人工湿地是一种新型的废水处理生态技术,已经在世界范围广泛推广。人工湿地处理的不同来源的污水具有极大的NO₃^-/NH₄⁺比例差异性。植物是人工湿地重要角色,但不同种类的植物对NO₃^-和NH₄⁺具有不同的偏好和耐受性,所以选择合适植物种类应用于人工湿地污水处理中非常重要。本文通过实验研究了6种人工湿地常见植物对不同氮形态的响应,并整合文献数据分析了不同分类群植物对NO₃^-和NH₄⁺的偏好特点。此外,本文还比较分析了水培和沙培条件下植物生长的不同表现,以说明人工湿地基质微生物的作用。研究结果表明:1.在NO₃^-/NH₄⁺混合比例75/25和50/50下,黑麦草、美人蕉和菩提子地上、地下及整株生物量均大于纯NO₃^-和纯NH₄⁺处理,高NH₄⁺处理对生长抑制更强。菖蒲整株、地上和地下生物量也在NO₃^-/NH₄⁺混合比例50/50下最大,但在纯NO₃^-下最低,且根在纯NH₄⁺下无抑制,表现出对NH₄⁺的忍耐性。黄菖蒲和吉祥草在纯NO₃^-下生长最佳,生物量随NH₄⁺比例的增加而降低,可见黄菖蒲和吉祥草属偏好NO₃^-但不耐NH₄⁺。植物组织氮积累量与生物量之间显著相关,但与氮浓度相关性弱,因而可以根据生物量指标来选择人工湿地植物。2.整合文献数据发现,国内外研究过的绝大多数物种在NO₃^-下生物量要大于NH₄⁺下的生物量,少数物种在NH₄⁺下的生长好于NO₃^-条件下,纯NO₃^-和纯NH₄⁺下生物量之比大于1的物种约占80%。目前发现的NO₃^-偏好的植物出现在茄科、葫芦科、菊科、豆科、藜科、十字花科、杨柳科、蔷薇科、大戟科、荨麻科、天南星科、鸢尾科、美人蕉科、唇形科和禾本科的一些种类中,NH₄⁺偏好的植物出现在百合科、杜鹃花科、松科、壳斗科、莎草科、山龙眼科、红豆杉科、桃金娘科、山茶科、凤仙花科和禾本科的一些种类中。有些科既有NO₃^-偏好,也有NH₄⁺偏好,如禾本科,NO₃^-偏好种类有黑麦草、菩提子、小麦和玉米,NH₄⁺偏好种类有水稻、白茅。同属植物对NO₃^-/NH₄⁺比例的响应也存在差异,石荠苧属6种植物在纯NH₄⁺下只有疏花荠苧能存活到实验结束,但其各部分生物量都最低,石荠苧属植物总体表现出偏NO₃^-可见分类群与无机氮化学形态偏好没有紧密相关性,这种偏好是生态适应功能群的具体表现。3.在氮移除能力方面,黑麦草、美人蕉、菖蒲和菩提子的植物组织氮积累量在混合NO₃^-/NH₄⁺下最大,极端氮形态处理下的氮积累量明显减少。在纯NO₃^-处理下,黄菖蒲地上地下氮积累量最高,NH₄⁺比例越多,黄菖蒲组织氮积累量越低。纯NH₄⁺处理下的吉祥草叶、根氮积累量明显低于其余4个含NO₃^-的氮形态处理,且其余4个处理未表现出显著差异。5在微生物活动存在的沙培条件下,美人蕉和菩提子在纯NH₄⁺条件下的叶、茎和根生物量均低于NO₃^-/NH₄⁺混合比例50/50。在生物量分配方面,沙培条件下的美人蕉和菩提子的R/S均显著大于水培条件。与生物量类似,两种栽培条件下的美人蕉和菩提子在NO₃^-/NH₄⁺混合比例50/50下的整株绝对生长速率均大于纯NH₄⁺处理。然而,在沙培条件下,NO₃^-/NH₄⁺比例50/50和0/100下整株绝对生长速率的差距要小于水培条件,沙培一定程度上缓解了NH₄⁺对美人蕉和菩提子的抑制作用,说明沙基质中的微生物起了作用。综合以上方面的研究,本研究筛选出一些高效脱氮植物。可根据人工湿地废水来源优化人工湿地的植物配置,并可配置成多样化的植物群落来充分利用各种氮形态资源,充分利用不同植物的功能优势,改善人工湿地的净化效果。此外,本文还结合文献数据总结发现植物对氮形态的偏好和忍耐性状与植物分类群无必然联系,而是主要与生态功能群有关,即主要取决于植物物种在生态系统中的功能作用,从而拓宽了生物多样性-生态系统功能关系的理论基础。