近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外開始廣泛關(guān)注由工業(yè)、農(nóng)業(yè)、市政等污廢水排放所造成的城市地表水富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。雖然多種污水處理技術(shù)可以用來(lái)修復(fù)污染河流，但作為一種環(huán)境友好、資源節(jié)約的生態(tài)技術(shù)，人工濕地以其低投入、易管理及易對(duì)河流進(jìn)行原位修復(fù)等優(yōu)點(diǎn)成為改善河流污染問(wèn)題的優(yōu)先選擇。

人工濕地處理污水主要依賴于濕地中植物、基質(zhì)和微生物的相互作用。其中植物不僅本身能吸收污水中的營(yíng)養(yǎng)物，還能提高濕地系統(tǒng)中微生物的數(shù)量;基質(zhì)在為植物和微生物提供生長(zhǎng)介質(zhì)的同時(shí)，也能夠通過(guò)過(guò)濾和吸附等作用直接去除污染物;而濕地微生物更多的是通過(guò)植物根際、基質(zhì)對(duì)污水性質(zhì)的適應(yīng)和濕地內(nèi)部溶解氧等環(huán)境的構(gòu)建來(lái)實(shí)現(xiàn)其活性和數(shù)量的合理化。所以在構(gòu)建人工濕地時(shí)，植物和基質(zhì)是重要考慮因素。

目前對(duì)濕地植物和基質(zhì)的研究多集中于植物和基質(zhì)種類的選擇，關(guān)于濕地中植物、基質(zhì)級(jí)配的共同作用對(duì)水平流人工濕地處理污染河水營(yíng)養(yǎng)物的影響研究相對(duì)空白，而且大量研究結(jié)果表明構(gòu)建人工濕地時(shí)采用當(dāng)?shù)匚锊氖禽^好的選擇。由于單一濕地?zé)o法同時(shí)提供好氧-厭氧的利于脫氮的環(huán)境，因此越來(lái)越多的研究采用復(fù)合濕地來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的有效處理，而且人工濕地對(duì)有機(jī)物的去除差異性較小。因此，筆者構(gòu)建了種植有蘆葦（Phragmites australis）和空白無(wú)植物的水平潛流人工濕地，研究作為表流-水平流復(fù)合濕地中二級(jí)潛流的水平潛流人工濕地植物和大孔隙率、多級(jí)配基質(zhì)對(duì)處理河流營(yíng)養(yǎng)物的影響作用，并分析了植物在人工濕地中的直接和間接作用。

一、材料與方法

1、實(shí)驗(yàn)裝置

于西安建筑科技大學(xué)校內(nèi)構(gòu)建2組結(jié)構(gòu)相同的由有機(jī)玻璃構(gòu)成的水平潛流人工濕地（尺寸均為0.75 m×0.4 m×0.8 m）。為了獲得較好的水力性能和處理效果，實(shí)驗(yàn)采用了不同粒徑的填料組成，其礫石粒徑配比從下到上為15 cm大粒徑（d：15～30 mm）、25 cm小粒徑（d：5～15 mm）、15 cm大粒徑（d：15～30 mm），基質(zhì)孔隙率為百分之五十。1號(hào)濕地為種植蘆葦?shù)乃綕摿鳚竦?，種植密度為13株/㎡，2號(hào)濕地為未種植植物的空白水平潛流濕地。礫石、蘆葦均取自西安皂河附近。

2、實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

西安市皂河污染嚴(yán)重，水中有機(jī)物、懸浮物等濃度較大〔7〕。為提高處理效果采用表流濕地作為復(fù)合濕地的濕地，實(shí)驗(yàn)用水為經(jīng)過(guò)表流濕地處理后的皂河河水，實(shí)驗(yàn)期間其水質(zhì)為：TN（24.4±1.5） mg/L、NH3-N（17.5±1.2） mg/L、TP（2.0±0.1） mg/L、PO43--P （1.5±0.1） mg/L、BOD5（11.4±0.9） mg/L、COD（69.9±4.8） mg/L、DO（2.9±0.3） mg/L、SS（25.3±5.1） mg/L。表流濕地處理能有效去除河水中的懸浮物、有機(jī)物并提高出水溶解氧，與水平潛流濕地共同營(yíng)造出利于脫氮除磷的好氧-厭氧環(huán)境，有利于有效凈化高污染河水。實(shí)驗(yàn)采用連續(xù)進(jìn)水方式，水力負(fù)荷為0.1m³/（㎡·d），水力停留時(shí)間為2.5 d，運(yùn)行水位位于基質(zhì)表面下5 cm。反應(yīng)器構(gòu)造見圖 1。

 圖 1 實(shí)驗(yàn)裝置示意

3、實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)從2012年5月18日至2013年5月18日為期1 a。為了研究植物和基質(zhì)級(jí)配對(duì)營(yíng)養(yǎng)物去除效果的影響，在距離濕地進(jìn)水口水平方向的1/4、2/4和3/4處分別采集深度為7.5、25、45 cm（各種級(jí)配基質(zhì)的中間層）的水樣。濕地進(jìn)出水水樣每周取一次，DO采用HQ30d便攜式溶解氧測(cè)定儀（美國(guó)哈希公司）測(cè)定，TN、NH3-N、NO3--N、NO2--N、TP、PO43--P、COD、BOD5和SS按照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》〔8〕測(cè)定。濕地植物于2012年5月26日基本長(zhǎng)出，于2012年10月5日收割，生長(zhǎng)期為132 d。收割時(shí)保留植物根部及基質(zhì)以上10 cm的莖稈。植物樣品的氮磷含量采用H2SO4-H2O2消解法測(cè)定〔9〕。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用Excel2010和SPSS20.0軟件，當(dāng)p<0.05時(shí)認(rèn)為差異性顯著。