人工湿地植物的选择及湿地植物对污染河水的净化能力

农业环境科学学报２００６，２５（５）：１３１８－１３２３ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｇｒｏ－ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅ摘要：阐述了在人工湿地中植物的作用和选择人工湿地植物的原则，分析比较了４种常用于人工湿地的植物的生长特性、环境适应性，并进行了潜流人工湿地和生物滤床（作为人工湿地的对照试验）对污染河水处理效果的比较。

结果表明，在湿地床中，美人蕉（Ｃ．ｆｌａｃｃｉｄａ）和香根草（Ｖｅｔｉｖｅｒｉａｚｉｚａｎｉｏｉｄｅｓ）长速较快，较适合于需快速启动的湿地系统；风车草（Ｃｙｐｅｒｕｓｓｌｔｅｒｎｉｆｏｌｉｕｓ）长势良好，覆盖度接近１００％；纸莎草（Ｃｙｐｅｒｕｓｐａｐｙｒｕｓ）长势较差，环境适应性差。

在ＨＲＴ为１３ｈ的运行条件下，系统稳定运行后植物对ＣＯＤＭｎ、ＴＰ、ＴＮ、ＮＨ４＋－Ｎ的平均去除率分别为３．１％、２．０％、１２．７％、５．２％，植物对浊度没有明显的改善作用。

人工湿地有较强的耐冲击负荷能力，在ＨＲＴ为１３ｈ条件下系统的处理能力还有较大的提升空间。

关键词：人工湿地；生长特性；生物滤床；湿地植物；污染河水中图分类号：Ｘ５２２文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－２０４３（２００６）０５－１３１８－０６收稿日期：２００５－１２－３１基金项目：国家高技术发展研究计划（８６３）项目（２００３ＡＡ６０１１００－５）作者简介：张雨葵（１９７６—），男，硕士研究生，主要从事人工湿地方面的研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｙｋ２２４＠１２６．ｃｏｍ人工湿地（ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄＷｅｔｌａｎｄｓ）是人为创造的一个适宜于水生植物或湿生植物生长的，根据自然湿地模拟的人工生态系统。

采用该技术净化污水始于１９５３年德国的ＭａｘＰｌａｎｃｋ研究所［１］，之后，Ｓｉｄｅｌ与Ｋｉｃｋｕｔｈ于１９７２年提出了根区理论［２］，该理论的提出掀起了人工湿地研究与应用的热潮，标志着人工湿地作为一种独具特色的新型污水处理技术正式进入环保领域。

该技术具有投资省、运行费用低和处理效果好等优点，在我国具有广泛的应用前景［３］。

湿地植物是人工湿地的基本组成部分，也是受地域和自然条件影响最大、最难控制的因素之一［４］。

国际上有很多关于湿地植物在人工湿地中的作用的文人工湿地植物的选择及湿地植物对污染河水的净化能力张雨葵１，杨扬２，刘涛３（１．中国环境科学研究院，北京１０００１２；２．国家环保总局华南环境科学研究所，广东广州５１０６５５；３．华中师范大学，湖北武汉４３００７９）ＭａｃｒｏｐｈｙｔｅＳｅｌｅｃｔｉｏｎｉｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄＷｅｔｌａｎｄｓａｎｄＴｈｅｉｒＴｒｅａｔｍｅｎｔＥｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｏｎＰｏｌｌｕｔｅｄＲｉｖｅｒＷａｔｅｒＺＨＡＮＧＹｕ－ｋｕｉ１，ＹＡＮＧＹａｎｇ２，ＬＩＵＴａｏ３（１．ＣｈｉｎｅｓｅＲｅｓｅａｒｃｈＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１２，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ，ＳＥＰＡ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６５５，Ｃｈｉｎａ；３．ＨｕａｚｈｏｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｏｌｅｓｏｆｍａｃｒｏｐｈｙｔｅｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄａｎｄｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆｍａｃｒｏｐｈｙｔｅｆｏｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｗｅｒｅｓｕｍｍａ－ｒｉｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｇｒｏｗｔｈｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｃｃｌｉｍａｔｉｚａｔｉｏｎａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｆｏｕｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｌａｎｔｓｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅｆｌｏｗｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄ（ＳＦＣＷ）ａｎｄｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｆｉｌｔｅｒｂｅｄ（ＢＦＢ，ｏｎｅｗｉｔｈｏｕｔｐｌａｎｔａｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐｌｏｔ）ｕｓｅｄｆｏｒｔｒｅａｔ－ｍｅｎｔｏｆｐｏｌｌｕｔｅｄｒｉｖｅｒｗａｔｅｒｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｉｎｗｅｔｌａｎｄｇｒａｖｅｌｂｅｄ，Ｃ．ｆｌａｃｃｉｄａａｎｄＶｅｔｉｖｅｒｉａｚｉｚａｎｉｏｉｄｅｓｇｒｅｗｖｅｒｙｑｕｉｃｋｌｙａｎｄｔｈｅｉｒｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｆｏｒｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｗｅｒｅｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ．Ｓｏｔｈｅｙｃｏｕｌｄｂｅｃｈｏｓｅｎａｓａｆａｓｔｓｔａｒｔ－ｕｐｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｓｓｙｓｔｅｍ．Ｃｙｐｅｒｕｓｓｌｔｅｒｎｉｆｏｌｉｕｓｇｒｅｗｑｕｉｃｋｌｙａｎｄｉｔｓｃｏｖｅｒａｇｅｗａｓｎｅａｒｌｙ１００％．Ｃｙｐｅｒｕｓｐａｐｙｒｕｓｇｒｅｗｖｅｒｙｓｌｏｗｌｙａｎｄｃｏｕｌｄｎｏｔａｃｃｌｉｍａｔｉｚｅｅｎｖｉｒｏｎ－ｍｅｎｔ．ＡｔＨＲＴｏｆ１３ｈ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｐｅｒａｔｅｄｓｔｅａｄｉｌｙ，ｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓｏｆＣＯＤＭｎ，ＴＰ，ＴＮａｎｄＮＨ４＋－Ｎａｖｅｒａｇｅｄ３．１％，２．０％，１２．７％ａｎｄ５．２％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｂｙｍａｃｒｏｐｈｙｔｅ．Ｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｕｒｂｉｄｉｔｙｂｙｍａｃｒｏｐｈｙｔｅｗａｓｎｏｔｏｂｓｅｒｖｅｄ．Ｗｉｔｈｈｉｇｈｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｏｓｈｏｃｋｌｏａｄｉｎｇ，ＳＦＷＣｗａｓｃａｐａｂｌｅｏｆｔｒｅａｔｉｎｇｍｏｒｅｐｏｌｌｕｔａｎｔｓａｔＨＲＴｏｆ１３ｈ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄ；ｇｒｏｗｔｈｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｐｌａｎｔｓ；ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｆｉｌｔｅｒｂｅｄ；ｗｅｔｌａｎｄｐｌａｎｔｓ；ｐｏｌｌｕｔｅｄｒｉｖｅｒｗａｔｅｒ第２５卷第５期农业环境科学学报章［５￣１４］，但是国内对这方面的研究较少，仅见到刘育、夏北成研究了不同植物构成的人工湿地对生活污水中氮的去除效应［１５］；张荣社、李广贺等研究了潜流湿地中植物对脱氮除磷效果的影响［１６］。

本文通过对人工湿地小试基地植物生长情况的研究，探讨了不同植物在人工湿地环境中的适应性、生长特性及植物的除污能力等问题，供人工湿地的研究、设计和管理者参考。

１材料与方法１．１小试系统的构建本工艺主要是由两套三级系统组成，一套系统为潜流人工湿地，另一套系统为潜流无植物的生物滤床（作为潜流人工湿地的对照试验，构建形式与潜流人工湿地相同，区别是没有种植物）。

人工湿地和生物滤床载体都是碎石床，碎石床的尺寸（长×宽×高）为１．０ｍ×０．８ｍ×０．７ｍ，所有碎石床尺寸完全相同。

每套系统分三级：一级碎石床，填料粒径为４０～５０ｍｍ的砾石；二级碎石床，填料粒径为１０～２０ｍｍ的砾石；三级碎石床，填料为黄沙。

一级湿地种的植物是香根草与风车草，二级湿地种的植物是风车草与纸莎草，三级湿地种的植物是美人蕉。

栽种时植物株高均约为２０～２５ｃｍ。

系统连续运行。

各平行单元运行条件相同。

小试装置及流程见图１。

１．２河水水质小试基地建在距京口闸约７０ｍ古运河左侧河岸上，河水经过潜水泵抽提到生态缓冲蓄水池，经沉淀去除大的颗粒物后，进入碎石床。

碎石床进水水质如表１所示。

１．３种植的人工湿地植物本小试基地植物是在多年的研究实践，借鉴国内外专家学者的研究成果，结合镇江气候和植物生长环境特点的基础上选择栽种的。

选择遵循的基本原则：增加系统的生物多样性、多年生耐湿植物、植物根系发达、生物量较大、植物去污能力强、景观效果佳、有一定的经济价值。

本小试基地栽种有如下４种植物：风车草（Ｃｙｐｅｒｕｓｓｌｔｅｒｎｉｆｏｌｉｕｓ），属莎草科，我国南北方均有栽培，一般用作观赏植物，可生于沼泽地或长期积水处，其景观效果较好，去污能力也较强。

纸莎草（Ｃｙｐｅｒｕｓｐａｐｙｒｕｓ），莎草科莎草属，多年生草本，观赏价值高，具有经济价值，同时也是造纸原料，但其栽培成活率较低，如果管理不善，易受病虫害侵袭。

香根草（Ｖｅｔｉｖｅｒｉａｚｉｚａｎｉｏｄｅｓ），是一种独特的禾本科草本植物，具有极强的生态适应性和抗逆（旱、湿、寒、热、酸、碱等）能力，生长迅速，根系发达，易种易活，是水土保持植物中的佼佼者。

黄花美人蕉（Ｃ．ｆｌａｃｃｉｄａ），美人蕉科美人蕉属。

以块茎繁殖，不择土壤，管理粗放。

美人蕉根系较浅，去污能力较差，但景观效果很好。

１．４采样及检测方法植物高度测量：每个湿地单元每种植物各取１点测量，每月定时定点测量植物高度。

水质测试期间每周从各湿地出水口取水样分析ＣＯＤＭｎ、ＴＰ、ＴＮ、ＮＨ４＋－Ｎ、浊度等指标。

分析方法［１７］如下：ＣＯＤ用高锰酸盐指数法，ＴＰ用钼酸铵分光光度法（ＧＢ１１８９３—８９），ＴＮ用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（ＧＢ１１８９４—８９），ＮＨ４＋－Ｎ用纳氏试剂比色法（ＧＢ７４７９—８７），浊度用哈希的２１００Ｐ浊度计分析。

２结果与讨论２．１植物整体长势及环境因子的影响小试基地于２００５年５月底开始注水，栽入植物，时值３０℃的高温。

本湿地的植物均属于热带或亚热带植物，最适生长温度为２０℃～４０℃，在４至１０月份比较有利于湿地植物的生长。

到２００５年１１月３０日止，湿地植物长势良好。

２．２不同植物的生长各种植物在湿地环境中生长旺盛，风车草、美人图１小试装置及流程Ｆｉｇｕｒｅ１Ｓｍａｌｌ－ｓｃａｌｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎａｎｄｌａｙｏｕｔ１３１９２００６年１０月蕉在人工湿地中的生长高度显著高于正常值，香根草与自然状态下的长势接近，各种植物２００５年５月至同年ｌ１月的生长高度曲线见图２。

由图２可知，在一级湿地中，香根草生长较风车草迅速，对污染物质表现出了较强的抗逆性。

但风车草在本湿地的环境中覆盖度接近１００％，而香根草覆盖度只有７０％左右。

风车草在湿地中长势良好，抗病虫害能力强，１０图２人工湿地植物生长高度曲线Ｆｉｇｕｒｅ２Ｃｈａｎｇｅｓｏｆｐｌａｎｔｈｅｉｇｈｔｓｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄ月底开始开花，株高达１６０～１８０ｃｍ。

但由图２可见，在２００５年５月份移植到湿地后，二级湿地风车草的长势比一级湿地好。

这可能是由于二级湿地污染负荷较低，有利于风车草的生长。

纸莎草在本湿地中的长势一直不好，枝叶细弱。

在２００５年８月对湿地的温度监测时发现，当天气晴朗、室外气温接近３５℃时，其他植物覆盖度较高的床表温度仅为２９℃～３ｌ℃，而纸莎草由于其枝叶无法对床体形成遮蔽，阳光可直接照射到砾石表面，床表温度竟高达４９℃～５０℃，远远超过了湿地植物的最适生长温度，这可能正是纸莎草难以正常生长的原因所在。