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摘 要 湿地植物是水陆交错带中生态系统的一个重要组成部分，尤其是湿地植物的根系或根孔是该生态系统中物质传输不为人见的“高速公路”，系统中部分水分和养分的变化会很快地通过根系或根孔系统影响到系统的其他部分。因此，开展水陆交错带湿地生态系统中湿地植物及其根孔的生态功能研究，防治非点源污染，一方面将为土壤大孔隙研究提供详实的基础理论，促进土壤大孔隙的研究发展；另一方面可为用生态—生物技术治理污染水体提供科学依据。
关键词 湿地 植物根孔 非点源污染
湿地系统的保护和非点源污染的控制是当今科学和政策问题的两个重要方面。近年来许多研究表明，湿地系统对水体的水质起着重要的保护作用；同时，非点源污染的日趋严重又加剧了湿地系统的结构破坏和功能丧失，并最终导致湿地系统在景观上的消失，从而减低了自然的净化能力，使最终的受纳水体已不再能缓冲来自陆地生态系统的污染。科学、合理、有效地保护湿地生态系统，并用来控制非点源污染，对于实现生态环境效益、社会效益和经济效益的统一，实现人类社会的可持续发展具有十分重要的意义。
内陆水—陆地交错带（简称水陆交错带）湿地指的是内陆水生态系统和陆地生态系统之间界面区，近年来受到国内外环境学界的广泛重视。我国水陆交错带湿地的面积约有１０万ｋｍ２，占天然湿地面积的３８．５％，长期以来被人们所忽视，水陆交错带退化严重，其结果导致水质下降、水体富营养化、岸边崩塌、生物多样性减少以及洪涝灾害加重等。
水陆交错带中湿地植物是该生态系统的一个重要组成部分，尤其是湿地植物的根系或根孔是该生态系统中物质传输不为人见的“高速公路”，系统中部分水分和养分的变化会很快地通过根系或根孔系统影响到系统的其他部分。另外，与农田土壤相比较，水陆交错带受人类耕作活动影响较少，根孔系统相对完整发达，是非常理想的土壤大孔隙的研究场所；同时由于植物根孔形成、分布同动物孔隙以及土壤其他类型大孔隙相比更为规律，开展水陆交错带湿地生态系统中湿地植物及其根孔的生态功能研究，防治非点源污染，一方面将为土壤大孔隙研究提供详实的基础理论，促进土壤大孔隙的研究发展，另一方面可为用生态—生物技术治理污染水体提供科学依据。
植物根孔是土壤大孔隙的一个重要类型，土壤大孔隙是指土壤中有一定直径和连续性的孔隙，其间有高速的水流流动。大孔隙一般分为生物性和非生物性孔隙，细分为以下几类： 一是土壤的自然孔道、裂缝以及收缩形成的孔隙，二是由土壤侵蚀带来的土壤缝隙，三是土壤动物活动形成的孔隙如虫洞、蚁洞，四是植物根孔——由植物根系生长以及根系死亡遗留的孔道。在自然状况下的土壤或免耕的农田，生物性孔隙的作用较为明显。
土壤大孔隙在土壤优先水流、溶质运输、环境污染物迁移与降解等方面具有重要的作用，可在很大程度上影响到降水、灌溉水和养分的有效性和流失程度，可能造成深层土壤和地下水的污染，也可能使农药和除草剂的药效不能充分发挥，因而日益引起人们的重视。从目前国际上的研究看，虽然土壤大孔隙的概念提出得较早，但是针对不同土壤孔隙中的优先水流和溶质运输的研究相对较少，其原因是由于土壤大孔隙的结构复杂，难以很好地界定各类孔隙造成的；另外频繁的人为干扰，破坏了土壤大孔隙系统、造成大孔隙系统变化的不规律性也是土壤大孔隙研究的困难所在。
传统的植物根孔主要是指植物根系死亡腐败后在土壤中形成的孔道，而活体植物根系在生长过程中与土壤之间形成的孔隙是植物根孔概念的进一步拓展。在土壤优先水流和溶质运移中根孔具有重要的作用，如何深入研究其形成、功能以及界面特点对土壤溶质传输是非常有意义的。然而，以往的研究经常是将其同其他类型的土壤大孔隙同时研究，忽略了植物根孔的特点；同时由于植物根孔的界定和分离较为困难，通常只能是将富含植物根孔的土壤视为一个“黑箱”系统，室内模拟也较难很好地模拟野外实际状况，从而使得对植物根孔的研究一直未得到科学界的充分认识和深入研究。
国际上针对植物根孔的研究相对较少，成熟的方法并不是很多。总体上研究方法应包括根孔的结构和分布研究、土壤优先水流以及土壤溶质传输等方面的方法，同时针对植物根孔的研究很多可以借鉴土壤大孔隙的研究经验和方法。对植物根孔的最早报道大致是Ｈｕｒｓｈ１９４１发现森林土壤中每年植物根系的腐烂都会形成较多的连续性开放孔道，其间具有快速的水流；而且指出植物根孔在森林土壤中大约可以占到土壤孔隙的３５％，并随深度增加而下降；以后陆续有人对不同植物所形成的根孔进行室内模拟研究和野外实地研究。我国对湿地植物根孔的报道始于中国科学院生态环境研究中心在白洋淀地区的调查，结果发现虽然白洋淀湿地土质为黏质，但是由于根孔的存在使得土壤导水率极大地提高。植物种类和环境均会影响根孔的形成，根孔是土壤水分的重要通道。
总之，国际上对于植物根孔的结构、形成、空间分布以及在湿地生态系统中的功能研究为数较少，对于用来描述由植物根孔所造成的优先迁移的模型研究就更少，也不能很好地拟合实地状况。对于湿地植物芦苇根孔的研究几乎未见报道。
湿地植物包括挺水植物、沉水植物和浮水植物三种。大型挺水植物在湿地系统中主要起固定床体表面、提供良好的过滤条件、防止湿地被淤泥淤塞、为微生物提供良好根区环境等作用，常见的有芦苇、灯芯草、香蒲等。湿地植物对污染物都具有吸收、代谢、累积作用，对Ａｌ、Ｆｅ、Ｂ、Ｃｕ、Ｐ、Ｐｂ、Ｚｎ均有富集作用，一般植物的长势越好、密度越大，净化水质的能力越强。Ｕｒｂａｎｃ－Ｂｅｒｃｉｃ研究了芦苇湿地不同部位的活性，指出持续淹水区域芦苇的传氧能力有明显下降；Ｇｒｅｅｎｗａｙ研究认为湿地系统中各种植物的不同部位（如根、茎、叶等）对营养物质或重金属的富集程度不同。湿地芦苇植被对防止沙化，减少地面蒸发，降低风速也有明显的生态效益，如芦苇丛群内测得风速为０．１１ｍ／ｓ，而在同一时刻，在与其相邻的低矮草层或裸地，风速则为２．９７ｍ／ｓ；湿地苇丛的地面蒸发量为０．２ｍｍ／ｈ，而裸地蒸发量为１．０５ｍｍ／ｈ。
湿地植物根孔不仅在土壤优先水流、溶质传输以及环境污染物迁移等方面具有重要的作用，而且其根孔还可以看作植物根系同土壤之间的一个重要“界面”，在根际微生态系统中扮演着重要的角色。植物的根系分泌物通过这个界面进入土壤，影响根际微生态系统中的土壤微生物以及周边植物的生长发育，而垂直根孔中的溶质流及水平毛细根孔的稳定水分又为植物提供了必要的养分和水分，土壤中众多的生物过程在此发生。根孔的“多介质界面”特点还表现在某些水生植物根系具有发达的通气组织，可以将氧气输送到根区，根孔中的气体交换相对较强，氧气等在根孔中优先运输和交换可能会更加复杂和重要。
河北省白洋淀是一种以芦苇为优势群落典型的水陆交错带湿地生态系统。芦苇作为当地的“铁杆庄稼”，具有庞大的地下根状茎，形成芦苇湿地中的“高速通道”，已发现芦苇群落的根区土壤具有明显的截留作用，通过地下潜流汇入淀区的磷氮等污染物质大部分被截留下来。对这种特定水陆交错带中特有的地下管孔系统的结构、空间分布特征以及在污染物质的迁移转化当中所起作用进行深入研究有着重要的理论意义和实践意义。通过研究揭示芦苇根孔的重要作用，可为未来利用湿地净化污水和污泥的生态工程提供重要的理论支持。
近年来，湿地生态系统由于具有特殊的界面特点和生态功能，能有效控制农业非点源污染，湿地作为陆地释放的某些物质的过滤器的功能备受关注。利用湿地处理污水和污泥是目前国际上一个较新的课题，也取得了一些成果，但是其具体运行机理以及如何提高人工湿地的处理效率（自然富氧、有机物消化、污泥脱水）和延长运行寿命等问题还有待解决。植物根孔在这类生态工程中同样也具有重要作用，因为根孔不仅可以提供通畅的水流渠道，为有用微生物提供大面积的生物膜附着物，而且还可以为土壤微生物提供氧气等，使得污水中的有机污染物得到不同程度的消化和降解。最新的研究表明，利用根孔的导水可以使污泥脱水，从而使污泥浓缩、脱水和干化在湿地系统中完成。另外根孔的不断更新将使湿地系统保持很高的活力。
根孔的存在也影响着江河湖泊防洪堤岸的安全，其作用可以分为两个方面：一是具有合理根孔结构的堤岸在退洪时能够很快地将水由根孔系统导流泻出，保障防洪堤岸的稳固；二是如果堤岸根孔结构不合理，诸如与鼠洞、蚁穴相连，就有可能造成堤岸的崩溃。另外，在水土保持和防护林工程中也具有其独特的作用，合理的防护林下植被结构不仅可以提高植物对降雨水量的截流，而且会形成良好的地下根孔导流系统，大量减少地表径流的产生，防止水土流失。
总之，湿地植物及其根孔的生态功能研究，其意义是多方面的。目前国际上有关植物根孔形成、分布规律、功能以及其中优先水流、溶质运移、动态变化等刚刚起步，研究资料与成果缺乏，我国在这方面的研究相对就更加缺乏。相信随着研究的深入，湿地植物及其根孔将会在非点源污染治理与水污染控制和水环境保护中发挥越来越重要的作用。
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作者单位：李贵宝、周怀东为中国水利水电科学研究院水环境研究所，李贵宝为水处理与水分析室主任、教授级高级工程师，周怀东为所长、教授级高级工程师；尹澄清为中国科学院生态环境研究中心研究员 | 
