海口美舍河鳳翔濕地公園植物配置與凈化功能研究

謝宗琳 ，熊靜 ，吳淑邦 ，胡杰龍 ，錢小香 ，蔡永富 ，辛琨

（1.海南師范大學生命科學學院，海南海口 571158；2.海口濕地保護管理中心，海南海口 570135；3.海南省林業(yè)科學研究所,海南海口 571100；4.海口市林業(yè)局，海南海口 570135）

人工濕地近年來被廣泛應用于生活污水、農(nóng)業(yè)廢水、垃圾滲濾液凈化處理等方面[1]。人工濕地通過模擬天然濕地的結(jié)構(gòu)與功能，選擇一定的地理位置與地形，根據(jù)人們的需要人為設計與建造濕地生態(tài)系統(tǒng)[2]。人工濕地將污水處理和環(huán)境生態(tài)有機地結(jié)合起來，在有效處理污水的同時也美化了環(huán)境，創(chuàng)造了生態(tài)景觀，帶來了環(huán)境效益和經(jīng)濟效益[3]。人工濕地以其獨特的優(yōu)勢越來越受到人們的關注和重視[4]。濕地植物是發(fā)揮人工濕地凈化功能的主體，通過吸收水體中過量的N、P獲得植物生長所需的養(yǎng)分，從而減少水體中的污染物含量，發(fā)揮濕地的凈化功能[5]。除了凈化功能外，人工濕地同時兼顧美學功能以及生物多樣性保持功能等其他生態(tài)功能[6]。在構(gòu)建人工濕地中，濕生植物和水生植物是構(gòu)建人工濕地常選用的植物類型[7]。

城市濕地公園的研究是近年來備受關注的一個新領域[8]。濕地公園以水為主體，通過種植水生植物構(gòu)建人工濕地，在植物配置方面，需要兼顧濕地的美學功能與生態(tài)功能，營造具有凈化功能且賞心悅目的城市公園景觀，因此有必要在城市濕地公園人工濕地植物配置方面展開更深入探討[9]。

1 海口美舍河鳳翔濕地公園概況

美舍河位于海口市中心區(qū)東部，全長23.86km，流域面積為52.95km2，發(fā)源于海口市南部羊山地區(qū)，呈圓弧狀流經(jīng)永興、城西、府城、白龍等4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)及街道。最終經(jīng)海甸溪入海口灣。鳳翔濕地公園位于美舍河中游，距離入海口10.18km，地理位置為19°58′ 53.74″ N，110° 21′ 6.59″ E， 占 地 面 積78.5hm2,其中人工濕地占地面積1.4hm2，水源為美舍河鳳翔段,水質(zhì)介于Ⅲ-Ⅳ類水體之間。

2 人工濕地植物配置

2.1 人工濕地植物種類組成

根據(jù)地形特點，鳳翔濕地公園人工濕地在植物搭配上，選擇了水生植物和濕生植物兩大類，其中水生植物包括挺水植物、浮水植物和沉水植物。具體如表1所示：

根據(jù)植物多樣性計算公式，海口美舍河鳳翔濕地公園人工濕地植物shannon指數(shù)為3.232、simpson優(yōu)勢度指數(shù)為 0.091、pielou指數(shù)為0.973。說明濕地公園物種多樣較高，植物空間配置均勻，空間分布合理。

2.2 人工濕地植物空間布局

鳳翔濕地公園人工濕地采用透水火山巖材料搭建濕地植物種植池，從河道逐級向上建成8層梯田；從美舍河收集的污水，通過泵站將污水送到濕地梯田最高端，然后自上而下流經(jīng)濕地梯田各個階梯。結(jié)合植物對水環(huán)境的不同要求，按照適應性原則在各階梯種植不同植物類型；植物在生長的過程中，通過吸收水體中的養(yǎng)分降低污水中的N、P、COD等指標，從而對污水起到凈化的作用。

下圖為美舍河鳳翔濕地公園人工濕地植物配置的示意圖。

圖1 海口美舍河鳳翔濕地公園人工濕地植物配置空間分布Fig.1 Sketch map of plants deployment in constructed wetlands of Haikou Meishe River Fengxiang Wetland Park

3 鳳翔濕地公園人工濕地凈化功能分析

美舍河污水主要為生活污水，因此主要污染物為N、P等營養(yǎng)元素。濕地的凈化功能主要體現(xiàn)在對水體中N、P等元素的吸收，可以通過植物吸收量進行計算，也可以通過水體的凈化率進行計算。該文采用2種方法進行估算：

3.1 根據(jù)植物生長量進行計算

研究顯示[10]，挺水植物在生長過程中吸收2200kg N/(hm2·a),250kg P/(hm2·a),浮水植物營養(yǎng)鹽吸收能力約 2000kg N/(hm·2a) 和350kg P/(hm·2a),沉水植物為700kg N/(hm·2a)和100kg P/(hm·2a)，結(jié)合美舍河鳳翔濕地公園人工濕地不同植物的面積比例，可以計算出人工濕地每年吸收N、P的數(shù)量。

表2 海口美舍河鳳翔濕地公園人工濕地植物N、P吸收總量Tab.2 Total absorption of N、P by wetlands plants in constructed wetlands of Haikou Meishe River Fengxiang Wetland Park

計算結(jié)果顯示，美舍河鳳翔濕地公園人工濕地每年吸收N的總量為3252kg，每年吸收P的總量為570kg。

3.2 根據(jù)凈化率進行計算

3.2.1 人工濕地蓄水總量

鳳翔濕地公園人工濕地采用美舍河收集的污水進行灌溉，種植池土層平均厚度為30cm,濕地土壤可以看作水分飽和的土壤，即水分含量達到田間持水量上限，土壤為粉砂質(zhì)土，土壤孔隙度55%，鳳翔濕地公園人工濕地土壤持續(xù)水量為：

水生植物種植池平均水深為40cm，各池共需水量為：

濕地蓄水量為上述兩部分之和，即5510m3。

3.2.2 人工濕地灌溉用水的水質(zhì)狀況

根據(jù)海口市環(huán)境保護監(jiān)測站對美舍河鳳翔段水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果顯示，2018年美舍河鳳翔段除在2月為Ⅲ類水質(zhì)，1月為Ⅳ類水質(zhì)，其他時間段水質(zhì)為Ⅴ類水，這里取2018年1～12月全年的平均值[11]進行計算美舍河鳳翔段NH4+-N和TP含量，分別為1.49mg/L和 0.13mg/L。

3.2.3 不同類型植物對NH4+-N和TP的去除率分析

根據(jù)胡彥春等人研究顯示[12]，狐尾藻對N的去除率可以達到28.6%，對TP的去除率可達到52.13%；蔡佩英等人的研究顯示[13]，在濃度較低的情況下，美人蕉對氨氮和總磷的去除率為42.19%和60.48%、風車草對氨氮和總磷的去除率為27.00%和54.47%、鳳眼蓮植物對氨氮和總磷的去除率為34.6%和70.10%，根據(jù)上述研究結(jié)果進行計算：

表3 海口美舍河鳳翔濕地公園人工濕地植物N、P凈化率及凈化總量Tab.3 Purifying rate and capacity of N、P by wetlands plants in constructed wetlands of Haikou Meishe River Fengxiang Wetland Park

4 其他生態(tài)功能

4.1 美學功能

連片種植的濕地植物形成壯麗的植物群落景觀，植物色彩搭配呈現(xiàn)出不一樣的景觀效果。大面積的水域結(jié)合綠油油的植物，使得綠色成為鳳翔濕地公園人工濕地最大的基調(diào)，紅色系列的睡蓮和水生美人蕉則是最引人注目的色調(diào)，此外還有黃色的紙莎草，紫色的翠蘆莉和睡蓮，綠白相間的花葉蘆竹等，豐富了濕地景觀的色彩，提升了濕地的美學價值。

4.2 生物多樣性功能

人工濕地增加和改善了棲息環(huán)境，不僅具有較高的植物多樣性，良好的濕地環(huán)境也使得濕地公園范圍內(nèi)鳥類種類和數(shù)量明顯增加，常見的鳥類包括鷺類、秧雞類，以及白頭鵯等林鳥；魚類組成中高體鳑鲏和羅非魚占優(yōu)勢。

5 結(jié)論與討論

（1）合理的濕地植物和水生植物搭配，賦予人工濕地以凈化功能，對兩個估算結(jié)果進行比較可以看出，根據(jù)凈化率進行計算得到的結(jié)果遠遠小于根據(jù)生長量計算的結(jié)果（通常水體中NH4+-N約占總氮40～50%），分析其主要原因與植物在生長過程中不斷有有機質(zhì)歸還到水體中，而這部分在估算中是沒有考慮的，因此導致第一種估算方法得到的值偏大。

（2）人工濕地不僅要考慮其凈化功能，也要考慮其適宜性、美學以及其他生態(tài)功能。翠蘆莉與睡蓮種植在一塊的板塊，會發(fā)現(xiàn)很多睡蓮死亡；鳥蕉長得過高過密，影響美觀；水生美人蕉進行修剪后沒有及時移除，下面出現(xiàn)腐爛的枝體，不僅影響美觀，也影響濕地的凈化功能發(fā)揮。

（3）建議對于睡蓮死亡區(qū)域加速補植，避免水中由于植物殘體殘留，導致水體富營養(yǎng)化和水藻爆發(fā)；對生長過快的鳥蕉進行適當?shù)男藜簦⑿藜粝碌闹θ~帶出濕地；對于水中腐爛的枝體隨時處理，呼吁來游玩的每個人參與到鳳翔濕地公園環(huán)境保護的行動中來。