今天的嘉宾帖子来自Nathalie Shanstrom，她是Kestrel Design Group的可持续景观设计师。它有点科学，但仍然非常易读。如果你不是一个雨水爱好者，不要被吓倒——这里有很多很棒的信息。- lm

虽然生物滞留已被证明对去除水中的总悬浮固体(TSS)、重金属、颗粒营养物和碳氢化合物非常有效，但溶解营养物的去除性能却有很大的差异。一些研究甚至表明增加生物滞留系统雨水径流中的养分浓度。

然而，研究表明，生物保留也可以被设计成持续有效地减少溶解营养素。我将撰写一系列博客文章，研究植物是如何在生物保留系统中减少营养物质的。今天的主题是脱氮。

生物滞留土壤中的氮循环

在典型的生物滞留土壤中，氮以几种不同的形式存在:颗粒有机氮、溶解有机氮、铵态氮(NH₄⁺)和硝酸盐(NO_3.^-）．硝酸盐是n最常见的溶解形式，因为硝酸盐带负电荷，而典型的生物滞留土壤也带负电荷，硝酸盐不被吸附到土壤中，经常从土壤中滤出。氮主要以硝酸盐的形式从生物滞留系统中输出。因此，提高生物滞留系统的氮素性能的目标是尽量减少硝酸盐的损失。在生物滞留系统中，硝酸盐的滞留取决于(1)生物过程发生的足够时间，以及(2)植物的存在。植物在生物滞留系统脱氮中的作用如下所述。

植物如何影响生物滞留中的氮效率

植物在几个时间尺度上影响生物滞留系统的氮滞留:
(1)在最快速的时间尺度上，有植物土壤的微生物数量高于贫瘠土壤，因此微生物对氮的快速吸收也更高;
(2)在较长的时间尺度上，植物吸收微生物吸收的氮;
(3)在更长的时间尺度上，植物吸收的氮转化为土壤有机质。

植物增加了微生物对氮的吸收

因为微生物对营养物质的固定化(吸收)比植物吸收快得多(30-100倍!)，这是生物滞留系统中硝酸盐从雨水中吸收的初始途径。在亨德森(2009)的一项实验中，多达100%的营养物质以这种方式被去除。然而，植物的存在对利用微生物对硝酸盐的吸收至关重要，有两种方式:

(1)植物根系向周围土壤释放碳分泌物，微生物利用这些碳作为能量来源。因此，有植物的土壤比没有植物的土壤具有更高的微生物种群(例如Henderson 2009)。植物根际中的细菌和真菌的含量是块状土壤中的20-50倍(Newman 1978, Atlas和Bartha 1998, Henderson 2009)。

(2)微生物的寿命很短，营养物质在微生物中不能存留很长时间。如果有植物存在，植物可以吸收微生物固定的氮。如果没有植物，大部分被微生物吸收的氮最终会从土壤中排出(Henderson 2009)。亨德森的一项实验发现，植物生物保留系统保留营养物质从雨水中提取，而在非植被系统从介质中冲刷出大量的可溶性营养物质在一个事件间的干燥期之后。矿化的营养物质在从培养基中被冲走之前就被植被和土壤微生物吸收了。灌溉到生物滞留系统的大部分氮在植被中被回收”(2009)。

植物吸收

一些研究表明，在足够的保留时间下，植物可以在生物保留系统中从雨水中吸收大部分(如果不是全部)氮(例如Lucas和Greenway 2011, Henderson 2009)。稍后，我将讨论一些影响生物保留植物吸收多少氮的因素。

有机物质

亨德森(2009)的研究发现，植物吸收的营养物质似乎转化为顽固的(稳定的)土壤有机质，“因此仍被困在介质中。”在比较有植被的生物滞留生态系统和没有植被的生物滞留生态系统时，他发现有植被的生物滞留生态系统比没有植被的生物滞留生态系统积累的有机物更多。他还引用了Tanner(2001)的发现，“介质中积累的有机物所含氮的质量是死的和活的直立生物量所含氮的两倍”，“甚至表明泥炭或顽固的有机物积累是最重要的营养库。”他指出，植物在获取不稳定的营养物质并将其转化为不太可生物降解的形式方面发挥着重要作用，但这些营养物质的最终沉淀是泥炭在湿地底部或过滤介质中的沉积和积累。”

综上所述，研究表明，植被的存在对生物保留系统的氮保留性能至关重要。但所有植物的表现都一样吗?我的下一篇博客将探讨植物如何提高溶解性磷的保留率。

第二部分:植物如何提高溶解磷的保留率。

第三部分:影响植被性能的因素是什么?

参考文献

Atlas和Bartha(1998)微生物生态学。基础和应用。门洛帕克，本杰明/康明斯科学出版社。

Denman l;5月,p;P.布林，2006。利用行道树及其根区土壤去除城市雨水中氮的潜力研究。水资源学报:1(3):303-311。

亨德森，C.F.K.(2009)生物截留系统中雨水养分去除的化学和生物机制。论文。格里菲斯大学格里菲斯工程学院。

卢卡斯，W. C.;格林威，M.(2008)植被和非植被生物保留生态系统的养分保留。j . Irrig。下水道。地球物理学报，34(5):344 - 344。

卢卡斯，W. C.;格林威，M.(2011)。有调节出口的生物滞留介生态系统的水力响应和氮滞留:第二部分氮滞留。水环境保护。2011年8月,83(8):703 - 13所示。

纽曼，E.J.(1978)。“根系微生物:它们在生态系统中的意义。”生物评价53: 511 - 554。

坦纳，C.C.(2001)。“植物在地下水流处理湿地中扮演生态系统工程师的角色。”水科学技术44(11):9-17。

图片:yvon.liu