論植物過濾系統(tǒng)在城市河流景觀中的作用

田 勇

（四川音樂學(xué)院 成都美術(shù)學(xué)院 環(huán)境藝術(shù)系，成都 四川 610500）

論植物過濾系統(tǒng)在城市河流景觀中的作用

田 勇

（四川音樂學(xué)院 成都美術(shù)學(xué)院 環(huán)境藝術(shù)系，成都 四川 610500）

全球有半數(shù)以上的城市依河而建。河流不但為城市提供充足的飲用水源和方便的交通，而且對城市形態(tài)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要作用。從某種意義上來說，是河流孕育了城市。然而，隨著工業(yè)文明的興起和發(fā)展，水體污染、生態(tài)失衡等的問題漸漸突顯出來。作為城市賴以生存的母親河，卻成為城市的排污管道，遭到日益嚴(yán)重的危害，危及人類的生存環(huán)境。近二三十年，城市化進(jìn)程飛速發(fā)展，我們賴以生存的河流，無論是水質(zhì)還是水生生物環(huán)境都嚴(yán)重惡化。本研究從城市河流的治理理念及思考角度，提出植物過濾系統(tǒng)在城市河流景觀中的作用，闡述了城市河流的污染問題診斷、河流環(huán)境污染治理想法、改善對策、城市河流生態(tài)改善修復(fù)技術(shù)及可持續(xù)發(fā)展對策。

河流景觀；自然性；生態(tài)性；植物過濾系統(tǒng)；生態(tài)修復(fù)

城市生態(tài)建設(shè)就是城市模擬自然生態(tài)系統(tǒng)，創(chuàng)建一個(gè)物質(zhì)循環(huán)通暢，能力流動(dòng)高效，系統(tǒng)過程穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)和功能協(xié)調(diào)的生態(tài)系統(tǒng)，為城市人口提供一個(gè)與社會(huì)和自然發(fā)展相匹配的，持續(xù)穩(wěn)定的物質(zhì)環(huán)境，保證城市人口的身心健康發(fā)展。城市河流本身所具備的物質(zhì)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，為城市生態(tài)提供了一定的基礎(chǔ)[1]。

河流是文明的發(fā)祥地，發(fā)展經(jīng)濟(jì)的動(dòng)力，生態(tài)系統(tǒng)的要素，景觀的依托?！八焙汀熬G”是城市河流景觀中象征自然的要素，以沿河植被為基礎(chǔ)所構(gòu)成的綠色廊道具有重要的綜合功能，對維持河流的自然景觀特性和生態(tài)系統(tǒng)的健康性具有特殊意義，它協(xié)調(diào)了城市水、綠自然保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系，是實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[2]。

1 植物過濾系統(tǒng)的概念及生態(tài)特征

1.1 植物過濾系統(tǒng)的概念

植物過濾系統(tǒng)是指沿城市河流水系網(wǎng)絡(luò)，通過有效的植物配置，形成植物群落或綠色廊道，最大限度的發(fā)揮植物自身的凈化功能，以轉(zhuǎn)移、容納或轉(zhuǎn)化水體、空氣和土壤中的有害物質(zhì)。

植物過濾系統(tǒng)處理的對象主要是重金屬、有機(jī)物或放射性元素污染的土壤及水體。研究表明，通過植物的吸收、揮發(fā)、根濾、降解、穩(wěn)定等作用，可以凈化土壤或水體中的污染物，達(dá)到凈化環(huán)境的目的。植物過濾系統(tǒng)是一個(gè)可持續(xù)、低維護(hù)的凈化植物體系，是城市環(huán)境生態(tài)修復(fù)的重要手段之一。

1.2 植物過濾系統(tǒng)形成的條件與結(jié)構(gòu)

1.2.1 河流景觀的自然性

城市河流景觀要體現(xiàn)河流的自然形態(tài)，保護(hù)河流的自然要素。天然的原生態(tài)河流有凹凸岸線、淺灘和沙洲等，這些天然形成的岸線不僅為各種生物創(chuàng)造了舒適的生活環(huán)境，還可以使水流減速、蓄洪涵水，大大的降低洪水給人們帶來的破壞力[3]。在城市河道的設(shè)計(jì)中，首先在平面上應(yīng)以自然彎曲的線形為主，使之岸線流暢優(yōu)美，并在城市低洼地保留或恢復(fù)湖泊濕地，湖泊濕地系統(tǒng)不僅調(diào)節(jié)上游來水，有效地控制了水害，從景觀結(jié)構(gòu)上使城市水系形成網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)對于水體生態(tài)都具有重大意義。整個(gè)流域被視為完整生態(tài)系統(tǒng)，有益于構(gòu)建以濱水植物為基礎(chǔ)的生態(tài)系統(tǒng)基礎(chǔ)框架。使城市河流返璞歸真，重回“自然”之態(tài)。

無論是城市河道，還是人工湖泊，在治理與保護(hù)方面，都應(yīng)大力提倡生態(tài)河堤的做法，盡可能的減少和避免漿砌擋墻和鋼筋混凝土的硬式堤岸做法；創(chuàng)建一個(gè)原生態(tài)的有利于水生植物和濕生植物為主體的水生環(huán)境[3]。水體、駁岸和水生植物通過科學(xué)的配比，充分利用原生態(tài)的地形地貌，建立起生物與環(huán)境間相互依存的生態(tài)系統(tǒng)，最終形成了生態(tài)河堤。生態(tài)河堤的坡腳護(hù)底具有高孔隙率、多流速的變化帶、形成水的紊流，利于空氣中氧氣的溶入，增加水中溶解氧，利于好氧微生物、魚類等水生生物的生長。更為重要的是，生態(tài)河堤由于其多孔性和豐富的形式、成為適合動(dòng)植物生長的模擬自然狀態(tài)的護(hù)堤，進(jìn)而為培育較完善的城市河流植物過濾系統(tǒng)建立了良好的基礎(chǔ)。

1.2.2 河流景觀的生態(tài)性

河流景觀的生態(tài)性是指其不但要滿足相依存的所有生物的生存需求，同時(shí)也要適應(yīng)動(dòng)植物及其微生物的繁衍生息。自然環(huán)境中有數(shù)以萬計(jì)的生物種類和個(gè)體在依靠著河流維持著自身的生命，動(dòng)物、微生物等都是依賴著水流和樹林生長與繁殖。自然河岸的植物群落組成序列，最典型的是基于岸邊到河床、湖泊底部連續(xù)降低的緩坡地形，從而形成了由喬木、灌木與地被植物等共同組成的陸生植物群落，漸漸過渡到親水岸邊的濕地濕生挺水植物群落，然后隨著水體的深淺變化形成了浮葉、沉水、漂浮植物群落。以生態(tài)河岸形成的濱水生物棲息環(huán)境為基礎(chǔ)，通過組成種類多樣、構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的河岸綠帶和濱水濕生、水生植物群落的恢復(fù)，

使之形成完整的從陸生植物群落延續(xù)到水生植物群落的生態(tài)環(huán)境格局，成為協(xié)調(diào)統(tǒng)一的自然景觀和功能健全完善的城市生態(tài)水系[4]。

1.2.3 植物過濾系統(tǒng)的形成

恢復(fù)和培育出濱水地帶的生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)功能，基礎(chǔ)就在于如何形成完善的植物群落；完善的植物群落不僅要結(jié)構(gòu)合理、穩(wěn)定，更要生態(tài)適宜，構(gòu)成這樣的群落必須根據(jù)不同濱水地帶的獨(dú)特環(huán)境，選擇其適宜的植物種類和相應(yīng)的群落結(jié)構(gòu)形式，依托城市水系網(wǎng)絡(luò)，從而形成城市河流的綠色廊道系統(tǒng)。

在城市河流的綠色廊道系統(tǒng)中，如何形成植物過濾系統(tǒng)，就必須要對癥下藥；對于不同的污染種類及范圍，應(yīng)配置相應(yīng)具有凈化功能且抵抗性強(qiáng)的植物群落，從而形成完善的植物過濾系統(tǒng)。另外，植物過濾系統(tǒng)在兼顧了觀賞性之外，還應(yīng)以鄉(xiāng)土植物為主，這樣的配置不但對于生態(tài)性修復(fù)性強(qiáng)，而且能形成群落穩(wěn)定、景色優(yōu)美的帶狀植被。

1.3 植物過濾系統(tǒng)的生態(tài)特征

1.3.1 自我持續(xù)性

自我持續(xù)性是植物過濾系統(tǒng)最為顯著的生態(tài)特性。由于植物過濾系統(tǒng)是依據(jù)植物群落自然的生態(tài)過程設(shè)立的，因此該系統(tǒng)中擁有能夠維持生命的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)過程，并具備平衡的生物與非生物因子。這些條件促使植物過濾系統(tǒng)無需大量的外力介入便能自我生存、自我修復(fù)和自我持續(xù)。

1.3.2 多樣性

植物過濾系統(tǒng)并非單一或幾種植物的集合，而是由多種植物群落共同構(gòu)成的過濾體系，并依據(jù)不同的環(huán)境狀況形成不同的植物過濾系統(tǒng)。城市中不同地形地貌的場地，對植物的配置、群落的構(gòu)建以及景觀結(jié)構(gòu)的營造有著截然不同的需求。這表明該系統(tǒng)是一個(gè)具有植物群落和景觀結(jié)構(gòu)的多樣性特點(diǎn)的一個(gè)復(fù)雜體系。

2 植物過濾系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制

2.1 植物吸收

植物能夠直接吸收利用的兩大污染物類型包括：(1) 磷、氮等植物可吸收利用的營養(yǎng)物；(2)水生生物吸收后會(huì)被毒害的一些重金屬和有機(jī)物（見圖1、圖2）。

圖1 植物的吸收與利用Fig.1 Plant uptake and utilization to pollutants

圖2 植物生態(tài)凈化過濾系統(tǒng)原理Fig.2 Principles of plant ecological purif i cation fi lter system

前者被植物吸收后利用合成為其自身結(jié)構(gòu)的組成物質(zhì)，而后者被脫毒后儲(chǔ)存于植物體內(nèi)并被降解。磷、氮等物質(zhì)是水生植物在生長過程中必不可少的營養(yǎng)物，所以水生植物群落對這些物質(zhì)有著非常強(qiáng)烈的需求能力；在受到污染的河流中，水生植物可直接從水體中和底泥中吸收磷、氮等營養(yǎng)物，并轉(zhuǎn)化合成為自身所需要的物質(zhì)，如：蛋白質(zhì)、核酸等；同時(shí)在有限的生存環(huán)境空間中快速的累積著自身的能量。

水生植物在面臨死亡時(shí)，常常會(huì)是釋放這些營養(yǎng)物質(zhì)，是因?yàn)樗纳芷诒仍孱愰L；因此，營養(yǎng)物質(zhì)在其體內(nèi)的存儲(chǔ)比藻類穩(wěn)定。所以我們在解決污水問題的時(shí)候，完全可以在含有氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的污水中種植水生植物,從而達(dá)到凈化水質(zhì)的問題，同時(shí)又能收獲水生資源和美化環(huán)境。鳳眼蓮和浮萍都是一些水生漂浮植物，因?yàn)樗L速度較快，所以在這方面的應(yīng)用較多。

現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，我們也看到很多水生植物種植在污水中，并且存活，但凈化功能卻達(dá)不到預(yù)期的效果。實(shí)踐證明，想要有效利用污水中的營養(yǎng)物質(zhì)，只是隨便種植一些水生植物，是不行的。對植物種群，我們要深入研究其在污水中的存活、增長規(guī)律、營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與轉(zhuǎn)化效率等相關(guān)因素，并進(jìn)行綜合比較；適時(shí)適地的合理設(shè)計(jì)，方能達(dá)到預(yù)期的效果。在大自然環(huán)境中，有一些有機(jī)物和重金屬不但對植物的生長沒有幫助作用，而且長期累積到一定程度還會(huì)對植物和環(huán)境產(chǎn)生毒害作用，所以有些植物也進(jìn)化出了特有的生理機(jī)能使其脫毒；其中，在水生植物中也有許多具有這些功能。例：我們常見的漂浮類植物—鳳眼蓮，如果受到環(huán)境中重金屬的誘導(dǎo)，體內(nèi)便產(chǎn)生有重金屬絡(luò)合作用的金屬硫肽,而這些機(jī)制的存在可以使許多的水生植物大量富集水中的重金屬。不同的有機(jī)物質(zhì)在植物體內(nèi)有著不同的代謝機(jī)制。

2.2 微生物的降解

能夠長期在淡水中正常生活的植物統(tǒng)稱為水生植物，它是生態(tài)學(xué)范疇上的類群，具有不同種類的植物在長期適應(yīng)水環(huán)境而逐漸形成趨同適應(yīng)性，主要分為兩大類：高等藻類和水生維管束植物。其中水生維管束植物屬于多細(xì)胞植物，依附于水環(huán)境生長，有不同功能的細(xì)胞組織，植物個(gè)體較大[5]。通常具有4種生態(tài)類型：挺水、漂浮、浮葉和沉水（見表1）。

表 1 水生植物的4種生態(tài)類型Table 1 Four ecological types of aquatic plants

在水生植物為主的污水處理系統(tǒng)中，和其他生物處理系統(tǒng)一樣，微生物對各種污染物的降解處理仍起著重要作用[8]。可被生物降解的有機(jī)物在污水中(通常以BOD 來表示)主要通過微生物的代謝活動(dòng)被去除；氮的去除，即使植物有吸收的能力，但硝化和反硝化作用仍是主要的去除機(jī)制（約35%～98%）。水中的植物根系部分提供了便于微生物代謝所需要的微環(huán)境。水生植物體內(nèi)擁有發(fā)達(dá)的通氣系統(tǒng)，可以使氧氣從莖葉部分向根部轉(zhuǎn)移，自身需求消耗呼吸剩余的氧氣就會(huì)被釋放在水里，在植物根系附近形成有氧環(huán)境，從而滿足了淹沒在水中根系部分的呼吸需求；另外，根系部分也是水體中微生物依附生存的良好載體，不但有利于根系自身的分泌，還促進(jìn)了微生物代謝所需要的部分有機(jī)物。因此，為喜氧微生物群落營造出了一個(gè)適合生長的環(huán)境空間，而根系以為的環(huán)境則形成了適宜厭氧微生物群落生長的空間；有效的進(jìn)行了反硝化和有機(jī)物的厭氧降解[6]。因此，在污水處理和凈化方面，植物所起的作用也是必不可少的，植物的生理代謝活動(dòng)直接關(guān)系到污染物的降解（見表2）。

表 2 水生植物污水處理系統(tǒng)Table 2 Sewage treatment systems with three types of aquatic plants

2.3 物理化學(xué)作用

植物在污水處理系統(tǒng)中，對于大多數(shù)污染物的清除都起到了關(guān)鍵作用；也有小部分污染物通過物理化學(xué)作用被去除,主要有揮發(fā)、吸附和沉降。在以前我們做的研究中，對于植物過濾系統(tǒng)的研究比較的少，因此我們還需要對植物過濾功能在污水處理系統(tǒng)中發(fā)揮的作用以及微生物與植物之間的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究[7]。

3 植物過濾系統(tǒng)在城市河流景觀中的重要性

3.1 修復(fù)河流自然的生態(tài)過程

在對城市河流污染的生態(tài)修復(fù)過程中，水體中氧的來源主要是通過植物過濾系統(tǒng)中的水生植物和濕地植物的光合作用、植物根系對氧的傳遞和釋放作用而獲得。并在其根區(qū)周邊形成有氧環(huán)境，有利于水生植物和微生物附著生長[8]。光合作用越強(qiáng)，凈光合速率越高，根區(qū)微生物越豐富，對污染水體的凈化和生態(tài)修復(fù)作用更明顯。由于有植物過濾系統(tǒng)的存在，使河流本身具有了水體自凈能力，隨著河水的流動(dòng)，依靠沉淀作用和生物活動(dòng)使水質(zhì)得以凈化。

3.2 營建多樣化的河流景觀

河灘上陸生植物，開花時(shí)作為蜜源吸引了大量昆蟲。為覓食這些昆蟲和成熟的果實(shí)，一年四季又吸引了各種各樣的鳥類。在堤防和河灘上繁衍的各種禾本科為主的草本種子，為春秋兩季來往的候鳥和以鼠類為食的小型哺乳動(dòng)物提供了重要的食料。濱水地帶的喬、灌木樹叢還為以小鳥和小獸為食物的猛禽類和以魚為食物的水鳥提供了重要的餌料場和繁殖地。這種有樹、草、魚、鳥及水、土、石等自然物體的河流景觀，才能稱其為真正的河流景觀。

3.3 美化環(huán)境提升居民生活質(zhì)量

河道綠化是美化城市的一個(gè)重要手段，一個(gè)城市的美麗，除了在城市規(guī)劃和施工上善于利用城市的地形、道路與建筑配合靈活巧妙的展示城市美麗外，還可以運(yùn)用樹木花草不同的顏色、形狀、用途和風(fēng)格，在河道兩邊搭配出應(yīng)季的豐富色彩，不但使城市看起來春意盎然，而且五彩斑斕的色彩伴以芬芳的花香，點(diǎn)綴在蔥郁籠中，更是錦上添花的效果；為我們的勞動(dòng)、工作、學(xué)校、生活等創(chuàng)造了優(yōu)美舒適的環(huán)境[9]。

4 植物過濾系統(tǒng)在城市河流景觀中的應(yīng)用策略

4.1 植物過濾系統(tǒng)的應(yīng)用原則

（1）植物要具有良好的生態(tài)適應(yīng)能力和生態(tài)景觀營建功能；

（2）耐污能力和抗性強(qiáng)，根據(jù)污染物種類采用相應(yīng)適合的植物種類；

（3）抗病蟲害能力強(qiáng)，管理容易，降低管理成本；

（4）選擇在本地適應(yīng)性強(qiáng)的植物，以本地植物為主；

（5）植物的年生長期長，最好是冬季常綠植物或只是半枯萎。

4.2 植物過濾系統(tǒng)的應(yīng)用策略

4.2.1 植物配置應(yīng)就地論事

如何選擇適宜的植物及如何創(chuàng)造植物越冬生長的條件，使水生植物在不同的季節(jié)都維持良好的生長狀況，常年保持高效的污水凈化能力和自然的觀賞效果，有待于科研工作的進(jìn)一步深入。例如：植物的過濾系統(tǒng)凈化能力是與水生植物的生長狀況密不可分，眾多的喜溫水生植物在夏、秋兩季處于生長繁茂的旺季，故而有較高的凈化效能。而到了深秋和冬季，喜溫的水生植物已處于凋零和死亡狀態(tài)，當(dāng)然也喪失了自然的凈化功能，但對于耐寒水生植物而言，情況卻截然不同，它們表現(xiàn)出有較高的凈化率；可見，充分了解不同習(xí)性的植物群落間的相互作用，并利用人工干預(yù)，可妥善解決冬季的植物所帶來的綠化問題。

4.2.2 科學(xué)培育減少修復(fù)周期

依據(jù)種群生態(tài)學(xué)原理，我們在掌握構(gòu)建植被種群個(gè)體空間的分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，應(yīng)注意其密度、空間結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)、種群繁殖率和增長率以及它們之間的相互關(guān)聯(lián)、相互競爭和相互作用。考慮到整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的原理，我們應(yīng)初步掌握人工生態(tài)系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)、能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)，保持和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡。根據(jù)生物多樣性原則，應(yīng)避免種類與結(jié)構(gòu)單一造成的生命力下降以及抗御災(zāi)害能力下降、病蟲害猖撅的弊端。應(yīng)營造多種類、多層次的搭配、合理布局，以增加系統(tǒng)的物種多樣性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗御災(zāi)害的能力。

5 結(jié) 論

河流具有多元的綜合功能，它為我們的城市帶來諸多的生態(tài)效應(yīng)，并提供水源、綠地、環(huán)境保護(hù)、旅游娛樂、交通運(yùn)輸?shù)任镔|(zhì)基礎(chǔ)，對城市的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。因此，尊重自然規(guī)律下的河流，維護(hù)其內(nèi)在的結(jié)構(gòu)關(guān)系，并維持河流的地形地貌和水質(zhì)、水文特征，平衡城市發(fā)展與河流的關(guān)系，是今后城市生態(tài)建設(shè)過程中的基本原則和出發(fā)點(diǎn)。植物過濾系統(tǒng)既能美化環(huán)境，降低河流中的污染度，吸收水中的污染物質(zhì)，進(jìn)一步凈化水質(zhì)，又能恢復(fù)生態(tài)體系，逐漸形成河流的原始的自過濾能力[10]。但是由于我國在這方面才剛剛起步植物景觀修復(fù)的科學(xué)性較強(qiáng)，所以擁有很強(qiáng)的技術(shù)性，在當(dāng)代植物修復(fù)剛剛起步的今天，成功的幾率還不能說100%，所以極易產(chǎn)生修復(fù)后的后續(xù)問題，如植物配置不合理，植物死亡形成二次污染，影響居民的正常生活等；但正因?yàn)槿绱?，此課題的探討研究才更具有現(xiàn)實(shí)的意義。

致謝：感謝四川音樂學(xué)院成都美術(shù)學(xué)院趙建萍教授、劉益老師等對本課題的大力支持，陳建英等制作圖片，特此鳴謝！

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Roles of plant fi ltration system in urban river landscape

TIAN Yong
(Dept. of Environmental Art, Chengdu Institute of Fine Arts, Sichuan Conservatory of Music, Chengdu 610500, Sichuan, China)

Globally, more than half of the city is built by river. River not only provide enough drinking water, convenient transportation for city but also plays an important role for urban’s formation and economic development. In a sense, it is river gave birth to the city.However, with the rise and development of industrial civilization, the problems such as water pollution, ecological imbalance gradually highlighted. The mother river that city rely for existence has become the city’s sewer pipes, have been increasingly serious harmed, that is endangering the survival of the survival environment of human. In the recent twenty or thirty years, owning to the rapid development of urbanization, the survival environment of our mother river, both water quality and aquatic environment were seriously deteriorated.From the perspective of urban river governance, it is suggested that the plant fi ltration system should be applied in the construction of urban river landscape, and the urban river pollution problem diagnosis, river pollution control methods, improving countermeasures of pollution control, urban river ecological repair technology and sustainable development countermeasures were put forward.

river landscape; natural characteristic; ecological characteristic; plant fi ltration system; ecological restoration

S718.5

A

1673-923X(2013)10-0130-05

2013-05-04

四川省教育廳資助科研項(xiàng)目（13SA0037）；創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（景觀設(shè)計(jì)）（13TD0037）

田 勇（1962-），男，湖南長沙人 ，副教授 ，碩士生導(dǎo)師 ，主要從事景觀規(guī)劃與設(shè)計(jì)方面的研究；

E-mail：Tianyongemail@163.com

[本文編校：文鳳鳴]