本发明属于环境污染修复，更具体地，涉及一种利用植物根际效应处理面源微塑料污染的生态拦截系统及构建方法。
背景技术：
1、微塑料的概念最早由thompson等提出，用于指代由塑料分解而成的粒径小于5mm的塑料颗粒。目前，已经在人体的各个相连器官和组织中发现了微塑料的存在。①血液：2020年，科学家首次在人体血液中检测到了微塑料污染，在近80％的实验受试者样本中发现了这种微小颗粒。②肺部：2021年，英国赫尔大学的研究团队首次在活人肺部深处发现微塑料，3个研究样本中有11人的肺组织内出现了直径从4μm到2mm不等的微塑料，其中细窄的肺部下半区发现的颗粒数量最多、体积最大。③肝脏:德国汉堡大学发现在一些肝硬化患者肝脏组织中也存在微塑料。④粪便：科学家在人类的粪便中同样也发现了微塑料存在的证据，并且在炎症性肠病患者中尤为严重，研究还发现儿童粪便中微塑料的含量高于成人。⑤胎盘：意大利科学家2020年首次在胎盘中检测出了微塑料，6个人类胎盘标本样品里，有4个人类胎盘细胞样品中含有微塑料碎片。微塑料颗粒侵入人体，必然会肆意破坏人体的免疫系统，将对人类的生活、繁衍产生不可逆转的深刻影响。
2、微塑料可以通过大气、水体等在全球范围内扩散，并在环境中持续积累。微塑料现存在于饮用水、废水、海水及其他水环境当中。由于尺寸较小、难降解且有毒性，极易被水环境中的浮游动物、鱼类等生物误食导致生物器官坏死甚至死亡。塑料加工生产过程中会加入添加剂，而当微塑料在水环境中降解时，添加剂则会逐渐释放出来。此外，具有较大比表面积的微塑料对有机氯农药、多环芳烃和多氯联苯等有机污染物具有一定的吸附能力，对水中生物产生负面影响。大气环境中含有大量的纤维类微塑料，这些微塑料大多来源于合成纺织品。在降雨天气中，大气中的微塑料会被雨水冲刷排进江河湖海中，进而危害生态环境和人类健康。在大气环境监测中心站所布置的采样点中均发现了微塑料的存在，研究表明地表起尘和扬尘是大气环境中微塑料的主要来源。陆地微塑料主要由人类活动产生，主要来源于点源污染及面源污染。点源污染包括污水处理及污水污泥应用，进入工业废水及生活污水的初级微塑料及洗衣废水中的合成微纤维，通过污水排放、废水灌溉及污泥应用等方式进入土壤生态系统。农业中，废水灌溉植物是微塑料进入农田生态系统的主要途径之一。生活中，洗衣过程中产生的合成微纤维及滚筒式干衣机是农田生态系统微塑料的来源之一。面污染源广义上指各种没有固定排污源的环境污染，狭义上主要指水环境的非点源污染。狭义上的面污染源的污染来源主要包括城镇地表径流、化肥和农药使用、农村生活废水及固体废弃物、水土流失和分散式畜禽养殖等。农药、化肥是面污染源的主要组成物质。农业中地膜的广泛应用成为农田生态系统中次生塑料微粒的来源之一，由垃圾填埋或其他表面沉积物产生的微粒和微纤维，可由空气作为其载体，通过大气沉降作用进入陆地生态系统。
3、目前，治理微塑料污染的研究包括利用吸附材料以及潜在微生物降解，但主要集中室内研究与点源控制，而面源污染来源复杂，路径不确定，植物缓冲带是公认的面源污染防控有效措施，目前植物缓冲带对氮磷防治技术成熟，氮磷去除机理就是植物吸收、生物降解、基质吸附，但微塑料特性截然不同，性质稳定但类型多样，植物吸收、生物降解难度大，普通土壤吸附效果较低，去除微塑料考虑的更多是物理的拦截作用，但一般的过滤网布本身就有微塑料携带风险，且孔径太小不利于渗水，孔径太大不利于拦截微塑料，目前仍然缺少面源微塑料污染生态拦截的技术方案。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供一种利用植物根际效应处理面源微塑料污染的生态拦截系统。
2、本发明的第二个目的在于提供所述生态拦截系统的构建方法。
3、本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：
4、本发明首先提供一种利用植物根际效应处理面源微塑料污染的生态拦截系统，包括基质及种植在基质上的植物缓冲带；所述基质分为三层，底层铺设粒径1～2cm的砾石，中间层铺设有机质改良弱酸性红壤，表层铺设粒径2～3cm的砾石；所述有机质改良弱酸性红壤中有机质>3％，ph为5.5～6.5，细土游离fe2o3>2％；所述植物缓冲带包括边缘带和核心带，边缘带位于核心带的外侧，种植有株高小于0.5m的须根型低矮植株；核心带位于植物缓冲带的中心区域，种植有株高大于0.8m的直根型高立植株；植物缓冲带的植物根系区域形成有生物膜；所述基质一端的表层设有进水口，基质另一端表层和底层设置出水口。
5、本发明构建的生态拦截系统主要从以下三个方面进行设计：(1)不同层次的基质搭配，从表层到底层：大砾石、改良土壤、小砾石，改良土壤采用有机质改良的红壤土，所述红壤土呈弱酸性，富含fe，吸附力强，也增强微生物的电化学活性以及其对微塑料的降解，有效吸附微塑料并防止下渗；(2)植物组合：通过有效搭配不同根系特征以及丰富度植物来实现地上“小丛林”和地下“生态网络”的构成，形成地上植被和地下根系的山丘型立体分布；(3)生物膜培养：用湿地植物凋落物来改良土壤有机质，增加土壤肥力的同时也增加生物膜形成的面积和厚度；所构建得到的植物缓冲带发挥拦截效能的机理为：不同根系特征的植物有效搭配可以在根系界面形成一张致密且牢固的网状结构，须根性植物主要横向分布，直根型植物主要在纵向分布，植物合理搭配种植就形成立体3d网络结构，第一重拦截作用：利用吸附作用直接拦截表面径流的塑料颗粒以及大粒径微塑料，第二重拦截作用：根系分泌物加强了微生物在该网状结构上的定殖并形成孔径更为细密的生物膜，生物膜的粘性可以有效黏附小粒径微塑料，第三重拦截作用：纵向分层的生物膜可以作为不同孔径的过滤网减少微塑料颗粒的下沉。
6、进一步地，所述基质底层铺设厚度为8～12cm，所述基质中间层铺设厚度为23～37cm，所述基质表层铺设厚度为3～7cm。
7、优选地，所述基质底层铺设厚度为10cm，所述基质中间层铺设厚度为35cm，所述基质表层铺设厚度为5cm。
8、进一步地，所述有机质改良弱酸性红壤的制备方法为用重量比为1:1的生活污水将湿地植物凋落物碎片在30～35℃下保持湿润，待其表面出现粘液时与红壤以重量比3:1混合，即得有机质改良弱酸性红壤。
9、优选地，所述湿地植物凋落物碎片用生活污水保持湿润三周。
10、优选地，所述红壤选自华南地区红壤。华南地区红壤富含铁，其吸附性更强。
11、进一步地，所述植物缓冲带中植株物种数为2～6种，即至少种植有一种须根型低矮植株和一种直根型高立植株。
12、优选地，所述种植的植株物种数为2～4种。
13、进一步优选地，所述种植的植株物种数为4种。
14、进一步地，所述植物缓冲带中的植物为湿地植物。
15、优选地，植物种类是根据野外调查及种质资源可获取性进行选择的，评判标准为生物量大、生长适应性较强、生长周期较长、根系强壮。
16、进一步地，所述直根型植物表现为有明显主根，主根垂直向下并在一定距离处长出侧根，根颈相对较窄而突出，株丛直立，适宜刈割利用。须根型植物表现为由许多粗细相近的不定根组成，在根系中不能明显区分出主根，适宜固土防流失。从数量上区别：直根型植物和须根型植物主根数量分别为1、0，总根数分别为<30、>100，根表面积密度分别为<0.5、>1.0m2/m3，根表面积密度可反映植物根系与土体接触的紧密程度。
17、优选地，所述须根型低矮植株选自喜旱莲子草、大叶油草、野甘草、苦苣菜中的一种或多种；所述直根型高立植株选自风车草、香根草、再力花、芦苇中的一种或多种。
18、优选地，所述须根型低矮植株选自喜旱莲子草、大叶油草；直根型高立植株选自风车草、香根草。
19、进一步地，所述须根型低矮植株种植密度为8～12株/m2，直根型高立植株种植密度为3～4株/m2。
20、进一步地，所述须根型低矮植株与直根型高立植株的种植数量比例为2～2.5：1。
21、优选地，所述须根型低矮植株与直根型高立植株的种植数量比例为2：1。
22、优选地，所述植物缓冲带种植有喜旱莲子草、大叶油草、风车草和香根草，其种植比例为3:3:1.5:1.5。
23、进一步地，所述生物膜的形成方法为向植物缓冲带间歇性通水，cod负荷为100g/(m2·d)，每次停留时间为1～2小时。该方法是微生物培养方法，一定浓度的cod喂养、间歇式进水和一定水力停留时间的刺激形成生物膜。
24、优选地，通过检测出水中tp、tss、fe含量释放率为<10％至稳定，cod去除率达到70％，表明生物膜生长成熟稳定，即可用于微塑料拦截。
25、进一步地，所述膜比表面积、孔径、厚度分别为5～10m2/g、20～300nm、0.1～2mm。
26、优选地，所述膜比表面积、孔径、厚度分别为5～10m2/g、20～200nm、0.5～1.2mm。
27、优选地，所述膜比表面积、孔径、厚度分别为8～10m2/g、20～100nm、0.8～1.2mm。
28、本发明提供所述生态拦截系统在建设治理城市径流污染和/或村镇面源污染的生态缓冲带中的应用。
29、本发明还提供上述任一所述用于生态拦截面源微塑料污染的系统的构建方法，包括以下步骤：
30、s1.种植基质的构建：底层铺设粒径1～2cm的砾石，中间层铺设有机质改良弱酸性红壤，表层铺设粒径2～3cm的砾石；所述有机质改良弱酸性红壤为用生活污水将水生植物凋落物碎片保持湿润，待其表面出现粘液时与红壤以重量比3:1混合，形成有机质改良弱酸性红壤；
31、s2.植物缓冲带模块的构建：将株高小于0.5m的须根型低矮植株种植在植物缓冲带四周，株高大于0.8m的直根型高立植株种植在植物缓冲带中间；
32、s3.使植物缓冲带模块中的植物根系区域形成生物膜。
33、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
34、本发明提供一种利用植物根际效应的面源微塑料污染的生态拦截系统，所述生态拦截系统通过改良基质及种植在基质上的植物缓冲带对微塑料进行拦截，改良机制中的酸性富含铁的红壤能有效吸附微塑料并防止下渗，同时利用植物根系生长及其生物膜形成特征，构建透水的生物过滤层，有效拦截面源微塑料迁移与下渗，拦截效率达到80％，减轻下游水体微塑料污染以及地下水饮用安全。本发明所述生态拦截系统对面源微塑料污染的防控与保障河湖水质以及地下水饮用安全有重大理论意义及应用价值：(1)经济价值：基于现有植物缓冲带进行原位改良，不需要额外征用土地，无额外工程投入和基建、不涉及高精贵稀有物质，主体对象为常见的湿地植物，易获得、易培养、易管理、收获物可循环利用，整体工程应用投入与管理成本低、维护简易等。(2)生态价值：利用生态原理实现微塑料污染拦截的无害化，表面拦截和下渗过滤效果好，减少地表河湖水质的影响以及降低地下水饮用风险，不同植物类型和丰富度可形成不同生境，有利于生物多样性恢复，提升面源污染的截留作用。(3)社会价值：形成兼具污染净化和景观绿化的城市生态系统的重要组成部分，积蓄净化雨水以及地表径流，有助于解决当前初期雨水径流污染、城市内涝、水资源短缺等突出问题，增进人与自然和谐共处。