湿地，以它复杂而微妙的方式扮演着自然的净化器的角色，显示了地球生态系统的严谨、完善和神奇
　　湿地是地球上具有多种功能的生态系统，可以沉淀、排除、吸收和降解有毒物质，因而被誉为“地球之肾”。
　　湿地的过滤作用是指湿地独特的吸附、降解和排除水中污染物、悬浮物和营养物的功能，使潜在的污染物转化为资源的过程。这一过程主要包括复杂界面的过滤过程和生存于其间的多样性生物群落与其环境间的相互作用过程。该过程既有物理的作用、也有化学和生物的作用。物理作用主要是湿地的过滤、沉积和吸附作用；化学作用主要是吸附于湿地孔隙中的有机微生物提供酸性环境，转化和降解水中的重金属；生物作用包括微生物作用和植物作用，前者是指湿地土壤和根际土壤中的微生物如细菌对污染物的降解作用，后者是指大型植物如芦苇、香蒲以及藻类在生长过程中从污水中汲取营养物质的作用，从而使污水净化。生物作用是湿地环境净化功能的主要方式。
　　湿地植被有助于减缓水流的速度，当含有毒物和杂质（农药、生活污水和工业排放物）的流水经过湿地时，流速减慢，有利于毒物和杂质的沉淀和排除。此外，一些湿地植物如芦苇、水葫芦等还可以有效地吸收有毒物质。流经湿地的营养物质则被植物有效吸收，或者积累在湿地泥层之中，既为下游净化了水源，又通过物质循环养育了湿地生态系统中众多的次级生产者和更高食物链等级以上的消费者。
　　认识到湿地的净化作用，人们有目的地为处理污水而建造了人工湿地。目前欧洲有500多处、北美有600多处人工湿地污水处理系统，亚洲、澳洲和拉美也在越来越多地建造人工湿地污水处理系统并投入运行，广泛用于处理生活污水和各种工农业废水。
　　人工湿地一般由人工基质（多为碎石）和生长在其上的水生植物（如芦苇、茳芏等）组成，是一种独特的土壤－植物－微生物生态系统。主要设计参数包括：污水类型、水流负荷、渗滤介质、滞水深度和时间、流路的可控性、植物类型及管理模式等。湿地处理系统的工艺目标包括：（1）直接处理污水；（2）对经人工或其它工艺处理后的污水进行再处理或深度处理；（3）利用污水营造湿地自然保护区，为野生群落提供有价值的生态栖息地。根据污水径流的方式，人工湿地可分为表面流湿地、潜流湿地、立式流湿地。人工湿地对废水的处理有十分复杂的净化机理，现在仍未完全搞清楚。一般认为人工湿地成熟以后，填料表面吸附了许多微生物形成的大量生物膜，植物根系分布于池中，与自然生态系统中通过物理、化学及生化反应三重协同作用净化污水。
　　人工湿地中的物理作用，主要是过滤、沉积作用。土壤－植物是一个活的过滤器，污水进入湿地，经过基质层及密集的植物茎叶和根系，可以过滤、截留污水中的悬浮物，并沉积在基质中。由于植物、土壤－无机胶体复合体、土壤微生物区系及酶的多样性，人工湿地中可以发生各种化学反应过程如化学沉淀、吸附、离子交换、拮抗、氧化还原反应等，这些化学反应的发生主要取决于所选择的基质类型。
　　人工湿地在净化城市污水等方面显示出廉价高效的特点和巨大的潜力。有目的地建造更多的人工湿地，是湿地利用的新方向。
　　人工湿地是根据不同污染物类型，以及当地自然条件，有目的地构建而成。
　　湿地内水－沉积物－植物体－碎屑－生物膜之间密切接触，可以促进矿质养分的吸收利用，加强各组分之间通过物理、化学和生物作用的相互影响，还可以形成多种酶和腐殖酸。植物吸收的养分一方面在植株内部循环，另一方面，也参与活体和枯枝落叶的矿化和淋溶过程。部分营养物质被基底砂砾和难溶性的腐殖质固定下来，累积在湿地中。从植物中分泌出来的酶以及枯枝落叶腐烂过程中产生的有机成分为多种微生物过程提供了良好环境，如反硝化过程。
　　人工湿地内，由于有机物负荷高，淹水时间长，限制了与空气的对流交换，因而往往处于厌氧条件之下。白天藻类和沉水植物的光合作用可以改善水体内和生物膜附近的氧化条件。通过扩散、对流和植株本身的释放，也可以与大气之间进行气体交换，在水体表面甚至根系附近形成好氧小环境。湿地内这种好氧与厌氧环境的时空镶嵌格局大大提高了不同微生物过程的作用，为吸收和转化各种养分、重金属和有机毒物创造了条件。研究表明，城市污水在3小时～5小时内流过200余公顷的沼泽湿地后，硝酸盐即可减少63％，磷减少57％；2公顷湿地可净化200公顷农田径流中过剩的氮和磷。
　　在美国佛罗里达，城镇废水经过柏树沼泽后，98％的氮和97％的磷被吸收和净化。湿地植物还能够富集许多重金属，有时富集浓度可达10万倍以上，如芦苇净化铅、锰、铬的能力分别是80.18％、94.54％和100％，对铝、铁、钡、镉、钴、硼、铜、钼、钒、锌等均具有一定的富集作用，其根系附近这些离子的浓度大大高于周围水体。由于湿地具有如此之强的净化作用，加上低廉的建造和运行费用，因而成为许多地区建立污水处理系统的首选。
　　印度卡尔库塔市将所有污水排入一个经过改造的湿地复合体，既处理了污水，又从中获得了收益：鱼产品年产2.4吨／公顷，水稻年产2.0吨／公顷，还有数千公斤的蔬菜，成为全球利用湿地处理污水的典范之一。
　　成都市活水公园是国内利用人工湿地净化污水的一个成功尝试。该系统用水泵把受污染的府河上游来水输送至活水公园的湿地，再将处理后的水排放到府河中，获得了良好的环境、社会、经济效益。活水公园人工湿地系统是以二级处理和深度处理合为一体的完整的水处理工程，主要工艺过程为：厌氧沉淀池、嫌氧池、人工湿地塘床系统、养鱼塘系统、戏水池及连接各工序的水流雕塑与自然水沟等5个部分。从厌氧沉淀池到戏水池可以清晰地看到污水在各工序逐级变清的过程和在这个过程中水质、水流、水生物及水使用功能的变化。在府河丰水期和平水期，植物及其它各种生物生长旺盛，府河水中TN、TP的主要去除途径是生物的降解、转化及吸收。而在府河枯水期，活水公园人工湿地塘、床系统对水中污染物质的去除主要依赖于系统内植物、微生物及其它生物与其周围环境构成的生态系统的综合净化能力。即便是在系统处理效果较差的枯水期，活水公园人工湿地塘、床系统对府河水中大部分污染物质的净化效果依然明显。系统中各单元之间各有特点，相互补充，共同构成了较为完整的生态系统，能够耐受由于丰水、枯水期导致的清污交替变化冲击。
　　成都市活水公园的建立是将人工湿地处理污水工艺与城市园林艺术相结合的一次大胆尝试，也是在净化受污染水体、充分利用淡水资源方面迈出的成功一步，建设成为集观赏、娱乐和污水处理于一体的旅游景点，是人工湿地处理污水工艺较高层次的应用，为其推广开拓了更广泛的领域。
　　杭州西湖因遭受上游农田过剩化肥、农药之危害，一度呈现水质恶化、水体严重富营养化之态势。利用人工湿地对富营养湖水进行处理的试验表明，在入水水质达到超V类水平的条件下，经过两级湿地处理后，出水水质可达到I－II级水平，对总氮、COD、BOD的净化效率达到40％以上，总磷净化率达到60％以上，铵态氮净化率达90％以上。实际净化效果受气候条件、水流负荷及植物物种的影响很大。进一步研究表明，某些物种如薏苡和蕉芋表现出较强的净化能力；生长快的物种比生长慢的物种有更强的净化能力。冬季，虽然多数植物的生物活动受到限制，但有些物种，如黑麦草及其根系仍能发挥较强的净化作用。
　　正如湿地多样的类型一样，湿地的净化功能也是多样的。重要的是保护好自然湿地，使其更好地发挥净化作用。
　　辽河三角洲拥有世界上面积最大的芦苇沼泽湿地，由于地处流经辽宁中部城市群的辽河之下游，使之成为截留污染物质入海的最后一道屏障。污水灌溉在这里已有30余年的历史。由于所产芦苇每年都以茎杆形式作为造纸原料移出系统，适当污灌不仅不会造成污染物质的累积和苇塘退化，反而可以在一定程度上提高芦苇的产量和质量。研究表明，辽河三角洲目前8万公顷的苇田及纵横交错的渠系每年至少可以去除总氮3200吨～4000吨，活性磷80吨左右，这是以春季灌水量为限制因子的保守估计，此值尚不足其潜在去除能力的1／10。就去除效率而言，该湿地对总氮的去除率约为66.7％，对活性磷的去除率约为90％，而且小面积集中分布的苇田具有更好的效果。辽河口湿地的这种养分截留效应为削减氮磷入海通量，防止近海水域富营养化作出了巨大贡献。如果没有这片湿地，辽东湾的赤潮发生频率要比现在高得多。不仅如此，该区芦苇湿地对油田污水中的落地原油、BOD、COD等也具有很高的净化效率，分别达到80％、80％、60％以上，为缓解当地石油开采与自然保护的矛盾发挥了重要作用。然而，由于目前对这片自然湿地净化功能的利用仍处于自发阶段，远没有达到系统、合理的水平，因而每年仍有大量受污染的河水排入海中。若使这片天然湿地的净化功能得到充分发挥，仍有许多工作要做。
　　红树林生态系统是一个由红树林－细菌－藻类－浮游动物－鱼、虾、蟹、贝类等生物群落共同构成的兼有厌氧－需氧的多级净化系统，林下的多种微生物能分解排入林内的污水中的有机物、吸收有毒的重金属，而释放出来的营养物质供该生态系统内各种生物吸收，或固定在不易被鸟类和昆虫取食的部位（根和树干），从而达到净化海洋环境的目的。多数红树林植物根系发达，生物量大，生长周期长，物质循环迅速，故纳污能力较强。红树林下土壤中又有多种厌氧、嗜氧微生物，可分解红树林的枯枝落叶、鱼虾蟹贝类、藻类和其它生物的残骸，以及排入红树林中的有机污水，释放出无机养料供给红树林本身和其它生物，起到物质转换、净化环境和避免海水富营养化的作用。据研究，如不计该藻类和底栖动物，红树林生态系统累积的总氮可达8.5吨／公顷，磷4.5吨／公顷，钾19.4吨／公顷。
　　河流洪泛湿地能有效阻止硝酸盐的积累。湿地阻止硝酸盐进入河流和湖泊，并能减少田间施肥的潜在危害。波罗的海沿岸国家曾签署一项协议，通过利用现有湿地和建造人工湿地，有计划地减少由于面源污染向波罗的海的总氮输入量。据瑞典的一项研究结果表明，每平方公里的湿地每年能阻止向临近水域迁移的氮约2000吨，仅此一项，每平方公里湿地的价值就达20000美元。
　　红树林生态系统是一个多级净化系统，多数红树林植物根系发达，生物量大，生长周期长，物质循环迅速，故纳污能力较强。
　　人们对湿地自然净化作用的认识和利用的手段都还有待深化，我们的认识和行动关系湿地的未来，也关系人类的未来。
　　近年来人们越来越深刻地认识到湿地在水资源调节、生物多样性保护中发挥的重要作用，因此建立了各种保护区对现有湿地进行保护，对退化湿地进行修复。但湿地作为一种高效、低廉的自然净化系统，在国内尚未受到足够的重视。多数城市对建造人工湿地来处理城市生活污水和工业废水的可行性还处在观望和尝试阶段，有些已经建成的人工湿地污水处理系统往往因为管理不善，运行效率较低，达不到期望效果而废弃。对自然湿地的净化功能，也处在自发阶段，远没有达到有计划、有目的的实施。
　　因此，在湿地净化功能的发挥和利用方面，还有许多的工作要做。应加大宣传力度，让公众充分认识湿地功能的多重性，提高保护和利用湿地的积极性。选择典型城镇，建立人工湿地处理系统示范工程，集美、净、产、教于一体，由点及面，推广实施。加强国际合作与交流，引进发达国家成功的湿地处理系统工艺，以提高我国人工建造湿地的水平，但并非任何地方都适合建立湿地净化系统，应视当地气候条件、污水负荷的可持续性以及可能供建造湿地使用的面积而定。对于已经建成的人工湿地，也要加强维护，避免污染超负以及造成对周围农田、水体的二次污染。
　　摄影李惠均石斛
　　专家简介
　　李秀珍，女，1970年生，博士，毕业于荷兰瓦格宁根大学，中国科学院沈阳应用生态研究所研究员，主要以湿地和森林为对象从事景观生态学方面的研究。承担国家自然科学基金、国家重点基金及科技部、中国科学院的多项课题。出版中英文论著5部，在国内外学术刊物上发表论文70余篇，其中SCI收录6篇。
　　史宝东，男，1979年生，中国科学院沈阳应用生态研究所硕士研究生，主要从事湿地生态学方面的研究。