论植物过滤系统在城市河流景观中的作用

田 勇

（四川音乐学院 成都美术学院 环境艺术系，成都 四川 610500）

论植物过滤系统在城市河流景观中的作用

田 勇

（四川音乐学院 成都美术学院 环境艺术系，成都 四川 610500）

全球有半数以上的城市依河而建。河流不但为城市提供充足的饮用水源和方便的交通，而且对城市形态和经济发展起着重要作用。从某种意义上来说，是河流孕育了城市。然而，随着工业文明的兴起和发展，水体污染、生态失衡等的问题渐渐突显出来。作为城市赖以生存的母亲河，却成为城市的排污管道，遭到日益严重的危害，危及人类的生存环境。近二三十年，城市化进程飞速发展，我们赖以生存的河流，无论是水质还是水生生物环境都严重恶化。本研究从城市河流的治理理念及思考角度，提出植物过滤系统在城市河流景观中的作用，阐述了城市河流的污染问题诊断、河流环境污染治理想法、改善对策、城市河流生态改善修复技术及可持续发展对策。

河流景观；自然性；生态性；植物过滤系统；生态修复

城市生态建设就是城市模拟自然生态系统，创建一个物质循环通畅，能力流动高效，系统过程稳定，结构和功能协调的生态系统，为城市人口提供一个与社会和自然发展相匹配的，持续稳定的物质环境，保证城市人口的身心健康发展。城市河流本身所具备的物质静态和动态特性，为城市生态提供了一定的基础[1]。

河流是文明的发祥地，发展经济的动力，生态系统的要素，景观的依托。“水”和“绿”是城市河流景观中象征自然的要素，以沿河植被为基础所构成的绿色廊道具有重要的综合功能，对维持河流的自然景观特性和生态系统的健康性具有特殊意义，它协调了城市水、绿自然保护和经济发展的关系，是实现城市可持续发展的基础[2]。

1 植物过滤系统的概念及生态特征

1.1 植物过滤系统的概念

植物过滤系统是指沿城市河流水系网络，通过有效的植物配置，形成植物群落或绿色廊道，最大限度的发挥植物自身的净化功能，以转移、容纳或转化水体、空气和土壤中的有害物质。

植物过滤系统处理的对象主要是重金属、有机物或放射性元素污染的土壤及水体。研究表明，通过植物的吸收、挥发、根滤、降解、稳定等作用，可以净化土壤或水体中的污染物，达到净化环境的目的。植物过滤系统是一个可持续、低维护的净化植物体系，是城市环境生态修复的重要手段之一。

1.2 植物过滤系统形成的条件与结构

1.2.1 河流景观的自然性

城市河流景观要体现河流的自然形态，保护河流的自然要素。天然的原生态河流有凹凸岸线、浅滩和沙洲等，这些天然形成的岸线不仅为各种生物创造了舒适的生活环境，还可以使水流减速、蓄洪涵水，大大的降低洪水给人们带来的破坏力[3]。在城市河道的设计中，首先在平面上应以自然弯曲的线形为主，使之岸线流畅优美，并在城市低洼地保留或恢复湖泊湿地，湖泊湿地系统不仅调节上游来水，有效地控制了水害，从景观结构上使城市水系形成网络；同时对于水体生态都具有重大意义。整个流域被视为完整生态系统，有益于构建以滨水植物为基础的生态系统基础框架。使城市河流返璞归真，重回“自然”之态。

无论是城市河道，还是人工湖泊，在治理与保护方面，都应大力提倡生态河堤的做法，尽可能的减少和避免浆砌挡墙和钢筋混凝土的硬式堤岸做法；创建一个原生态的有利于水生植物和湿生植物为主体的水生环境[3]。水体、驳岸和水生植物通过科学的配比，充分利用原生态的地形地貌，建立起生物与环境间相互依存的生态系统，最终形成了生态河堤。生态河堤的坡脚护底具有高孔隙率、多流速的变化带、形成水的紊流，利于空气中氧气的溶入，增加水中溶解氧，利于好氧微生物、鱼类等水生生物的生长。更为重要的是，生态河堤由于其多孔性和丰富的形式、成为适合动植物生长的模拟自然状态的护堤，进而为培育较完善的城市河流植物过滤系统建立了良好的基础。

1.2.2 河流景观的生态性

河流景观的生态性是指其不但要满足相依存的所有生物的生存需求，同时也要适应动植物及其微生物的繁衍生息。自然环境中有数以万计的生物种类和个体在依靠着河流维持着自身的生命，动物、微生物等都是依赖着水流和树林生长与繁殖。自然河岸的植物群落组成序列，最典型的是基于岸边到河床、湖泊底部连续降低的缓坡地形，从而形成了由乔木、灌木与地被植物等共同组成的陆生植物群落，渐渐过渡到亲水岸边的湿地湿生挺水植物群落，然后随着水体的深浅变化形成了浮叶、沉水、漂浮植物群落。以生态河岸形成的滨水生物栖息环境为基础，通过组成种类多样、构成稳定结构的河岸绿带和滨水湿生、水生植物群落的恢复，

使之形成完整的从陆生植物群落延续到水生植物群落的生态环境格局，成为协调统一的自然景观和功能健全完善的城市生态水系[4]。

1.2.3 植物过滤系统的形成

恢复和培育出滨水地带的生态系统和生态功能，基础就在于如何形成完善的植物群落；完善的植物群落不仅要结构合理、稳定，更要生态适宜，构成这样的群落必须根据不同滨水地带的独特环境，选择其适宜的植物种类和相应的群落结构形式，依托城市水系网络，从而形成城市河流的绿色廊道系统。

在城市河流的绿色廊道系统中，如何形成植物过滤系统，就必须要对症下药；对于不同的污染种类及范围，应配置相应具有净化功能且抵抗性强的植物群落，从而形成完善的植物过滤系统。另外，植物过滤系统在兼顾了观赏性之外，还应以乡土植物为主，这样的配置不但对于生态性修复性强，而且能形成群落稳定、景色优美的带状植被。

1.3 植物过滤系统的生态特征

1.3.1 自我持续性

自我持续性是植物过滤系统最为显著的生态特性。由于植物过滤系统是依据植物群落自然的生态过程设立的，因此该系统中拥有能够维持生命的能量流动和物质循环过程，并具备平衡的生物与非生物因子。这些条件促使植物过滤系统无需大量的外力介入便能自我生存、自我修复和自我持续。

1.3.2 多样性

植物过滤系统并非单一或几种植物的集合，而是由多种植物群落共同构成的过滤体系，并依据不同的环境状况形成不同的植物过滤系统。城市中不同地形地貌的场地，对植物的配置、群落的构建以及景观结构的营造有着截然不同的需求。这表明该系统是一个具有植物群落和景观结构的多样性特点的一个复杂体系。

2 植物过滤系统的运行机制

2.1 植物吸收

植物能够直接吸收利用的两大污染物类型包括：(1) 磷、氮等植物可吸收利用的营养物；(2)水生生物吸收后会被毒害的一些重金属和有机物（见图1、图2）。

图1 植物的吸收与利用Fig.1 Plant uptake and utilization to pollutants

图2 植物生态净化过滤系统原理Fig.2 Principles of plant ecological purif i cation fi lter system

前者被植物吸收后利用合成为其自身结构的组成物质，而后者被脱毒后储存于植物体内并被降解。磷、氮等物质是水生植物在生长过程中必不可少的营养物，所以水生植物群落对这些物质有着非常强烈的需求能力；在受到污染的河流中，水生植物可直接从水体中和底泥中吸收磷、氮等营养物，并转化合成为自身所需要的物质，如：蛋白质、核酸等；同时在有限的生存环境空间中快速的累积着自身的能量。

水生植物在面临死亡时，常常会是释放这些营养物质，是因为它的生命周期比藻类长；因此，营养物质在其体内的存储比藻类稳定。所以我们在解决污水问题的时候，完全可以在含有氮、磷等营养物质的污水中种植水生植物,从而达到净化水质的问题，同时又能收获水生资源和美化环境。凤眼莲和浮萍都是一些水生漂浮植物，因为它生长速度较快，所以在这方面的应用较多。

现实环境中，我们也看到很多水生植物种植在污水中，并且存活，但净化功能却达不到预期的效果。实践证明，想要有效利用污水中的营养物质，只是随便种植一些水生植物，是不行的。对植物种群，我们要深入研究其在污水中的存活、增长规律、营养物质的吸收与转化效率等相关因素，并进行综合比较；适时适地的合理设计，方能达到预期的效果。在大自然环境中，有一些有机物和重金属不但对植物的生长没有帮助作用，而且长期累积到一定程度还会对植物和环境产生毒害作用，所以有些植物也进化出了特有的生理机能使其脱毒；其中，在水生植物中也有许多具有这些功能。例：我们常见的漂浮类植物—凤眼莲，如果受到环境中重金属的诱导，体内便产生有重金属络合作用的金属硫肽,而这些机制的存在可以使许多的水生植物大量富集水中的重金属。不同的有机物质在植物体内有着不同的代谢机制。

2.2 微生物的降解

能够长期在淡水中正常生活的植物统称为水生植物，它是生态学范畴上的类群，具有不同种类的植物在长期适应水环境而逐渐形成趋同适应性，主要分为两大类：高等藻类和水生维管束植物。其中水生维管束植物属于多细胞植物，依附于水环境生长，有不同功能的细胞组织，植物个体较大[5]。通常具有4种生态类型：挺水、漂浮、浮叶和沉水（见表1）。

表 1 水生植物的4种生态类型Table 1 Four ecological types of aquatic plants

在水生植物为主的污水处理系统中，和其他生物处理系统一样，微生物对各种污染物的降解处理仍起着重要作用[8]。可被生物降解的有机物在污水中(通常以BOD 来表示)主要通过微生物的代谢活动被去除；氮的去除，即使植物有吸收的能力，但硝化和反硝化作用仍是主要的去除机制（约35%～98%）。水中的植物根系部分提供了便于微生物代谢所需要的微环境。水生植物体内拥有发达的通气系统，可以使氧气从茎叶部分向根部转移，自身需求消耗呼吸剩余的氧气就会被释放在水里，在植物根系附近形成有氧环境，从而满足了淹没在水中根系部分的呼吸需求；另外，根系部分也是水体中微生物依附生存的良好载体，不但有利于根系自身的分泌，还促进了微生物代谢所需要的部分有机物。因此，为喜氧微生物群落营造出了一个适合生长的环境空间，而根系以为的环境则形成了适宜厌氧微生物群落生长的空间；有效的进行了反硝化和有机物的厌氧降解[6]。因此，在污水处理和净化方面，植物所起的作用也是必不可少的，植物的生理代谢活动直接关系到污染物的降解（见表2）。

表 2 水生植物污水处理系统Table 2 Sewage treatment systems with three types of aquatic plants

2.3 物理化学作用

植物在污水处理系统中，对于大多数污染物的清除都起到了关键作用；也有小部分污染物通过物理化学作用被去除,主要有挥发、吸附和沉降。在以前我们做的研究中，对于植物过滤系统的研究比较的少，因此我们还需要对植物过滤功能在污水处理系统中发挥的作用以及微生物与植物之间的关系进行系统深入的研究[7]。

3 植物过滤系统在城市河流景观中的重要性

3.1 修复河流自然的生态过程

在对城市河流污染的生态修复过程中，水体中氧的来源主要是通过植物过滤系统中的水生植物和湿地植物的光合作用、植物根系对氧的传递和释放作用而获得。并在其根区周边形成有氧环境，有利于水生植物和微生物附着生长[8]。光合作用越强，净光合速率越高，根区微生物越丰富，对污染水体的净化和生态修复作用更明显。由于有植物过滤系统的存在，使河流本身具有了水体自净能力，随着河水的流动，依靠沉淀作用和生物活动使水质得以净化。

3.2 营建多样化的河流景观

河滩上陆生植物，开花时作为蜜源吸引了大量昆虫。为觅食这些昆虫和成熟的果实，一年四季又吸引了各种各样的鸟类。在堤防和河滩上繁衍的各种禾本科为主的草本种子，为春秋两季来往的候鸟和以鼠类为食的小型哺乳动物提供了重要的食料。滨水地带的乔、灌木树丛还为以小鸟和小兽为食物的猛禽类和以鱼为食物的水鸟提供了重要的饵料场和繁殖地。这种有树、草、鱼、鸟及水、土、石等自然物体的河流景观，才能称其为真正的河流景观。

3.3 美化环境提升居民生活质量

河道绿化是美化城市的一个重要手段，一个城市的美丽，除了在城市规划和施工上善于利用城市的地形、道路与建筑配合灵活巧妙的展示城市美丽外，还可以运用树木花草不同的颜色、形状、用途和风格，在河道两边搭配出应季的丰富色彩，不但使城市看起来春意盎然，而且五彩斑斓的色彩伴以芬芳的花香，点缀在葱郁笼中，更是锦上添花的效果；为我们的劳动、工作、学校、生活等创造了优美舒适的环境[9]。

4 植物过滤系统在城市河流景观中的应用策略

4.1 植物过滤系统的应用原则

（1）植物要具有良好的生态适应能力和生态景观营建功能；

（2）耐污能力和抗性强，根据污染物种类采用相应适合的植物种类；

（3）抗病虫害能力强，管理容易，降低管理成本；

（4）选择在本地适应性强的植物，以本地植物为主；

（5）植物的年生长期长，最好是冬季常绿植物或只是半枯萎。

4.2 植物过滤系统的应用策略

4.2.1 植物配置应就地论事

如何选择适宜的植物及如何创造植物越冬生长的条件，使水生植物在不同的季节都维持良好的生长状况，常年保持高效的污水净化能力和自然的观赏效果，有待于科研工作的进一步深入。例如：植物的过滤系统净化能力是与水生植物的生长状况密不可分，众多的喜温水生植物在夏、秋两季处于生长繁茂的旺季，故而有较高的净化效能。而到了深秋和冬季，喜温的水生植物已处于凋零和死亡状态，当然也丧失了自然的净化功能，但对于耐寒水生植物而言，情况却截然不同，它们表现出有较高的净化率；可见，充分了解不同习性的植物群落间的相互作用，并利用人工干预，可妥善解决冬季的植物所带来的绿化问题。

4.2.2 科学培育减少修复周期

依据种群生态学原理，我们在掌握构建植被种群个体空间的分布规律的基础上，应注意其密度、空间结构、年龄结构、种群繁殖率和增长率以及它们之间的相互关联、相互竞争和相互作用。考虑到整个生态系统的原理，我们应初步掌握人工生态系统的组成与结构、能量流动与物质循环，保持和调节系统的动态平衡。根据生物多样性原则，应避免种类与结构单一造成的生命力下降以及抗御灾害能力下降、病虫害猖撅的弊端。应营造多种类、多层次的搭配、合理布局，以增加系统的物种多样性，提高系统的稳定性和抗御灾害的能力。

5 结 论

河流具有多元的综合功能，它为我们的城市带来诸多的生态效应，并提供水源、绿地、环境保护、旅游娱乐、交通运输等物质基础，对城市的可持续发展具有重要意义。因此，尊重自然规律下的河流，维护其内在的结构关系，并维持河流的地形地貌和水质、水文特征，平衡城市发展与河流的关系，是今后城市生态建设过程中的基本原则和出发点。植物过滤系统既能美化环境，降低河流中的污染度，吸收水中的污染物质，进一步净化水质，又能恢复生态体系，逐渐形成河流的原始的自过滤能力[10]。但是由于我国在这方面才刚刚起步植物景观修复的科学性较强，所以拥有很强的技术性，在当代植物修复刚刚起步的今天，成功的几率还不能说100%，所以极易产生修复后的后续问题，如植物配置不合理，植物死亡形成二次污染，影响居民的正常生活等；但正因为如此，此课题的探讨研究才更具有现实的意义。

致谢：感谢四川音乐学院成都美术学院赵建萍教授、刘益老师等对本课题的大力支持，陈建英等制作图片，特此鸣谢！

[1] 周淑贞.城市气候学[M].北京：气象出版社,1993.207-215.

[2] 杨 凯,袁 雯.环境水文与城市[M].北京:气象出版社,1993.13-17.

[3] 李佩成,薛惠锋.论景观水资源[J].水科学进展,1995,6(4):336-340.

[4] 沈朝栋,胡坚杰.生态驳岸和水生湿生植物应用于城市滨水绿带及园林水体初探[J/OL].中国园林网,(2008-05-12 )[2013-5-4].http://www.yuanliner.com/article/2008/0512/article_6841.html.

[5] 杨志岩.大型挺水植物对乌梁素海营养元素去除能力研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学,2003,(2):43-46..

[6] 种云霄,胡洪营,钱 易. 大型水生植物在水污染治理中的应用研究进展[J].环境污染治理技术与设备,2003,(2):36-40.

[7] 郝 君,陈永华,吴晓芙. 4种木本植物在潜流人工湿地环境下的根系诱导[J].中南林业科技大学学报,2012,32(12):46-50.

[8] 冯冲凌,李科林,李 芸.人工湿地中微生物群落特征及其净化机理[J].中南林业科技大学学报,2012, 32(12):42-45.

[9] 日本土木学会.滨水景观设计[M].大连:大连理工大学出版社, 2002.17-24.

[10] [英]M.J.霍尔.城市水文学[M].南京:河海大学出版社,1989. 14-32,143-194.

Roles of plant fi ltration system in urban river landscape

TIAN Yong
(Dept. of Environmental Art, Chengdu Institute of Fine Arts, Sichuan Conservatory of Music, Chengdu 610500, Sichuan, China)

Globally, more than half of the city is built by river. River not only provide enough drinking water, convenient transportation for city but also plays an important role for urban’s formation and economic development. In a sense, it is river gave birth to the city.However, with the rise and development of industrial civilization, the problems such as water pollution, ecological imbalance gradually highlighted. The mother river that city rely for existence has become the city’s sewer pipes, have been increasingly serious harmed, that is endangering the survival of the survival environment of human. In the recent twenty or thirty years, owning to the rapid development of urbanization, the survival environment of our mother river, both water quality and aquatic environment were seriously deteriorated.From the perspective of urban river governance, it is suggested that the plant fi ltration system should be applied in the construction of urban river landscape, and the urban river pollution problem diagnosis, river pollution control methods, improving countermeasures of pollution control, urban river ecological repair technology and sustainable development countermeasures were put forward.

river landscape; natural characteristic; ecological characteristic; plant fi ltration system; ecological restoration

S718.5

A

1673-923X(2013)10-0130-05

2013-05-04

四川省教育厅资助科研项目（13SA0037）；创新团队（景观设计）（13TD0037）

田 勇（1962-），男，湖南长沙人 ，副教授 ，硕士生导师 ，主要从事景观规划与设计方面的研究；

E-mail：Tianyongemail@163.com

[本文编校：文凤鸣]