人工湿地水生植物的管理和维护

2013-04-08杨丽敏

水利技术监督 2013年5期

高雷陈卓杨丽敏

（河北省遵化市天津引滦工程黎河管理处，天津市 064200）

人工湿地是对非点源污染进行净化处理，是一种投资低、处理能力稳定、易于维护的生态处理方式。通过人工湿地的人工基质和水生植物，形成基质－植物－微生物生态系统，将污染物质和营养物质吸收、转化、分解，以达到净化水质的作用。同时，对引水力脉冲或污染造成的冲积具有显著的缓冲作用，还可为野生动物提供栖息场所，可有效恢复河流的生物多样性，改善河流水质。

天津市引滦工程黎河管理处根据黎河输水河段支流污染情况分布及支流来水特征，选择龙湾桥支流口和西山桥支流口建设了人工湿地生态治理示范工程，通过两年运行监测成果来看，有效减轻了支流污染物汇入对引滦黎河干流水质的影响，有效改善了周边水环境，起到了良好的生态景观效果。同时，黎河管理处在人工湿地实际运行中总结出湿地水生植物管理经验，为后续支流污染治理工程实施及同类湿地水生植物后期管理提供了参考。

1 水生植物生长期管理

水生植物在处理系统中对微生物生长和污染物净化方面起着重要作用，因此，维护其健康生长对系统的运行是非常重要的。首先一点是必须选择适合于处理系统环境条件变化的水生植物种类，确保其健康生长和覆盖。如果设计中选择的水生植物不能耐受实际的运行条件，需要考虑补充其它更合适的植物种类，以保证所需的覆盖率。但如果没有更合适的植物可供选择，则需改变系统的运行条件，以便促进系统中水生植物的健康生长。

只要水深和污染物负荷控制在设计标准以内，一般水生植物不需要进行过多的日常维护，其自身可按生长—枯萎—再生长进行健康循环。湿地植物可以蔓延生长到条件适宜的环境中，也会因环境条件的恶化而死亡，如此构建起生长和分布的自身平衡。但由于运行和设计问题，可能导致植物覆盖率的减少，需要进行必要的管理和维护。一般通过调整水位、长期或短期降低负荷、合理的植物收割、种植适宜性植物、移除杂生植物等措施进行维护和管理。

其它一些形式的植物管理如除草剂、杀虫剂的使用应尽量避免，因为这些活动会改变天然水体的生态功能和系统平衡，甚至对出水水质产生不利影响。

2 冬季运行管理

北方冬季气温较低，河道表面通常会结冰，此时如果运行管理不当，甚至会造成湿地进水管道的冻结，影响湿地系统的正常运行。而对于植物而言，受冬季低气温条件的影响，水生植物的地上组织全部枯萎，植物的水质净化功能也会大大降低，但由于本示范工程中水生植物均为多年生植物，根系在冬季虽然其活性降低，但并不会死亡。因此，冬季运行管理的关键是防止对湿地布水管网的冻结和水面结冰对植物根系的影响。

潜流湿地系统的冬季防冻，在冬季结冰前一个星期（可根据天气预报掌握气湿变化）将水位升至湿地表面30cm，保持湿地高水位运行。随着气温的下降，湿地表面开始形成冰层，待冰面厚度达到20～25cm后，再降低水位，将运行水位保持在布水管道的高度（即填料表面以下 15cm左右），湿地表面保留挺立的植物枯茎，将有助于形成绝热冰盖层，保证下面水的流通，这样就形成了湿地表面的冰盖层，而且冰盖层以下保留有15～20cm空气保温层，不仅可以防止冬季布水管道的冻结，保证湿地系统的冬季正常运行，而且由于冰盖层以下空气层的存在，可以有效保存植物根系在冬季的活性。

3 水生植物收割管理

目前，学术界对于水生植物对污染物的去除机理存在两种观点。

一种观点认为，湿地系统对营养物质的去除主要基于植物机理。植物根系吸收污水中的营养物质并转化为植物的细胞组织，随着水中营养物质浓度的增加，植物对营养物质的吸收能力也不断增加，达到最大值后便开始减少，但只要组织中的营养物质能够满足植物的生长需求，植物生长就不会减弱，当生长率保持恒定而吸收率下降，这个营养物质浓度就是临界值，介于临界值和最大值之间的营养物质的量为植物吸收的剩余消耗量。因此植物在单位体积内去除的营养物质较之自身成长所需更多。基于植物机理而吸收（去除）的污染物（如氮、磷）不同于土壤吸附，它不能被解吸，吸附位也不饱和，只要将存储有氮、磷的植物周期性收割就能达到很好的去除效果。另外植物对铜、铅、锌等重金属也有很好的去除作用，并亦可通过收割的方式予以去除。

另种观点认为，植物组织对氮、磷的吸收，从量上讲是微弱的。因为植物生长季节获得的营养物质只占系统去除污染物总量的百分之几，而且在非生长季节又有重新释放的可能，亦即植物直接去除污染物的作用不大，因此单纯依靠植物收割来去除污染物并不会对污染物的去除效果产生明显的作用。但研究表明，虽然植物吸收的营养物质较小，但植物可以影响其它去除过程。如植物根系提供了放氧表面，利于生物和化学转化，根系放氧和为微生物栖息提供空间是水生植物主要功能，特别是在潜流湿地系统中，植物通过根系的生长、死亡和代谢来维护床体较好的水力传导性，腐烂的根叶为反硝化细菌提供了必要的碳源。而对植物进行合理收割，不仅可以增大植物的生长量，而且也在一定程度上延长了植物的生长期，尽管收割植物直接带走的污染物的量较小，但对植物去污功能的影响是明显的。

不论以上哪种观点，都不能否认植物收割对污染物总体净化效果的影响。因此，水生植物的收割管理，也是系统运行管理的重要内容，而对于植物收割管理最为关键的因素是掌握好植物的收割周期（或收割次数）、最佳收割季节和收割后的植物存留量等几个方面总结出如下经验。

3.1 植物收割周期（或收割次数）

植物收割周期必须根据植物的生长规律、区域气候特征和水质变化情况综合考虑来确定。不同生长型植物有着不同的生长规律，而且同一植物在不同地区或同一地区的不同生长环境中，其表现形式也并非完全相同。

对于人工湿地处理系统来说其植物类型均以多年生挺水植物为主，而且植物在水中的深度并不大，植物生长条件较好，植物表现出来的特征为发芽早、生长速度较快。因此，植物收割可采用一年收割两次较为理想。

收割次数过多（或收割周期太短），不仅投入的人力物力较大，而且容易使湿地系统内植物郁闭度减少，夏季造成填料表面在光照影响下温度升高，影响植物的正常生长，甚至造成植物的枯萎和死亡。而收割次数过少（或收割周期过长），植物生长高峰过后（秋季）自然进入休眠期。而每年二次的植物收割，不仅不会影响植物的正常生长，而且秋季可刺激植物的第二次萌芽，延长植物的生长周期。

3.2 收割季节

收割季节的选择应根据植物自身的生长规律，以不影响其正常生长和安全越冬为原则。人工湿地处理系统植物基本上都是在3至4月份开始萌芽，5月至7月份为第一次生长高峰，进入8月后，植物生长开始减弱，9月份基本进入生长晚期。

对于每年收割二次的植物，第一次收割适宜安排在8月下旬至9月上旬以前。此时收割可以有效刺激植物的二次萌芽，而且收割后的植物仍有二个月左右的生长时间，使植物在9月和10月进入第二次生长高峰，延长植物的生长期，而且可以保证植物的安全越冬。

植物收割后到重新郁闭一般需要半个月到 1个月的时间，因此，如果第一次收割时间过早（如安排在6月或7月），在进入夏季后植物很难再次郁闭，随着光照强度的增加和气温上升，潜流湿地表面裸露造成填料（砾石）层的温度升高，容易影响植物的生存。而第一次收割时间如果安排过晚（如10月或11月），植物在9月份已基本上停止生长（进入结籽期），部份植物结籽后（如黄花鸢尾和香蒲）即开始枯黄，不仅景观效果差，而且未充分利用植物的第二次生长高峰。同时，植物收割后即使重新萌芽，也很快进入冬季，影响系统的冬季运行效果。

大部分植物（如芦苇、香蒲、黄花鸢尾、水葱、黑三棱等）的第二次收割时间适宜安排在春季冰层融化以后（即2月底至3月中旬），而冬季结冰期间可以不收割。其原因如下。

一是上述植物经过第一次收割后，冬季枯黄的枝叶基本仍能保持挺立，尽管地上部分已经枯黄，但仍有向根系传输氧的功能，冰层以上保留部分植物枝体不仅可以起到保温效果，而且有利于增加冰层以下的溶解氧。

二是枯黄枝叶在保持挺立的情况下，淹没于水中的枝叶比例并不大，而且冬季气温较低，冰层内微生物活动和化学反应均较慢，枯黄枝叶的腐烂分解速度是比较缓慢的，不会对水体造成二次污染。枯黄枝叶的腐烂期一般是在冰层融化后，气温开始回升的3月份。

对于枯萎较早而且枯萎后地上部分容易倒伏的植物，第一次收割时间可以适当提前，安排在 7月底至8月上旬；第二次收割时间应安排在植物倒伏之前，即10月底至11月上旬。以上植物由于地上部分冬季死亡较早，而且死亡后的枝叶容易倒伏于水中，在水中腐烂降解，如果不及时收割，不仅容易造成二次污染，而且根系的生存性会降低。

3.3 收割后的植物存留量

收割后植物存留高度（植物存留量）是根据不同收割时间和不同的处理单元而不同的。对于一年收割两次的潜流湿地植物，8月下旬至 9月上旬收割时存留高度以地上部分保留 30～40cm左右为宜，防止填料表面过于裸露，造成填料表面温度升高影响植物的后续生长。而第二次收割时应将地上枯死的枝叶进行全部收割，仅需保留地下根茎和新芽即可。