人工湿地植物的管理与维护

人工湿地植物的管理与维护
引言
湿地植物是人工湿地的重要组成部分，不但可以吸收、降解水体中的污染物质，还能形成景观要素、美化环境。

但不同的湿地植物生活习性、去污能力等存在一定差异，所以湿地植物的科学选择以及合理配置是人工湿地的功能与作用得以实现的前提和基础，对污水处理效果和景观要素形成具有重要的影响，是人工湿地设计过程中必须考虑的问题。

适宜的湿地植物不仅可以提高污水净化效果，方便后期管理，而且能增加景观效果。

1 植物的种植
1.1植物的选择
水生植物在处理系统中对微生物生长和污染物净化方面起着重要作用，因此，维护其健康生长对系统的运行是非常重要的。

首先一点是必须选择适合于处理系统环境条件变化的水生植物种类，确保其健康生长和覆盖。

如果设计中选择的水生植物不能耐受实际的运行条件，需要考虑补充其它更合适的植物种类，以保证所需的覆盖率。

但如果没有更合适的植物可供选择，则需改变系统的运行条件，以便促进系统中水生植物的健康生长。

1.2 植物的搭配
科学的植物搭配可结合不同物种对特定污染物的去除优势，提高污水的综合净化效果。

TANAKA等将硕大藨草与黑藻搭配，使得BOD、COD和氨氮去除率分别达65.7%、40.8%、74.8%。

值得一提的是，将受气温影响小的物种与净化能力强的物种搭配，可应对季节变化对处理效果的影响。

蒋永荣等在人工湿地中分别种植美人蕉、再力花和菖蒲，COD、TN、TP的去除率在冬季低温条件下仍可达到75.8%、22.0%、76.9%。

1.3种植密度的确定
人工湿地植物的栽种密度是工程设计与施工人员必须考虑的同题，一般单位为株/m2或丛/m2。

陆生植物类型与湿生木本植物类型的密度依据平常园林绿化的要求进行。

乔木主要考虑景观，灌木与草木主要是恢复后能够基本覆盖地面。

植物种植密度过低难以保证水质净化效果，过高则浪费资源而且植物之间互相遮蔽削弱光合作用，同时也不利于提高水质净化效果。

IBEKWE等发现人工湿地植物种植密度为50%可以使硝酸盐氮的去除率达到96.3%，而植物种植密度为100%时反而使溶解氧降低、系统氮负荷增加、微生物多样性减少。

1.4 种植时间确定
人工湿地植物栽种时间取决于哪个时间能够保证种植植物的成活率高。

湿地植物成活关键是保证植物能够吸收水分，因此，一般陆生植物的最佳种植时间为植物休眠期。

此时植物新陈代谢较低，植物消耗的水分最少，此时种植易保持水分平衡，提高成活率。

一般球宿根植物也同样以休眠期为种植最佳时期，休眠期种植时，一般地上植物枯死，地下部分结合分球或分根茎进行栽种，人工湿地污水处理系统中种植水生和湿地植物的最佳时间一般是春天或初夏。

2 生长环境管理
2.1 水深
水深影响着植物光合速率和氧气供应量，从而影响植物生长和繁殖。

水深设置需考虑季节、植物种类和目标污染物。

新生植物在春季生长时水深要适当浅一些。

研究表明，表面流人工湿地中芦苇在水深50 cm左右时净化效果最佳。

但针对重金属和有机物去除的适用水深不同。

此外，可通过增加水深来抑制有害物种生长。

THULLEN等提出的“小丘”构造可保护当地植物不受入侵物种的影响。

2.2 水质
水质影响植物的生长状况。

人工湿地应避免高负荷污水的冲击。

研究发现，硫化物质量浓度从0 mg/L增加到3.5 mg/L蔺草的健康茎数量大幅度下降；轮叶
黑藻在氨氮质量浓度为0.5、1.2 mg/L时生长良好，但当氨氮质量浓度超过4.0 mg/L时其生速率明显下降，当氨氮质量浓度达到16.0 mg/L时20多天即全部死亡。

2.3 水流模式
水流运动可促进CO2以及营养物质的交换，能影响植物的吸收代谢。

水体流速可影响植物的生物量及群落组成。

研究发现，低流速时植物光合速率与流速成正比；流速过大则光合作用受到明显抑制，植物嫩芽、根茎生物量等均显著降低。

此外，水流类型也有重要影响，潜流人工湿地比表面流人工湿地有更丰富的物种和更大的生物量。

因此，要充分考虑水流模式和水质净化效果的关系。

3 人工湿地收割管理
对植物进行合理收割，不仅可以直接去除系统中氮、磷等污染物，还可以增大植物的生长量，而且也在一定程度上延长了植物的生长期，对植物去污功能的影响是明显的。

因此，水生植物的收割管理，也是系统运行管理的重要内容，而对于植物收割管理最为关键的因素是掌握好植物的收割周期（或收割次数）、最佳收割季节和收割后的植物存留量等。

3.1 植物收割周期（或收割次数）
植物收割周期必须根据植物的生长规律、区域气候特征和水质变化情况综合考虑来确定。

不同生长型植物有着不同的生长规律，而且同一植物在不同地区或同一地区的不同生长环境中，其表现形式也并非完全相同。

对于人工湿地处理系统来说其植物类型均以多年生挺水植物为主，而且植物在水中的深度并不大，植物生长条件较好，植物表现出来的特征为发芽早、生长速度较快。

因此，植物收割可采用一年收割两次较为理想。

收割次数过多（或收割周期太短），不仅投入的人力物力较大，而且容易使湿地系统内植物郁闭度减少，夏季造成填料表面在光照影响下温度升高，影响植物的正常生长，甚至造成植物的枯萎和死亡。

而收割次数过少（或收割周期过长），植物生长高峰过后（秋季）自然进入休眠期。

而每年二次的植物收割，不仅不会
影响植物的正常生长，而且秋季可刺激植物的第二次萌芽，延长植物的生长周期。

3.2 收割季节
收割季节的选择应根据植物自身的生长规律，以不影响其正常生长和安全越冬为原则。

人工湿地处理系统植物基本上都是在3至4月份开始萌芽，5月至7月份为第一次生长高峰，进入8月后，植物生长开始减弱，9月份基本进入生长晚期。

对于每年收割二次的植物，第一次收割适宜安排在8月下旬至9月上旬以前。

此时收割可以有效刺激植物的二次萌芽，而且收割后的植物仍有二个月左右的生长时间，使植物在9月和10月进入第二次生长高峰，延长植物的生长期，而且可以保证植物的安全越冬。

大部分植物（如芦苇、香蒲、黄花鸢尾、水葱、黑三棱等）的第二次收割时间适宜安排在春季冰层融化以后（即2月底至3月中旬），而冬季结冰期间可以不收割。

对于枯萎较早而且枯萎后地上部分容易倒伏的植物，第一次收割时间可以适当提前，安排在7月底至8月上旬；第二次收割时间应安排在植物倒伏之前，即10月底至11月上旬。

以上植物由于地上部分冬季死亡较早，而且死亡后的枝叶容易倒伏于水中，在水中腐烂降解，如果不及时收割，不仅容易造成二次污染，而且根系的生存性会降低。

3.3 收割后植物保存量
收割后植物存留高度（植物存留量）是根据不同收割时间和不同的处理单元而不同的。

对于一年收割两次的潜流湿地植物，8月下旬至9月上旬收割时存留高度以地上部分保留30～40cm左右为宜，防止填料表面过于裸露，造成填料表面温度升高影响植物的后续生长。

而第二次收割时应将地上枯死的枝叶进行全部收割，仅需保留地下根茎和新芽即可。

4 冬季运行管理
北方冬季气温较低，湿地表面通常会结冰，此时如果运行管理不当，甚至会造成湿地进水管道的冻结，影响湿地系统的正常运行。

而对于植物而言，受冬季
低气温条件的影响，水生植物的地上组织全部枯萎，植物的水质净化功能也会大大降低，但由湿地中水生植物均为多年生植物，根系在冬季虽然其活性降低，但并不会死亡。

因此，冬季运行管理的关键是防止对湿地布水管网的冻结和水面结冰对植物根系的影响。

潜流湿地系统的冬季防冻，在冬季结冰前一个星期（可根据天气预报掌握气湿变化）将水位升至湿地表面30 cm，保持湿地高水位运行。

随着气温的下降，湿地表面开始形成冰层，再降低水位，将运行水位保持在布水管道的高度（即填料表面以下15 cm左右），湿地表面保留挺立的植物枯茎，将有助于形成绝热冰盖层，保证下面水的流通，这样就形成了湿地表面的冰盖层，而且冰盖层以下保留有空气保温层，不仅可以防止冬季布水管道的冻结，保证湿地系统的冬季正常运行，而且由于冰盖层以下空气层的存在，可以有效保存植物根系在冬季的活性。