 阻塞和处置: 积聚重金属的工厂需要定期采伐以清除污染物;如果金属浓度超过安全阈值,则生物量处置必须遵守危险废物条例。
  • 气候适宜性: 许多新颖物种适应特定气候(例如]萨利科尼亚[偏爱温带盐沼;在热带或干旱地区大规模部署可能需要额外的研究.
  • 营养限制: 在一些废水中,高盐或有机负荷可以抑制生长;可能需要修正或适应期.

全面开展具体地点试点试验至关重要。

未来方向和研究

已建成湿地的植物补救领域正在迅速取得进展。

  • 遗传改良: 污染物吸收量较高、降解率更快和承受压力力更大的育种或工程工厂。
  • 微生物工程: 选择植物物种,具体丰富了对稀释污染物的微生物群落在rhizosphere.
  • 混合处理列车:[ 将创新的工厂与电动或生电化学系统结合起来,以加强污染物的清除( 最近的湿地研究在MDPI水).
  • 低成本生物量值:利用收获的植物组织进行生物查核,沼气,或生物基复合材料,抵消处理成本.
  • 气候适应: 选择能够应付温度变异增加和极端降雨事件的物种.

湿地工程师、植物生理学家和微生物学家之间的合作将推动下一代建设的湿地,这些湿地效率更高、复原力更高、经济上更可行。

结论

建构湿地仍然是可持续水管理的基石,其性能取决于能进行生物处理的植物物种,通过超越传统的单一栽培,并纳入诸如萨利科尼亚欧罗培亚[、、]Typha orientalis、Phramites australis、Juncus effus和Scirpus viewus]等创新物种,从业人员可以实现对重金属、盐类、营养物质和新兴有机污染物的优异清除,每个物种都具有独特的优势,从盐耐受盐到有机降解,可以用来应对具体地点的挑战。继续研究基因改良、微生物协同效应和综合处理列车将扩大植物补救能力,使已建成的湿地成为环境保护和水资源恢复的更强大的工具。

关于设计原则和案例研究的进一步解读,请参考《环境方案关于建设湿地的设计手册》和科学期刊最近的评论。