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人工湿地植物研究现状

第24卷第4期浙江林业科技Vol. 24 No.4 2 0 0 4年7 月 JOUR. OF ZHEJIANG FOR. SCI. & TECH. Jul., 2 0 0 4

文章编号:1001-3776(2004)04-0056-03 

 

人工湿地植物研究现状 

 

李志炎1,唐宇力1,杨在娟2,岳春雷2 

(1. 浙江省杭州植物园,浙江 杭州 310013;2. 浙江省林业科学研究院,浙江 杭州 310023)

摘要:植物是人工湿地污水处理系统的一个非常重要的组成部分。本文对人工湿地系统植物的作用、植物的类型和种类进行了阐述,并提出了人工湿地植物研究中存在的问题。 

关键词:湿地;植物;问题 

中图分类号:Q948.8 文献标识码:A 

 

人工湿地是在天然湿地的净化功能基础上,参入人为因素的一种由人工将砾石、砂、土壤、煤渣等介质按一定比例构成的底部封闭并有选择性植入水生植物的污水处理系统。植物、基质、微生物相互协同,对污水的净化共同起作用。它具有处理效果好、运转维护管理方便、工程基建和运转费用低、以及对负荷变化适应能力强等特点,比较适合于技术管理水平不高、规模较小的城镇或乡村的污水处理。植物是人工湿地的重要组分,本文主要对人工湿地植物的种类选择、植物的作用及存在的问题进行阐述。 

1 人工湿地植物种类选择 

目前在国外已有许多水生植物种类被用于人工湿地废水处理系统。国外最常用的植物种类是芦苇、香蒲和灯心草(Haberl, 1995;Kadlac, 1996; Bankston et al., 2002)。此外,凤眼莲、黑三棱、水葱等植物也比较常用(Vymazal, 2002)。在国内湿地植物种类的应用主要借鉴了国外的经验,最常用的植物种类与国外基本一致(张甲耀等,1998;阳承胜等,2001)。除了上面提到的植物种类以外,国内采用的植物还有香根草、茭白、苔草、大米草、小叶浮萍、菹草、池杉等(成水平等,1997;吴振斌等,2001;廖新俤,2002)。目前,在人工湿地植物种类应用方面,国内外均是以水生植物类型为主,尤其是挺水植物,对于中生植物几乎没有被采用。 

由于不同植物种类在营养吸收能力、根系深度、氧气释放量、生物量和抗逆性等方面存在差异,所以它们在人工湿地中的净化作用并不相同。因此,开展植物净化功能的比较研究对于种类的选择非常有必要。在选择净化植物时既要考虑地带性、地域性种类,还要选择经济价值高、用途广以及与湿地园林化建设相结合的种类,尽可能的做到一项投入多处收益。Tanner (1996)提出用于人工湿地系统的植物种类应具备以下特征:(1)生态接受性(Ecological Acceptability):例如,不能对周围的自然生态系统的生态和遗传整体性产生显著的杂草威胁和疾病灾害;(2)对当地的气候和病虫害具有耐受性;(3)对污染物和高度富营养化水具有耐受性;(4)在湿地环境,能够繁殖、建群、扩展和生长;(5)较高的污染物去除能力。直接吸收和贮存,或者通过促进微生物的转化作用(如硝化和反硝化)发挥间接作用。具体的要求要依据植物在湿地的功能作用而定。 

近年来,国外在植物选种方面开展了一些研究工作。Ennabili et al.(1998)对芦苇、香蒲等9种植物的生物量和N、P、K积累量进行了比较,为人工湿地选择出高性能的植物种类。研究结果表明,芦苇、香蒲和

4期李志炎,等:人工湿地植物研究现状 57

Sparganium erectum 具有较高的氮磷吸收能力。Tanner(1996)比较了8种挺水植物在人工湿地的生长和营养吸收能力,认为芦苇、菰(Zizania latifolia)、Glyceria maxima 适合于处理低浓度废水的人工湿地采用。Greenway(1997)对当地49种和外来11种植物的氮磷含量进行了比较研究,为湿地植物种类的筛选提供了有益的参考。 

在国内,以人工湿地植物种类选择为直接目的的实验研究相对较少。张甲耀等(1998)比较了芦苇、茭白、穿心莲人工湿地的净化效果。但是,我国在利用植物净化废水方面开展的相关研究工作很多(如浮床栽培植物)。如戴全裕等(1998)研究了水芹等水生高等植物对废水中黄金和银的净化和富集特性;宋祥甫等(1998)开展了在富营养化水体表面种植水稻、美人蕉等陆生高等植物的研究,在收获农产品、美化水域的同时,达到了净化水质的目的。所有这些研究成果对人工湿地植物种类选择都具有十分重要的参考价值。 

2 植物在人工湿地中的作用 

在人工湿地净化污水过程中,植物的作用可以归纳为三个重要的方面:(1)直接吸收污水中可利用的营养物质、吸附和富集重金属和一些有毒有害物质;(2)为根区好氧微生物输送氧气;(3)增强和维持介质的水力传输。除此之外,植物根系能分泌多种有机复合物,为微生物提供碳源。 

植物根系能从污水中吸收营养物质。有根的植物主要是通过根系摄取营养物。沉水植物和漂浮植物通过茎和叶从周围水中吸收营养。不同的植物类型和种类,植物的吸收潜能有差异(Brix,1994)。挺水植物的吸收潜能为50  ̄ 150kg?hm-2?a-1和1 000  ̄ 2 500kgN?hm-1?a-1,而沉水植物的吸收潜力相对较低(小于100kg P?hm-2?a-1和700kgN?hm-2?a-1)。香蒲属植物在我国常见的有近10种,有的种类能长至几米,有的则高不足30cm。长苞香蒲和水烛等大型种类具有粗壮的根系和许多发达的不定根,是较佳的净水植物;而小型种类(如小香蒲)的根系发达程度无法与前者相比,净化污水的效果差一些。成水平等(1998)在城镇污水处理试验中发现,种植水烛和灯心草的人工湿地基质中氮、磷的含量分别比无植物的对照基质中的含量低18%  ̄ 28%和20%  ̄ 31%,可见水烛和灯心草吸收利用了污水中部分的氮和磷物质。在海涂,芦苇床湿地系统是削减进入海洋过量营养物质的强有力手段(Hosokawa et al., 1992)。 

湿地植物根系也能从污水中吸附和富集重金属和一些有毒有害物质。Groudeva et al.(2001)研究发现,Typha latifolia、Typha augustifolia、 Phragmites communis、Scirpus lacustris、Juncus spp能吸附、富集Cu、Cd、 Pb、Fe和油类,重金属元素主要分布在根部。利用垂直流人工湿地处理低浓度重金属污水的试验结果表明,Cyperus alternifolius能吸收富集水体中30%的铜和锰,对锌、镐、铅的富集也在5%  ̄ 15%(Cheng et al., 2001)。不同植物种类富集重金属和一些有毒有害物质的能力不同。有许多陆生植物具有超强的富集重金属能力,植物体内的金属含量可达0.1%  ̄ 1%。除了从自然界寻找具有超高积累能力的植物种类外,目前正在尝试开发具有超强积累能力的新的转基因品种。 

植物释放氧到根区,通过对基质的氧化还原电位的影响来影响基质中的生物地球化学循环(Sorrell and Armstrong, 1994)。湿地环境对很多生物来说是一种严酷的逆境,最严酷的条件是湿地土壤缺氧。缺氧条件下,生物不能进行正常的有氧呼吸,还原态的某些元素和有机物的浓度可达到有毒的水平。人工湿地中植物能将光合作用产生的氧气通过气道输送至根区,在植物根区的还原态介质中形成氧化态的微环境。这种根区有氧区域和缺氧区域的共同存在为根区的好氧、兼性和厌氧微生物提供了各自适宜的小生境,使不同的微生物各得其所,发挥相辅相成的作用。好氧和厌氧区域的同时存在为硝化—反硝化和其它污染物的转化创造了条件(Mitsch and Gosselink, 2000)。目前,氧的释放速率已被测量。如,Juncus ingens的释放速率为126 mol O2/g(root dry mass)?h(Sorrell and Armstrong, 1994);宽叶香蒲为120  ̄ 200 mol O2/g(root dry mass)?h。不同植物释放氧的潜力不同,宽叶香蒲远大于灯心草。 

除了氧以外,根系统还可释放其它物质。在一些早期研究中,德国Maxplanck研究所的Seidel博士证明,灯芯草可从根部释放抗生素,当污水经过灯芯草植被后,一系列细菌如大肠杆菌、沙门氏菌属和肠球菌明显消失。一些沉水植物能释放复合物影响其它物种的生长。何池全等(1999)研究表明,石菖蒲具有克藻效应。植物通过根还可释放很多有机复合物。这种释放的数量目前还不清楚。但报道的值一般占光合作用固定碳的

10%  ̄ 40%。在某些人工湿地类型中,由根分泌的这种有机碳可作为反硝化者的碳源从而增加了硝酸盐的去除率(Ingersoll et al., 1998)。 

在潜流型人工湿地中,基床中的水流一般是通过由活的或死的根和根区形成的沟道及土壤的孔隙。当根和根区生长时,它们疏松了土壤,当根和根区死亡腐烂后,留下一些孔或沟(大孔),被认为在一定程度上增加和稳定了土壤的水力传导性(Stottmeister et al., 2003)。据报道,即使较板结的土壤,在2  ̄ 5a内,经过植物根系的穿透作用,其水力传输能力可与砂砾、碎石相当。成水平(1997)进行的人工湿地处理污水的试验中发现,经过3  ̄ 5个月的污水处理后,不种植物的对照土壤介质板结,发生淤积;而种有水烛和灯心草的人工湿地渗虑性能好,污水能很快地渗入介质。植物的生长能加快天然土壤的水力传输程度,且当植物成熟时,根区系统的水容量增大。芦苇根茎形成的大空隙可以将根围的导水性稳定在相当于粗沙的水平上2  ̄ 5a。 

参考文献: 

[1] 成水平,况琦军,夏宜峥. 香蒲、灯心草人工湿地的研究:1.冶化污水的效果[J].湖泊科学,1997,9(4):351 - 358. [2] 成水平,夏宜铮.香蒲、灯心草人工湿地的研究:Ⅱ.净化污水的空间[J].湖泊科学,1998,10(1):62 - 66. 

[3] 何池全, 赵愧义, 叶居新. 石菖蒲净化富营养化水体的研究[J]. 南昌大学学报(理学版),1999,23(1):73 - 76. 

[4] 廖新锑,骆世明.人工湿地对猪场废水有机物处理效果的研究[J]. 应用生态学报,2002,13(1):113 - 117. 

[5] 宋祥甫,邹国燕,吴伟明,等. 浮床水稻对富营养化水体中氮、磷的去除效果及规律研究[J]. 环境科学学报,1998,18(5):489 - 494. 

[6] 吴振斌,陈辉蓉,贺锋,等.人工湿地系统对污水磷的净化效果[J]. 水生生物学报,2001,20(1):28 - 35. 

[7] 阳承胜,蓝崇钰,束文圣.宽叶香蒲人工湿地对铅、锌矿废水净化效能的研究[J]. 深圳大学学报,2000,17(2 - 3):51 - 57. [8] 张甲耀,夏盛林,崔克辉.潜流型人工湿地污水处理系统中芦苇的生长特性及净化能力[J].水处理技术,1998,24(6):363-367. [9] Bankston J L. Degradation of trichloroethylene in wetland icrocosms containing broad-leaved cattail and eastern cottonwood[J]. Water Research, 2002(36):539 - 1546. 

[10] Brix H. Functions of macrophytes in constructed wetlands[J]. Wat. Sci. Tech.,1994,29(4):71 - 78. 

[11] Cheng S,Grosse W,Karrenbrock F,et al. Efficiency of constructed wetlands in decomtamination of water polluted by heavy metals[J]. Ecol.Eng., 2001,18(3):317 - 325. 

[12] Ennabili A., Ater M., Radoux M. Biomass production and NPK retention in macrophytes from wetlands of the Tingitan Peninsula[J]. Aquatic Botany, 1998(62):45 - 56. 

[13] Greenway M. Nutrient content of wetland plants in constructed wetlands receiving municipal effluent in tropical Australia[J]. Wat.Sci.Tech., 1997,35(5):135 - 142. 

[14] Groudeva V I., Groudev S N., Doycheva A S. Bioremediation of waters constaminated with crude oil and toxic heavy metal[J]. Int. Miner.Proccess.,2001(62):293 - 299.

[15] Haberl R, Perfler R., Mayer H. Constructed wetlands in Europe[J]. Wat.Sci. Tech., 1995,32(3):306 - 315. 

[16] Hosokawa Y.. Horie T. Flow and particulate nutrient removal by wetland with emergent macrophyte[J]. Sci Total Environ., Suppl. 1992,1 271 - 1 282. 

[17] Ingersoll T L., Baker L A. Nitrate removal in wetland microcosms[J]. Wat. Res.,1998,32(3):677 - 684. 

[18] Kadlec R H, Knight R L. Treatment Wetlands[M]. Lewis Publishers, Boca Raton, FL. 

[19] Mitsch W J,Gosselink J G. Wetland[M]. Third ed. Wiley. New York. NY 2000. 920. 

[20] Sorrell B K, Armstrong W. On the difficulties of measuring oxygen release by root systems of wetland plants[J]. Ecol. 1994(82):177 - 183. 

[21] Stottmeister U, Wionβner A, Kuschk P, et al. . Effects of plants and microorganisms in constructed wetlands for wastewater treatment[J].Biotechnology Advances,2003(22):93 - 117. 

[22] Tanner C C. Plants for constructed wetland systems-A comparison of the growth and nutrient uptake of eight emergent species[J]. Ecological Engineering, 1996(7):59 - 83. 

[23] Vymazal. J. The use of sub-surface constructed wetlands for wastewater treatment in the Czech Republic 10 years experience[J]. Ecological Engineering, 1998:633 - 646. 

 

(下转第62页) 

本该是盛产期的四季豆、茄子等,因缺水枯萎减产严重。 

4 对策与建议 

(1)根据浙江省森林的自然分布规律和社会经济的发展、生态省建设的需求等,进行合理的森林资源配置,以满足全省经济建设和社会发展对森林的各种需求。加强对亚热带地带性植被——常绿阔叶林的恢复和保护,加大封山育林的力度,切实提高林分的质量,使森林充分发挥其生态屏障和生态环境主体作用,加快生态省的建设步伐。 

(2)在发展名特优新经济林的同时,积极提倡生态栽培模式,达到多重效益兼收并蓄。 

(3)因地制宜、适度发展高山蔬菜等经济作物。杜绝以毁林种菜、毁林种药等不利可持续发展的方式来换取短期经济效益的行为。 

 

 

Effect of High Temperature and Drought on Forestry 

in Zhejiang and Countermeasures 

 

XU Li-qun1,LAN Xiao-guang2,GAO Zhi-hui1,DU Guo-jian1,QI Lian-zhong1,LIU Ya-qun1 

(1. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China; 2. Zhejiang Provincial Forestry Department, Hangzhou 310020, China)

Abstract: Survey on effect of high temperature and drought on forest, especially on economic forest in 2003 in Zhejiang province demonstrated that forest had functions of ecology, lowering temperature and increasing humidity. Therefore, propositions were offered such as rational distribution of forest, increasing of forest quality, promoting ecological cultivation model of economic forest. 

Key words: high temperature; lower temperature and increase humidity; ecological screen

 

※※★★○○◆◆※※★★○○◆◆※※★★○○◆◆※※★★○○◆◆※※★★○○◆◆※※★★○○◆◆ (上接第58页) 

 

Current Situation of Study on Plants on Constructed Wetland

LI Zhi-yan1,TANG Yu-li1,YANG Zai-juan2,YUE Chun-lei2 

(1. Hangzhou Botanical Garden of Zhejiang, Hangzhou 310013, China; 2. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China)

Abstract: Plants at constructed wetland are important for Sewage Treatment System. Description was made on functions of wetland plants, types and species of these plants. Problems were pointed out on study of wetland plants. 

Key words: wetland; plant; problem 

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