濕地人工修復植物資源的選擇及配置探討
——以張掖國家濕地公園為例

劉文麗

(甘州區(qū)黑河濕地國家級自然保護區(qū)管理局,甘肅 張掖 734000)

地球上具有最為豐富的生物多樣性的生態(tài)環(huán)境之一即為濕地系統(tǒng),其在氣候的調(diào)節(jié)、生態(tài)環(huán)境的改善、生物多樣性的保護等方面起到了不可替代的作用,被稱為“地球之腎”[1]。濕地公園,即為基于生態(tài)保護的角度開發(fā)濕地,用于人們休憩、游覽等娛樂活動[2]。濕地植物作為濕地的重要組成部分,不僅可使水體中的污染物等得以有效的吸收、降解,還可以形成良好的景觀,但是濕地植物又是受到地域及自然條件的影響最大、最難控制的因素之一,不同的濕地植物產(chǎn)生效果也存在顯著的差異。因此需要結合各植物的生活習性等特點做好科學的規(guī)劃及合理配置,以將濕地的功能充分地發(fā)揮出來。

張掖國家濕地公園位于黑河中游區(qū)域,處于黑河與山丹河交匯的三角地帶,有保護完好的沼澤濕地、湖泊濕地、河流濕地1051.97 hm2;公園劃分的功能區(qū)域有3個:濕地保育區(qū)、濕地恢復重建區(qū)和合理利用區(qū);分布的植物資源有197種、野生動物100多種,是西北地區(qū)各類動物及植物資源最具特色的國家濕地公園。公園內(nèi)獨特的地貌特征使得濕地植被的分布表現(xiàn)出較大的差異,整體來看,分布于濕地公園的禾草型濕地植被型面積最大,以蘆葦群系為主;其次是灌叢濕地植被型,以沙棘、檉柳為主;再次是落葉闊葉林濕地植被,以沙棗群系為主;沉水植被型等其余群系分布面積均較小。現(xiàn)結合張掖國家濕地公園的實際,對濕地人工修復植物資源的選擇、配置方面開展如下探討。

1 人工濕地植物選擇的原則分析

1.1 選擇適合在當?shù)厣L的植物

不同的濕地環(huán)境下,存在地域的特異性及差異性[1]。因此人工濕地植物的選擇方面要充分結合這一因素,因地制宜選擇,選擇的植物要求可以正常在當?shù)厣L、繁育。目前濕地植被多選用適合各地立地條件的鄉(xiāng)土樹種,適當從外地引種適量的物種馴化栽植。以張掖國家濕地公園為例,適合生長的濕地植物有蘆葦、檉柳、苜蓿、沙棗、冰草、芨芨草等,近年來,該濕地公園基于生態(tài)系統(tǒng)完整性的考慮,推進濕地生態(tài)系統(tǒng)的恢復,有機統(tǒng)籌了濕地生態(tài)修復等多種生態(tài)修復項目,取得了較好的生態(tài)效果。通過對該濕地公園不同生態(tài)監(jiān)測分片區(qū)濕地植被的調(diào)查,沙棗+檉柳片區(qū)面積67.34 hm2,蓋度80%～90%;沙棗片區(qū)面積23.28 hm2,蓋度65%～75%;蘆葦面積487.45 hm2,蓋度95%～100%;蘆葦+冰草片區(qū)面積112.55 hm2,蓋度94%～100%;蘆葦+芨芨草片區(qū)面積156.23 hm2,蓋度90%～100%。

1.2 選擇抗逆能力強的植物類型

人工濕地中,由于多數(shù)植物的根系需要在水體中長期浸泡,接觸到的污染物一般具有較高的濃度,且可能面臨著較大的濃度變化,因此濕地修復植被的選擇要求抗逆能力強,包括對高溫、病蟲害、鹽堿性、寒冷等逆境的抗性能力,否則無法成活或者長勢不佳,難以發(fā)揮出污水凈化的效果[3]。此外,為了兼顧到濕地的穩(wěn)定性、觀賞性,修復植被的選擇還要求生命周期相對較長、長勢穩(wěn)定且管理方便。近些年,張掖國家濕地公園基于景觀性、生態(tài)性等多個方面的考慮,選擇了抗逆能力強的漂浮植物(水葫蘆等)、挺水草本植物(蘆葦、水蔥、香蒲等)、根莖/球莖/種子植物(澤瀉、睡蓮、馬蹄蓮、荷葉等)、沉水植物(苦草、眼子菜、黑藻、金魚藻等),在改善水體的同時也實現(xiàn)了植物種類的多樣化,展現(xiàn)了季節(jié)性特點。

1.3 選擇有很強凈化效果的濕地植物類型

由于人工濕地植被的一個重要功能即為凈化水體、富集及降解水體中的污染物[4]。而濕地植物的類型不同,發(fā)揮出來的凈化、去污效果存在差異。因此濕地生態(tài)系統(tǒng)修復的植被選擇,建議結合濕地自身的特點、水體污染等情況,選擇凈化效果好、去污能力強的濕地植物。一般生物量大、根系較為發(fā)達的水生植物,不僅可以起到促使?jié)竦赝寥婪€(wěn)固的作用,還可以對土壤中微生物的生存環(huán)境起到較好的改善效果,提高對生物的降解速度[4]。近些年張掖國家濕地公園在植物選擇上注重慈菇等凈化效果高的濕地植物的應用,對區(qū)域內(nèi)水源的凈化起到了積極的作用,但是該植物在當?shù)貙儆谕鈦砦锓N,要注意其可能產(chǎn)生的危害,目前公園內(nèi)慈菇的入侵暫時還未對濕地公園產(chǎn)生危害。

1.4 選擇多種植物組合

不同植物的合理搭配可以實現(xiàn)美化視覺、最大化利用空間的效果[5]。因此人工濕地上可以通過合理搭配植物、營造出錯落有致的視覺景觀。此外,合理地配置各類植物類型,還可以進一步補充對污染水體的處理功能,且促使?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)更加穩(wěn)定、減少病蟲害的發(fā)生。濕地植物在搭配時,也要對各植物利用水分、光照、養(yǎng)分、空間等方面的競爭問題進行充分的考慮。如水蔥、寬葉香蒲植物枯萎、腐爛后產(chǎn)生一種可以抑制蘆葦生長的化感物質(zhì),因此不可搭配種植。

1.5 具有較好的景觀效果及經(jīng)濟價值

濕地在起到凈化水體、去除污染物作用的同時,也要關注其經(jīng)濟價值[2, 5]。研究表明,人工濕地中利用燈心草,可以發(fā)揮出較好的凈化效果,而且可以作為草席等編織品的原材料,因此還具有經(jīng)濟價值;又如,蘆葦目前廣泛栽植于人工濕地環(huán)境中,也是一種很好的工業(yè)原料,可在建材、造紙領域得到應用,且蘆葦莖葉中還含有多種動物生長發(fā)育必須的氨基酸,因此是良好的家畜的飼料。目前張掖國家濕地公園在濕地植物的選擇時,除了常規(guī)的生態(tài)功能、景觀視覺功能以外,還非常關注經(jīng)濟價值,蘆葦、燈心草等經(jīng)濟價值好的植物均得到了很好的利用,其中禾草類濕地植被中主要的類型即為蘆葦群系,有與冰草混合的群叢,也有與西伯利亞蓼混合的群叢。

2 濕地修復植物的科學配置

2.1 綜合濕地植物的類型進行配置

2.1.1 挺水草本植物。挺水草本植物有著很強的適應能力、根系發(fā)達、生長量大,同時進行營養(yǎng)生長及生殖生長,是目前人工濕地系統(tǒng)中植物選配的主要品種之一[5]。結合此類濕地植物的特點,可在潛流式人工濕地與其他濕地植被進行搭配種植,也可在表流式人工濕地中種植。

挺水草本植物中,結合根系的分布范圍及深度,可將其分為深根散生、淺根散生、深根叢生、淺根叢生4種。深根散生類型,即為根系分布在20～30 cm土層內(nèi),分布較為分散,如水蔥、香蒲、水沙草等,適合在淺流式人工濕地種植。淺根散生類型,即為根系分布在5～20 cm土層內(nèi),一般原生于土壤環(huán)境的如蘆葦、慈菇、美人蕉、睡蓮等植物,適合在表流式人工濕地配置種植。深根叢生類型,即為根系在30 cm以上深度分布,分布的面積相對較少,地上部分叢生,主要有蘆竹、薏米、莎草、野茭草等,適合在潛流式人工濕地配置種植,可以將其凈化功能充分發(fā)揮出來。淺根叢生類型,即為根系在淺層土壤中分布,以原生于土壤環(huán)境為主,適合在表面流人工濕地進行配置種植,如芋頭、燈心草等。

2.1.2 漂浮植物。漂浮植物有著很好的適應能力、生命力旺盛、生長速度快、根系發(fā)達,可以季節(jié)性休眠(如水葫蘆等在冬季休眠,3～10月為旺盛生長期),主要進行營養(yǎng)生長,對氮有著很高的需求量,常見的有水芹菜、水葫蘆、豆瓣菜、浮萍等?；谄≈参锏奶攸c可以在濕地系統(tǒng)中科學配置,如濕地中水體污染嚴重,可選擇根系發(fā)達、生物量大、吸收凈化效果好的植物?；谄≈参锛竟?jié)性休眠的特點,可以科學配置、營造不同的景觀,如將水葫蘆等種植在高溫的夏季。此外,利用漂浮植物大量吸收氮、主要進行營養(yǎng)生長的特點,在濕地植物配置中要充分利用起來,提高濕地系統(tǒng)對水體中氮元素的去除效果。

2.1.3 根莖、球莖及種子植物。此類濕地植物具有耐淤、在肥沃深厚的淤泥中長勢良好等特點,一般在40～100 cm土層環(huán)境中生長,塊莖及塊根發(fā)達,吸收磷元素的能力強,種子果實類植物在形成種子、果實階段對磷鉀元素需求量大。此類植物具有季節(jié)性休眠的特點,一般在4～9月處于生長季,冬季枯萎死亡、春季萌發(fā)。利用其對磷鉀元素吸收量大的特點,可在磷含量高的濕地中應用。此類植物有芋、馬蹄蓮、睡蓮、菱角、芡實、澤瀉等。

2.1.4 沉水植物類型。沉水植物類型的原生地環(huán)境中水質(zhì)清潔,因此其生長有著較高的水質(zhì)要求。人工濕地修復中沉水植物的應用只能是作為強化穩(wěn)定植物,以提高出水的水質(zhì)[2]。結合沉水植物的生長特性、光照條件、水體能見度等,其分布的水深范圍有所不同。一般在能見度越好、光照越強的水體中,沉水植物就在越深處分布,穗花狐尾藻甚至可在水體中5～6 m深的位置生長。

2.1.5 其它類型的植物。有些水生景觀類的植物,經(jīng)過多年來的人工選擇,其適應污染環(huán)境的能力逐漸減弱,因此一般只是在濕地系統(tǒng)中營建景觀效果或者作為最后的強化穩(wěn)定植物進行配置栽培。

2.2 根據(jù)濕地植物的原生環(huán)境進行分析

通過分析濕地植物的原生環(huán)境,在實生原土上生長的燈心草、美人蕉、皇竹草、蘆葦?shù)?表現(xiàn)出根系向土生長的特點,在表面流濕地上配置種植后長勢旺。此類植物根系的生長特點多數(shù)往下垂直生長,因此凈化處理的效果以在潛流式濕地中種植更好。有些植物,如山姜、蕉草、水蔥、菖蒲等,原來生長環(huán)境為腐殖層、湖泊、沼澤等,但是經(jīng)過多年的馴化,已經(jīng)在無土的環(huán)境中可以生長,因此更加適合在潛流式人工濕地上配置種植。有些原生于水生環(huán)境的塊狀莖植物,如芋頭、睡蓮等,適合在表面流濕地環(huán)境中配置種植。

2.3 根據(jù)植物需求養(yǎng)分的特點進行分析

根據(jù)植物對養(yǎng)分的需求情況分析,由于潛流式人工濕地內(nèi)填料的空隙相對較大,更利于植物根系的生長,因此生長速度快、長勢旺、生物量大的植物,每年萌發(fā)的高峰期出現(xiàn)幾次,如水蔥、水莎草、香蒲等,適合在此種濕地上種植。對于生長速度相對慢、同時進行營養(yǎng)生長及生殖生長、每年萌發(fā)高峰期僅有1個的植物,如薏米、茭草、蘆葦?shù)?則適合在表面流濕地中配置栽植。

2.4 根據(jù)植物適應污水的能力進行分析

植物類型不同,適應污水的能力存在不同程度的差異。濕地工藝的前端是濃度高的污水主要集中地,因此人工營建濕地生態(tài)系統(tǒng)時,需要在潛流濕地等前端工藝中選擇對污水耐受能力強的植物類型,如蘆葦?shù)?。而在景觀塘等濕地工藝的末端,相對來說污水的濃度有所降低,植物種類的選擇要多從景觀效果出發(fā)。

3 張掖國家濕地公園水岸生態(tài)植物的配置

在遵循穩(wěn)定岸坡、凈化水質(zhì)和豐富景觀的前提下,對現(xiàn)有良好的水岸生態(tài)系統(tǒng)進行嚴格保護,維護其生態(tài)功能的有效發(fā)揮。對已經(jīng)破壞或缺失的水岸進行恢復和修復,因地制宜進行結構完善的水岸生態(tài)系統(tǒng)的重建、恢復和修復;水岸生態(tài)系統(tǒng)保護建設應該以鄉(xiāng)土植被為主,嚴格限制外來物種的引入。自然駁岸植被的恢復遵循水文環(huán)境變化配置模式,以固岸及護岸為目標,種植根系發(fā)達的河柳、沙棘、多枝檉柳等喬灌樹種,灌木下營建草本植物,同時保護原有蘆葦、香蒲等植物群落,形成喬灌草復層群落結構,在穩(wěn)定河岸的同時,給野生動植物提供安全的棲息地,維持河流生態(tài)系統(tǒng)的完整性。在恢復重建區(qū),按照水位的深度,由深水區(qū)向陸地依次配置沉水植物、挺水植物、濕生草本和濕地灌叢。深水區(qū)配置狐尾藻、菹草等沉水植物,淺水區(qū)恢復千屈菜、水蔥、香蒲等挺水植物,岸邊種植苔草、蒿草、千屈菜等濕生草本,陸地種植沙棘、多枝檉柳等灌木,在保持自然岸線的通透性及水陸之間的水文聯(lián)系的同時,還可以通過舒展而龐大的根系吸附大量微生物及污染物質(zhì),提高濕地的水質(zhì)凈化能力。

4 結語

建立人工濕地生態(tài)系統(tǒng)中需要考慮的重要因素即為科學選擇及配置植物,需要充分結合濕地系統(tǒng)的功能及植物的特性,以將不同類型植物的優(yōu)勢發(fā)揮出來,更好地起到凈化水體、改善生態(tài)環(huán)境等效果。為了提高效果,可選擇多種類型的濕地植物進行有機搭配種植,如搭配淺根與深根植物、搭配散生及叢生植物、搭配對氮吸收多的植物與對磷吸收多的植物、搭配季節(jié)性植物與全年均綠的植物。濕地生態(tài)系統(tǒng)的某些工藝段中,植物配置切忌出現(xiàn)單一化,以免降低生態(tài)系統(tǒng)的功能。