水生植物在人工濕地廢水凈化中的應用

水生植物作為人工濕地廢水處理系統的一個(gè)重要組成部分，在廢水凈化過(guò)程中起重要作用。本文對人工濕地生態(tài)工程中水生植物的作用，常用的植物種類(lèi)及國內外對其選擇的研究進(jìn)行了綜述。并在此基礎上介紹了目前浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院農業(yè)生態(tài)與工程研究所利用水生植物凈化養鴨場(chǎng)廢水的研究狀況。

1、引言

水生植物不僅是營(yíng)造水體景觀(guān)不可或缺的要素，而且在人工濕地廢水凈化過(guò)程中起重要作用。Shun-RenJing(2001)就認為濕地的凈化能力主要是由濕地中植物的生長(cháng)情況決定的。在人工濕地凈化廢水過(guò)程中，水生植物作用可以歸納為三個(gè)重要的方面：
（1）直接吸收利用污水中可利用態(tài)的營(yíng)養物質(zhì)、吸附和富集重金屬和一些有毒有害物質(zhì)；
（2）為根區好氧微生物輸送氧氣；
（3）增強和維持介質(zhì)的水力傳輸（成水平等，2002）。此外，有些水生植物具有美觀(guān)可欣賞性，能改善周?chē)�景觀(guān)，從而體現出人工濕地的生態(tài)美學(xué)價(jià)值；有些水生植物具有一定的經(jīng)濟價(jià)值，如選擇綠化用的苗木、花卉等作為濕地植物，這就能使人工濕地在凈化廢水的同時(shí)，體現出它一定的經(jīng)濟價(jià)值。 
 
2、常用人工濕地植物種類(lèi)及篩選研究

水生植物根據其生態(tài)型可分為挺水植物、浮葉和漂浮植物、沉水植物三大類(lèi)。研究和實(shí)踐上常用的濕地植物是挺水植物，如蘆葦（Phragmitescommunis）、香蒲（Typhalstifolia）、燈心草（Juncuseffusus）、菖蒲（Acoruscalamus）、水蔥（Scirpusvalidus）等等。北卡羅來(lái)納州的豬場(chǎng)廢水處理主要以蘆葦構建植被；丹麥、印度的人工濕地主要用蘆葦和寬葉香蒲；1989年以來(lái)，捷克所建人工濕地多數用蘆葦作植被；在我國，廖新悌等（2002）利用風(fēng)車(chē)草（Cyperusalternifolius）和香根草（Vetiveriazizanioides）人工濕地來(lái)處理豬場(chǎng)廢水，對廢水氮和磷有不同程度的凈化效果。袁東海等(2004)研究了石菖蒲、燈芯草和蝴蝶蘭花3種植被類(lèi)型的人工濕地來(lái)凈化生活污水，觀(guān)察它們對COD和總氮的去除效果。結果表明，石菖蒲植被人工濕地凈化效果最好；其次為燈芯草植被人工濕地，再次為蝴蝶蘭花植被人工濕地。

挺水植物通過(guò)對水流的阻尼和減小風(fēng)浪擾動(dòng)使懸浮物質(zhì)沉降，并通過(guò)與其共生的生物群落相互作用，發(fā)揮凈化水質(zhì)的功能。它主要吸取深部底泥中而不是水中的營(yíng)養鹽，但是同時(shí)它的殘體往往滯留水底，礦化分解后會(huì )污染水體，因此在人工濕地管理過(guò)程中應及時(shí)收割。Per-Anders等（2004）提出把蘆葦地上部分在養分含量最高的夏季進(jìn)行收割，收獲部分用以發(fā)酵沼氣。

然而在人工濕地中通過(guò)吸收移走養分的能力方面，挺水植物被普遍認為不如浮葉和漂浮植物，因為后者往往有極快的繁殖速度，且根系直接從水體中吸收養分與元素，并對懸浮顆粒產(chǎn)生過(guò)濾與吸附效果。十幾年來(lái)研究結果也表明，一些浮葉和漂浮植物如水葫蘆(Erichhorniacrassipes)、水花生(Alternantheraphiloxeroides)、石蓮花(Hydrocotyleumbellata)、浮萍(Lemnaspp.)有很強的耐污能力，特別是凈化富營(yíng)養化廢水，有較好的凈化效果。在這些水生植物中，很多學(xué)者對水葫蘆在實(shí)驗室和野外進(jìn)行了大量的研究，認為水葫蘆能在很大程度上去除廢水中的有機物(ReddyandSmith，1987)，而且它具有驚人的繁殖速度，在適宜條件下，每5天可繁殖一新植株，也能以開(kāi)花結實(shí)產(chǎn)生種子而進(jìn)行有性繁殖（吳丹等，2001）。龐金華等（1997）研究認為，水葫蘆和水花生在有機廢水中正常生長(cháng)的上限COD高達1000mg/L。

沉水植物和湖底水生植被的存在可阻止上層水體動(dòng)力擾亂濕地底部，有效地遏制底泥營(yíng)養鹽向水體釋放。沉水植物是決定水體磷營(yíng)養狀態(tài)的重要因素，例如菹草(Potamogetoncrispus)兼具保持與釋放磷營(yíng)養的雙重作用。印度靜水濕地中菹草的磷營(yíng)養分別來(lái)自水體和沉積物；丹麥溪流中包括菹草在內的四種沉水植物僅靠葉片的攝取即可滿(mǎn)足對礦質(zhì)營(yíng)養的需求(MadsenandCedergreen，2002)。同時(shí)沉水植物通過(guò)與浮游植物競爭養分、植化相克等作用抑制浮游植物的生長(cháng)（種云霄等，2002）。一般水生植物能吸附、富集一些有毒有害物質(zhì)，如重金屬鉛、汞、砷、鉻、鎘、鎳、銅等，其吸收積累能力為沉水植物>漂浮植物>挺水植物（吳建強等，2005）。

3、利用水生植物凈化養鴨場(chǎng)廢水

現階段我們的研究主要是應用人工濕地生態(tài)工程處理養鴨場(chǎng)極富營(yíng)養化水體，而水生植物是濕地發(fā)揮功能的主要因素，因此我們通過(guò)篩選水生植物來(lái)優(yōu)化濕地的凈化功能。本研究以浙江省德清縣利虹禽業(yè)有限公司的蛋鴨養殖場(chǎng)為基地，它是浙江省較大的蛋鴨養殖場(chǎng)，占地面積達53360m2，其中水面面積為13340m2，全年飼養蛋鴨、種鴨10萬(wàn)只。但大量鴨糞排入到鴨放養池中，使鴨池中的水極度富營(yíng)養化，這嚴重影響了鴨子的健康、蛋鴨的產(chǎn)蛋率及蛋的品質(zhì)。特別是高溫季節，排水量增加，過(guò)多過(guò)肥的池水又造成了水田肥害，河水的富營(yíng)養化，對當地生態(tài)安全構成極大的威脅。

從鴨場(chǎng)排出的廢水不像工業(yè)廢水或其它廢水含有重金屬和一些有毒有害物質(zhì)，它主要是富含N、P的富營(yíng)養化水體，完全可以進(jìn)行回收利用。2005年8月，我們在該蛋鴨養殖場(chǎng)內建立了面積為667m2的人工濕地，以水葫蘆作為主要植物凈化畜禽養殖業(yè)廢水的一級處理，對其凈化畜禽養殖業(yè)廢水的效果和機理也進(jìn)行了初步的探索。水葫蘆除了具有繁殖速度快、耐污能力強、根系發(fā)達等特點(diǎn)外，還可以作為畜禽良好的青飼料。通過(guò)定期收獲濕地中的水葫蘆把它作為鴨子的青飼料，不但進(jìn)一步加強了濕地的凈化能力，而且實(shí)現了物質(zhì)的循環(huán)利用。

水生濕地植物往往是熱帶或亞熱帶植物，大多在寒冷的環(huán)境條件下不能生存或生長(cháng)不好，這樣人工濕地的去污能力就會(huì )下降甚至消失。所以在濕地植物的選擇中，除了考慮其耐污能力強、凈化能力強、生長(cháng)速度快和根系發(fā)達等因素外，還應該注意其耐寒能力。在浙江水葫蘆一般在夏秋季節生長(cháng)旺盛，而在冬春季節由于氣溫太低而不能生長(cháng)，因此在冬春季節我們主要運用耐寒能力較強的黃菖蒲(Irispseudocorus)作為主要濕地植物。

但是我們發(fā)現人工濕地凈化廢水的能力是有限的，廢水經(jīng)濕地凈化后，其有機物和營(yíng)養物質(zhì)含量仍然較高。因此在以后的研究中，我們設計運用多級人工濕地來(lái)凈化鴨場(chǎng)養殖廢水（見(jiàn)圖1）。

把水葫蘆黃菖蒲人工濕地作為廢水的一級處理，把經(jīng)一級凈化的水排入魚(yú)塘，進(jìn)行二級處理，在三級處理中主要種植一些水生經(jīng)濟植物，如茭白(Zinanialatifoliaturcz.)、慈姑(Sagittariatrifolia)等，經(jīng)三級處理后的水可以用來(lái)灌溉水稻田，最后將凈化后的水經(jīng)過(guò)河道返回鴨場(chǎng)。

鴨場(chǎng)的廢水氮磷含量非常高，因此水葫蘆的生長(cháng)極其迅速，其覆蓋面積在四十天后就增加了一倍，對氮磷的去除率都在30%左右。相比之下，黃菖蒲的生長(cháng)速度與凈化功能都不及水葫蘆，當然這與氣溫等條件都有一定的關(guān)系�？傊�，關(guān)于人工濕地水生植物的篩選問(wèn)題還需要我們長(cháng)期深入的研究。 
 
4.結語(yǔ)

利用水生植物凈化廢水具有成本低，易推廣應用，并具景觀(guān)美化等功能，因此，隨著(zhù)研究的深入和技術(shù)的集成與組裝，水生植物在凈化廢水中的應用將會(huì )越來(lái)越廣。