濕地植物對(duì)人工濕地生態(tài)修復(fù)作用研究

何 蕾

（廣東省嶺南院勘察設(shè)計(jì)有限公司，廣州 510000）

人工濕地（Constructed Wetlands）從生態(tài)學(xué)原理出發(fā)，模仿自然生態(tài)系統(tǒng)通過人為創(chuàng)建的生態(tài)工程將微生物、植被和基質(zhì)組合，對(duì)污水、污泥進(jìn)行處理的一個(gè)獨(dú)特的綜合生態(tài)體系。類比于自然濕地中的物質(zhì)循環(huán)，人工濕地是將污染物質(zhì)在表層進(jìn)行有效的控制，在其流動(dòng)的時(shí)候利用土壤、植物及基質(zhì)的氧化、沉淀、分解和過濾等作用對(duì)污水和污泥進(jìn)行攔截、凈化，并且充分發(fā)揮植物資源的再生潛力，實(shí)現(xiàn)生態(tài)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值的聯(lián)動(dòng)。人工濕地技術(shù)于1972年正式面世，2021年生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)指南》指導(dǎo)人工濕地水質(zhì)凈化工程建設(shè)維護(hù)相關(guān)工作。如今，人工濕地技術(shù)被普遍認(rèn)為是一種光明的新興污水處理技術(shù)，與之對(duì)人工濕地植物的研究蓬勃發(fā)展。

人工濕地基于徑流方向?qū)⑵浞譃楸砹鳚竦?、水平潛流濕地和垂直潛流濕?種類型，其各自優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍見表1。

表1 主要人工濕地類型及其優(yōu)缺點(diǎn)

1 濕地植物凈化效果研究

植物是人工濕地的核心。濕地植物修復(fù)作用是通過植物本身的新陳代謝功能與土壤、微生物等的協(xié)同作用來(lái)降低水資源中有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物的含量，加強(qiáng)濕地水環(huán)境的水力傳輸，實(shí)現(xiàn)人工濕地系統(tǒng)良性的自我凈化、自我修復(fù)及自我循環(huán)。污染水體的植物修復(fù)技術(shù)，主要包括植物萃取，主要是針對(duì)可吸收和富集重金屬元素的部分植物；植物促進(jìn)，植物根系分泌促進(jìn)微生物活性的物質(zhì)，連續(xù)發(fā)生硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)。植物固定，通過根際微生物固定土壤中的污染物；植物降解，降解水體中有機(jī)污染物。

濕地植物能依靠本身新陳代謝有效吸收一定量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過一系列的同化和異化作用轉(zhuǎn)換為植物自身生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但是植物的修復(fù)作用也是有一定限度的，某些濕地植物對(duì)一些特定的污染物產(chǎn)生明顯的去除效果（表2）。目前，將蘆葦、香蒲、鳳眼蓮、菹草、金魚藻和美人蕉等實(shí)際具有凈化能力的濕地植物運(yùn)用到人工濕地以處理各類污染水體效果受到廣泛認(rèn)可，相關(guān)植物凈化實(shí)驗(yàn)研究如火如荼。Calheiros等利用美人蕉、香蒲、蘆葦和黃菖蒲構(gòu)建水平潛流人工濕地處理某皮革廠排出的廢水，研究結(jié)果表明蘆葦和寬葉香蒲能夠在高濃度廢水中生長(zhǎng)較好，并具有一定的去污能力。翟旭等利用種植了蘆葦和水蔥、香蒲和千屈菜的人工濕地實(shí)驗(yàn)裝置，通過對(duì)污水處理前后指標(biāo)的測(cè)定得出植物去污能力由強(qiáng)到弱分別為：香蒲、蘆葦、水蔥和千屈菜。郭杏妹等模擬潛流人工濕地選用花葉蘆竹、翠蘆莉和水蔥3種挺水植物凈化生活廢水，結(jié)果表明同等實(shí)驗(yàn)條件控制下，水蔥對(duì)于TP的去除能力好，翠蘆莉?qū)OD去除效果最佳。此外，美人蕉具有較大的根系生物量，對(duì)生活污水的處理效果強(qiáng)于蘆葦，對(duì)重金屬模擬廢水綜合耐性也強(qiáng)于水葫蘆。

表2 常見濕地植物凈化效能

近年來(lái)，部分學(xué)者也逐漸將研究目光轉(zhuǎn)向木本植物，與草本植物相比，木本植物生長(zhǎng)緩慢，但其根系更深，生物量更大，輸氧能力和新陳代謝速度更快，在人工濕地中凈化水體中可發(fā)揮出更大優(yōu)勢(shì)。郝君在24種木本植物通過適應(yīng)性篩選出夾竹桃、木槿、梔子和女貞4種木本進(jìn)行潛流型人工濕地木本植物適應(yīng)性研究，發(fā)現(xiàn)在這4種木本植物都對(duì)TP具有去除效果，平均去除率達(dá)到80.8%。秦登等選用紫薇、花葉杞柳、夾竹桃、大葉黃楊和小葉梔子采用污水系統(tǒng)模擬栽植試驗(yàn)的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，表明5種木本均對(duì)對(duì)污染水體有良好的凈化效果，對(duì)水體中氮磷、氨氮的去除率達(dá)到69%以上。

目前，在我國(guó)實(shí)際運(yùn)行的人工濕地中，杭州西溪濕地以修復(fù)濕地景觀和改善濕地水質(zhì)為立足點(diǎn)，在保留場(chǎng)地原有人工種植的經(jīng)濟(jì)樹種基礎(chǔ)上，進(jìn)行景觀區(qū)劃，引入不同類型濕地植被群落，營(yíng)建以多植被類型為核心的生態(tài)景觀，成為中國(guó)生態(tài)濕地景觀修復(fù)的成功典范。隨著人類活動(dòng)的干擾和自然變化，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度不斷加劇，濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能必將持續(xù)發(fā)生變化，今后濕地植物生態(tài)修復(fù)研究應(yīng)更多地聚焦植物修復(fù)的機(jī)理及其效應(yīng)研究，不僅為人工濕地技術(shù)的發(fā)展提供更強(qiáng)有力的理論支持，與之并行開展植物資源化研究，可推動(dòng)植物修復(fù)走向規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化。

2 植物在人工濕地生態(tài)修復(fù)中的運(yùn)用特點(diǎn)

2.1 季節(jié)性顯著

人工濕地受環(huán)境因素影響較大，植物的季節(jié)性明顯。一般情況下，濕地植物的生態(tài)修復(fù)效果在氣溫相對(duì)較高的夏季表現(xiàn)更好，而在氣溫相對(duì)較低的冬季表現(xiàn)欠佳，因此在選擇濕地植物時(shí)，應(yīng)充分考慮不同季節(jié)在溫度、光照和降水等環(huán)境因子方面的差異，結(jié)合不同植物的獨(dú)特性，確保景觀冬夏交互性，打造出持久景觀，使得被破壞的人工濕地水生態(tài)得以緩慢修復(fù)。

2.2 注重所處環(huán)境，確保生態(tài)修復(fù)效果

人工濕地是作為因濕地退化而提出的一種補(bǔ)償手段，在生態(tài)修復(fù)過程中要明確濕地所處環(huán)境的生物多樣性。建造人工濕地工程前，應(yīng)做好本底調(diào)查，對(duì)修復(fù)場(chǎng)地的生物多樣性進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研統(tǒng)計(jì)，根據(jù)實(shí)際情況制定保護(hù)方案與調(diào)節(jié)措施，因地制宜，調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行，合理配比各工程要素保證濕地生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行的平衡性。

植物作為人工濕地水生態(tài)修復(fù)的載體，應(yīng)根據(jù)水生態(tài)環(huán)境的破壞程度，確定修復(fù)參數(shù)，結(jié)合不同種類植物的不同生態(tài)特性，兼顧美學(xué)與植物學(xué)，優(yōu)化各植被組合，加強(qiáng)植物之間的銜接與協(xié)調(diào)。部分植物相互競(jìng)爭(zhēng)生存空間，難以在同一水生態(tài)環(huán)境下共存共生，因此應(yīng)綜合考慮，優(yōu)化搭配，營(yíng)造植物生態(tài)系統(tǒng)。

2.3 強(qiáng)化日常管理與養(yǎng)護(hù)，防止二次污染

濕地植物多數(shù)能大面積自主繁衍，若不控制其生長(zhǎng)，極易出現(xiàn)瘋長(zhǎng)、蔓延等現(xiàn)象，占據(jù)其他生物生長(zhǎng)空間。如若此種情況長(zhǎng)期存在，將嚴(yán)重威脅濕地水生態(tài)穩(wěn)定性，也會(huì)提高后期管理維護(hù)運(yùn)行成本，協(xié)同效益不足。因此，應(yīng)對(duì)強(qiáng)化植物的日常管理與養(yǎng)護(hù)，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)收割與處理，尤其是在寒冷的冬季，植物生長(zhǎng)緩慢，可視水生態(tài)實(shí)際情況進(jìn)行剪除，以免產(chǎn)生黑臭水體，保持水體生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，濕地的后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)才是修復(fù)水體的重點(diǎn)所在。此外，濕地中也要考慮植物的回收利用，收割砍伐后，實(shí)現(xiàn)植物資源的后續(xù)加工出處理銷售以形成多理念可持續(xù)發(fā)展，多經(jīng)營(yíng)方式的生態(tài)工程管理模式。

3 結(jié)束語(yǔ)

在經(jīng)濟(jì)質(zhì)量顯著提高的當(dāng)今社會(huì)，人工濕地相比于傳統(tǒng)的污水處理工藝，具有傳統(tǒng)處理工藝不可比擬的優(yōu)勢(shì)：投資少，造價(jià)和運(yùn)營(yíng)成本低廉；處理污水具有高效性；有獨(dú)特點(diǎn)綠化環(huán)境功能；應(yīng)用范圍廣，但人工濕地環(huán)境水生態(tài)恢復(fù)也面臨著更為復(fù)雜的發(fā)展局勢(shì)，這對(duì)濕地植物的應(yīng)用提出了更全面的要求。在此形勢(shì)下，我們需用宏觀視角探索濕地植物對(duì)人工濕地生態(tài)的多方面潛在影響，綜合施策，切實(shí)提升濕地植物對(duì)人工濕地生態(tài)恢復(fù)的實(shí)際運(yùn)用成效，并且不斷探索濕地植物資源生態(tài)價(jià)值最大化轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此，在人工濕地水生態(tài)環(huán)境的修復(fù)中，遵循自然規(guī)律，不斷創(chuàng)新人工濕地環(huán)境水生態(tài)恢復(fù)方式方法，強(qiáng)化管理維護(hù)，實(shí)現(xiàn)濕地水生生態(tài)環(huán)境得修復(fù)。加快人工濕地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的建立，用數(shù)據(jù)模擬為實(shí)踐工程拋磚引玉，提供可供研究、設(shè)計(jì)、經(jīng)營(yíng)使用的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，博采眾長(zhǎng)，加快豐富數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)不同人工濕地系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行等數(shù)據(jù)，完成大數(shù)據(jù)整合，推動(dòng)生態(tài)文明數(shù)字發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)虛擬優(yōu)先建設(shè)。