徐州九里湖人工濕地生態(tài)修復(fù)的植物規(guī)劃

摘要：通過分析徐州九里湖采煤塌陷區(qū)地理形成概況、已建成區(qū)域的生境特色與待建區(qū)域的生境條件，針對九里湖采煤塌陷區(qū)污染的水源和土壤，規(guī)劃采用操作簡單、投資少且無二次污染的植物修復(fù)技術(shù)。植物的莖和葉輸送空氣中的氧氣至根部，形成有利于微生物進(jìn)行硝化-反硝化作用的好氧環(huán)境，能夠加快植物體對氮、磷的吸收。對濕地植物規(guī)劃首先應(yīng)模擬自然的濕地植物群落，以營造濕地動物棲息地，提升生物多樣性、增強(qiáng)濕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：人工濕地；生態(tài)修復(fù)；水生植物；水體凈化；生物多樣性

中圖分類號：TU985.11" " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2023）06-0100-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.06.018

Plant planning for ecological restoration of Jiuli Lake constructed wetland in Xuzhou

WU Yuan-meng， LUO Li-qun， TANG Juan

（School of Resources and Environmental Engineering， Wuhan University of Technology， Wuhan" 430070， China）

Abstract：Based on the analysis of the geological formation of the coal mining subsidence area， the habitat characteristics of the built area and the habitat conditions of the area to be built of Jiuli Lake， the plant remediation technology with simple operation， less investment and no secondary pollution was planned for the polluted water and soil in Jiuli Lake coal mining subsidence area. The stems and leaves of plants transported oxygen from the air to the roots， forming an aerobic environment conducive to nitrification and denitrification by microorganisms， which could accelerate the absorption of nitrogen and phosphorus by plants. Wetland plant planning should firstly simulate the natural wetland plant community， in order to build wetland animal habitat， enhance biodiversity， and strengthen the stability of the wetland ecosystem.

Key words： constructed wetland； ecological restoration； hydrophyte； water purification； biodiversity

煤炭是中國最主要的能源，占中國一次性能源消費(fèi)的50%以上，煤炭的開發(fā)利用保證了國家經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步增長，促進(jìn)了中國現(xiàn)代城市的快速發(fā)展［1］。在煤礦資源開發(fā)區(qū)，由于資源枯竭，或因開采技術(shù)不完善、后期管理不得當(dāng)?shù)纫蛩?，?dǎo)致廢棄礦區(qū)的數(shù)量與日劇增，有的伴隨著土地資源浪費(fèi)嚴(yán)重、土地自愈能力低、地面塌陷等一系列問題。徐州九里湖采煤塌陷區(qū)正面臨著這些問題，原本的陸地生態(tài)系統(tǒng)也因塌陷變成了水陸復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，嚴(yán)重影響塌陷區(qū)和周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。若因勢利導(dǎo)將常年積水的塌陷區(qū)改造為濕地，就能充分發(fā)揮濕地調(diào)節(jié)氣候、凈化水體、豐富生物種類、提升景觀環(huán)境等功能和作用［2］。因此，徐州九里湖人工濕地的生態(tài)修復(fù)對整個生態(tài)系統(tǒng)的平衡起著非常關(guān)鍵的作用。

相比引水稀釋、底泥疏浚、使用絮凝劑等物理、化學(xué)修復(fù)技術(shù)，采用植物修復(fù)技術(shù)來修復(fù)受污染的水源和土壤不僅操作簡單、投資少、還能夠降低二次污染風(fēng)險［3］。徐州九里湖人工濕地生態(tài)修復(fù)的植物規(guī)劃對于提升地區(qū)生物多樣性、增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、美化人居生活環(huán)境、緩解社會矛盾等方面具有十分重要的作用。

1 研究區(qū)域概況

1.1 徐州九里湖區(qū)域概況

徐州擁有豐富的煤炭儲量，是江蘇省最重要的煤炭基地。目前江蘇省探明煤炭儲存量高達(dá)67.47億t，占全國總量的5%，但資源大部分集中在徐州。徐州的煤炭開采歷史可以追溯到200年前，是整個華東地區(qū)煤炭供應(yīng)的主要支柱，但是因?yàn)槌Ｄ甏罅块_采煤炭，形成煤炭采空區(qū)，給徐州煤礦區(qū)帶來地表塌陷、農(nóng)田荒廢、水土流失、植被破壞、水質(zhì)惡化等嚴(yán)重的負(fù)面影響。并且由于徐州側(cè)重重工業(yè)發(fā)展，大量工業(yè)廢水的排放嚴(yán)重影響徐州的生態(tài)環(huán)境，《徐州統(tǒng)計年鑒2021》［4］統(tǒng)計結(jié)果表明，徐州重點(diǎn)工業(yè)、企業(yè)工業(yè)廢水排放總量為2 543.66萬t，其中水污染廢水排放最大的行業(yè)是化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)，約占總量的24%。化學(xué)需氧量排放最大的是農(nóng)副食品加工業(yè)；氨氮排放最大的是化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)。徐州市各行業(yè)廢水和主要污染物排放情況見表1。

徐州市長期資源內(nèi)耗和重工業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)致城市水環(huán)境形勢惡劣，中國環(huán)境檢測總站發(fā)布的徐州市主要流域地表水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，徐州市多個水質(zhì)監(jiān)測斷面水質(zhì)污染物超標(biāo)，尤其是武河斷面、沿河斷面、復(fù)新河斷面受污染嚴(yán)重。徐州市水質(zhì)監(jiān)測斷面污染物情況見表2。

徐州市位于黃河沖積平原，屬于典型的平原高潛水位礦區(qū)，洼地土壤含水量長期為飽和狀態(tài)；采煤塌陷區(qū)內(nèi)年降水量十分豐富，低洼的地勢匯聚了塌陷區(qū)外客水和灌溉回歸水，大面積的長期積水洼地為人工濕地的規(guī)劃提供了建設(shè)條件［5］。2006年，徐州九里湖濕地公園正式開始規(guī)劃建設(shè)，并于2017年完成250 hm2的建設(shè)，現(xiàn)如今，由于城市居民對優(yōu)質(zhì)的人居環(huán)境需求日益強(qiáng)烈，九里湖區(qū)域的980 hm2規(guī)劃用地也計劃投入建設(shè)。

1.2 徐州九里湖已建成區(qū)域特點(diǎn)

九里湖濕地公園已建成區(qū)域的植物群落構(gòu)建在一定程度上考慮了植物對生態(tài)環(huán)境的修復(fù)作用。九里湖已建成區(qū)域現(xiàn)狀見圖1。在現(xiàn)場踏勘中，隨處可見水面上遍布著蘆葦、荷花、水鱉、金魚藻、菖蒲、香蒲、澤瀉、馬來眼子菜、荇菜、再力花、鳳眼藍(lán)、睡蓮、菹草等水生植物；水生植物可以有效地凈化水質(zhì)，在水陸過渡帶種植了旱柳、怪柳、苦楝等耐水濕的植物，達(dá)到涵養(yǎng)水源、凈化空氣的目的。此外，還種植了可以招蜂引蝶、促進(jìn)自然保育的野花植物群落，對提升生物多樣性也起到了一定的作用。

但是，現(xiàn)狀植物群落的構(gòu)建存在許多不足：①九里湖濕地公園的核心主要為蘆葦濕地，蘆葦?shù)倪B續(xù)性很強(qiáng)，觀景視野閉塞，岸線形態(tài)較為僵硬，難以促進(jìn)水的自然流動、達(dá)到凈化水質(zhì)的目的；②濕地公園內(nèi)雖有毛白楊、銀白楊、桑樹、木槿、旱柳、刺槐、石榴、臘梅、苦楝、榆樹、銀杏、側(cè)柏、池杉、落羽杉等植物，但喬木種類較少，缺乏中層灌木，只有少量的海桐、黃楊灌木球，不利于濕地生態(tài)系統(tǒng)中豐富的植物群落的生成及動物棲息地的構(gòu)建；③地被則以白車軸草、鳳尾蘭、益母草、打碗花、狼尾草為主，不具有良好的觀賞價值［6］；④附近設(shè)有垃圾填埋場，垃圾填埋場氣體及滲濾液使植被的生長受到限制、生態(tài)環(huán)境條件貧瘠、生物多樣性低。

1.3 徐州九里湖待建區(qū)域現(xiàn)狀

九里湖待建區(qū)域現(xiàn)狀見圖2。九里湖待建區(qū)域內(nèi)蘆葦資源豐富，另有部分長勢良好的毛白楊，目前生態(tài)環(huán)境條件是：①高濃度污染物的工業(yè)廢水大量排放以及周邊居民生活污水的排放，使得水體受污染嚴(yán)重，并且水面遍布著生活垃圾；②空氣、水體以及土壤都受到了場地中大量煤堆和垃圾填埋場滲濾液的破壞，生態(tài)環(huán)境條件貧瘠；③植被群落受到嚴(yán)重的破壞，導(dǎo)致生物多樣性較低。④經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和漁業(yè)養(yǎng)殖為主，濕地生態(tài)系統(tǒng)脆弱，功能單一。當(dāng)前的生態(tài)環(huán)境特征已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了九里湖的自凈能力，對于九里湖的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了極其嚴(yán)重的不利影響。

2 濕地植物的作用及規(guī)劃

2.1 濕地植物的作用

針對徐州九里湖人工濕地生態(tài)修復(fù)的過程中面臨的植物群落結(jié)構(gòu)單一、生物多樣性較低、濕地內(nèi)生境已遭破壞并退化等系列問題，如何將退化生態(tài)環(huán)境修復(fù)、構(gòu)建合理的植物群落、提升生物多樣性、引導(dǎo)動植物群落自循環(huán)與演替是濕地生態(tài)恢復(fù)的核心和重點(diǎn)內(nèi)容。

水環(huán)境污染是重點(diǎn)需要解決的問題。水環(huán)境污染物中除了有懸浮顆粒物，還有有機(jī)物的污染，氮、磷的污染，以銅、鉛、鋅、錳等為主的重金屬污染等。而植物是水生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，是水生態(tài)環(huán)境中轉(zhuǎn)化能量和物質(zhì)循環(huán)過程中不可缺少的重要紐帶，既在凈化水源方面發(fā)揮著無可代替的生態(tài)功能，又對維持水環(huán)境系統(tǒng)的生態(tài)平衡起著十分特殊的作用，還可以為城市居民營造生態(tài)美觀的水環(huán)境［7］。

植物對污染水體的修復(fù)主要通過以下兩個方面來實(shí)現(xiàn)。一是水中微生物的生長主要依靠植物根系分泌的大量有機(jī)酸、糖類以及氨基酸等低分子有機(jī)化合物，植物通過莖、葉將空氣中的氧氣輸送到根部，使根部附近形成好氧環(huán)境；同時，植物本身的覆蓋或者呼吸代謝作用形成缺氧環(huán)境，這樣“好氧-缺氧”的循環(huán)環(huán)境非常有利于微生物進(jìn)行硝化-反硝化作用，微生物將污水中的有機(jī)態(tài)氮、磷和非溶解性氮、磷降解成溶解性小分子，加速植物的吸收利用，進(jìn)而將水體中的氮、磷等污染物質(zhì)去除［8］。二是水體中超標(biāo)的氮、磷元素可以被植物吸收利用，為植物生長繁衍提供營養(yǎng)物質(zhì)，水體中的重金屬物質(zhì)雖然不利于植物生長，但可以被植物吸收、降解或轉(zhuǎn)移，通過植物的累積、降解、絡(luò)合、吸附等作用降低水體毒性，水體再經(jīng)微生物氧化降解，提高去除率，并在收割植物時從水環(huán)境中徹底去除，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。研究結(jié)果顯示，植物吸收對氮、磷去除的貢獻(xiàn)率分別可達(dá)36.4%～77.1%和45.5%～83.7%［9］。

2.2 濕地植物的規(guī)劃

人工濕地植物規(guī)劃的首要原則是模擬自然的濕地植物群落。自然的濕地植物群落由“濕生植物-挺水植物-浮水植物-沉水植物”構(gòu)成，這樣的組合形式能夠防止單一種群的侵害，最大程度地凈化水體，防止藍(lán)藻、綠藻等低等藻類植物污染水體。濕地植物群落構(gòu)造示意圖見圖3。

位于水陸過渡帶種植黃花鳶尾、風(fēng)車草、美人蕉等濕生植物，地表徑流和滲流中的污染物在進(jìn)入水體之前，濃度和毒性可以通過植物的過濾、截留、吸收等作用降低；并且根系能夠維持良好的水力疏導(dǎo)性，種植緊密的植物在冬季能起到保溫作用，延緩濕地處理效率降低。濕地常用濕生植物見表3。

蘆葦、千屈菜、菖蒲等挺水植物修復(fù)水體主要是通過根系來吸收重金屬和營養(yǎng)物質(zhì)，在修復(fù)水體中起到先鋒作用，還可以通過化感作用來使藻類緩慢生長，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。濕地常用挺水植物見表4。

睡蓮、荇菜、鳳眼藍(lán)等浮水植物不僅具有很好的景觀價值，還能夠限制沉積物的再懸浮，吸收水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，逐漸改善富營養(yǎng)化水體。濕地常用浮水植物見表5。

菹草、黑藻、金魚藻等沉水植物主要通過與浮游植物爭奪光照和養(yǎng)分達(dá)到凈化水體的目的［10］，提高水體透明度，改善水體的化學(xué)需氧量，來壓制浮游植物生長［11］，并且對沉積物底泥的再懸浮也有明顯的抑制作用。濕地常用沉水植物見表6。

濕地植物的規(guī)劃需要注意的是，在水生植物生長季，優(yōu)勢物種過快的生長速度會使得其他植被的生長受到抑制，降低植被群落的多樣性。在冬季，受塌陷區(qū)水體水溫低的影響，水生植物殘體腐爛后，產(chǎn)生的營養(yǎng)物質(zhì)被分解的難度較大，使得底泥中淤存著大量的營養(yǎng)物質(zhì)，會導(dǎo)致水體發(fā)生二次污染。因此，為更多地阻止?fàn)I養(yǎng)返還給水體，對繁殖過快的植物在水生植物生長季需要進(jìn)行疏減，對衰亡的水生植物在水生植被衰亡期需要作收割與打撈處理。水生植物殘體是一種優(yōu)質(zhì)的生物質(zhì)資源，因而可作再利用處理，用以生產(chǎn)飼料、廢料、編織材料［12］。

3 徐州九里湖動物棲息地的植物規(guī)劃

植物是動物重要的食物來源與棲息場所，根據(jù)動物的生活習(xí)性來進(jìn)行植物規(guī)劃，對提升生物多樣性，增強(qiáng)濕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要作用。動物棲息地的植物規(guī)劃應(yīng)創(chuàng)造出適合各種動物生存和發(fā)展的場所，最大程度上保護(hù)生物的多樣性。

3.1 鳥類棲息地的植物規(guī)劃

九里湖濕地公園吸引了很多鳥類來此棲息。濕地公園中遍布各類鳥類，如燕隼、毛腳鵟、紅隼、戴勝、金腰燕、雀鷹、鳳頭麥雞、縱紋腹小鸮、灰喜鵲、黑翅鳶、白鷺、大杓鷸、環(huán)頸鸻、綠頭鴨、小??、須浮鷗、紅頭潛鴨、針尾鴨、斑嘴鴨、綠翅鴨、鳳頭潛鴨、白眉鴨、秋沙鴨、黑水鴨等。鳥類是濕地生態(tài)食物鏈的重要環(huán)節(jié)，但是已建成場地中種植的鳥嗜植物和鳥類棲息樹木種類較少，需要繼續(xù)改善。鳥類棲息地的植物規(guī)劃應(yīng)著重考慮鳥嗜植物，除了要為鳥類提供重要的食物保障，還要滿足鳥類的生存發(fā)展，若構(gòu)建一個適宜鳥類棲息的植物群落，不僅可以保護(hù)鳥類，又可提高濕地植物景觀的美感度。

鳥類棲息地的植物規(guī)劃要充分考慮鳥類覓食、筑巢、繁殖、夜棲、避難等行為活動的需求，為鳥類提供充足的食物和生存的空間。除了要因地制宜選擇本土樹種外，還應(yīng)在鳥類棲息地大量種植鳥類喜歡攝食的樹種來解決鳥類覓食問題，在每年的11月至翌年3月，鳥類能覓得的食物較少，所以種植冬季觀花樹種十分必要；鳥類大多選擇在高大林木和多枝喬灌木上筑巢、繁殖、夜棲，有研究表明，60%的中型鳥以及45%的大型鳥更偏向于選擇棲息在枝葉稠密的喬木和灌叢中，可以為鳥類提供遮蔽的場所。在水深300～350 mm的水域中，水鳥大多選擇在大片蘆葦和灌草中筑巢產(chǎn)卵，高大蘆葦從或草叢為大中型水生鳥類營造了適宜的避難空間；鳥類會選擇高大林木避難，茂密的枝葉會保證鳥類的安全，高大的樹冠便于鳥類進(jìn)行觀察，葉色深的植物是鳥類的保護(hù)色，避免被天敵發(fā)現(xiàn)。

從景觀生態(tài)學(xué)角度出發(fā)，大面積的富水斑塊、豐富的豎向空間、復(fù)雜的植被群落能極大地豐富鳥類的多樣性。因此，植被群落的規(guī)劃應(yīng)從提升鳥類多樣性出發(fā)，將喬木、灌木、草坪、地被有機(jī)結(jié)合，模擬出高矮錯落的自然植物群落，優(yōu)化植被群落組成結(jié)構(gòu)，增加群落的層次，使已穩(wěn)定的植物群落向更高級的階段演替，達(dá)到豐富鳥類多樣性的目的。

總的來說，鳥類棲息地應(yīng)以林木、多枝灌木為主，選擇柿樹、冬青、枇杷等果實(shí)成熟后不易脫落、掛果時間長的鳥類食源植物［13］，植物的花、芽、果可延長鳥類的捕食期，為鳥類生存繁衍提供保障；栽植多種可為水生鳥類提供食物的濕生植物，如池杉、水杉、落羽杉等，為不同鳥類提供繁殖棲息地和季節(jié)性生活的濕地環(huán)境；增加植物群落層次，豐富鳥類多樣性。濕地常用鳥類食源植物見表7。

3.2 昆蟲棲息地的植物規(guī)劃

昆蟲棲息地的植物規(guī)劃要為昆蟲營造出遮蔽度高、濕度大、草本植物茂盛的林間棲息生境，為其提供生活、產(chǎn)卵、孵化等的適宜環(huán)境。同時，種植烏桕、柿樹、槐樹、棗樹、泡桐、刺槐、柑橘、枇杷、油菜、山茶等蜜源植物，吸引蝴蝶、蜜蜂等昆蟲來棲息地繁殖。植物景觀以淺水低矮草本、藻類濕地植物以及苔蘚類、蕨類植物為主較好。

3.3 兩棲動物棲息地的植物規(guī)劃

九里湖濕地公園有雨蛙、樹蛙、蟾蜍、大鯢、蚓螈、吻蚓、魚螈等兩棲動物，兩棲動物是水生向陸生轉(zhuǎn)變的過渡物種，水體是兩棲動物最重要的繁殖場所，復(fù)雜多樣的濕地植物群落為兩棲類動物提供重要的繁殖、棲息、避難、遷徙場所，例如雨蛙產(chǎn)卵于挺水植物繁茂的淺水區(qū)，植物可以阻擋水流沖走蛙卵，并為蛙卵發(fā)育提供溫暖環(huán)境［20］，也為其提供豐富的食物。水體中的藻類等水生植物是兩棲類動物幼體的重要食物來源。

3.4 魚類棲息地的植物規(guī)劃

九里湖濕地公園魚類資源也十分豐富，常見鰱魚、草魚、青魚、鳙魚等。魚類屬于水生脊椎動物，在河流型濕地生態(tài)系統(tǒng)中屬于次級消費(fèi)者，是濕地食物鏈中關(guān)鍵的一環(huán)，魚塘也是濕地生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分，因此在植物規(guī)劃時應(yīng)注重考慮魚類的行為活動。如果水面上覆蓋了太多的水生植物，就會減少水中的光照時間，水溫也會降低，同時伴隨著水中的氧氣大幅度減少，嚴(yán)重影響魚類的生長發(fā)育。水生植物在生長過程中也會消耗塘內(nèi)的養(yǎng)分，減小魚類活動空間。因此，應(yīng)科學(xué)、合理地栽植，種植一些為魚類提供食物的植物，如黑藻、馬來眼子藻、菹草、苦藻、浮萍、水葫蘆、荇菜、魚腥草等；植物也是魚類的產(chǎn)卵場所，種植荷花、蘆葦、慈姑、千屈菜、菖蒲等，不僅具有觀賞性，還可以為魚類提供棲息場所。

4 小結(jié)

徐州九里湖采煤塌陷區(qū)因?yàn)榈叵滤桓?，?dǎo)致大面積塌陷地常年積水，這樣的自然環(huán)境為人工濕地的規(guī)劃提供了建設(shè)條件，但區(qū)域內(nèi)水質(zhì)較差，生境條件貧瘠，雜草叢生，生物多樣性低，目前生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀超過了九里湖的自凈能力。

植物修復(fù)是一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的水體修復(fù)技術(shù)。水中的重金屬物質(zhì)和氮、磷等有害物質(zhì)可以通過植物硝化、反硝化、累積、分解、絡(luò)合、吸附等作用去除；地表徑流和滲流中的污染物濃度和毒性通過植物的過濾、截留、吸收等作用降低；植物的根系能夠維持良好的水力疏導(dǎo)性，在冬季濕地的處理率會降低，密度大的植物群落能夠很好地保溫，減緩降低的速度。

人工濕地植物規(guī)劃的首要原則是模擬自然的濕地植物群落。自然的濕地植物群落由“濕生植物-挺水植物-浮水植物-沉水植物”構(gòu)成，不僅能夠防止單一種群的侵害，還可以凈化水體，并且防止低等藻類植物污染水體。營造濕地動物棲息地可提升生物多樣性，有利于增強(qiáng)濕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。動物棲息地植物選擇以及群落的構(gòu)建應(yīng)著重結(jié)合鳥類覓食、筑巢等偏好進(jìn)行配置，增加深秋至早春鳥類較多時期的掛果植物數(shù)量，幫助鳥類解決食物匱乏問題，并充分考慮鳥類偏食的色彩。

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收稿日期：2022-03-21

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（51874219）

作者簡介：武圓夢（1993-），女，山西長治人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榫坝^生態(tài)學(xué)，（電話）19972077615（電子信箱）1714018069@qq.com；

通信作者，羅立群（1968-），男，副教授，博士，主要從事礦物資源的高效利用與清潔生產(chǎn)研究，（電話）15827624975（電子信箱）lqluollq@hotmail.com。