從植物學(xué)特性述人工濕地植物的選擇與配置

2008/6/30 15:34:35

隨著環(huán)境保護(hù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)濕地功能也有了廣泛的認(rèn)識(shí)。濕地作為“地球之腎”，擔(dān)負(fù)著對(duì)地球自然水體的凈化和處理功能。由于城市中天然濕地的逐漸減少和消亡，因此人工濕地以其獨(dú)到的優(yōu)越性受到了越來越多的關(guān)注和發(fā)展。
人工濕地系統(tǒng)水質(zhì)凈化技術(shù)作為一種新型生態(tài)污水凈化處理方法,其基本原理是在人工濕地填料上種植特定的濕地植物，從而建立起一個(gè)人工濕地生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)污水通過濕地系統(tǒng)時(shí)，其中的污染物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)被系統(tǒng)吸收或分解，而使水質(zhì)得到凈化。
人工濕地系統(tǒng)水質(zhì)凈化的關(guān)鍵在于工藝的選擇和對(duì)植物的選擇及應(yīng)用配置。如何選擇和搭配適宜的濕地植物，并且將其應(yīng)用于不同類型的濕地系統(tǒng)中成了我們?cè)跔I建人工濕地前必須思考的問題。
1．人工濕地污水處理系統(tǒng)植物的選用原則
1.1植物在具有良好的生態(tài)適應(yīng)能力和生態(tài)營建功能；
管理簡單、方便是人工濕地生態(tài)污水處理工程的主要特點(diǎn)之一。若能篩選出凈化能力強(qiáng)、抗逆性相仿,而生長量較小的植物,將會(huì)減少管理上尤其是對(duì)植物體后處理上的許多麻煩。一般應(yīng)選用當(dāng)?shù)鼗虮镜貐^(qū)天然濕地中存在的植物。
1.2植物具有很強(qiáng)的生命力和旺盛的生長勢；
①抗凍、抗熱能力
由于污水處理系統(tǒng)是全年連續(xù)運(yùn)行的,故要求水生植物即使在惡劣的環(huán)境下也能基本正常生長,而那些對(duì)自然條件適應(yīng)性較差或不能適應(yīng)的植物都將直接影響凈化效果。
②抗病蟲害能力
污水生態(tài)處理系統(tǒng)中的植物易滋生病蟲害,抗病蟲害能力直接關(guān)系到植物自身的生長與生存,也直接影響其在處理系統(tǒng)中的凈化效果。
③對(duì)周圍環(huán)境的適應(yīng)能力
由于人工濕地中的植物根系要長期浸泡在水中和接觸濃度較高且變化較大的污染物,因此所選用的水生植物除了耐污能力要強(qiáng)外,對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、土壤條件和周圍的動(dòng)植物環(huán)境都要有很好的適應(yīng)能力。
1.3所引種的植物必須具有較強(qiáng)的耐污染能力；
水生植物對(duì)污水中的BOD5、COD、TN、TP主要是靠附著生長在根區(qū)表面及附近的微生物去除的,因此應(yīng)選擇根系比較發(fā)達(dá)，對(duì)污水承受能力強(qiáng)的水生植物。
1.4植物的年生長期長，最好是冬季半枯萎或常綠植物；
人工濕地處理系統(tǒng)中常會(huì)出現(xiàn)因冬季植物枯萎死亡或生長休眠而導(dǎo)致功能下降的現(xiàn)象，因此，應(yīng)著重選用常綠冬季生長旺盛的水生植物類型。
1.5所選擇的植物將不對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境構(gòu)成隱患或威脅，具有生態(tài)安全性；
1.6具有一定的經(jīng)濟(jì)效益、文化價(jià)值、景觀效益和綜合利用價(jià)值。
若所處理的污水不含有毒、有害成分,其綜合利用可從以下幾個(gè)方面考慮:①作飼料,一般選擇粗蛋白的含量>20%(干重)的水生植物；②作肥料,應(yīng)考慮植物體含肥料有效成分較高,易分解；③生產(chǎn)沼氣,應(yīng)考慮發(fā)酵、產(chǎn)氣植物的碳氮比,一般選用植物體的碳氮比為25～30.5/1；④工業(yè)或手工業(yè)原料，如蘆葦可以用來造紙，水蔥、燈心草、香蒲、莞草等都是編制草席的原料。
由于城鎮(zhèn)污水的處理系統(tǒng)一般都靠近城郊,同時(shí)面積較大,故美化景觀也是必須考慮的。
然而在實(shí)際工作中，很多人工濕地的工藝設(shè)計(jì)者和建設(shè)者考慮得最多的是植物的獨(dú)有性和觀賞價(jià)值等表在因素，沒有考慮到栽種該植物后的植株生長效果、濕地的運(yùn)行效果、生長表現(xiàn)以及對(duì)生態(tài)的安全性等，導(dǎo)致人工濕地在運(yùn)行一段時(shí)間后功能驟降或運(yùn)行費(fèi)用劇增，最后導(dǎo)致系統(tǒng)癱費(fèi)或閑置。
2．人工濕地植物特性的研究及植物配置分析
2．1根據(jù)植物類型分析
2．1．1漂浮植物
漂浮植物中常用作人工濕地系統(tǒng)處理的有水葫蘆、大薸、水芹菜、李氏禾、浮萍、水蕹菜、豆瓣菜等。
根據(jù)對(duì)這些植物的植物學(xué)特性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)它們具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①生命力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性好，根系發(fā)達(dá)；②生物量大，生長迅速；③具有季節(jié)性休眠現(xiàn)象，如冬季休眠或死亡的水葫蘆、大薸、水蕹菜，夏季休眠的水芹菜、豆瓣菜等。生長的旺盛季節(jié)主要集中在每年的3-10月或9月-次年5月；④生育周期短，主要以營養(yǎng)生長為主，對(duì)N的需求量最高。
由于漂浮植物具有上述的植物學(xué)特性，因此，在進(jìn)行人工濕地植物配置的時(shí)候我們必須充分考慮它們各自的優(yōu)點(diǎn)：①由于這類植物的環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，因此在進(jìn)行植物配置時(shí)應(yīng)當(dāng)作地方優(yōu)勢品種予以優(yōu)先考慮；②人工濕地系統(tǒng)中，水體中養(yǎng)分的去除主要依靠植物的吸收利用，因此，生物量大、根系發(fā)達(dá)、年生育周期多和吸收能力好的植物成為我們選擇的目標(biāo)；③利用植物季節(jié)性休眠特性，我們可以給予正確的植物搭配，如冬季低溫時(shí)配置水芹菜而夏季高溫時(shí)則配置水葫蘆、大薸等適宜高溫生長的植物，以避免因植物品種選擇搭配單一而出現(xiàn)季節(jié)性的功能失調(diào)現(xiàn)象；④由于這類植物以營養(yǎng)生長為主，對(duì)N的吸收利用率要高，因此，在進(jìn)行植物配置時(shí)應(yīng)重視其對(duì)N的吸收利用效果，可作為N去除的優(yōu)勢植物而加以利用，從而提高系統(tǒng)對(duì)N的去除效果。
2．1．2根莖、球莖及種子植物
這類植物主要包括睡蓮、荷花、馬蹄蓮、慈姑、荸薺、芋、澤瀉、菱角、薏米、芡實(shí)等。它們或具有發(fā)達(dá)的地下根莖或塊根，或能產(chǎn)生大量的種子果實(shí)，多為季節(jié)性休眠植物類型，一般是冬季枯萎春季萌發(fā)，生長季節(jié)主要集中在4-9月。
根莖、球莖、種子類植物具有以下特點(diǎn)：①耐淤能力較好，適宜生長在淤土層深厚肥沃的地方，生長離不開土壤；②適宜生長環(huán)境的水深一般為40-100CM左右；③具有發(fā)達(dá)的地下塊根或塊莖，其根莖的形成對(duì)P元素的需求較多，因此，對(duì)P的吸收量較大；④種子果實(shí)類植物，其種子和果實(shí)的形成需要大量的P和K元素。（3）
由于這類植物具有以下特點(diǎn)，因此在進(jìn)行人工濕地植物應(yīng)用配置時(shí)應(yīng)予以充分考慮：①基于這些植物的特性，其應(yīng)用一般為表面流人工濕地系統(tǒng)和濕地的穩(wěn)定系統(tǒng)；②利用這些植物的生長（主要是塊根、球莖和果實(shí)的生長）需要大量的P、K元素的特性，將其作為P去除的優(yōu)勢植物應(yīng)用，以提高系統(tǒng)對(duì)P的去除效果。
2．1．3挺水草本植物類型
這類植物包括蘆葦、茭草、香蒲、旱傘竹、皇竹草、藨草、水蔥、水莎草、紙莎草等，為人工濕地系統(tǒng)主要的植物選配品種。這些植物的共同特性在于：①適應(yīng)能力強(qiáng)，或?yàn)楸就羶?yōu)勢品種；②根系發(fā)達(dá)，生長量大，營養(yǎng)生長與生殖生長并存，對(duì)N和P、K的吸收都比較豐富；③能于無土環(huán)境生長。
根據(jù)這類植物的生長特性，它們可以搭配種植于潛流式人工濕地，也可以種植于表流式人工濕地系統(tǒng)中。
根據(jù)植物的根系分布深淺及分布范圍，可以將這類植物分成四種生長類型，即深根叢生型、深根散生型、淺根叢生型和淺根散生型。
（1）深根叢生型的植物，其根系的分布深度一般在30CM以上，分布較深而分布面積不廣。植株的地上部分叢生，如皇竹草、蘆竹、旱傘竹、野茭草、薏米、紙莎草等。由于這類植物的根系入土深度較大，根系接觸面廣，配置栽種于潛流式人工濕地中更能顯示出它們的處理凈化性能。
（2）深根散生型植物根系一般分布于20-30CM之間，植株分散，這類植物有香蒲、菖蒲、水蔥、藨草、水莎草、野山姜等，這類植物的根系入土深度也較深，因此適宜配置栽種于潛流式人工濕地。
（3）淺根散生型的一些植物如美人蕉、蘆葦、荸薺、慈姑、蓮藕等，其根系分布一般都在5-20CM之間。由于這些植物的根系分布淺，而且一般原生于土壤環(huán)境，因此適宜配置于表流式人工濕地中。
（4）淺根叢生型的植物如燈心草、芋頭等叢生型植物，由于根系分布淺，且一般原生于土壤環(huán)境，因此僅適宜配置于表面流人工濕地系統(tǒng)中。
2．1．4沉水植物類型
沉水植物一般原生于水質(zhì)清潔的環(huán)境，其生長對(duì)水質(zhì)要求比較高，因此，沉水植物只能用作人工濕地系統(tǒng)中最后的強(qiáng)化穩(wěn)定植物加以應(yīng)用，以提高出水水質(zhì)。
2．1．5其它類型的植物
一些如水生景觀植物之類的，由于長時(shí)間的人工選擇，使其對(duì)污染環(huán)境的適應(yīng)能力比較弱，因此也只能作為最后的強(qiáng)化穩(wěn)定植物或濕地系統(tǒng)的景觀植物而應(yīng)用。
2．2根據(jù)植物原生環(huán)境分析
根據(jù)植物的原生環(huán)境分析，原生于實(shí)土環(huán)境的一些植物如美人蕉、蘆葦、燈心草、旱傘竹、皇竹草、蘆竹、薏米等，其根系生長有一定的向土性，配置于表面流濕地系統(tǒng)中，生長會(huì)更旺盛。但由于它們的根系大都垂直向下生長，因此，凈化處理的效果不及應(yīng)用于潛流式濕地中；對(duì)于一些原生于沼澤、腐殖層、草炭濕地、湖泊水面的植物如水蔥、野茭、山姜、藨草、香蒲、菖蒲等，由于其生長已經(jīng)適應(yīng)了無土環(huán)境，因此更適宜配置于潛流式人工濕地；而對(duì)于一些塊根塊莖類的水生植物如荷花、睡蓮、慈姑、芋頭等則只能配置于表面流濕地中。
2．3根據(jù)植物對(duì)養(yǎng)分的需求類型分析
根據(jù)植物對(duì)養(yǎng)分的需求情況分析，由于潛流式人工濕地濕地系統(tǒng)填料之間的空隙大，植物根系與水體養(yǎng)分接觸的面積要較表流式人工濕地濕地廣，因此對(duì)于營養(yǎng)生長旺盛、植株生長迅速、植株生物量大、一年有數(shù)個(gè)萌發(fā)高峰的植物如香蒲、水蔥、苔草、水莎草等植物適宜栽種于潛流濕地；而對(duì)于營養(yǎng)生長與生殖生長并存，生長相對(duì)緩慢，一年只有一個(gè)萌發(fā)高峰期的一些植物如蘆葦、茭草、薏米等則配置于表面流濕地系統(tǒng)。
2．4根據(jù)植物對(duì)污水的適應(yīng)能力分析
不同植物對(duì)污水的適應(yīng)能力不同。一般高濃度污水主要集中在濕地工藝的前端部分。因此，在人工濕地建設(shè)時(shí)，前端工藝部分如強(qiáng)氧化塘、潛流濕地等工藝一般選擇耐污染能力強(qiáng)的植物品種。末端工藝如穩(wěn)定塘、景觀塘等處理段中，由于污水濃度降低，因此可以更多考慮植物的景觀效果。
一個(gè)人工濕地系統(tǒng)的建立，植物的選擇和配置是很重要的考慮因素。在系統(tǒng)建立和植物栽種配置時(shí)要將系統(tǒng)的主要功能與植物的植物學(xué)特性充分結(jié)合起來考慮。只有這樣，才能充分發(fā)揮不同植物各自的優(yōu)勢，達(dá)到更好的處理凈化效果。
濕地植物的栽種配置要根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境和系統(tǒng)工藝來確定，對(duì)于一些應(yīng)用工藝范圍較廣的植物類型，要充分考慮其在該工藝中的優(yōu)勢

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