濕地植物根系泌氧及其在濕地處理中的應(yīng)用

劉志寬，馬青蘭，牛快快

（1.太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南 昆明 650093）

濕地植物根系泌氧及其在濕地處理中的應(yīng)用

劉志寬1，馬青蘭1，牛快快2

（1.太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南 昆明 650093）

濕地植物的根系泌氧能夠使植物根際溶解氧及其微生物分布發(fā)生變化，并對(duì)濕地中污染物的去除具有一定的積極意義.本文綜述了水生植物根系泌氧的特點(diǎn)、原理、影響因素，對(duì)目前根系泌氧的測(cè)定方法進(jìn)行了介紹并做了相應(yīng)的對(duì)比，闡述了根系泌氧在濕地處理中的應(yīng)用.

濕地植物；根系泌氧；人工濕地

近年來(lái)，人工濕地系統(tǒng)凈化污水和修復(fù)污染土壤已經(jīng)成為熱點(diǎn)話(huà)題［1-2］，作為人工濕地的重要組成部分的水生植物在人工濕地凈化污水的過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用.目前濕地植物的篩選指標(biāo)主要集中于植物的生物量、凈化能力和景觀效果等方面［3-4］.由于水生植物的根系泌氧能夠使植物根際溶解氧及其微生物分布發(fā)生變化，并對(duì)污水中污染物的去除具有一定的積極意義，故水生植物的根系泌氧越來(lái)越受到人們的關(guān)注.

1 水生植物根系泌氧的概念及原理

植物間歇或長(zhǎng)期生長(zhǎng)于水漬的土壤環(huán)境中，會(huì)給其帶來(lái)諸多不利.由于氧氣在液相中的擴(kuò)散速率遠(yuǎn)小于在氣相中的擴(kuò)散速率，所以水漬環(huán)境會(huì)導(dǎo)致土壤中的氧氣量的迅速削減［5］，對(duì)于不適應(yīng)根部缺氧環(huán)境的植物，根部氧氣的缺失被認(rèn)為是影響漬水植物生長(zhǎng)和生存的最為不利的因素［6-7］.根系泌氧（ROL）是水生植物在長(zhǎng)期的水漬缺氧環(huán)境中自然選擇的結(jié)果，是通過(guò)植物組織內(nèi)部強(qiáng)大的通氣組織來(lái)實(shí)現(xiàn)的［8］.通氣組織是具有巨大空間的海綿組織，它能夠在植物組織內(nèi)部為氣體存儲(chǔ)和交換提供一個(gè)方便的內(nèi)部通道，使其傳送的氧氣被鄰近組織細(xì)胞消耗或擴(kuò)散到根尖和根際土壤中［9-11］.植物的生存以及在缺氧介質(zhì)中的根的生長(zhǎng)取決于植物通過(guò)通氣組織所傳送的氧氣［12］.ROL就是指水生植物通過(guò)根、莖等通氣組織將光合作用產(chǎn)生的氧氣運(yùn)輸?shù)礁浚⑼ㄟ^(guò)根軸徑向釋放到根際土壤的過(guò)程［13］.

2 ROL影響因素

影響濕地植物根部泌氧的因素主要有兩類(lèi)：一是內(nèi)部因素，如植物的結(jié)構(gòu)（通氣組織、皮層細(xì)胞排列方式）［14］、植物體內(nèi)氧濃度［15］、根系生物量［16］等.通氣組織越發(fā)達(dá)，泌氧速率相對(duì)就越大［17］；二是外部環(huán)境條件，如光照強(qiáng)度［18］、營(yíng)養(yǎng)液氧化還原強(qiáng)度、有機(jī)酸、溫度［6］等.Christine Laskov［19］等研究表明，水生植物MyriophylluMspicatum在光照及水溶液氧飽和的條件下，根系泌氧量最大；在黑暗及水溶液氧飽和的條件下，根系泌氧量次大；而在黑暗及水溶液氧缺乏的條件下，根系泌氧量最小.光照強(qiáng)度對(duì)ROL也有影響，對(duì)濕地植物，其主要根部泌氧速率的影響體現(xiàn)在：植物經(jīng)光合作用會(huì)產(chǎn)生大量的O2，其中一部分O2會(huì)經(jīng)莖內(nèi)通氣組織傳輸?shù)礁酷尫?，增加根部的泌氧?這一事實(shí)也揭示出生物量和葉片的比表面積對(duì)植物根部泌氧速率有影響.B.K.SORRELL［17］的研究表明，培養(yǎng)液的氧化還原性對(duì)根部泌氧速率有影響，在適度的還原性強(qiáng)度下，根部以恒定的速率釋放氧氣，而在完全氧化的營(yíng)養(yǎng)液中，根部則不釋放氧氣.JEAN ARMSTRONG等［20］研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)酸對(duì)根部泌氧速率影響明顯，培養(yǎng)液經(jīng)有機(jī)酸處理后，根部的泌氧速率大幅度下降，ROL甚至接近為0.Norio Tanaka［21］考察了溫度對(duì)植物泌氧的影響，證明了溫度對(duì)植物根部泌氧有消極的影響，溫度升高，泌氧速率下降.

3 ROL測(cè)定方法比較

目前水生植物根系泌氧速率測(cè)定方法有多種，其種類(lèi)及優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1.

表1 植物根系泌氧測(cè)定方法比較[22]Tab.1 Comparison of ROL Measurement Methods

4 根系泌氧的應(yīng)用研究展望

濕地土壤長(zhǎng)期被水浸沒(méi)會(huì)導(dǎo)致氧化還原電勢(shì)降低，還原性物質(zhì)（Fe2+，Mn2+，NO-2，S2-，HS-，H2S，CH4等）積累多.這些還原性物質(zhì)的大量積累會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用，嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)［23］.目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于泌氧水生植物的研究主要集中在農(nóng)業(yè)作物上.Armstrong.J和Armstrong.W［24］研究了水稻的根系泌氧，表明了ROL能夠氧化根部土壤長(zhǎng)期缺氧所形成的有害成分.Kirk G J D等［25］則發(fā)現(xiàn)水稻根部泌氧能夠引起根際pH的變化，使土壤中的一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)更易于被植物吸收.正如Kirk GJD［26］研究表明：在NH+4占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的情況下，水稻根部的泌氧能有效地吸收NO3-.章永松［27］等研究證明，在土壤中磷有效性明顯降低的情況下，水稻根系的泌氧作用是從土壤中獲取磷的重要機(jī)制之一.

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責(zé)任編輯：畢和平

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責(zé)任編輯：黃 瀾

Prospect on Radial Oxygen Loss of Wetland Plants in the Wetland

LIU Zhikuan1，MA Qinglan1，NIU Kuaikuai2
（1.Faculty of Environmental Science and Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China；
2.Faculty of Environmental Science and Engineering，Kunming University of Science＆Technology，Kunming 650093，China）

Radial Oxygen Loss of Aquatic plants can make the distribution of dissolved oxygen and the microorganisMchange in the plant rhizosphere，and has certain positive sense to for the pollutant elimination in the wetland.The characteristics，principles and influencing factors of secreting oxygen by aquatic plant roots were reviewed in this paper，the current determination methods of oxygen secreted froMthe root were introduced and compared，finally the application of root secretion of oxygen and prospect of handling the wetland were explained.

wetland plants；ROL；constructed wetland

Q 945.1 2

A

1674-4942（2010）01-0084-03

2009-11-28