人工濕地植物的作用和選擇

1、人工濕地植物的作用和選擇環(huán)科1101牛海鵬人工濕地是一種新型的污水處理模式,是以污水處理為目的的人工設(shè)計(jì)建造和監(jiān)督控制的與沼澤類似的地面。其設(shè)計(jì)和建造是通過對(duì)濕地自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物作用的優(yōu)化組合而進(jìn)行的,也正是利用這3種作用的協(xié)同關(guān)系進(jìn)行的廢水處理,使水質(zhì)得到不同程度的改善,同時(shí)通過營養(yǎng)物質(zhì)和水分的生物地球化學(xué)循環(huán),促進(jìn)綠色植物的生長,實(shí)現(xiàn)污水的資源化和無害化。植物是人工濕地的核心,不但可以去除污染物,還可以促進(jìn)污水中營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)和再利用,同時(shí)還能綠化土地,改善區(qū)域氣候,促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。1植物在人工濕地中的作用濕地植物能通過吸收、吸附和富集等作用去除污水中的污染物,包括

2、對(duì)氮、磷的吸收利用及對(duì)重金屬的吸附和富集。徐德福等的研究表明,種植美人蕉、菩提子、鳳眼蓮和蘆葦?shù)臐竦?，?duì)氮、磷去除率分別是10.91%59.32%和50.13%87.26%1進(jìn)行城鎮(zhèn)污水處理試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，種植水燭和燈心草的人工濕地中氮、磷的含量分別比無植物的對(duì)照基質(zhì)中的含量低18%28%和20%31%，可見水燭和燈心草吸收利用了污水中部分的氮和磷。污水中的氮以有機(jī)氮和無機(jī)氮兩種形式存在，其中無機(jī)氮作為植物生長過程中不可缺少的營養(yǎng)物質(zhì),能以離子形式(NH+4和NO-3)被植物吸收利用;部分有機(jī)氮被微生物分解成氨氮后，也能被植物吸收利用。當(dāng)植物從污水中吸收氮元素后,將氮元素合成植物蛋白質(zhì)等有機(jī)氮,最

3、后通過對(duì)植物的收割將它們從濕地系統(tǒng)中去除。對(duì)風(fēng)車草凈化生活污水的實(shí)驗(yàn)表明,每克干重風(fēng)車草能凈吸收污水中2.25mg氮。無機(jī)磷也是植物必需的營養(yǎng)元素,廢水中的無機(jī)磷在植物吸收及同化作用下可轉(zhuǎn)化成植物的ATP、DNA、RNA等有機(jī)成分,然后通過植物的收割而移去。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,出水總磷濃度達(dá)到或低于國家地面水三級(jí)標(biāo)準(zhǔn),處理效果接近二級(jí)生化處理廠,而且出水水質(zhì)穩(wěn)定,冬季仍能正常運(yùn)行,而無植物濕地系統(tǒng)磷的去除率僅為28%植物通過根部直接吸收水溶性重金屬,還能通過改變根

4、際環(huán)境來改變污染物的化學(xué)形態(tài),達(dá)到降低或消除重金屬污染物化學(xué)毒性和生物毒性的作用。垂直流人工濕地處理低濃度重金屬污水的試驗(yàn)表明風(fēng)車草能吸收富集水體中30%的銅和錳,對(duì)鋅、鎘、鉛的富集也在5%15%。研究發(fā)現(xiàn)種植在濕地中的寬葉香蒲等植物能夠吸附和富集銅、鎘、鉛、鐵和油類,吸附后的重金屬主要分布在根部有機(jī)污染物的吸收是通過植物和微生物共同作用完成的,其降解機(jī)制分為三方面:轉(zhuǎn)化、結(jié)合、分離。茭白、慈菇對(duì)城市污水BOD的去除率可達(dá)80%以上。水蔥可使食品廠廢水中COD降低70%80%,使BOD降低60%90%在用潛流人工濕地處理豬場廢水的研究中發(fā)現(xiàn),在夏季進(jìn)水COD高達(dá)10001400mg/L的情況下

5、,風(fēng)車草和香根草人工濕地對(duì)COD的去除率依然接近90%,且植物生長良好。植物的光合及蒸騰特性對(duì)其本身營養(yǎng)物質(zhì)的代謝有著重要的影響。濕地中的植物將光合作用產(chǎn)生的氧氣通過氣道輸送至根區(qū),在植物根區(qū)的還原態(tài)介質(zhì)中形成氧化態(tài)的微環(huán)境,為不同的微生物提供了各自適宜的生活環(huán)境。植物的蒸發(fā)蒸騰作用導(dǎo)致的水量變化是濕地水量平衡不可忽略的重要部分。人工濕地中微生物的種類和數(shù)量是極其豐富的,因?yàn)槿斯竦厮参锏母党Ｐ纬梢粋€(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),并在植物根系附近形成好氧、兼性和厭氧的不同環(huán)境,為各種不同微生物的吸附和代謝提供了良好的生存環(huán)境,也為人工濕地污水處理系統(tǒng)提供了足夠的分解者。研究表明,有植物的濕地系統(tǒng),細(xì)菌數(shù)量顯

6、著高于無植物系統(tǒng),且植物根部的細(xì)菌比介質(zhì)處高12個(gè)數(shù)量級(jí),植物的根系分泌物還可以促進(jìn)某些嗜磷、氮細(xì)菌的生長,促進(jìn)氮、磷釋放、轉(zhuǎn)化,從而間接提高凈化率。維持人工濕地的運(yùn)行環(huán)境。植物在人工濕地系統(tǒng)中起固定床體表面、提供良好過濾條件、防止?jié)竦乇挥倌嘤偃约岸局伪娴茸饔?。植物的生長能加快天然土壤的水力傳輸程度,當(dāng)植物成熟時(shí),根區(qū)系統(tǒng)的水容量增大。在植物的根和根系腐爛時(shí),剩下許多的空隙和通道,也有利于土壤的水力傳輸。植物還能減少風(fēng)對(duì)水的影響,繼而減小風(fēng)對(duì)濕地中的沉積物的影響,降低因?yàn)榇箫L(fēng)導(dǎo)致的濕地沉積物和再懸浮。植物的生長能調(diào)節(jié)濕地周圍的小氣候,美化生態(tài)環(huán)境,為鳥和爬行類動(dòng)物等提供棲息地。在研究中

7、指出,種有百合、風(fēng)信子的人工濕地使人們聯(lián)想到的是水上花園而非污水處理設(shè)施,同時(shí)也為壁虎、蜥蜴等環(huán)境有益動(dòng)物提供棲息場所。植物收割后可資源化利用而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值,例如將收割后的植物殘?bào)w用于堆肥以產(chǎn)生環(huán)境友好的生物肥,回收的植物還可以用作造紙?jiān)?、編織材料、牲畜的飼料或燃料等?人工濕地植物的選擇原則(1)優(yōu)先選用本土植物,慎重引入外來植物,避免引發(fā)生物安全性問題。由于人工濕地中的植物根系是長期浸泡在水中并接觸濃度較高且變化較大的污染物,因此,選用的水生植物除耐污能力強(qiáng)外,對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、土壤條件和周圍的動(dòng)植物環(huán)境要有很好的適應(yīng)能力,選用當(dāng)?shù)鼗虮镜貐^(qū)天然濕地中存在的植物。選擇去污能力強(qiáng)、凈化效果好

8、的的植物,主要考慮兩方面因素:一方面是植物的生物量較大,另一方面是植物體內(nèi)污染物的濃度較高。選用根系發(fā)達(dá)、莖葉茂密的植物。污水中的BOD5、COD、TN、TP主要是靠附著生長在水生植物根區(qū)表面及附近的微生物去除的,因此應(yīng)選擇根系比較發(fā)達(dá)的物種。選擇具有抗逆性的植物,即耐污能力,耐鹽能力,抗凍、抗熱能力,抗病蟲害能力強(qiáng)的物種，有助于濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定發(fā)展。耐污能力。大多數(shù)植物對(duì)于污染這種特殊的逆境有一定的適應(yīng)性,會(huì)產(chǎn)生一定的抗性,這種抗性在一定程度上具有遺傳性，從而可以進(jìn)行代間傳遞。耐鹽能力。根據(jù)實(shí)際情況的需要,如在鹽沼地區(qū)若需要選用人工濕地技術(shù),那么必須考慮選擇耐鹽能力強(qiáng)的植物物種?？箖?、

9、抗熱能力。由于污水處理系統(tǒng)是全年連續(xù)運(yùn)行的，故要求水生植物即使在惡劣的環(huán)境下也能基本正常生長，而那些對(duì)自然條件適應(yīng)性較差或不能適應(yīng)的植物都將直接影響凈化效果?？共∠x害能力。污水生態(tài)處理系統(tǒng)中的植物易滋生病蟲害，抗病蟲害能力直接關(guān)系到植物自身的生長與生存，也直接影響其在處理系統(tǒng)中的凈化效果.選擇景觀作用或一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物。目前，發(fā)達(dá)國家的人工濕地污水處理系統(tǒng)在治污的同時(shí)引入園林設(shè)計(jì)的理念，將治污與營造生態(tài)公園融為一體，使保護(hù)環(huán)境與美化人們的生活相輔相成，產(chǎn)生非常好的效果。日本的箱根濕生花園是濕地園林建設(shè)中比較成功的例子。它是日本政府專為保護(hù)濕地，重視對(duì)游人普及濕地科普教育知識(shí)而修建的。園內(nèi)植有

10、200多種濕生植物及其他植物共1700多種，一年四季花開爛漫，猶如仙境，花園深受人們的喜愛。推廣種植用于生產(chǎn)生物質(zhì)能源的植物。生物質(zhì)能源是指蘊(yùn)藏在生物質(zhì)中的能量，是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而貯存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量形式。它是人類利用最早、最多、最直接的能源，目前僅次于煤炭、石油、天然氣而居世界能源消費(fèi)總量第四位。生產(chǎn)生物質(zhì)的能源植物通常指具有較高還原性烴的能力，可產(chǎn)生接近石油成分和可替代石油使用的產(chǎn)品的植物，以及富含油脂的植物，包括速生薪炭林、含糖或淀粉植物、可榨油或產(chǎn)油植物以及其他可提供能源的植物。目前，多數(shù)能源植物的研究尚處于實(shí)驗(yàn)和示范階段，而我國把能源植物作為濕地植物種植方面所開展的工作幾乎空白。合理搭配不同植物物種。多物種的生態(tài)系統(tǒng)比單一物種的系統(tǒng)要穩(wěn)定。但也要考慮到不同種類的植物生長一起，不僅污染物凈化能力和景觀效果差異較大，而且存在著相互之間的作用。主要包括兩個(gè)方面:其一是對(duì)光、水和營養(yǎng)等資源的競爭;其二是植物之間通過釋放化感物質(zhì)，影響周圍植物的生長。另外，一些植物的枯枝落葉經(jīng)雨