城市人工湿地植物物种筛选、配置优化研究

摘要：人工湿地在城市生态系统中发挥着涵水蓄水、污水处理、美化环境等重要作用，尤其是在污水处理方面；但目前，我国人工湿地还存在植物种类贫乏、物种配置不合理等问题，尤其是在中高纬度地区，由于温度的限制，还存在人工湿地处理污水效率低等问题。

本研究通过湿地植物的优化筛选、多种植物的合理搭配的研究，筛选出具有较高污水净化能力的物种，并通过植物的合理配置，形成污水处理效率高、具有较高的观赏价值、对人工湿地杂草生物的抑制的高效生态系统，使人工湿地在城市生态系统中发挥更好的作用。

关键词：人工湿地物种筛选配置研究
1.前言
植物作为人工湿地的核心，在污水处理中发挥着重要的作用，但由于各种原因使得人工湿地植物的整体污水净化效果受到了影响，目前，国内湿地植物物种配置的多样性不高，特别是中纬度地区（例如南京），由于温度的限制，人工湿地植物的利用还存在很多问题。

加强湿地植物的筛选工作，选择一些耐污能力强，去污效果好的湿地植物，通过植物的合理搭配，既有利于群落的快速形成，也具有较高污染物净化能力，还具有较高的观赏价值，同时对人工湿地杂草生物的抑制及其残体减少对湿地植物生长的影响均有重要意义。

2.人工湿地植物物种筛选
2.1影响水生植物对污水净化效果的因素研究
不同植物由于生长状况不同、根系发达程度不同、温度不同等因素，从而对污水的净化效率也不同。

下面研究这些因素对植物的净化效果的影响。

1）植物的生物量
通过水生植物生物量的增长来考察其生长状况，本研究选取了我国中纬度地区（南京）常见的几种水生植物，香蒲（挺水植物）、美人蕉（挺水植物）、灯心草（挺水植物）、水竹（挺水植物）、苦草（沉水植物）、伊乐藻（沉水植物）等。

从实验的结果来看，植物生物量增长速度均以沉水植物最大，其中伊乐藻增长量最大，增长了10.53倍；挺水植物中，只有美人蕉和水竹增加量较大。

生物量变化是衡量植物生长状况及适宜性的一个重要指标，由以上结果可以得出，苦草、伊乐藻、美人蕉和水竹生长良好，说明它们均能适应实验中的污水环境且有较好的净化效果。

2）根系的密集程度
根系的密集程度直接影响着植物对污水的净化效果。

选择根系比较发达、根系较长的水生植物，能够大大扩展人工湿地净化污水的空间，提高其净化污水的能力。

考察通过测量挺水植物的细根生物量在容器的覆盖度的变化来进行。

由实验可得，美人蕉、香蒲和水竹的根系均有较大的增长量，分别为3.0、2.67和1.64倍，这说明香蒲、美人蕉和水竹有更为发达的根系，所以这三种植物能长期对污水有较好的去除效果。

3）温度的影响
植物与微生物的生长易受环境温度的影响，因此温度也是影响氮磷去除效率的一个重要因素。

本研究表明，气温在22～30℃范围内，植物对污染的净化效果最好。

美人蕉、水竹、苦草和伊乐藻是生长期最长的植物，所以这4种是净化作用最好的植物，并且美人蕉优于水竹，伊乐藻优于苦草，并且伊乐藻在冬季水面结冰后仍能保持较高的生物量，成功越冬，说明伊乐藻是一种耐寒的水生植物。

伊乐藻较耐寒，水温大于5℃即可生长。

实验中香蒲比美人蕉和水竹更早枯萎，但次年的三月当气温达到20℃时，香蒲就开始发芽生长，且生长速度较快，而美人蕉和水竹没有发芽。

2.2水生植物耐污能力研究
1）在污水中的适应性表现
水生植物对污染水体的适应能力是本课题研究的一个要点。

研究发现，大多数的单子叶
植物，如芦苇、香蒲、旱伞竹、水葱、莎草、茭草等对污水的适应能力较强，而双子叶植物则相对较差，如车前草、荠菜等。

通过筛选，我们得到7种水生植物，即其污染水体临界水位为1/2，并且在这个水位能正常生长发育，甚至有些品种如香蒲、茭草、水葱等的临界水位更在1/2以上，充分显示了这几种水生植物对污水的适应能力和忍受能力；见表1。

2）低温季节对污染水体的净化效果研究
对伊乐藻、微齿眼子菜、菹草、竹叶眼子菜、石菖蒲、黑麦草、灯心草、水芹菜和石龙芮9种耐低温的水生植物在低浓度、中浓度和高浓度下去除污染物的效果的对比研究，分析它们在初春低温条件下净化水质能力的差异，从中比选出能适应逆境环境并能高效净化水质的水生植物。

通过筛选，选取的越冬植物包括4种沉水植物伊乐藻、微齿眼子菜、菹草、竹叶眼子菜，5种挺水植物石菖蒲、黑麦草、灯心草、水芹菜和石龙芮。

3.植物各类的组合配置优化方案
从植物的自身生长生物量、根系密集程度、对温度的适应情况以及植物耐污能力等方面对人工湿地植物进行筛选研究，得出适合我国中纬度（例如南京）的人工湿地植物。

3.1中纬度地区人工湿地植物物种筛选
1）根据以上的研究可知，各类植物氮磷含量的大小依次为浮游植物>浮叶植物>沉水植物>挺水植物。

将优势植物选出后，将它们按不同的顺序、不同的生物量构建几种组合用于污水处理，得出净化效果较好的组合，对于植物净化系统的构建将更有借鉴意义。

2）在我国中纬度地区（南京），经研究，筛选得到7种水生植物适合在污水处理工程中大量使用，分别为香蒲、旱伞竹、芦苇、水葱、菖蒲、灯心草、茭草。

3）越冬植物的净化实验表明，所选取的9种植物净化效果依次为：石龙芮>水芹菜>石菖蒲> 德国鸢尾>竹叶眼子菜 >伊乐藻>微齿眼子菜>菹草。

4）初春低温条件下，以上9种植物对cod的处理效果的差别不大，挺水植物对codcr 的处理效果优于沉水植物，均在中浓度条件下处理率最高。

9种水生植物均对 tn 的吸收具一定的效果，但存在一些差异。

3.2污水处理系统中水生植物的群落配置
人工湿地要根据当地具体自然条件因地制宜、因时制宜对群落进行镶嵌优化组合，使各群落在整体上互补共生以适应季节变化和环境污染及灾变。

水生植物的配置原则为：1）根据植物去污特点配置
在人工湿地建设时，前端工艺部分如强氧化塘、潜流湿地等工艺一般选择耐污染能力强的植物品种。

末端工艺如稳定塘、景观塘等处理段中，由于污水浓度降低，因此可以更多考虑植物的景观效果。

2）根据群落特性进行配置
人工湿地群落的构建主要包括水平空间配置与垂直空间配置。

有的植物群落只能分布在浅水区，如挺水植物群落、某些沉水植物群落（如菹草群落和马来眼子菜群落）等，有的植物群落常分布较深水区，如苦草群落。

因而在进行群落布置时，还要考虑不同生活型植物群落与不同沉水植物群落对水深的要求。

此外，还要考虑到不同种类的植物生长一起存在着相互之间的作用，包括两个方面：其一是对光、水、营养等资源的竞争，其二是植物之间通过释放化学物质影响周围植物的生长，如香蒲、芦苇等就存在这样的相互作用。

研究发现宽叶香蒲、水葱等植物体腐烂产生的化感物质对芦苇生长、繁殖具有抑制作用。

3）根据植物对养分的需求来配置
由于潜流式人工湿地系统填料之间的空隙大，植物根系与水体养分接触的面积广，因此对于营养生长旺盛、植株生长迅速、植株生物量大、一年有数个萌发高峰的植物如香蒲、水葱等植物适宜栽种于潜流湿地；而对于营养生长与生殖生长并存，生长相对缓慢，一年只有
一个萌发高峰期的一些植物如芦苇、茭草等则配置于表面流湿地系统。

4）根据景观美学价值来配置
人工湿地的景观美学价值也成为人们营造人工湿地的追求目标之一，体现在湿地的清洁性、独特性、愉悦性和可观赏性等方面，而这些价值主要是通过植物来体现的，既具有美观可欣赏性，也能改善周围景观。

4.结论
将优势植物选出后，将它们按不同的顺序、不同的生物量构建几种组合用于污水处理，得出净化效果较好的组合，对于植物净化系统的构建将更有借鉴意义。

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作者简介：王煜（1995-），女，江苏南通人，河海大学，专业方向：农业水利工程。