湿地人工修复植物资源的选择及配置探讨——以张掖国家湿地公园为例

刘文丽

(甘州区黑河湿地国家级自然保护区管理局,甘肃 张掖 734000)

地球上具有最为丰富的生物多样性的生态环境之一即为湿地系统,其在气候的调节、生态环境的改善、生物多样性的保护等方面起到了不可替代的作用,被称为“地球之肾”[1]。湿地公园,即为基于生态保护的角度开发湿地,用于人们休憩、游览等娱乐活动[2]。湿地植物作为湿地的重要组成部分,不仅可使水体中的污染物等得以有效的吸收、降解,还可以形成良好的景观,但是湿地植物又是受到地域及自然条件的影响最大、最难控制的因素之一,不同的湿地植物产生效果也存在显著的差异。因此需要结合各植物的生活习性等特点做好科学的规划及合理配置,以将湿地的功能充分地发挥出来。

张掖国家湿地公园位于黑河中游区域,处于黑河与山丹河交汇的三角地带,有保护完好的沼泽湿地、湖泊湿地、河流湿地1051.97 hm2;公园划分的功能区域有3个:湿地保育区、湿地恢复重建区和合理利用区;分布的植物资源有197种、野生动物100多种,是西北地区各类动物及植物资源最具特色的国家湿地公园。公园内独特的地貌特征使得湿地植被的分布表现出较大的差异,整体来看,分布于湿地公园的禾草型湿地植被型面积最大,以芦苇群系为主;其次是灌丛湿地植被型,以沙棘、柽柳为主;再次是落叶阔叶林湿地植被,以沙枣群系为主;沉水植被型等其余群系分布面积均较小。现结合张掖国家湿地公园的实际,对湿地人工修复植物资源的选择、配置方面开展如下探讨。

1 人工湿地植物选择的原则分析

1.1 选择适合在当地生长的植物

不同的湿地环境下,存在地域的特异性及差异性[1]。因此人工湿地植物的选择方面要充分结合这一因素,因地制宜选择,选择的植物要求可以正常在当地生长、繁育。目前湿地植被多选用适合各地立地条件的乡土树种,适当从外地引种适量的物种驯化栽植。以张掖国家湿地公园为例,适合生长的湿地植物有芦苇、柽柳、苜蓿、沙枣、冰草、芨芨草等,近年来,该湿地公园基于生态系统完整性的考虑,推进湿地生态系统的恢复,有机统筹了湿地生态修复等多种生态修复项目,取得了较好的生态效果。通过对该湿地公园不同生态监测分片区湿地植被的调查,沙枣+柽柳片区面积67.34 hm2,盖度80%～90%;沙枣片区面积23.28 hm2,盖度65%～75%;芦苇面积487.45 hm2,盖度95%～100%;芦苇+冰草片区面积112.55 hm2,盖度94%～100%;芦苇+芨芨草片区面积156.23 hm2,盖度90%～100%。

1.2 选择抗逆能力强的植物类型

人工湿地中,由于多数植物的根系需要在水体中长期浸泡,接触到的污染物一般具有较高的浓度,且可能面临着较大的浓度变化,因此湿地修复植被的选择要求抗逆能力强,包括对高温、病虫害、盐碱性、寒冷等逆境的抗性能力,否则无法成活或者长势不佳,难以发挥出污水净化的效果[3]。此外,为了兼顾到湿地的稳定性、观赏性,修复植被的选择还要求生命周期相对较长、长势稳定且管理方便。近些年,张掖国家湿地公园基于景观性、生态性等多个方面的考虑,选择了抗逆能力强的漂浮植物(水葫芦等)、挺水草本植物(芦苇、水葱、香蒲等)、根茎/球茎/种子植物(泽泻、睡莲、马蹄莲、荷叶等)、沉水植物(苦草、眼子菜、黑藻、金鱼藻等),在改善水体的同时也实现了植物种类的多样化,展现了季节性特点。

1.3 选择有很强净化效果的湿地植物类型

由于人工湿地植被的一个重要功能即为净化水体、富集及降解水体中的污染物[4]。而湿地植物的类型不同,发挥出来的净化、去污效果存在差异。因此湿地生态系统修复的植被选择,建议结合湿地自身的特点、水体污染等情况,选择净化效果好、去污能力强的湿地植物。一般生物量大、根系较为发达的水生植物,不仅可以起到促使湿地土壤稳固的作用,还可以对土壤中微生物的生存环境起到较好的改善效果,提高对生物的降解速度[4]。近些年张掖国家湿地公园在植物选择上注重慈菇等净化效果高的湿地植物的应用,对区域内水源的净化起到了积极的作用,但是该植物在当地属于外来物种,要注意其可能产生的危害,目前公园内慈菇的入侵暂时还未对湿地公园产生危害。

1.4 选择多种植物组合

不同植物的合理搭配可以实现美化视觉、最大化利用空间的效果[5]。因此人工湿地上可以通过合理搭配植物、营造出错落有致的视觉景观。此外,合理地配置各类植物类型,还可以进一步补充对污染水体的处理功能,且促使湿地生态系统更加稳定、减少病虫害的发生。湿地植物在搭配时,也要对各植物利用水分、光照、养分、空间等方面的竞争问题进行充分的考虑。如水葱、宽叶香蒲植物枯萎、腐烂后产生一种可以抑制芦苇生长的化感物质,因此不可搭配种植。

1.5 具有较好的景观效果及经济价值

湿地在起到净化水体、去除污染物作用的同时,也要关注其经济价值[2, 5]。研究表明,人工湿地中利用灯心草,可以发挥出较好的净化效果,而且可以作为草席等编织品的原材料,因此还具有经济价值;又如,芦苇目前广泛栽植于人工湿地环境中,也是一种很好的工业原料,可在建材、造纸领域得到应用,且芦苇茎叶中还含有多种动物生长发育必须的氨基酸,因此是良好的家畜的饲料。目前张掖国家湿地公园在湿地植物的选择时,除了常规的生态功能、景观视觉功能以外,还非常关注经济价值,芦苇、灯心草等经济价值好的植物均得到了很好的利用,其中禾草类湿地植被中主要的类型即为芦苇群系,有与冰草混合的群丛,也有与西伯利亚蓼混合的群丛。

2 湿地修复植物的科学配置

2.1 综合湿地植物的类型进行配置

2.1.1 挺水草本植物。挺水草本植物有着很强的适应能力、根系发达、生长量大,同时进行营养生长及生殖生长,是目前人工湿地系统中植物选配的主要品种之一[5]。结合此类湿地植物的特点,可在潜流式人工湿地与其他湿地植被进行搭配种植,也可在表流式人工湿地中种植。

挺水草本植物中,结合根系的分布范围及深度,可将其分为深根散生、浅根散生、深根丛生、浅根丛生4种。深根散生类型,即为根系分布在20～30 cm土层内,分布较为分散,如水葱、香蒲、水沙草等,适合在浅流式人工湿地种植。浅根散生类型,即为根系分布在5～20 cm土层内,一般原生于土壤环境的如芦苇、慈菇、美人蕉、睡莲等植物,适合在表流式人工湿地配置种植。深根丛生类型,即为根系在30 cm以上深度分布,分布的面积相对较少,地上部分丛生,主要有芦竹、薏米、莎草、野茭草等,适合在潜流式人工湿地配置种植,可以将其净化功能充分发挥出来。浅根丛生类型,即为根系在浅层土壤中分布,以原生于土壤环境为主,适合在表面流人工湿地进行配置种植,如芋头、灯心草等。

2.1.2 漂浮植物。漂浮植物有着很好的适应能力、生命力旺盛、生长速度快、根系发达,可以季节性休眠(如水葫芦等在冬季休眠,3～10月为旺盛生长期),主要进行营养生长,对氮有着很高的需求量,常见的有水芹菜、水葫芦、豆瓣菜、浮萍等。基于漂浮植物的特点可以在湿地系统中科学配置,如湿地中水体污染严重,可选择根系发达、生物量大、吸收净化效果好的植物。基于漂浮植物季节性休眠的特点,可以科学配置、营造不同的景观,如将水葫芦等种植在高温的夏季。此外,利用漂浮植物大量吸收氮、主要进行营养生长的特点,在湿地植物配置中要充分利用起来,提高湿地系统对水体中氮元素的去除效果。

2.1.3 根茎、球茎及种子植物。此类湿地植物具有耐淤、在肥沃深厚的淤泥中长势良好等特点,一般在40～100 cm土层环境中生长,块茎及块根发达,吸收磷元素的能力强,种子果实类植物在形成种子、果实阶段对磷钾元素需求量大。此类植物具有季节性休眠的特点,一般在4～9月处于生长季,冬季枯萎死亡、春季萌发。利用其对磷钾元素吸收量大的特点,可在磷含量高的湿地中应用。此类植物有芋、马蹄莲、睡莲、菱角、芡实、泽泻等。

2.1.4 沉水植物类型。沉水植物类型的原生地环境中水质清洁,因此其生长有着较高的水质要求。人工湿地修复中沉水植物的应用只能是作为强化稳定植物,以提高出水的水质[2]。结合沉水植物的生长特性、光照条件、水体能见度等,其分布的水深范围有所不同。一般在能见度越好、光照越强的水体中,沉水植物就在越深处分布,穗花狐尾藻甚至可在水体中5～6 m深的位置生长。

2.1.5 其它类型的植物。有些水生景观类的植物,经过多年来的人工选择,其适应污染环境的能力逐渐减弱,因此一般只是在湿地系统中营建景观效果或者作为最后的强化稳定植物进行配置栽培。

2.2 根据湿地植物的原生环境进行分析

通过分析湿地植物的原生环境,在实生原土上生长的灯心草、美人蕉、皇竹草、芦苇等,表现出根系向土生长的特点,在表面流湿地上配置种植后长势旺。此类植物根系的生长特点多数往下垂直生长,因此净化处理的效果以在潜流式湿地中种植更好。有些植物,如山姜、蕉草、水葱、菖蒲等,原来生长环境为腐殖层、湖泊、沼泽等,但是经过多年的驯化,已经在无土的环境中可以生长,因此更加适合在潜流式人工湿地上配置种植。有些原生于水生环境的块状茎植物,如芋头、睡莲等,适合在表面流湿地环境中配置种植。

2.3 根据植物需求养分的特点进行分析

根据植物对养分的需求情况分析,由于潜流式人工湿地内填料的空隙相对较大,更利于植物根系的生长,因此生长速度快、长势旺、生物量大的植物,每年萌发的高峰期出现几次,如水葱、水莎草、香蒲等,适合在此种湿地上种植。对于生长速度相对慢、同时进行营养生长及生殖生长、每年萌发高峰期仅有1个的植物,如薏米、茭草、芦苇等,则适合在表面流湿地中配置栽植。

2.4 根据植物适应污水的能力进行分析

植物类型不同,适应污水的能力存在不同程度的差异。湿地工艺的前端是浓度高的污水主要集中地,因此人工营建湿地生态系统时,需要在潜流湿地等前端工艺中选择对污水耐受能力强的植物类型,如芦苇等。而在景观塘等湿地工艺的末端,相对来说污水的浓度有所降低,植物种类的选择要多从景观效果出发。

3 张掖国家湿地公园水岸生态植物的配置

在遵循稳定岸坡、净化水质和丰富景观的前提下,对现有良好的水岸生态系统进行严格保护,维护其生态功能的有效发挥。对已经破坏或缺失的水岸进行恢复和修复,因地制宜进行结构完善的水岸生态系统的重建、恢复和修复;水岸生态系统保护建设应该以乡土植被为主,严格限制外来物种的引入。自然驳岸植被的恢复遵循水文环境变化配置模式,以固岸及护岸为目标,种植根系发达的河柳、沙棘、多枝柽柳等乔灌树种,灌木下营建草本植物,同时保护原有芦苇、香蒲等植物群落,形成乔灌草复层群落结构,在稳定河岸的同时,给野生动植物提供安全的栖息地,维持河流生态系统的完整性。在恢复重建区,按照水位的深度,由深水区向陆地依次配置沉水植物、挺水植物、湿生草本和湿地灌丛。深水区配置狐尾藻、菹草等沉水植物,浅水区恢复千屈菜、水葱、香蒲等挺水植物,岸边种植苔草、蒿草、千屈菜等湿生草本,陆地种植沙棘、多枝柽柳等灌木,在保持自然岸线的通透性及水陆之间的水文联系的同时,还可以通过舒展而庞大的根系吸附大量微生物及污染物质,提高湿地的水质净化能力。

4 结语

建立人工湿地生态系统中需要考虑的重要因素即为科学选择及配置植物,需要充分结合湿地系统的功能及植物的特性,以将不同类型植物的优势发挥出来,更好地起到净化水体、改善生态环境等效果。为了提高效果,可选择多种类型的湿地植物进行有机搭配种植,如搭配浅根与深根植物、搭配散生及丛生植物、搭配对氮吸收多的植物与对磷吸收多的植物、搭配季节性植物与全年均绿的植物。湿地生态系统的某些工艺段中,植物配置切忌出现单一化,以免降低生态系统的功能。