生態(tài)修復(fù)工程中水生植物的選擇

生態(tài)修復(fù)工程中水生植物的選擇吳海翔（武漢沃田生態(tài)科技有限公司，武漢）摘要：河道的綜合治理中，人工濕地中水生植物的吸附、降解、同化是其中不可或缺的組成部分，應(yīng)當(dāng)針對(duì)不同水體環(huán)境合理選擇和搭配水生植物群落。本文主要介紹了在河道生態(tài)治理中水生植物種類的選擇，并著重論述了幾種典型沉水植物的以及漂浮植物鳳眼蓮的工程應(yīng)用特性。關(guān)鍵詞：水生植被；生態(tài)修復(fù)；人工濕地；鳳眼蓮ThechoiceofaquaticplantsinecologicalrestorationprojectWuHai-xiang（WuhanWoteamEcologyandTechnologyCo.,Ltdwuhan）Abatract：Theadsorption,degradation,assimilationoftheaquaticplantsinconstructedwetlandsisanintegralpartofthecomprehensiveimprovementsoftheriver.Weshouldselectandcollocatetheaquaticplantcommunitiesrationallyspecifictodifferentaquaticenvironment.Thispapermainlydescribestheselectionofaquaticplantspeciesintheecologicalimprovementsoftheriver,andfocusesontheengineeringcharacteristicsofseveraltypicalsubmergedplantsandthefloatingplantEichhorniacrassi.Keywords：aquaticvegetation;ecologicalrestoration;constructedwetland;Eichhorniacrassi0引言在河道綜合治理中，除了常見的河道清淤、截污工程、生態(tài)濾池、接觸氧化法等環(huán)境工程處理措施外，人工濕地是目前河道綜合治理中的廣泛采用的旁路生態(tài)處理措施，對(duì)水體污染物的削減、水生態(tài)環(huán)境的長(zhǎng)期穩(wěn)定具有重要意義，人工濕地中水生植物的吸附、降解、同化是其中不可或缺的組成部分。根據(jù)perfler等人的研究，種植植物和不種植物的系統(tǒng)對(duì)污水處理有明顯的差異，但是對(duì)于種植不同植物的系統(tǒng)的差異并不明顯［1］。吳振斌等通過建立小試系統(tǒng)”對(duì)有植物濕地系統(tǒng)和無植物濕地系統(tǒng)進(jìn)行了比較研究”結(jié)果表明有植物濕地系統(tǒng)春夏季平均磷的去除率在60%以上”即使在冬季也能達(dá)到40%以上，而無植物濕地系統(tǒng)磷的去除率僅為28%⑵。水生植被一般為隱性植被，其地理分布與氣候的關(guān)系沒有陸生植被顯著，多為廣布種。隨著對(duì)水生植物認(rèn)識(shí)和研究的加深以及大范圍野外考察的開展，發(fā)現(xiàn)水生植物也存在廣泛的地理差異，氣候、土壤、水文、水質(zhì)等因素均對(duì)水生植物有直接的影響。水生植物群落對(duì)不同的生境適應(yīng)力存在差異，凈化水質(zhì)與其它的生態(tài)功能也存在差異，在人工濕地的構(gòu)建中，應(yīng)當(dāng)針對(duì)不同水體環(huán)境合理選擇和搭配水生植物群落。1挺水水生植物在工程中的應(yīng)用Wetzel（1983）將水生植物劃分為以下4種生活型：挺水、浮葉、沉水、漂浮。在人工濕地的應(yīng)用中，它們可以發(fā)揮各自功能，共同構(gòu)成一個(gè)功能結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。作者簡(jiǎn)介：吳海翔（1987-），男，湖北武漢人，碩士研究生，研究方向?yàn)樗参锷鷳B(tài)學(xué)。colddown@126.com1.1挺水水生植物的概念挺水型水生植物一般生長(zhǎng)在水陸交錯(cuò)區(qū)的淺水以及岸邊濕地上，扎根于土壤中，上半植株挺出水面，植株具有發(fā)達(dá)的通氣組織將氣體傳輸?shù)剿鹿└o進(jìn)行呼吸作用。常見的挺水植物有蘆葦、荷花、香蒲等。1.2工程中常用的挺水水生植物應(yīng)用于河道綜合治理工程中的挺水植物主要有禾本科Gramineae(Poaceae)，莎草科Cyperaceae，燈心草科Juncaceae，香蒲科Typhaceae，所選水生植物通常以單優(yōu)群落的方式種植，防止不同物種種間競(jìng)爭(zhēng)，也防止植物通過分泌次生化合物干擾和抑制其它物種的生長(zhǎng)，比如寬葉香蒲T.latifolia，水蔥S.validusVahl.等植物的殘?bào)w如果不及時(shí)清理，則會(huì)腐爛產(chǎn)生次生化合物抑制周圍蘆葦?shù)纳L(zhǎng)［3］。一方面挺水植物通過吸收同化作用，能直接從濕地土壤中吸收可利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如水體中的N、P等。水中的銨鹽、硝酸鹽以及磷酸鹽都能通過這種作用被植物體吸收，最后通過被收割而離開濕地。另一方面挺水植物植物的根系是微生物重要的棲息、附著和繁殖的場(chǎng)所。相關(guān)文獻(xiàn)表明，植物根際的微生物數(shù)量比非根際微生物數(shù)量多得多，而微生物能起到重要的降解水中污染物的作用。而且，挺水植物的根系的輸氧作用創(chuàng)造了有利于好氧反應(yīng)的微環(huán)境，有利于固氮菌進(jìn)行固氮作用［4］。蘆葦、香蒲、菰、荷花是工程中最為常見的挺水植物，均為世界廣布種，在我國南北各地均有分布，其繁殖能力，環(huán)境適應(yīng)能力都非常突出。主要繁殖方式是產(chǎn)生發(fā)達(dá)的地下匍匐莖進(jìn)行克隆生長(zhǎng)，因此可以在短時(shí)間內(nèi)形成較大的單優(yōu)群落。根據(jù)其繁殖特點(diǎn)，在工程上種植人工濕地的時(shí)，可以采用其地下莖而不是成體進(jìn)行運(yùn)輸和栽培，節(jié)約成本。在人工濕地的管理中，每年都可以收割挺水植物的地上部分，其地下部分來年均可萌發(fā)，有如下優(yōu)點(diǎn)：1、防止其地上部分腐爛后將固定的N、P等污染元素再次釋放；2、產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)附加值。1.3挺水植物去污能力的對(duì)比比較不同挺水植物的去污能力，由于受到溫度，土壤，水文條件等各因素的綜合影響，因此不能夠簡(jiǎn)單的認(rèn)為某一種水生植物的去污力強(qiáng)于另一種，要具體情況具體分析。黃時(shí)達(dá)等比較了蘆葦，燈心草和菖蒲三種植物的污染物凈化能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)燈心草去除能力最強(qiáng)COD的去除率達(dá)到42%?46%，高吉喜等選擇了7種濕地植物，研究發(fā)現(xiàn)，慈菇和菱白的綜合凈化率最高，這些研究為選擇合適的人工濕地植物提供了一定的參考，構(gòu)建人工濕地時(shí)就可以考慮選擇凈化能力強(qiáng)的植物。1.4氣候因素對(duì)挺水植物選擇的影響施工地氣候也是選擇挺水植物的一個(gè)重要依據(jù)，在美國北卡羅來納州地區(qū)，通過實(shí)驗(yàn)證明挺水植物類中的燈芯草(Juncuseffuses)和庶草(Scirpusvalidus)適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件，并被成功地運(yùn)用于小型污水處理設(shè)施［5］。燈芯草作為濕地中一種普通的淡水挺水植物,在英國的牧場(chǎng)、沼澤地和其他潮濕地區(qū)作為一種優(yōu)勢(shì)物種隨處可見。成水平［6］等發(fā)現(xiàn)香蒲、燈芯草是武漢及北緯30°附近地區(qū)人工濕地較為適宜的水生植物,特別是燈芯草冬季生長(zhǎng)良好，是該地區(qū)更為理想的凈水植物。1.5水生植物的本地適應(yīng)另外，同一個(gè)種的不同居群也存在適應(yīng)性的差異，通過移栽實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)論，例如將黑龍江紅蓮移栽到武漢，以及將武漢東湖紅蓮移栽到哈爾濱，兩者的生長(zhǎng)及開花均沒有在本地種植生長(zhǎng)得好。因?yàn)榇嬖诒镜剡m應(yīng)的問題，在河道的生態(tài)修復(fù)過程中，不僅要考慮美觀性，而且要切合實(shí)際，盡量的使用適合該地區(qū)氣候和水文水質(zhì)條件的植物物種，以及盡可能的使用當(dāng)?shù)丶案浇闹参锶郝?，這樣，有利于植物的良好生長(zhǎng)，建立一個(gè)自然穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。1.6觀賞型挺水植物在濕地中的運(yùn)用觀賞型挺水植物在工程中也有廣泛應(yīng)用，如再力花，梭魚草，水生美人蕉等，這些挺水植物高大，挺拔，花色鮮艷，景觀效果突出，在人工濕地中還可以起到美化環(huán)境的作用。值得一提的是，園藝水生挺水植物的培育已經(jīng)非常廣泛，目前僅荷花便有超過700個(gè)園藝品種，梭魚草、水生美人蕉、水生鶯尾均有不同的花色的品種，蘆竹、菖蒲、水蔥等均有花葉品種。這些豐富的品種為人工濕地的構(gòu)建提供了更多的選擇，將會(huì)讓人工濕地變得更加豐富多彩。2浮葉植物在工程中的應(yīng)用2.1浮葉植物的概念浮葉型水生植物將進(jìn)行光合作用的葉片漂浮于水上，無明顯的地上莖或莖細(xì)弱不能直立，而它們的體內(nèi)通常貯藏有大量的氣體。2.2浮葉植物在人工濕地中的應(yīng)用工程中最常用的浮葉植物是睡蓮、荇菜、金銀蓮花、水罌粟等。目前在人工濕地中，對(duì)浮葉植物的應(yīng)用主要是看中其觀賞價(jià)值，使用較為局限。1、 浮葉植物受水文條件影響較大；2、 其凈化水質(zhì)的作用可以部分被人工浮島所取代。但是浮葉植物在水生生態(tài)系統(tǒng)中的作用仍然不可忽視。浮葉植物的生長(zhǎng)能顯著的降低上覆水體中NH4+-N、TN以及PO43--P、TP的水平，同時(shí)由于水生植物的生長(zhǎng)對(duì)藻類的克制作用，使水體中藻類的數(shù)量降低，提高水體透明度，改善水質(zhì)［7］。在河流生態(tài)系統(tǒng)中，由于水流的影響，浮葉植物的生長(zhǎng)受到一定的限制，浮葉植物多集中在河灣以及其它水流較緩的區(qū)域。在工程中，值得注意的是，某些浮葉植物的引入需要慎重，這里以菱和芡實(shí)為例。菱具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值以及觀賞作用，在南北各地均有廣泛種植，但是它產(chǎn)生的果實(shí)（菱角）帶有堅(jiān)硬的刺并且難以去除干凈，在人工濕地中會(huì)影響到施工的方便。芡實(shí)由于其葉面積大而具有一定的觀賞價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值而大量使用，但是它的葉片和莖上生有鋒利尖刺會(huì)影響工程施工。3沉水植物在工程中的應(yīng)用3.1沉水植物的概念沉水植物根莖扎根于泥中，整個(gè)植株浸沒于水下（部分沉水植物具備兩型葉），具有發(fā)達(dá)的通氣組織，能夠在水中進(jìn)行氣體交換。在水生植物中，沉水植物凈化水質(zhì)的能力是最強(qiáng)的，同時(shí)，沉水植物的生長(zhǎng)對(duì)水質(zhì)也是有一定的要求的，特別是水體的透明度。此外沉水植物可以為魚等水生動(dòng)物提供棲息和遮蔽場(chǎng)所以及作為生產(chǎn)者提供食物來源。典型的代表有眼子菜，金魚藻，狐尾藻等。3.2沉水植物與水體富營(yíng)養(yǎng)化沉水植物是水體中重要的初級(jí)生產(chǎn)者，對(duì)水體的功能具有非常重要的影響，它能阻留大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并對(duì)水體的污染作出敏感的反應(yīng).水生植物特別是沉水植物的恢復(fù)是解決富營(yíng)養(yǎng)化的重要舉措，但是選擇的種類不同將直接影響生態(tài)修復(fù)的效果。不同水生植物吸收水中N、P的能力是不同的［7］，較高的氮濃度，沉水植物衰退或消失是重營(yíng)養(yǎng)河流湖泊的普遍現(xiàn)象（OzimekandKowalczewski,1984；于丹等，1998）。大型水生植物的多樣性群落結(jié)構(gòu)與氮負(fù)荷顯著相關(guān)（Tracyetal.,2003）。沉水植物對(duì)水中富營(yíng)養(yǎng)的耐受能力低于其它生活型的水生植物。在進(jìn)行生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目的時(shí)候，需要對(duì)水環(huán)境進(jìn)行充分的評(píng)估，才能夠選擇到合適的沉水植物。凈化水體效果好的沉水植物并不一定適合所有的水體。這里以3個(gè)常見沉水植物的對(duì)比為例。金魚藻適合在較高營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的水體中生長(zhǎng)，狐尾藻適宜在中度營(yíng)養(yǎng)鹽水體中生長(zhǎng)。竹葉眼子菜適宜在低營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的水體中。因此要根據(jù)水體的營(yíng)養(yǎng)水平來選擇最適合的水生植物，切不可貪大求全，忽視客觀自然規(guī)律。以下是在工程中應(yīng)用較廣泛的水生植物，按耐污能力先后排序，以供參考［9］：1、 金魚藻(CeratophyllumLinn)，凈化效果一般(相比其它沉水植物，下同)，繁殖快，播種效率高。缺點(diǎn)是種子萌發(fā)率較低，植株基質(zhì)較脆弱，易折斷，移栽不易。中國南北均有分布。2、 狐尾藻(MyriophyllumLinn.)，凈化效果一般，依靠斷肢即可生根繁殖，繁殖速度快，生長(zhǎng)期長(zhǎng)。能夠耐受弱堿性水。缺點(diǎn)是植株過長(zhǎng)且易漂浮，景觀效果略差。中國南北均有分布。3、 菹草(P.crispusLinn.)，凈化效果較好，無性繁殖能力強(qiáng)，易播種。與大部分水生植物不同，菹草反季節(jié)生長(zhǎng)，最適生長(zhǎng)溫度10?20度，超過25度生長(zhǎng)受抑制，超過30度腐爛。其冬春季生長(zhǎng)的特點(diǎn)易于其它春夏季生長(zhǎng)的植物匹配從而實(shí)現(xiàn)四季植物的自然更替。缺點(diǎn)是在溫度升高的夏季集中腐爛，將固定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)集中腐爛并造成水質(zhì)急劇惡化。另外，其生長(zhǎng)繁殖迅速，易泛濫成災(zāi)，在河道中易堵塞河道。其植株較脆弱，不適合在流水中生長(zhǎng)。中國南北均有分布，但越到南方分布越少。4、 苦草(VallisnerisLinn.)，凈化效果較好，主要通過地下莖進(jìn)行克隆生長(zhǎng)，繁殖速度快。缺點(diǎn)是不便于大規(guī)模移栽。主要分布在華中和華北。5、 輪葉黑藻(H.vertillata(Linn.f.)Royle.)，凈化效果較好，生長(zhǎng)繁殖快。缺點(diǎn)是植株易折斷，不利于移栽。中國南北均有分布。6、 伊樂藻(Elodeanuttallii)，凈化效果較好，生長(zhǎng)繁殖快，移栽方便，成活率高，生長(zhǎng)期長(zhǎng)，四季存活。缺點(diǎn)是外來物種，有入侵風(fēng)險(xiǎn)。喜冷性，夏季易死亡，初春易形成單優(yōu)群落。外來種，我國歷史上沒有分布。7、 竹葉眼子菜(P.malaianusMiq.)，凈化效果好，可以適應(yīng)在流等流水中生長(zhǎng)，除了水生以外，可以適應(yīng)枯水后的濕生，對(duì)水位波動(dòng)具有一定的耐受力。花絮挺出水面，種子易收集。缺點(diǎn)是植株較大較長(zhǎng)，種子萌發(fā)率較低。8、 輪藻(CharaVaillantexLinn.)，凈化效果好，吸收水中礦質(zhì)能力強(qiáng)，是沉水植物中耐受深水能力最強(qiáng)的種類，生長(zhǎng)繁殖快，在山西等水體偏堿性地區(qū)是主要的優(yōu)勢(shì)種。缺點(diǎn)是植株脆弱，不易移栽，低等植物，種子不易收集，傾向于生長(zhǎng)在弱堿性水中。我國南北均有分布，但南方分布較少。9、 微齒眼子菜(P.maackianusA.Benn.)，凈化效果非常好，歷史上曾經(jīng)是長(zhǎng)江中下游優(yōu)勢(shì)種，繁殖速度快，可以扦插繁殖，斷枝即可生根發(fā)芽。缺點(diǎn)是對(duì)水質(zhì)要求高，不易成活。4漂浮植物在工程中的應(yīng)用4.1漂浮型水生植物的概念漂浮型水生植物種類較少，這類植株漂浮于水面之上，長(zhǎng)出不定根吸收水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，隨水流、風(fēng)浪漂泊。漂浮植物的生長(zhǎng)速度受水中營(yíng)養(yǎng)水平的限制，在營(yíng)養(yǎng)水平適宜的條件下，生長(zhǎng)迅速，能夠占據(jù)大面積的水域，遮蔽光照，造成危害。常見的有鳳眼蓮，大漂，浮萍，紫萍等。4.2人工濕地中常用的漂浮植物漂浮植物種類較少，目前在工程中能夠得到應(yīng)用的主要是鳳眼蓮。鳳眼蓮曾今是我國南方主要的入侵危害種之一，它的大量繁殖，覆蓋水面，堵塞河道，遮蔽光照，使水體缺氧發(fā)臭，照成巨大的生態(tài)災(zāi)難和經(jīng)濟(jì)損失，目前我國每年因鳳眼蓮造成的經(jīng)濟(jì)損失接近100億元.。但是另一方面，鳳眼蓮被列為世界上繁殖最快的植物之一!其個(gè)體可以在5d內(nèi)增長(zhǎng)一倍［10］，根系發(fā)達(dá)，吸收水中N、P和重金屬元素能力較強(qiáng)，利用鳳眼蓮來治理中度水污染成為了一個(gè)發(fā)展方向。鳳眼蓮在水中的繁殖能夠在一定程度上抑制水中藻類的生長(zhǎng)，俞子文等［11］研究了幾種水生植物的克藻效應(yīng)，結(jié)果表明風(fēng)眼蓮、大藻和水花生對(duì)雷氏衣藻均有克制作用，克藻效果為鳳眼蓮〉大藻〉水花生.國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所于2000年秋末冬初在莫愁湖中建立圍區(qū)，先后引種鳳眼蓮(E.crassipes(Mart.)Solms)、喜旱蓮子草(A.philoxeroides(Mart.)Griseb.)、伊樂藻(Elodeanuttallii)、菹草(Potamogetoncripus)和微齒眼子菜(Potamogetonmaackianus)等水生植物，用于凈化富營(yíng)養(yǎng)化湖水，結(jié)果表明，這些水生植物能快速提高水體透明度，對(duì)湖水中的N、P有較高的去除率，對(duì)藻類有明顯的抑制作用。4.3利用鳳眼蓮做生態(tài)修復(fù)潛在的問題但是，使用鳳眼蓮進(jìn)行生態(tài)修復(fù)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，其繁殖和擴(kuò)散過于迅速，難以控制，有可能會(huì)造成生態(tài)危害。并且鳳眼蓮難以回收，未回收的鳳眼蓮腐爛后，釋放的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)易造成二次污染。一般可以用人工或機(jī)械捕撈、化學(xué)控制法、生物控制法來控制鳳眼蓮，但是人工或機(jī)械捕撈法只局限于小范圍的鳳眼蓮爆發(fā)，化學(xué)控制法使用除草劑可能造成新的生態(tài)危害，而生物控制法存在較大的應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)。鳳眼蓮是一個(gè)熱帶種，在我國主要分布在華中和華南，其在熱帶以外的地區(qū)不能產(chǎn)生有繁殖能力的種子，只能通過無性繁殖［12］，它的無性繁殖體在北方寒冷地區(qū)無法越冬。所以可以利用鳳眼蓮無法在北方等地區(qū)無法越冬的特點(diǎn)，在較寒冷地區(qū)放養(yǎng)鳳眼蓮并將其控制在一定范圍內(nèi)。因此，使用鳳眼蓮來治理水污染，進(jìn)行生態(tài)修復(fù)應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體情況仔細(xì)論證，謹(jǐn)慎決策。5結(jié)論要利用水生植物作生態(tài)修復(fù)，必須充分考慮水生植物的生長(zhǎng)繁殖特性，以及具體的生境，從實(shí)際出發(fā)，遵循自然規(guī)律，科學(xué)理性的設(shè)計(jì)和實(shí)施工程。在設(shè)計(jì)人工濕地以及修復(fù)水生植被的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)對(duì)施工地點(diǎn)的具體情況進(jìn)行充分的調(diào)查了解，從氣候，水文，水質(zhì)，土壤等綜合因素入手，并結(jié)合具體的施工條件和工程目的，科學(xué)的篩選適合栽種的水生植物，并且進(jìn)行合理的搭配和規(guī)劃，已達(dá)到以下的條件：1、 濕地的生態(tài)功能完備，穩(wěn)定；具備一定自凈能力，并且能夠達(dá)到自穩(wěn)態(tài)，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)揮作用；2、 工程的設(shè)計(jì)和規(guī)劃要符合施工的具體要求，簡(jiǎn)便易行，節(jié)省造價(jià)；3、 濕地應(yīng)當(dāng)具備一定的美化環(huán)境的價(jià)值，在選擇和搭配水生植物群落的時(shí)候，從園林景觀的角度合理設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)1WUZHENBIN,ZHANDEHAO,ZHANGSHENG,etal.Designmethodandpurificationefficiencyofintegratedverticalflowconstructedwetland［J］.EngineeringJournalofWuhanUniversity,2003,36(1)：12?16.2吳振斌，陳輝蓉，荷鋒等。人工濕地系統(tǒng)對(duì)污水磷的凈化作用，水生生物學(xué)報(bào)，2000,25(1)：28?