文／胡光亮 蘇州大學(xué)金螳螂建筑學(xué)院 碩士研究生

張一新 蘇州大學(xué)金螳螂建筑學(xué)院 教 授

顧 昕 蘇州市吳江區(qū)水務(wù)局

翟 俊 蘇州大學(xué)金螳螂建筑學(xué)院 教 授（通訊作者）

徐蘊(yùn)清 西交利物浦大學(xué)城市與環(huán)境校級(jí)研究中心 副教授

引言

隨著人類利用自然和改造自然活動(dòng)的無序擴(kuò)張，導(dǎo)致生態(tài)問題頻發(fā)，人類生產(chǎn)和生活之間的沖突也變得日趨嚴(yán)峻，包括溫室氣體排放、生物多樣性銳減、水資源短缺等問題[1]。濕地作為地球三大生態(tài)系統(tǒng)之一，其提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，能夠在應(yīng)對(duì)人類發(fā)展同環(huán)境、資源和社會(huì)需求的挑戰(zhàn)中起到關(guān)鍵性作用。除了固有的自然濕地外，人工濕地憑借在涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候、凈化水質(zhì)、蓄洪排澇、維護(hù)生物多樣性等方面重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，可以有效減少生物多樣性損失，緩解污水凈化壓力，促進(jìn)水資源回用。文章從人工濕地的研究方向著手，明確人工濕地提供的水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對(duì)城市水管理的重要作用，并提出其發(fā)展前景，旨在為我國新時(shí)代城市水管理提供新的思路與參考。

1 人工濕地的研究方向

以人工濕地為關(guān)鍵詞，檢索近5 年該領(lǐng)域的中英文文獻(xiàn)。其中，中文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來源于中國知網(wǎng)（CNKI）“學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)版”，經(jīng)篩選選取中文文獻(xiàn)2250 篇；英文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)共4300 篇，來源于WOS（Web of Science TM Core Collection 核心合集數(shù)據(jù)庫）。通過VOSviewer 軟件進(jìn)行文獻(xiàn)分析，分別得出中英文文獻(xiàn)共現(xiàn)關(guān)鍵詞聚類分析圖（圖1）。由圖可知，國內(nèi)外人工濕地研究可分為三大宏觀方向，包括：“人工濕地性能優(yōu)化”“循環(huán)經(jīng)濟(jì)與資源導(dǎo)向”“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”。其中“循環(huán)經(jīng)濟(jì)與資源導(dǎo)向”文章相對(duì)較少，表明學(xué)術(shù)界更加關(guān)注人工濕地的優(yōu)化，而非資源回用。并且三個(gè)方向的研究滲透程度較低，應(yīng)該更多探討如何通過人工濕地水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間規(guī)劃設(shè)計(jì)，來統(tǒng)籌三大研究方向的內(nèi)容，最終實(shí)現(xiàn)人工濕地綜合效能的提升。

圖1 基于VOSviewer 的中文和英文文獻(xiàn)共現(xiàn)關(guān)鍵詞聚類分析圖（圖片來源：作者自繪）

1.1 人工濕地性能優(yōu)化

人工濕地，作為一種廢水處理技術(shù)的替代方案，可以通過遴選高效的基質(zhì)、組合不同流態(tài)的人工濕地以及耦合其他工藝三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)性能的優(yōu)化，包括明礬污泥和碎石床人工濕地、復(fù)合型人工濕地、耦合微生物燃料電池人工濕地等。其中明礬污泥人工濕地將人造產(chǎn)品類的明礬石作為人工濕地的基質(zhì)，研究表明明礬污泥人工濕地用于處理高濃度的農(nóng)場廢水，能夠產(chǎn)生良好的去除效果[2,3]。復(fù)合型人工濕地是通過組合表面流和潛流型人工濕地，并以串聯(lián)或并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行連接，主要為水平潛流和垂直潛流兩種流態(tài)的組合，有利于強(qiáng)化硝化和反硝化作用[4]。耦合微生物燃料電池人工濕地不僅對(duì)場地面積要求不高，建造運(yùn)營成本低，而且具有不產(chǎn)生二次污染、提高污水處理效率、可以回收能源的優(yōu)點(diǎn)[5]。

1.2 人工濕地循環(huán)經(jīng)濟(jì)與資源導(dǎo)向

現(xiàn)階段，水資源短缺已經(jīng)成為全球日益嚴(yán)重的問題，人工濕地最重要的水質(zhì)凈化功能，在水資源循環(huán)利用中越來越受到重視，可以通過灰水處理、雨水凈化儲(chǔ)存、病原體去除等手段，進(jìn)而減少浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)水資源的回用。傳統(tǒng)的治污技術(shù)通過去除氮磷元素，以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，未考慮廢水中氮磷元素的資源化利用問題，不符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)與資源導(dǎo)向的要求。有學(xué)者通過構(gòu)建綠狐尾藻生態(tài)濕地來吸附水中的氮磷污染物，并以收割植物，加工成飼料的方式，實(shí)現(xiàn)氮磷污染物的資源回用[6-8]。此外，人工濕地作為一種綠色基礎(chǔ)設(shè)施，越來越多地被運(yùn)用到“海綿城市”的建設(shè)中，共同構(gòu)成城市的水管理系統(tǒng)，可建立對(duì)雨水、地下水和地表水等城市水源的高效整合的管理方式，使水資源實(shí)現(xiàn)多次循環(huán)，滿足循環(huán)經(jīng)濟(jì)與資源導(dǎo)向的需求[9]。

1.3 人工濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)（Ecosystem Service）顧名思義是指人類從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的所有物質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)，分為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)和維持前三種的支持服務(wù)[10]。其中，作為一種綠色基礎(chǔ)設(shè)施，其提供多種水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可以用于城市的可持續(xù)水管理（圖2），涵蓋水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水景觀四個(gè)方面，分別對(duì)應(yīng)供給性服務(wù)（淡水供給、營養(yǎng)循環(huán)）、調(diào)節(jié)性服務(wù)（水量調(diào)節(jié)、廢物處理）、支持性服務(wù)（生物防治、生境供應(yīng)）、文化性服務(wù)（美感度提升、增加游憩機(jī)會(huì)）。

圖2 人工濕地服務(wù)于城市水管理的框架（圖片來源：作者自繪）

2 人工濕地應(yīng)用于城市水管理的發(fā)展前景

以水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為導(dǎo)向來提升人工濕地綜合效能的建設(shè)仍有很多不明朗之處，關(guān)于人工濕地的研究仍集中在處理效率的優(yōu)化上，未來的研究應(yīng)該逐漸向資源回用、景觀美學(xué)和系統(tǒng)適應(yīng)性、靈活性方面傾斜，并探討其組合效益（圖3）。

圖3 人工濕地應(yīng)用于城市水管理的生態(tài)方案（圖片來源：作者自繪）

2.1 源于自然——人工濕地耦合自然濕地的水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

通過構(gòu)建人工濕地，能夠有效緩解自然濕地所面臨的面積銳減、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化以及功能喪失的艱巨考驗(yàn)，同時(shí)在消解生物多樣性危機(jī)和抵御生物入侵方面也存在很大的潛力，但是目前人工濕地的建設(shè)難以復(fù)制自然濕地生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，會(huì)導(dǎo)致棲息地環(huán)境無法運(yùn)作。人工濕地與天然濕地的多種生態(tài)功能長期觀察和比較研究的價(jià)值不容小覷，所以，有必要更深入地研究人工濕地生境條件、水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其支持的生物多樣性之間的關(guān)系，構(gòu)建三者的概念模型，例如綜合人工濕地的概念。綜合人工濕地通過鑲嵌復(fù)雜的棲息地來串聯(lián)成濕地系統(tǒng)鏈，具有模擬自然條件的潛力，可以最大限度地提高大型無脊椎動(dòng)物的多樣性，同時(shí)也兼具景觀適宜性[11]。

2.2 顯露自然——人工濕地的多重水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)目標(biāo)的建設(shè)

目前，人工濕地的設(shè)計(jì)和管理傾向于針對(duì)其多重功能中的一個(gè)或至多兩個(gè)方面[12]。缺乏從綜合的時(shí)間和空間尺度上衡量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的演變的方法，可能會(huì)導(dǎo)致規(guī)劃者、設(shè)計(jì)者著眼于單一的水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。因此，需要人工濕地的多目標(biāo)管理，整合多種生態(tài)資源和功能，可以平衡不同利益相關(guān)者偏好。前期調(diào)查時(shí)，在充分了解區(qū)域生態(tài)問題和需求的基礎(chǔ)上進(jìn)行多準(zhǔn)則決策分析，取代傳統(tǒng)的“成本效益”方法。設(shè)計(jì)階段，考慮構(gòu)建以水及營養(yǎng)物質(zhì)回用為基礎(chǔ)、生物資源保護(hù)為核心、景觀美學(xué)資源為外延的多功能人工濕地的概念框架，實(shí)現(xiàn)人工濕地的水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的最大化。這種多標(biāo)準(zhǔn)決策分析方法可以幫助這些利益相關(guān)者選擇具有共同利益的備選方案，并幫助決策者確定存在分歧的關(guān)鍵領(lǐng)域[13]。

2.3 引導(dǎo)自然——人工濕地促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)的自然作功效率

為了高質(zhì)量的人居環(huán)境建設(shè)，構(gòu)建區(qū)域多尺度、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化的人工濕地概念模型。在流域尺度上，強(qiáng)調(diào)流域上中下游的整體性和連接性，以流域的視角審視人工濕地的建設(shè)。在區(qū)域尺度上，加強(qiáng)人工濕地與鄰近自然生態(tài)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，例如自然濕地、城市河流、湖泊等水生態(tài)環(huán)境。在場地尺度上，建設(shè)人工濕地時(shí)將陸地和水生態(tài)系統(tǒng)作為一個(gè)統(tǒng)一的整體來對(duì)待，以最大限度地提高人工濕地的生物多樣性及其凈化功能[14]。通過多尺度的濕地概念模型，可以引導(dǎo)自然生態(tài)系統(tǒng)更有效地發(fā)揮水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，維持水生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定和支持生物多樣性。

結(jié)語

通過模仿自然濕地結(jié)構(gòu)、功能和機(jī)理，同時(shí)預(yù)留自然空間，在城市水管理中應(yīng)用多重水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)目標(biāo)的人工濕地，不但能創(chuàng)造巨大的生態(tài)效益，同時(shí)也能衍生出其他的潛在效益?！白匀弧奔仁菤夂蜃兓绊懙摹笆芎φ摺?，又是應(yīng)對(duì)氣候變化的“重要陣地”，人工濕地作為一種基于自然的解決方案，提供的多種水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能夠產(chǎn)生巨大的生態(tài)效益，是一種減緩和適應(yīng)氣候變化的重要手段。通過倡導(dǎo)人與自然和諧共生的生態(tài)文明理念，構(gòu)筑尊崇自然、綠色發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展體系，人工濕地作為人類生活和生產(chǎn)，以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境所依賴的不可缺少的要素，能夠滿足各類資源回用、生物多樣性保護(hù)和景觀美學(xué)等水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求。