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浮萍 standing litter 阶段氮循环特征及人工收割优化策略研究。通过系统分析该阶段微生物分解机制与碳源供给对湿地净化能力的影响，提出秋收适度收割频率与留茬量控制的技术方案。
倪一辉|朱立琴|康宝顺|王浩志|王晨伟|毛新伟|徐卫东
中国江苏省南京市211100，河海大学农业科学与工程学院
摘要
挺水植物的残体阶段是人工湿地氮循环中的关键环节，通过其分解过程对生态系统物质循环和净化功能产生重要影响。本文系统梳理了该阶段的氮循环特征，并从生物和非生物因素角度分析了残体分解和物质循环的驱动机制。微生物对氮循环和湿地净化能力至关重要，主导着湿地中的氮循环和污染物去除过程。挺水植物残体的分解可能会释放污染物，导致二次污染，同时也能提供碳源，从而增强人工湿地的净化能力。此外，本文综合了挺水大型植物收割管理对湿地净化能力的影响，提出了优化策略，并明确了一种核心技术方案，包括保持适量的地上生物量、合理控制收割频率以及秋季一次性及时收割。该方案为湿地生态系统的相关研究和实际管理提供了科学参考。
引言
挺水植物因其较大的生物量、较长的生命周期和强大的污染物去除能力而成为人工湿地生态系统的核心组成部分。了解它们的生理特性和生态作用对于确保这些系统的长期运行和提升净化性能至关重要[1]、[2]、[3]、[4]。挺水植物的生命周期通常包括五个不同阶段：萌芽、生长、残体期、倒伏期和淹没期（图1）。残体期指的是衰老的植物保持直立状态，其残余物悬挂在土壤或水面以上的时期（图2）。这一阶段的特点是微生物（如真菌）开始在挺水植物上定殖，并启动植物残余物的空中分解过程。这一过程与随后倒伏期和淹没期的分解过程有根本不同。因此，残体期是湿地氮循环中的一个独特且关键的部分。
关于人工湿地氮循环的研究始于20世纪90年代初。过去十年中，相关研究数量不断增加（图3）。然而，现有大多数研究集中在挺水植物的四个生命阶段：萌芽、生长、倒伏和淹没[5]、[6]、[7]、[8]、[9]。对残体阶段的系统研究相对较少。该阶段的持续时间变化较大，因为它受到挺水植物自然生长周期和人工收割方式的影响。这种变异性是导致该阶段研究进展滞后的关键因素。更为严重的是，残体期的分解往往被纳入后续的倒伏和淹没阶段的研究中。这种传统方法未能充分考虑到空中分解的独特性，可能导致对残体分解速率的高估，并在湿地系统氮循环过程的评估中引入可量化的偏差[10]。氮循环是湿地中物质转化的关键过程。由于控制水体氮污染的需求，这一领域已成为生态学和环境科学的研究重点，而人工湿地则是氮去除的关键技术系统[11]、[12]。在这些系统中，挺水植物在动态氮循环中发挥着重要作用（图4）。它们的作用体现在多个方面，包括直接吸收和同化养分、根系分泌氧气改变根际微环境，以及残余物分解过程中释放碳源。每个生命阶段对整体氮循环的贡献差异显著[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]。
残体期是挺水植物的一个独特物候阶段，其特征是直立的衰老植物残余物在空气中分解，不与土壤或水直接接触。它与后续阶段（倒伏期——在水-土界面或水中分解；淹没期——水下分解）的主要区别在于分解环境和初始过程。这些阶段的特点是早期有空气中的微生物定殖，且不受水生或土壤微生物群落的直接影响[20]、[21]。研究表明，尽管该阶段的分解速率低于后期阶段，但其对质量损失的贡献却很大。质量保留率平均为72.3%，显著高于倒伏期的42.8%和淹没期的23.1%。尽管如此，该阶段的质量损失仍占表面分解的55-77%，凸显了其在氮循环中的关键作用[22]、[23]。这一阶段的独特性还体现在分解的起始过程上。真菌等微生物在植物早期衰老时侵入并定殖于植物组织中，占残体质量的3%-8%。与淹没或与土壤接触的阶段不同，这一过程不受厌氧水生条件或土壤基质的影响，从而导致独特的氮释放模式[24]、[25]。这种独特性凸显了对其驱动机制进行专门研究的必要性，并为调节人工湿地中的氮循环提供了具体途径。
为了确定人工湿地中挺水植物残体阶段的研究热点和核心问题，使用CiteSpace 6.3.1基于Web of Science Core Collection（2015-2025年）检索的文献进行了关键词共现网络分析（图5）。结果表明，当前研究主要集中在残体阶段的质量损失、湿地微生物响应及其对温室气体排放的影响[20]、[22]、[26]、[27]。在此基础上，本文以表面流式人工湿地（SFCWs）为例，系统总结了挺水植物残体阶段氮循环机制的进展及其对生态净化功能的调节作用。具体而言，本文分析了残体阶段的氮循环特征以及残体分解和物质转化的驱动机制，包括非生物因素（如太阳辐射、温度、湿度）和生物因素（如植物组成、湿地微生物）。此外，还探讨了收割管理（包括时间、强度和频率）对人工湿地净化能力的影响。例如，秋季收割可以提高净化效率，适当的收割频率可以改善处理效果，而过于频繁的收割可能会削弱挺水植物的作用[28]、[29]。最后，提出了优化的管理策略。本研究的目的是为未来关于残体阶段的研究和人工湿地管理提供科学依据。
部分内容摘录
湿地氮循环的驱动机制
挺水植物残体阶段的氮循环受生物和非生物因素的共同影响（图4）。生物因素主要涉及挺水植物本身及其相关的微生物。非生物因素包括外部环境条件，如太阳辐射、湿度和温度[30]、[31]、[32]、[33]、[34]、[35]。
挺水植物残体期及其后续阶段对人工湿地净化功能的机制
残体期是挺水植物生命周期中的一个关键转折点，标志着它们从繁荣到衰退的转变，以及从养分汇转变为养分源的转变，其中分解成为主导过程。残体期、倒伏期和淹没期的分解对人工湿地的生态净化功能具有双重影响。
人工收割挺水植物对湿地生态净化功能的影响
收割是人工湿地运营和管理中的常见调控措施。在营养负荷较低的湿地中，收割可以有效提高其净化效率，同时通过去除挺水植物的生物量来缓解湿地堵塞等问题[66]、[67]、[68]。在实际湿地管理中，通常在挺水植物的残体期进行收割。
展望
作为人工湿地氮循环中的独特组成部分，挺水植物的残体阶段值得进一步研究其关键特征、临界阈值、自然生长和人工干预对其的影响机制，以及相应的收割和管理策略的优化。具体研究重点如下：
(1)残体阶段的氮循环受一系列生物和
结论
挺水植物的残体阶段是人工湿地氮循环中的一个关键但常被忽视的阶段。这一阶段以初始的空中分解为特征，与后续的倒伏期和淹没期不同，对物质循环和净化过程有独特的影响。忽视这一阶段可能导致对残体分解速率的高估，并在氮循环过程的量化中引入误差。
CRediT作者贡献声明
徐卫东：撰写——审稿与编辑。毛新伟：撰写——审稿与编辑。倪一辉：撰写——审稿与编辑，撰写初稿。王晨伟：撰写——审稿与编辑。王浩志：撰写——审稿与编辑。康宝顺：撰写——审稿与编辑。朱立琴：撰写——审稿与编辑，撰写初稿，指导。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（NSFC，项目编号52279012、52079038）和河北省水利科学技术计划（资助编号2025-84（GC）的支持。
