天津农村地区人工湿地植物的选择与配植

摘 要：湿地植物是水域生态系统的重要组成部分，为生态系统提供了关键的自然生产力，具有重要的生态功能。主要介绍了部分湿地植物的种类及作用，并以天津农村周边地区的环境为例，介绍了适合本土生长的湿地植物类型，并对其净化与修复作用做了简单概括。

关键词：湿地植物；经济利用价值；景观应用价值；选择

中图分类号： S731.7 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.04.025

随着地方经济的发展，天津农村地区的生活水平在不断提高。农村人口数量多，分布分散，几乎没有任何生活污水收集和处理措施，使农村生活污染源成为影响水环境的重要因素，且随着农村生活方式的改变而加剧。

人工湿地是由填料（基质）、植物和微生物组成的复合系统，该系统依靠物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污染物的高效净化，促进绿色植物生长并使其增产，实现废水的资源化和无害化[1]。配置的多种水生和湿生植物有利于促进良性生态环境的建设。不仅为农村各户提供了简单、方便、低耗、便宜的污水处理系统，还为农村村庄的美化和农村生态系统的修复提供了切实可行的方法和技术。

我国是世界上湿地资源最丰富的国家之一，也是世界上湿地类型最丰富的国家之一。中国的湿地植物种类繁多，据调查统计，我国湿地高等植物约有225科815属2 276种，分别占全国高等植物科、属、种数的63.7%， 25.6%，7.7%[2] 。湿地植物的生态功能非常重要，它是水生生态系统的重要组成部分。湿地植物是湿地生态系统中能量流动和物质循环的关键环节，作为初级生产者，湿地植物通过光合作用为系统提供物质与能量，维持着湿地生态系统的正常运转[3]。

1 天津周边农村地区的污水调查

1.1 天津周边农村地区的环境现状

中国是一个农业大国，随着地方经济的不断发展，农村人民生活水平的不断提高，日益增长的农村生活垃圾已经成为影响我国水环境质量的重要因素[4]。天津周边农村地区亦然，加之周边地区工厂众多，工业污染同样严重。天津东临渤海，海河贯穿整个城市，由于缺少污水收集管网和处理设施，经常会出现外环河污水流淌的现象，对周边环境造成严重污染[5]。

1.2 天津周边农村地区的污水调查

农村生活污水主要来源于3个方面：淘米水、洗菜水等厨房用水，沐浴、洗涤用水和冲厕所用水；农村养殖及畜禽养殖产生的粪尿废水；生活垃圾、粪肥堆置渗滤及沼气池排出的废液等。工业污水主要是指各个工厂工业废水的排放等[6]。

根据调查，天津2008年农村生活污水产生量为5.904×107 m3·a-1，占全年污水排放的14.9%[5]，生活污水含磷、氮、蛋白质、油脂、纤维素、重金属、有机物污染物、无机物污染物 、细菌等，其中，有机污染物包括人类排泄、厨房废水中有机废弃物、油脂类物质[7]。无机污染物主要是洗涤污染物。有机物含氮、磷等营养物质，还有大量的细菌、病毒，也常含有寄生虫卵，同时还含有大量的合成洗涤剂。工业污水含重金属，混泥沉淀较多，且化学元素成分含量较高。

2 天津地区湿地植物的选择

湿地植物从陆生逐渐过渡到沉水，层次丰富。在适于华北地区种植的湿地植物中，沉水类有：金鱼藻、穗花狐尾藻、菹草、黑藻、海菜花、苦草等。漂浮类有：槐叶萍、满江红、野菱、水鳖、水禾、大藻、浮萍、凤眼莲、轮伞天胡荽等。浮叶类有：莲 、芡实、沼生水马齿、黄花水龙、蕹菜、钝脊眼子菜。挺水类有：小香蒲 、三白草、蚕茧草、红莲子草、荷花、千屈菜、假马齿苋、水烛、慈菇、花蔺、芦竹、蒲苇、芦苇、风车草、水葱、菖蒲、野芋、马蹄莲、梭鱼草、雨久花、灯心草、黄菖蒲。湿生类有：鱼腥草、金线草、野荞麦、红蓼、肾叶打碗花、石荠芋、半枝莲、大车前、山梗菜、花叶草、海芋、野稗、艾蒿 、宽叶韭、萱草、水仙类、苍耳、东方蓼、荠菜、水杉、垂柳等[8]。

天津地处北温带，位于中纬度亚欧大陆东岸，属温带季风性气候。主要气候特征是四季分明，春季多风，干旱少雨；夏季炎热，雨水集中；秋季气爽，冷暖适中；冬季寒冷，干燥少雪。年平均降水量在360～970 mm之间，平均值是600 mm上下，降雨稀少。土壤主要有褐土、潮土、沼泽土、盐土等，略呈碱性。考虑到湿地植物的选择原则，所选的湿地植物一定要抗旱、耐盐碱、耐污能力及净化能力强、景观效果好、适合当地环境、根系发达、有一定经济价值的植物。

2.1 选择具有经济利用价值的湿地植物

2.1.1 可作为食品、药材 可食用的湿地植物包括水芹、慈姑、菱角、芡实、宽叶香蒲等。其中，莲藕既是蔬菜也可入药。菱角可以治疗胃癌、乳腺癌、宫颈癌等[7]。慈姑既是美观的水生绿化植物，它的球茎还可直接实用或制作淀粉。芦苇根部可入药，有利尿、解毒、清凉、镇呕、防脑炎等功能[9]。

2.1.2 可作为饲料绿肥 湿地植物可用作饲料与绿肥。如眼子菜常作为猪饲料和绿肥；香根草是品质优良、高产稳产的青饲料作物；浮萍可作为鱼类饵料；满江红等既是草鱼的饵料，又可喂猪、鸭；水浮莲等是高产的青饲料和绿肥。

2.1.3 可作为生态养殖的材料 利用湿地植物构建天然生态环境，养殖水产品。浮萍等在水库、河道、湖泊的水面，利用网箱种植水生植物，仿生态养鱼是一种投资少、见效快、效益高、易推广的高密度集约化养鱼新方式[10]。

2.1.4 可作为工业原料 芦苇是湿地常见的水生植物，是造纸、建材等工业原料，洞庭湖芦苇碳汇产业可年实现CO2碳汇12.5万t，按2009年欧盟碳汇交易平均价格20欧元·t-1，芦苇收购价格400～700元·t-1计算，芦苇碳汇产业可年实现经济价值5.25亿元[11]。香根草优质手工编织材料和工业造纸、香精的原料。香根草的芳香成分可用作防治蛀虫，可以以须根提取精油。

2.2 选择具有景观应用价值、适合当地环境的植物

2.2.1 注重景观应用、合理搭配 人工湿地污水处理系统引入了园林设计的理念，使治污与美化环境相结合。湿地植物的生长环境一般有岸际、岸边、水面、堤、岛、湿地等几种形式[12]。通过沼生、湿生、深水植物的结合种植，营造出丰富优美的景观效果，在治污处理时也可相互补充。在相关水生植物去污研究报道中，李晶等[13]研究了观赏价值高的植物包括挺水植物（茭白、芦苇、水葱和慈姑等）、漂浮植物（凤眼莲、浮萍等） 及沉水植物（金鱼藻等）。夏汉平[14]的研究认为与单一芦苇系统相比，混合种不仅使湿地净化效率提高，而且净化效果变得更稳定。Philip 等[15]也认为，混栽植物系统对硝态氮的去除效果好于单一植物系统。除此之外也要考虑两种植物种植在一起的互作作用，以免产生竞争与冲突。如果使用挺水植物和浮叶植物过多，而使用漂浮植物和沉水植物太少，则会因水生花卉的配置不当造成水生植物生态系统失调，从而弱化水体生态功能[16]。

2.2.2 选择植物适宜当地环境 在选择植物时应根据环境条件和植物群落的特征，按一定比例在空间分布和时间分布上进行安排，使整个生态系统高效运转，最终形成稳定的可持续利用的生态系统[17]。选择湿地植物应优先选择本土植物，慎用外来植物，以免因为外来植物不适应本地环境而不易存活或发生植物入侵现象。目前，外来入侵的植物中净化污水效果相对较好的有凤眼莲、空心莲子草等，但由于其生长速度和繁殖速度比较快，容易导致生物入侵。在工程实践中，对于面积比较小的人工湿地，可以适当的采用，以便通过人工收割而控制，但人工湿地植物的选择最好以本地植物为主[18]。

2.3 选择抗旱、耐盐碱及净化力强的湿地植物

2.3.1 选择具有抗旱、抗低温、耐盐的湿地植物 湿地生态系统的健康稳定发展离不开植物的正常生长，天津地区应选耐盐、抗旱、抗低温的植物。由于污水处理系统是全年连续运行的，故要求水生植物即使在恶劣的环境下也能维持正常生长，而那些对自然条件适应性较差或不能适应的植物都将直接影响净化效果[19]。郭焕晓[20]研究认为，香蒲、睡莲、水葱、美人蕉、千屈菜和黄花鸢尾都可以用作中国北部沿海高盐度地区人工湿地污水处理系统的植物， 其中以黄花鸢尾耐盐性最好。沉水植物中川蔓藻和蓖齿眼子菜的耐盐性最高， 达10.1 g·L-1以上[21]。水芹对环境条件的适应性较广，抗逆性较强，喜冷凉，较耐寒，0 ℃时，只要加深水位，茎叶仍不致冻死[22]。千屈菜是一种多年生草本植物，喜温暖及光照充足、通风好的环境，喜水湿，我国南北各地均有野生，多生长在沼泽地、水旁湿地和河边、沟边。现各地广泛栽培。比较耐寒，在我国各地均可露地越冬[23]。

2.3.2 选择净化能力强的湿地植物 净化能力强弱是选择人工湿地植物要考虑的重要因素。有研究表明，芦苇对湿地中氮的吸收能力较强，鸢尾、凤眼莲的脱氮除磷效果也较强，而沉水植物的脱氮除磷能力相对较弱[19，24-26]。荷花和睡莲是目前园林中普遍应用的水生绿化植物，其绿化艺术效果得到人们的一致好评，但随着人们的研究，发现荷花、睡莲等水生植物对水体的净化具有很好的效果。经研究得出，其对水中TN、氮、氨、硝酸根、TP等的去除率高达35%，并且能有效地降解部分有害物质[27]。香蒲属单子叶多年生挺水植物，据根状茎。香蒲植物对矿物废水有较强的抗性，对重金属如铅、锌、铜、镉的吸收能力很强，是一种很好的净化植物。有研究表明，在正常条件下，香蒲湿地夏季对凯氏氮的去除率在96%以上，冬季对TP、COD的去除率一般均在94%以上，最低为85.8%[28]。藻类对生活污水、食品加工废水、畜禽场污水、工农业混合废水和工业废水中的氮、磷等营养物去除的作用和效果均十分显著。张国治等[29]研究了用固定藻处理鸡粪厌氧发酵液，氨、氮去除率可达84%，TP去除率达73.8%，且运转效果稳定。菖蒲单独种植和与其他植物混合种植对水体中的总氮（TN）的去除率分别为92.7%，94.9%，对氨氮（NH3-N）的去除率分别为97.4%和96.6%，对总磷（TP）的去除率分别为94.3%和84.7%，对COD的去除率分别为85.5%和86.7%[30]。千屈菜在0～0.4 mg·L-1的TP浓度范围内均生长良好，对水中TP的去除率高达98%以上[23]。

总之，湿地植物是建立自然生态的重要载体，它可净化水质、对于环境污染具有明显的净化作用，而且在营造湿地景观方面的作用也不小。农村地区种植湿地植物在净化环境的同时也可以有可观的经济收益，是非常值得推广的环境治理方式。

参考文献：

[1] 藉国东.人工湿地及其在工业废水处理中的应用[J].应用生态学报， 2002，13（2）： 224-228.

[2] 李锡文.中国种子植物区系统计分析[J].云南植物研究，1996，18（4）：363-384.

[3] 牛晓军.我国人工湿地植物系统的研究进展[J].环境， 2005， 24（5） ：45-47.

[4] 刘守江， 张斌， 胡翠华.人工湿地植物净化生活污水研究现状与展望[J]. 四川环境，2011， 30（1）： 53-55.

[5] 石利军，张伟玉，班立桐.天津市农村生活污水产生数量估算和分析[J].天津农业科学，2010，16（5）：15-18.

[6] 迟金萍，安丽.农村生活污水处理技术新进展[J].云南环境科学，2004，23（4）：8-10.

[7] 郭杏妹，刘素娥，张秋云，等.三种人工湿地植物处理农村生活污水的净化效果[J].华南师范大学学报：自然科学版， 2010， （1）： 105-109.

[8] 王圣瑞，年跃刚，侯文华，等.人工湿地植物的选择[J]， 湖泊科学， 2004，16（1）： 91-96.

[9] 张洪刚，洪剑明.人工湿地中植物的作用[J].湿地科学， 2006， 4（2）： 146-154.

[10] 于婷.以芦苇为例：湿地植物碳汇经济价值分析[J].经济研究导刊， 2011（2）：259-260.

[11] 徐洋，刘文治，刘贵华.生态位限制和物种库限制对湖滨湿地植物群落分布格局的影响[J].植物生态学报，2009，33（3）：546-554.

[12] 王朝晖， 彭友林， 徐兆林， 等. 西洞庭湖湿地越冬期野生植物多样性[J].基因组学与应用生物学， 2009，19（2）： 93-94.

[13] 李晶， 于泽源， 耿美云.人工湿地植物景观营造的研究[J].科技资讯， 2005，（24） ： 116-117.

[14] 夏汉平.人工湿地处理污水的机理与效率[J].生态学杂志，2002，21（ 4） ： 51-59.

[15] Philip A M B，Alexander J H.Denitrification in constructed free water surface wetlands： II Effects of vegetation and temperature[J]. Ecological Engineering， 2000，14： 17-32.

[16] 牛小磊， 杨夏欣， 王志远. 美人蕉对西安护城河水体净化功能的初步研究[J].环境保护科学， 2007， 33（6）： 52-59.

[17] 吴振斌.复合垂直流人工湿地[M].北京： 科学出版社， 2008.

[18] 徐德福，李映雪.用于污水处理的人工湿地的基质、植物及其配置[J].湿地科学2007，5（1）32-37.

[19] 梁雪， 贺锋， 徐栋，等. 人工湿地植物的功能与选择[J].水生态学杂志， 2012，33（1）： 131-138.

[20] 郭焕晓， 马牧源， 孙红文. 中国北部沿海高盐度地区人工湿地植物研究[J].铁道工程学报， 2006， 99（9）： 7-9.

[21] 王卫红， 季民. 9种沉水植物的耐盐性比较[J].农业环境科学学报， 2007， 26（4）：1 259-1 263.

[22] 王旭明， 匡晶. 水芹菜对污水净化的研究[J].农业环境保护， 1999，18（1）： 34-35.

[23] 柳骅， 杨霞. 千屈菜在富营养化水体中生长及磷去除效果实现初报[J].浙江林业科技， 2005， 25（1）：42-46.

[24] 陈庆峰， 单宝庆， 马君健， 等.不同水生植物在暴雨湿地中的水质净化作用[J].环境科学与技术， 2001，33（4）： 24-28.

[25] Guntenspergen G R. Wetland vegetation [M]/ /Hammer D A. Constructed wetlands for wastewater treatment： municipal， industrial and agricultural. Boca Raton，FL： CRC Press， 1989.

[26] Gumbricht T. Nutrient removal processes in fresh water submersed macrophyte system[J] .Ecological Engineering， 1993， 3（8） ： 4-7.

[27] 章志琴， 方弟安， 徐卫红， 等. 荷花和睡莲对景观水净化的效果研究[J].江苏农业科学， 2009， （5）： 320-322.

[28] 成水平， 况琪军，夏宜净.香蒲、灯心草人工湿地的研究—Ⅰ净化污水的效果[J].湖泊科学， 1997，9（4）： 351-358.

[29] 张国治，姚爱莉，顾蕴璇，等.藻类对沼泽中氮、磷去除作用的初步研究[J].中国沼气， 1997，15（4）： 11.

[30] 周守标， 王春景， 杨海军，等. 菰和菖蒲在污水中的生长特性及其净化效果比较[J].应用与环境生物学报，2007，13（4）： 454-457.

推荐访问:天津 湿地 植物 农村 选择