濕地植物對人工濕地生態修復作用研究

何 蕾

（廣東省嶺南院勘察設計有限公司，廣州 510000）

人工濕地（Constructed Wetlands）從生態學原理出發，模仿自然生態系統通過人為創建的生態工程將微生物、植被和基質組合，對污水、污泥進行處理的一個獨特的綜合生態體系。類比于自然濕地中的物質循環，人工濕地是將污染物質在表層進行有效的控制，在其流動的時候利用土壤、植物及基質的氧化、沉淀、分解和過濾等作用對污水和污泥進行攔截、凈化，并且充分發揮植物資源的再生潛力，實現生態價值與經濟價值的聯動。人工濕地技術于1972年正式面世，2021年生態環境部發布了《人工濕地水質凈化技術指南》指導人工濕地水質凈化工程建設維護相關工作。如今，人工濕地技術被普遍認為是一種光明的新興污水處理技術，與之對人工濕地植物的研究蓬勃發展。

人工濕地基于徑流方向將其分為表流濕地、水平潛流濕地和垂直潛流濕地3種類型，其各自優缺點及適用范圍見表1。

表1 主要人工濕地類型及其優缺點

1 濕地植物凈化效果研究

植物是人工濕地的核心。濕地植物修復作用是通過植物本身的新陳代謝功能與土壤、微生物等的協同作用來降低水資源中有機和無機污染物的含量，加強濕地水環境的水力傳輸，實現人工濕地系統良性的自我凈化、自我修復及自我循環。污染水體的植物修復技術，主要包括植物萃取，主要是針對可吸收和富集重金屬元素的部分植物；植物促進，植物根系分泌促進微生物活性的物質，連續發生硝化反應和反硝化反應。植物固定，通過根際微生物固定土壤中的污染物；植物降解，降解水體中有機污染物。

濕地植物能依靠本身新陳代謝有效吸收一定量的營養物質，經過一系列的同化和異化作用轉換為植物自身生長所需的營養物質，但是植物的修復作用也是有一定限度的，某些濕地植物對一些特定的污染物產生明顯的去除效果（表2）。目前，將蘆葦、香蒲、鳳眼蓮、菹草、金魚藻和美人蕉等實際具有凈化能力的濕地植物運用到人工濕地以處理各類污染水體效果受到廣泛認可，相關植物凈化實驗研究如火如荼。Calheiros等利用美人蕉、香蒲、蘆葦和黃菖蒲構建水平潛流人工濕地處理某皮革廠排出的廢水，研究結果表明蘆葦和寬葉香蒲能夠在高濃度廢水中生長較好，并具有一定的去污能力。翟旭等利用種植了蘆葦和水蔥、香蒲和千屈菜的人工濕地實驗裝置，通過對污水處理前后指標的測定得出植物去污能力由強到弱分別為：香蒲、蘆葦、水蔥和千屈菜。郭杏妹等模擬潛流人工濕地選用花葉蘆竹、翠蘆莉和水蔥3種挺水植物凈化生活廢水，結果表明同等實驗條件控制下，水蔥對于TP的去除能力好，翠蘆莉對COD去除效果最佳。此外，美人蕉具有較大的根系生物量，對生活污水的處理效果強于蘆葦，對重金屬模擬廢水綜合耐性也強于水葫蘆。

表2 常見濕地植物凈化效能

近年來，部分學者也逐漸將研究目光轉向木本植物，與草本植物相比，木本植物生長緩慢，但其根系更深，生物量更大，輸氧能力和新陳代謝速度更快，在人工濕地中凈化水體中可發揮出更大優勢。郝君在24種木本植物通過適應性篩選出夾竹桃、木槿、梔子和女貞4種木本進行潛流型人工濕地木本植物適應性研究，發現在這4種木本植物都對TP具有去除效果，平均去除率達到80.8%。秦登等選用紫薇、花葉杞柳、夾竹桃、大葉黃楊和小葉梔子采用污水系統模擬栽植試驗的方法進行實驗，表明5種木本均對對污染水體有良好的凈化效果，對水體中氮磷、氨氮的去除率達到69%以上。

目前，在我國實際運行的人工濕地中，杭州西溪濕地以修復濕地景觀和改善濕地水質為立足點，在保留場地原有人工種植的經濟樹種基礎上，進行景觀區劃，引入不同類型濕地植被群落，營建以多植被類型為核心的生態景觀，成為中國生態濕地景觀修復的成功典范。隨著人類活動的干擾和自然變化，水體富營養化程度不斷加劇，濕地生態系統的結構和功能必將持續發生變化，今后濕地植物生態修復研究應更多地聚焦植物修復的機理及其效應研究，不僅為人工濕地技術的發展提供更強有力的理論支持，與之并行開展植物資源化研究，可推動植物修復走向規模化和產業化。

2 植物在人工濕地生態修復中的運用特點

2.1 季節性顯著

人工濕地受環境因素影響較大，植物的季節性明顯。一般情況下，濕地植物的生態修復效果在氣溫相對較高的夏季表現更好，而在氣溫相對較低的冬季表現欠佳，因此在選擇濕地植物時，應充分考慮不同季節在溫度、光照和降水等環境因子方面的差異，結合不同植物的獨特性，確保景觀冬夏交互性，打造出持久景觀，使得被破壞的人工濕地水生態得以緩慢修復。

2.2 注重所處環境，確保生態修復效果

人工濕地是作為因濕地退化而提出的一種補償手段，在生態修復過程中要明確濕地所處環境的生物多樣性。建造人工濕地工程前，應做好本底調查，對修復場地的生物多樣性進行現場調研統計，根據實際情況制定保護方案與調節措施，因地制宜，調節生態系統運行，合理配比各工程要素保證濕地生態系統運行的平衡性。

植物作為人工濕地水生態修復的載體，應根據水生態環境的破壞程度，確定修復參數，結合不同種類植物的不同生態特性，兼顧美學與植物學，優化各植被組合，加強植物之間的銜接與協調。部分植物相互競爭生存空間，難以在同一水生態環境下共存共生，因此應綜合考慮，優化搭配，營造植物生態系統。

2.3 強化日常管理與養護，防止二次污染

濕地植物多數能大面積自主繁衍，若不控制其生長，極易出現瘋長、蔓延等現象，占據其他生物生長空間。如若此種情況長期存在，將嚴重威脅濕地水生態穩定性，也會提高后期管理維護運行成本，協同效益不足。因此，應對強化植物的日常管理與養護，對其進行科學收割與處理，尤其是在寒冷的冬季，植物生長緩慢，可視水生態實際情況進行剪除，以免產生黑臭水體，保持水體生態環境的可持續發展。從長遠考慮，濕地的后期運營維護才是修復水體的重點所在。此外，濕地中也要考慮植物的回收利用，收割砍伐后，實現植物資源的后續加工出處理銷售以形成多理念可持續發展，多經營方式的生態工程管理模式。

3 結束語

在經濟質量顯著提高的當今社會，人工濕地相比于傳統的污水處理工藝，具有傳統處理工藝不可比擬的優勢：投資少，造價和運營成本低廉；處理污水具有高效性；有獨特點綠化環境功能；應用范圍廣，但人工濕地環境水生態恢復也面臨著更為復雜的發展局勢，這對濕地植物的應用提出了更全面的要求。在此形勢下，我們需用宏觀視角探索濕地植物對人工濕地生態的多方面潛在影響，綜合施策，切實提升濕地植物對人工濕地生態恢復的實際運用成效，并且不斷探索濕地植物資源生態價值最大化轉換為經濟價值。因此，在人工濕地水生態環境的修復中，遵循自然規律，不斷創新人工濕地環境水生態恢復方式方法，強化管理維護，實現濕地水生生態環境得修復。加快人工濕地數據庫的建立，用數據模擬為實踐工程拋磚引玉，提供可供研究、設計、經營使用的系統數據和經驗，博采眾長，加快豐富數據庫內不同人工濕地系統設計運行等數據，完成大數據整合，推動生態文明數字發展，生態系統虛擬優先建設。