天然湿地水质净化研究进展(4)

自然湿地 水质净化 氮磷等去除机制

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同的研究进展。

地理科学进展28卷

生态恢复的工程技术方面取得了一定的进展[38-39]。

3.1岸坡湿地

岸坡湿地(riparianwetland)，一般指河岸湿地，广义也可指海岸带湿地、以及湖滨湿地等[22-23]，外形呈带状或弧状分布，临近水体的边界随水位波动而变化较大，包括漫滩等区域。湿地内部具有一定的坡度，按照地形从高到低依次生长有灌木、挺水植物、沉水植物和浮叶植物等不同类型的湿地植物。

最早的关于岸坡湿地净化能力的研究源于20个世纪80年代，岸坡湿地作为农业区以森林为主的水质缓冲带的一部分，可以通过截留地表、地下径流中的NO3，从而对农业区非点源污染起到良好的控制作用[24-25]。90年代中去污机理研究比较深入，Haycock等人单独研究了岸坡湿地去污过程，认为植物吸收、反硝化和微生物固定是岸坡湿地去污的主要途径[26]。Vidon等重点研究了反硝化过程，认为厌氧区中由微生物主导的反硝化过程是岸坡湿地去污的限速步骤[27]，同时，Groffman等于1996年的量化测定工作则肯定了微生物吸收对去污的贡献[28]。进一步研究开始考虑不同因素对岸坡湿地去污效果的影响，如Roulet认为不同的地质条件下，湿地地下水之间的交换速度和方式不同，其去污效果也不同[29]。Phillips等认为由于优先流和旁流的存在，即使同样地质条件、同样水力停留时间也会产生不同地下水流途径，从而产生不同去污效果[30]。此外，Hefting等人研究了水位波动对湿地氮去除的影响[31]，Willems等则考虑了温度、入水硝酸盐浓度及土层深度3者对岸坡湿地去污的综合贡献[32]。

进入21世纪以来，岸坡湿地去污研究的重点转向区域和管理的角度。2003年，Sabater等人以欧洲范围内的岸坡湿地为研究对象，根据统计结论认为岸坡湿地的N去除率与总的N负荷反相关，同时对N负荷状况高于欧洲平均水平的荷兰岸坡湿地进行研究，追踪其去污能力随时间的变化，认为长时间的高N负荷将损伤湿地的去污能力[33]。2007年，Poor等从生态系统的角度，结合湿地的自然调节功能，考虑采用合适的管理措施以促进湿地的去污效果，这些措施包括在一定程度上减少周边农业区化肥和有机肥的使用，以及湿地内部进行合理的植被选择及栽种等[34]。在此基础上，WFD(EuropeanWaterFrameworkDirective)管理委员会主导下的最新的研究不仅考虑了单一管理措施对水质净化的影响，同时兼顾不同措施间的协同作用和相互制约状况，制定了一系列比较成熟的综合性管理方法。

国内的岸坡湿地研究起步较晚[35]，目前的研究主要集中于植被保护和生态恢复，从生态系统的整-

3.2河流湿地

按照湿地的定义[40]，中小型河流(水深不超过6m)都属于表面流自然湿地，水分循环途径以沿河道进出湿地的径流为主，湿地污染物质负荷的主要来源为河道输送，较小的面积使得通过大气沉降和河道侧向地下水交换带来的污染较少。受到污染的河流能够通过一系列的物理、化学和生物的作用，降低污染物质浓度，恢复水质，使生态环境完全或部分达到污染前的状态，这称为河流的自我净化能力(selfpurification)。

河流水质净化能力研究甚至早于湿地学的开始，1925年Street和Phelps针对污染物质浓度沿河道的变化规律建立了一维氧平衡模型，即Street-Phelps模型[41]。由于当时湿地学研究尚未全面开展，人们对河流水质净化的深层机理缺乏了解，而数学模型能够在一定程度上满足计算、预测的需要，因而在随后相当长的一段时间内河流湿地水质净化研究以建立数学模型为主。

到20世纪70年代以后，该研究领域产生了模型研究和机理研究2个不同的发展方向，都取得了很大的进步。一方面，更加复杂的计算机模型成为模型研究的主流，USEPA在1970年推出了QUAL系列模型，该模型取得了巨大的成功，成为至今为止使用最广泛的河流富营养化研究模型[42],国内很多地区的研究中对其进行了引用[43-44]。其他得到普及的模型还包括USACE在1986年推出的WASP模型[45]及Park提出的STREAM模型等[46]。在新模型得到开发的同时，针对原有模型使用中出现的问题也开展了很多研究，Whitehead等[47]和Hornberger等[48]发现，河流自净的模型普遍存在不准确性，并对其中原因进行了探讨[45-46]。Beck认为，河流是流域的一部分，作为模型参数的流域资料是否全面将影响到模型的准确性[49]。Reichert等人认为模型构建时在参数选择上，即模型结构上的不确定性会影响最终的模拟结果[50]。Vagnetti通过对比8种不同模型的模拟结果，指出复杂模型参数之间存在一定的相关现象，认为这可能是其最终模拟结果并不比稍简单模型更准确的原因之一[51]。

另一方面，河流去污的机理得到了深入的研究。物理过程方面，如Roberta等认为稀释的意义不仅在于直接降低污染物质浓度，更重要的是促进污染物质的生物吸收[52]。Suzuky发现不同污染物质在河道固、液相之间分配状况的差异导致其不同的去除效果，认为固液相分界面即底泥表层是生物降解的重要场所[53]。Busseau等研究了污染物质的挥发，，