天津農(nóng)村地區(qū)人工濕地植物的選擇與配植

劉嶧等

摘 要：濕地植物是水域生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，為生態(tài)系統(tǒng)提供了關(guān)鍵的自然生產(chǎn)力，具有重要的生態(tài)功能。主要介紹了部分濕地植物的種類及作用，并以天津農(nóng)村周邊地區(qū)的環(huán)境為例，介紹了適合本土生長的濕地植物類型，并對其凈化與修復(fù)作用做了簡單概括。

關(guān)鍵詞：濕地植物；經(jīng)濟(jì)利用價值；景觀應(yīng)用價值；選擇

中圖分類號： S731.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.04.025

隨著地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，天津農(nóng)村地區(qū)的生活水平在不斷提高。農(nóng)村人口數(shù)量多，分布分散，幾乎沒有任何生活污水收集和處理措施，使農(nóng)村生活污染源成為影響水環(huán)境的重要因素，且隨著農(nóng)村生活方式的改變而加劇。

人工濕地是由填料（基質(zhì)）、植物和微生物組成的復(fù)合系統(tǒng)，該系統(tǒng)依靠物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用來實(shí)現(xiàn)對污染物的高效凈化，促進(jìn)綠色植物生長并使其增產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)廢水的資源化和無害化[1]。配置的多種水生和濕生植物有利于促進(jìn)良性生態(tài)環(huán)境的建設(shè)。不僅為農(nóng)村各戶提供了簡單、方便、低耗、便宜的污水處理系統(tǒng)，還為農(nóng)村村莊的美化和農(nóng)村生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)提供了切實(shí)可行的方法和技術(shù)。

我國是世界上濕地資源最豐富的國家之一，也是世界上濕地類型最豐富的國家之一。中國的濕地植物種類繁多，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，我國濕地高等植物約有225科815屬2 276種，分別占全國高等植物科、屬、種數(shù)的63.7%， 25.6%，7.7%[2] 。濕地植物的生態(tài)功能非常重要，它是水生生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。濕地植物是濕地生態(tài)系統(tǒng)中能量流動和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，作為初級生產(chǎn)者，濕地植物通過光合作用為系統(tǒng)提供物質(zhì)與能量，維持著濕地生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[3]。

1 天津周邊農(nóng)村地區(qū)的污水調(diào)查

1.1 天津周邊農(nóng)村地區(qū)的環(huán)境現(xiàn)狀

中國是一個農(nóng)業(yè)大國，隨著地方經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，農(nóng)村人民生活水平的不斷提高，日益增長的農(nóng)村生活垃圾已經(jīng)成為影響我國水環(huán)境質(zhì)量的重要因素[4]。天津周邊農(nóng)村地區(qū)亦然，加之周邊地區(qū)工廠眾多，工業(yè)污染同樣嚴(yán)重。天津東臨渤海，海河貫穿整個城市，由于缺少污水收集管網(wǎng)和處理設(shè)施，經(jīng)常會出現(xiàn)外環(huán)河污水流淌的現(xiàn)象，對周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染[5]。

1.2 天津周邊農(nóng)村地區(qū)的污水調(diào)查

農(nóng)村生活污水主要來源于3個方面：淘米水、洗菜水等廚房用水，沐浴、洗滌用水和沖廁所用水；農(nóng)村養(yǎng)殖及畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞尿廢水；生活垃圾、糞肥堆置滲濾及沼氣池排出的廢液等。工業(yè)污水主要是指各個工廠工業(yè)廢水的排放等[6]。

根據(jù)調(diào)查，天津2008年農(nóng)村生活污水產(chǎn)生量為5.904×107 m3·a-1，占全年污水排放的14.9%[5]，生活污水含磷、氮、蛋白質(zhì)、油脂、纖維素、重金屬、有機(jī)物污染物、無機(jī)物污染物 、細(xì)菌等，其中，有機(jī)污染物包括人類排泄、廚房廢水中有機(jī)廢棄物、油脂類物質(zhì)[7]。無機(jī)污染物主要是洗滌污染物。有機(jī)物含氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，還有大量的細(xì)菌、病毒，也常含有寄生蟲卵，同時還含有大量的合成洗滌劑。工業(yè)污水含重金屬，混泥沉淀較多，且化學(xué)元素成分含量較高。

2 天津地區(qū)濕地植物的選擇

濕地植物從陸生逐漸過渡到沉水，層次豐富。在適于華北地區(qū)種植的濕地植物中，沉水類有：金魚藻、穗花狐尾藻、菹草、黑藻、海菜花、苦草等。漂浮類有：槐葉萍、滿江紅、野菱、水鱉、水禾、大藻、浮萍、鳳眼蓮、輪傘天胡荽等。浮葉類有：蓮 、芡實(shí)、沼生水馬齒、黃花水龍、蕹菜、鈍脊眼子菜。挺水類有：小香蒲 、三白草、蠶繭草、紅蓮子草、荷花、千屈菜、假馬齒莧、水燭、慈菇、花藺、蘆竹、蒲葦、蘆葦、風(fēng)車草、水蔥、菖蒲、野芋、馬蹄蓮、梭魚草、雨久花、燈心草、黃菖蒲。濕生類有：魚腥草、金線草、野蕎麥、紅蓼、腎葉打碗花、石薺芋、半枝蓮、大車前、山梗菜、花葉草、海芋、野稗、艾蒿 、寬葉韭、萱草、水仙類、蒼耳、東方蓼、薺菜、水杉、垂柳等[8]。

天津地處北溫帶，位于中緯度亞歐大陸東岸，屬溫帶季風(fēng)性氣候。主要?dú)夂蛱卣魇撬募痉置?，春季多風(fēng)，干旱少雨；夏季炎熱，雨水集中；秋季氣爽，冷暖適中；冬季寒冷，干燥少雪。年平均降水量在360～970 mm之間，平均值是600 mm上下，降雨稀少。土壤主要有褐土、潮土、沼澤土、鹽土等，略呈堿性?？紤]到濕地植物的選擇原則，所選的濕地植物一定要抗旱、耐鹽堿、耐污能力及凈化能力強(qiáng)、景觀效果好、適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境、根系發(fā)達(dá)、有一定經(jīng)濟(jì)價值的植物。

2.1 選擇具有經(jīng)濟(jì)利用價值的濕地植物

2.1.1 可作為食品、藥材 可食用的濕地植物包括水芹、慈姑、菱角、芡實(shí)、寬葉香蒲等。其中，蓮藕既是蔬菜也可入藥。菱角可以治療胃癌、乳腺癌、宮頸癌等[7]。慈姑既是美觀的水生綠化植物，它的球莖還可直接實(shí)用或制作淀粉。蘆葦根部可入藥，有利尿、解毒、清涼、鎮(zhèn)嘔、防腦炎等功能[9]。

2.1.2 可作為飼料綠肥 濕地植物可用作飼料與綠肥。如眼子菜常作為豬飼料和綠肥；香根草是品質(zhì)優(yōu)良、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的青飼料作物；浮萍可作為魚類餌料；滿江紅等既是草魚的餌料，又可喂豬、鴨；水浮蓮等是高產(chǎn)的青飼料和綠肥。

2.1.3 可作為生態(tài)養(yǎng)殖的材料 利用濕地植物構(gòu)建天然生態(tài)環(huán)境，養(yǎng)殖水產(chǎn)品。浮萍等在水庫、河道、湖泊的水面，利用網(wǎng)箱種植水生植物，仿生態(tài)養(yǎng)魚是一種投資少、見效快、效益高、易推廣的高密度集約化養(yǎng)魚新方式[10]。

2.1.4 可作為工業(yè)原料 蘆葦是濕地常見的水生植物，是造紙、建材等工業(yè)原料，洞庭湖蘆葦碳匯產(chǎn)業(yè)可年實(shí)現(xiàn)CO2碳匯12.5萬t，按2009年歐盟碳匯交易平均價格20歐元·t-1，蘆葦收購價格400～700元·t-1計算，蘆葦碳匯產(chǎn)業(yè)可年實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價值5.25億元[11]。香根草優(yōu)質(zhì)手工編織材料和工業(yè)造紙、香精的原料。香根草的芳香成分可用作防治蛀蟲，可以以須根提取精油。

2.2 選擇具有景觀應(yīng)用價值、適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境的植物

2.2.1 注重景觀應(yīng)用、合理搭配 人工濕地污水處理系統(tǒng)引入了園林設(shè)計的理念，使治污與美化環(huán)境相結(jié)合。濕地植物的生長環(huán)境一般有岸際、岸邊、水面、堤、島、濕地等幾種形式[12]。通過沼生、濕生、深水植物的結(jié)合種植，營造出豐富優(yōu)美的景觀效果，在治污處理時也可相互補(bǔ)充。在相關(guān)水生植物去污研究報道中，李晶等[13]研究了觀賞價值高的植物包括挺水植物（茭白、蘆葦、水蔥和慈姑等）、漂浮植物（鳳眼蓮、浮萍等） 及沉水植物（金魚藻等）。夏漢平[14]的研究認(rèn)為與單一蘆葦系統(tǒng)相比，混合種不僅使?jié)竦貎艋侍岣?，而且凈化效果變得更穩(wěn)定。Philip 等[15]也認(rèn)為，混栽植物系統(tǒng)對硝態(tài)氮的去除效果好于單一植物系統(tǒng)。除此之外也要考慮兩種植物種植在一起的互作作用，以免產(chǎn)生競爭與沖突。如果使用挺水植物和浮葉植物過多，而使用漂浮植物和沉水植物太少，則會因水生花卉的配置不當(dāng)造成水生植物生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)，從而弱化水體生態(tài)功能[16]。

2.2.2 選擇植物適宜當(dāng)?shù)丨h(huán)境 在選擇植物時應(yīng)根據(jù)環(huán)境條件和植物群落的特征，按一定比例在空間分布和時間分布上進(jìn)行安排，使整個生態(tài)系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，最終形成穩(wěn)定的可持續(xù)利用的生態(tài)系統(tǒng)[17]。選擇濕地植物應(yīng)優(yōu)先選擇本土植物，慎用外來植物，以免因?yàn)橥鈦碇参锊贿m應(yīng)本地環(huán)境而不易存活或發(fā)生植物入侵現(xiàn)象。目前，外來入侵的植物中凈化污水效果相對較好的有鳳眼蓮、空心蓮子草等，但由于其生長速度和繁殖速度比較快，容易導(dǎo)致生物入侵。在工程實(shí)踐中，對于面積比較小的人工濕地，可以適當(dāng)?shù)牟捎茫员阃ㄟ^人工收割而控制，但人工濕地植物的選擇最好以本地植物為主[18]。

2.3 選擇抗旱、耐鹽堿及凈化力強(qiáng)的濕地植物

2.3.1 選擇具有抗旱、抗低溫、耐鹽的濕地植物 濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定發(fā)展離不開植物的正常生長，天津地區(qū)應(yīng)選耐鹽、抗旱、抗低溫的植物。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)境下也能維持正常生長，而那些對自然條件適應(yīng)性較差或不能適應(yīng)的植物都將直接影響凈化效果[19]。郭煥曉[20]研究認(rèn)為，香蒲、睡蓮、水蔥、美人蕉、千屈菜和黃花鳶尾都可以用作中國北部沿海高鹽度地區(qū)人工濕地污水處理系統(tǒng)的植物， 其中以黃花鳶尾耐鹽性最好。沉水植物中川蔓藻和蓖齒眼子菜的耐鹽性最高， 達(dá)10.1 g·L-1以上[21]。水芹對環(huán)境條件的適應(yīng)性較廣，抗逆性較強(qiáng)，喜冷涼，較耐寒，0 ℃時，只要加深水位，莖葉仍不致凍死[22]。千屈菜是一種多年生草本植物，喜溫暖及光照充足、通風(fēng)好的環(huán)境，喜水濕，我國南北各地均有野生，多生長在沼澤地、水旁濕地和河邊、溝邊?，F(xiàn)各地廣泛栽培。比較耐寒，在我國各地均可露地越冬[23]。

2.3.2 選擇凈化能力強(qiáng)的濕地植物 凈化能力強(qiáng)弱是選擇人工濕地植物要考慮的重要因素。有研究表明，蘆葦對濕地中氮的吸收能力較強(qiáng)，鳶尾、鳳眼蓮的脫氮除磷效果也較強(qiáng)，而沉水植物的脫氮除磷能力相對較弱[19，24-26]。荷花和睡蓮是目前園林中普遍應(yīng)用的水生綠化植物，其綠化藝術(shù)效果得到人們的一致好評，但隨著人們的研究，發(fā)現(xiàn)荷花、睡蓮等水生植物對水體的凈化具有很好的效果。經(jīng)研究得出，其對水中TN、氮、氨、硝酸根、TP等的去除率高達(dá)35%，并且能有效地降解部分有害物質(zhì)[27]。香蒲屬單子葉多年生挺水植物，據(jù)根狀莖。香蒲植物對礦物廢水有較強(qiáng)的抗性，對重金屬如鉛、鋅、銅、鎘的吸收能力很強(qiáng)，是一種很好的凈化植物。有研究表明，在正常條件下，香蒲濕地夏季對凱氏氮的去除率在96%以上，冬季對TP、COD的去除率一般均在94%以上，最低為85.8%[28]。藻類對生活污水、食品加工廢水、畜禽場污水、工農(nóng)業(yè)混合廢水和工業(yè)廢水中的氮、磷等營養(yǎng)物去除的作用和效果均十分顯著。張國治等[29]研究了用固定藻處理雞糞厭氧發(fā)酵液，氨、氮去除率可達(dá)84%，TP去除率達(dá)73.8%，且運(yùn)轉(zhuǎn)效果穩(wěn)定。菖蒲單獨(dú)種植和與其他植物混合種植對水體中的總氮（TN）的去除率分別為92.7%，94.9%，對氨氮（NH3-N）的去除率分別為97.4%和96.6%，對總磷（TP）的去除率分別為94.3%和84.7%，對COD的去除率分別為85.5%和86.7%[30]。千屈菜在0～0.4 mg·L-1的TP濃度范圍內(nèi)均生長良好，對水中TP的去除率高達(dá)98%以上[23]。

總之，濕地植物是建立自然生態(tài)的重要載體，它可凈化水質(zhì)、對于環(huán)境污染具有明顯的凈化作用，而且在營造濕地景觀方面的作用也不小。農(nóng)村地區(qū)種植濕地植物在凈化環(huán)境的同時也可以有可觀的經(jīng)濟(jì)收益，是非常值得推廣的環(huán)境治理方式。

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