人工濕地水生植物的管理和維護(hù)

高 雷 陳 卓 楊麗敏

（河北省遵化市天津引灤工程黎河管理處，天津市 064200）

人工濕地是對非點源污染進(jìn)行凈化處理，是一種投資低、處理能力穩(wěn)定、易于維護(hù)的生態(tài)處理方式。通過人工濕地的人工基質(zhì)和水生植物，形成基質(zhì)－植物－微生物生態(tài)系統(tǒng)，將污染物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)吸收、轉(zhuǎn)化、分解，以達(dá)到凈化水質(zhì)的作用。同時，對引水力脈沖或污染造成的沖積具有顯著的緩沖作用，還可為野生動物提供棲息場所，可有效恢復(fù)河流的生物多樣性，改善河流水質(zhì)。

天津市引灤工程黎河管理處根據(jù)黎河輸水河段支流污染情況分布及支流來水特征，選擇龍灣橋支流口和西山橋支流口建設(shè)了人工濕地生態(tài)治理示范工程，通過兩年運行監(jiān)測成果來看，有效減輕了支流污染物匯入對引灤黎河干流水質(zhì)的影響，有效改善了周邊水環(huán)境，起到了良好的生態(tài)景觀效果。同時，黎河管理處在人工濕地實際運行中總結(jié)出濕地水生植物管理經(jīng)驗，為后續(xù)支流污染治理工程實施及同類濕地水生植物后期管理提供了參考。

1 水生植物生長期管理

水生植物在處理系統(tǒng)中對微生物生長和污染物凈化方面起著重要作用，因此，維護(hù)其健康生長對系統(tǒng)的運行是非常重要的。首先一點是必須選擇適合于處理系統(tǒng)環(huán)境條件變化的水生植物種類，確保其健康生長和覆蓋。如果設(shè)計中選擇的水生植物不能耐受實際的運行條件，需要考慮補(bǔ)充其它更合適的植物種類，以保證所需的覆蓋率。但如果沒有更合適的植物可供選擇，則需改變系統(tǒng)的運行條件，以便促進(jìn)系統(tǒng)中水生植物的健康生長。

只要水深和污染物負(fù)荷控制在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，一般水生植物不需要進(jìn)行過多的日常維護(hù)，其自身可按生長—枯萎—再生長進(jìn)行健康循環(huán)。濕地植物可以蔓延生長到條件適宜的環(huán)境中，也會因環(huán)境條件的惡化而死亡，如此構(gòu)建起生長和分布的自身平衡。但由于運行和設(shè)計問題，可能導(dǎo)致植物覆蓋率的減少，需要進(jìn)行必要的管理和維護(hù)。一般通過調(diào)整水位、長期或短期降低負(fù)荷、合理的植物收割、種植適宜性植物、移除雜生植物等措施進(jìn)行維護(hù)和管理。

其它一些形式的植物管理如除草劑、殺蟲劑的使用應(yīng)盡量避免，因為這些活動會改變天然水體的生態(tài)功能和系統(tǒng)平衡，甚至對出水水質(zhì)產(chǎn)生不利影響。

2 冬季運行管理

北方冬季氣溫較低，河道表面通常會結(jié)冰，此時如果運行管理不當(dāng)，甚至?xí)斐蓾竦剡M(jìn)水管道的凍結(jié)，影響濕地系統(tǒng)的正常運行。而對于植物而言，受冬季低氣溫條件的影響，水生植物的地上組織全部枯萎，植物的水質(zhì)凈化功能也會大大降低，但由于本示范工程中水生植物均為多年生植物，根系在冬季雖然其活性降低，但并不會死亡。因此，冬季運行管理的關(guān)鍵是防止對濕地布水管網(wǎng)的凍結(jié)和水面結(jié)冰對植物根系的影響。

潛流濕地系統(tǒng)的冬季防凍，在冬季結(jié)冰前一個星期（可根據(jù)天氣預(yù)報掌握氣濕變化）將水位升至濕地表面30cm，保持濕地高水位運行。隨著氣溫的下降，濕地表面開始形成冰層，待冰面厚度達(dá)到20～25cm后，再降低水位，將運行水位保持在布水管道的高度（即填料表面以下 15cm左右），濕地表面保留挺立的植物枯莖，將有助于形成絕熱冰蓋層，保證下面水的流通，這樣就形成了濕地表面的冰蓋層，而且冰蓋層以下保留有15～20cm空氣保溫層，不僅可以防止冬季布水管道的凍結(jié)，保證濕地系統(tǒng)的冬季正常運行，而且由于冰蓋層以下空氣層的存在，可以有效保存植物根系在冬季的活性。

3 水生植物收割管理

目前，學(xué)術(shù)界對于水生植物對污染物的去除機(jī)理存在兩種觀點。

一種觀點認(rèn)為，濕地系統(tǒng)對營養(yǎng)物質(zhì)的去除主要基于植物機(jī)理。植物根系吸收污水中的營養(yǎng)物質(zhì)并轉(zhuǎn)化為植物的細(xì)胞組織，隨著水中營養(yǎng)物質(zhì)濃度的增加，植物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力也不斷增加，達(dá)到最大值后便開始減少，但只要組織中的營養(yǎng)物質(zhì)能夠滿足植物的生長需求，植物生長就不會減弱，當(dāng)生長率保持恒定而吸收率下降，這個營養(yǎng)物質(zhì)濃度就是臨界值，介于臨界值和最大值之間的營養(yǎng)物質(zhì)的量為植物吸收的剩余消耗量。因此植物在單位體積內(nèi)去除的營養(yǎng)物質(zhì)較之自身成長所需更多?；谥参餀C(jī)理而吸收（去除）的污染物（如氮、磷）不同于土壤吸附，它不能被解吸，吸附位也不飽和，只要將存儲有氮、磷的植物周期性收割就能達(dá)到很好的去除效果。另外植物對銅、鉛、鋅等重金屬也有很好的去除作用，并亦可通過收割的方式予以去除。

另種觀點認(rèn)為，植物組織對氮、磷的吸收，從量上講是微弱的。因為植物生長季節(jié)獲得的營養(yǎng)物質(zhì)只占系統(tǒng)去除污染物總量的百分之幾，而且在非生長季節(jié)又有重新釋放的可能，亦即植物直接去除污染物的作用不大，因此單純依靠植物收割來去除污染物并不會對污染物的去除效果產(chǎn)生明顯的作用。但研究表明，雖然植物吸收的營養(yǎng)物質(zhì)較小，但植物可以影響其它去除過程。如植物根系提供了放氧表面，利于生物和化學(xué)轉(zhuǎn)化，根系放氧和為微生物棲息提供空間是水生植物主要功能，特別是在潛流濕地系統(tǒng)中，植物通過根系的生長、死亡和代謝來維護(hù)床體較好的水力傳導(dǎo)性，腐爛的根葉為反硝化細(xì)菌提供了必要的碳源。而對植物進(jìn)行合理收割，不僅可以增大植物的生長量，而且也在一定程度上延長了植物的生長期，盡管收割植物直接帶走的污染物的量較小，但對植物去污功能的影響是明顯的。

不論以上哪種觀點，都不能否認(rèn)植物收割對污染物總體凈化效果的影響。因此，水生植物的收割管理，也是系統(tǒng)運行管理的重要內(nèi)容，而對于植物收割管理最為關(guān)鍵的因素是掌握好植物的收割周期（或收割次數(shù)）、最佳收割季節(jié)和收割后的植物存留量等幾個方面總結(jié)出如下經(jīng)驗。

3.1 植物收割周期（或收割次數(shù)）

植物收割周期必須根據(jù)植物的生長規(guī)律、區(qū)域氣候特征和水質(zhì)變化情況綜合考慮來確定。不同生長型植物有著不同的生長規(guī)律，而且同一植物在不同地區(qū)或同一地區(qū)的不同生長環(huán)境中，其表現(xiàn)形式也并非完全相同。

對于人工濕地處理系統(tǒng)來說其植物類型均以多年生挺水植物為主，而且植物在水中的深度并不大，植物生長條件較好，植物表現(xiàn)出來的特征為發(fā)芽早、生長速度較快。因此，植物收割可采用一年收割兩次較為理想。

收割次數(shù)過多（或收割周期太短），不僅投入的人力物力較大，而且容易使?jié)竦叵到y(tǒng)內(nèi)植物郁閉度減少，夏季造成填料表面在光照影響下溫度升高，影響植物的正常生長，甚至造成植物的枯萎和死亡。而收割次數(shù)過少（或收割周期過長），植物生長高峰過后（秋季）自然進(jìn)入休眠期。而每年二次的植物收割，不僅不會影響植物的正常生長，而且秋季可刺激植物的第二次萌芽，延長植物的生長周期。

3.2 收割季節(jié)

收割季節(jié)的選擇應(yīng)根據(jù)植物自身的生長規(guī)律，以不影響其正常生長和安全越冬為原則。人工濕地處理系統(tǒng)植物基本上都是在3至4月份開始萌芽，5月至7月份為第一次生長高峰，進(jìn)入8月后，植物生長開始減弱，9月份基本進(jìn)入生長晚期。

對于每年收割二次的植物，第一次收割適宜安排在8月下旬至9月上旬以前。此時收割可以有效刺激植物的二次萌芽，而且收割后的植物仍有二個月左右的生長時間，使植物在9月和10月進(jìn)入第二次生長高峰，延長植物的生長期，而且可以保證植物的安全越冬。

植物收割后到重新郁閉一般需要半個月到 1個月的時間，因此，如果第一次收割時間過早（如安排在6月或7月），在進(jìn)入夏季后植物很難再次郁閉，隨著光照強(qiáng)度的增加和氣溫上升，潛流濕地表面裸露造成填料（礫石）層的溫度升高，容易影響植物的生存。而第一次收割時間如果安排過晚（如10月或11月），植物在9月份已基本上停止生長（進(jìn)入結(jié)籽期），部份植物結(jié)籽后（如黃花鳶尾和香蒲）即開始枯黃，不僅景觀效果差，而且未充分利用植物的第二次生長高峰。同時，植物收割后即使重新萌芽，也很快進(jìn)入冬季，影響系統(tǒng)的冬季運行效果。

大部分植物（如蘆葦、香蒲、黃花鳶尾、水蔥、黑三棱等）的第二次收割時間適宜安排在春季冰層融化以后（即2月底至3月中旬），而冬季結(jié)冰期間可以不收割。其原因如下。

一是上述植物經(jīng)過第一次收割后，冬季枯黃的枝葉基本仍能保持挺立，盡管地上部分已經(jīng)枯黃，但仍有向根系傳輸氧的功能，冰層以上保留部分植物枝體不僅可以起到保溫效果，而且有利于增加冰層以下的溶解氧。

二是枯黃枝葉在保持挺立的情況下，淹沒于水中的枝葉比例并不大，而且冬季氣溫較低，冰層內(nèi)微生物活動和化學(xué)反應(yīng)均較慢，枯黃枝葉的腐爛分解速度是比較緩慢的，不會對水體造成二次污染?？蔹S枝葉的腐爛期一般是在冰層融化后，氣溫開始回升的3月份。

對于枯萎較早而且枯萎后地上部分容易倒伏的植物，第一次收割時間可以適當(dāng)提前，安排在 7月底至8月上旬；第二次收割時間應(yīng)安排在植物倒伏之前，即10月底至11月上旬。以上植物由于地上部分冬季死亡較早，而且死亡后的枝葉容易倒伏于水中，在水中腐爛降解，如果不及時收割，不僅容易造成二次污染，而且根系的生存性會降低。

3.3 收割后的植物存留量

收割后植物存留高度（植物存留量）是根據(jù)不同收割時間和不同的處理單元而不同的。對于一年收割兩次的潛流濕地植物，8月下旬至 9月上旬收割時存留高度以地上部分保留 30～40cm左右為宜，防止填料表面過于裸露，造成填料表面溫度升高影響植物的后續(xù)生長。而第二次收割時應(yīng)將地上枯死的枝葉進(jìn)行全部收割，僅需保留地下根莖和新芽即可。

4 結(jié) 語

人工濕地土建過程較為簡單，但建成后對水生植物管理、維護(hù)則相對要求較高，黎河管理處在人工濕地運行管理中歸納總結(jié)出較為完善的水生植物管理經(jīng)驗，為同類人工濕地水生植物的管理提供了有益參考。