摘 要 近年來,我國持續(xù)實施生態(tài)保護戰(zhàn)略,社會大眾對生態(tài)環(huán)境的關注度也有了極大提升。濕地生態(tài)系統(tǒng)對生態(tài)環(huán)境、生態(tài)功能有較強的調節(jié)能力,在環(huán)境保護中有顯著的調節(jié)優(yōu)勢。為了發(fā)揮人工濕地生態(tài)系統(tǒng)良好的生態(tài)功能,必須做好濕地植物的合理運用。為了給濕地自然保護區(qū)工作提供一定的理論指導,在概述人工濕地主要類型及其優(yōu)缺點的基礎上,結合煙臺福山銀湖省級濕地自然保護區(qū)實際,分析人工濕地中植物的配置及其在生態(tài)功能修復中的作用,并闡述人工濕地中濕地植物配置原則,包括適應性原則、多樣性原則、體積原則、功能互補原則、長期監(jiān)測原則及生態(tài)風險評估原則。
關鍵詞 人工濕地;生態(tài)功能修復;植物配置;煙臺福山銀湖省級濕地自然保護區(qū)
中圖分類號:X171.4;X173 文獻標志碼:C DOI:10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.17.005
濕地有著調節(jié)生態(tài)環(huán)境的功能,被譽為“地球之腎”。人工濕地是基于生態(tài)學原理,通過對自然濕地生態(tài)系統(tǒng)的模擬,以人工方式創(chuàng)建出來的生態(tài)工程,其中組合了微生物、基質與植被等,最終形成一個獨特的綜合生態(tài)體系,以實現(xiàn)對污水、污泥的有效處理[1]。相較于自然濕地中的物質循環(huán),人工濕地是在表層有效控制污染物質,并在其流動過程中充分利用土壤、植物和基質的氧化、沉淀、分解及過濾等作用攔截和凈化污水、污泥,進而充分發(fā)揮植物資源的再生潛力,實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的保持與生態(tài)功能的修復。人工濕地是一種有效的新型污水處理技術,在工業(yè)化發(fā)展進程中,我國濕地生態(tài)環(huán)境受到了一定破壞,為了恢復其生態(tài)功能,勢必要借助濕地植物的作用,通過人工濕地的協(xié)助,實現(xiàn)濕地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。
1? 人工濕地主要類型及其優(yōu)缺點
根據(jù)徑流的方向不同,人工濕地可分為表流濕地、水平潛流濕地和垂直潛流濕地3種類型,其優(yōu)缺點與具體適用要求見表1。
2? 人工濕地中植物的配置及修復作用
福山銀湖省級濕地自然保護區(qū)(下文簡稱銀湖保護區(qū))位于山東省煙臺市福山區(qū),是當?shù)刂匾臐竦厣鷳B(tài)系統(tǒng),占地面積較大,擁有豐富的濕地生物資源和生態(tài)環(huán)境類型,主要目標是保護濕地生物多樣性,維護濕地生態(tài)系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性。銀湖保護區(qū)具有重要的生態(tài)功能和資源價值,是許多鳥類、魚類、植物及其他生物的棲息地,為它們提供了繁殖、覓食的場所,這里的濕地環(huán)境對于水資源凈化和保持水質穩(wěn)定也起著重要作用,其中的湖泊、河流、沼澤和濕地植被形成了一個復雜的生態(tài)網(wǎng)絡,維持著生態(tài)平衡和生物多樣性。
2.1? 濕地植物的類型
濕地植物是指在濕地生態(tài)系統(tǒng)中生長的各種植物,是濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,多種多樣的植物既可以保護生物多樣性,又能為其他植物和微生物的生長繁殖提供適宜的場所,維持和保障整個生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
銀湖保護區(qū)擁有豐富的濕地植物資源,常見的植物類型包括以下5種。1)蘆葦類植物。蘆葦類植物是濕地中常見的植物,具有較強的適應能力和吸收水分的能力,如香蒲。2)蓮藕類植物。蓮藕類植物喜歡在水中生長,花朵和葉片姿態(tài)優(yōu)美,觀賞價值高,如荷花。3)羊草類植物。羊草類植物是比較常見的濕地植物,能夠適應濕潤的環(huán)境并具有較強的抗逆性,如羊草、鴨嘴草。4)水生植物。水生植物在水中生長,能夠吸收水中的養(yǎng)分,為水中生物提供氧氣,防止水體富營養(yǎng)化,如水蔥、水蕹菜、水芹。5)水生藻類。水生藻類是濕地中重要的初級生產者,對水體的凈化和氧氣的產生起著重要作用,如綠藻、藍藻。
2.2? 濕地植物的配置
在濕地生態(tài)系統(tǒng)植物配置時,主要是結合植物自身的形態(tài)與特征等進行搭配,確保植物各個時期都可以互為補充,保證景觀效果。在植物配置時,既要突出植物個體的特性,還應注意植物整體搭配和諧[2]。在配置濕地生態(tài)系統(tǒng)植物的過程中,強調基于對自然濕地生態(tài)系統(tǒng)中植物景觀的模仿選擇適宜的植物種類。在構建景觀時,并不特意強調對稱情況,而是注重不同植物間的自然與和諧之美,在視覺上體現(xiàn)出植物與植物之間、植物與環(huán)境之間的和諧。
與國外相比,我國在濕地植物配置上的理論研究起步較晚,主要關注點在于濕地植物的生態(tài)修復功能,如燈心草有著較好的治理污染的能力,慈姑與茭白在污水處理方面有較大優(yōu)勢,但實際上這些植物只占到全球濕地植物總量的1%[3]。隨著研究的深入,結合銀湖保護區(qū)的實際情況,濕地植物配置建議如下。1)增加蘆葦類植物。蘆葦類植物是濕地生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分,不僅能夠提供生境和食物,還具有凈化水質的功能,因此,可以適度種植蘆葦類植物,促進濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展。2)保護和擴大蓮藕類植物種群。蓮藕類植物是濕地中代表性植物之一,具有較高的生態(tài)功能和景觀價值,建議保護現(xiàn)有的蓮藕類植物種群,同時適度擴大其種植面積,以增加濕地的美觀性。3)引入多樣化的水生植物。為了提高濕地的生物多樣性,建議引入多樣化的水生植物,如千屈菜、澤瀉等。4)控制水生藻類的生長。雖然水生藻類對水體凈化和氧氣產生起著重要作用,但過度生長的藻類易導致水體缺氧,底層水生生物大面積死亡,最終引起水質變差。因此,建議采取相應的措施,維持水體的健康狀態(tài)。
2.3? 濕地植物的凈化效果
植物是人工濕地的核心。濕地植物的生態(tài)功能修復作用是借助自身的新陳代謝和土壤、微生物等的協(xié)同作用,降低水體內有機與無機污染物的含量,增強人工濕地系統(tǒng)內的水力傳輸,進而實現(xiàn)人工濕地系統(tǒng)良性的自我凈化、自我修復和自我循環(huán)。
濕地植物可借助自身的新陳代謝吸收一定量的有害物質,再經由一系列生理生化作用,轉換成植物生長所必需的營養(yǎng)物質。但植物修復作用也存在一定的局限性,一些濕地植物只會對特定的污染起到修復效果,具體如表2所示。
現(xiàn)階段,蘆葦、菹草、美人蕉、香蒲等有較強修復作用的濕地植物已經被運用到人工濕地中,用以修復生態(tài)功能,且其對各類污染水體的處理效果備受認可。以蘆葦為例,其在人工濕地中的生態(tài)功能修復作用體現(xiàn)在以下4個方面。1)水質凈化。蘆葦?shù)母滴蘸娃D化污染物的能力較強,可以吸收水中的營養(yǎng)鹽和有機物質,降低水體富營養(yǎng)化的程度,還能吸附和過濾水中的懸浮物、重金屬等有害物質,起到物理和化學凈化水體的作用。2)水位調節(jié)。蘆葦?shù)母的軌蛱嵘凉竦氐某炙芰Γ蘸托畲娲罅康乃?,降低地下水位和延緩地表徑流速度,阻擋水流,減緩水位上升,保持濕地適宜的水量,維持濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)[4]。3)土壤保持。蘆葦?shù)那o稈和根系可以固定土壤顆粒,增加土壤的抗侵蝕性,減少水土流失和土壤侵蝕,蘆葦密集的根系網(wǎng)絡構成了天然的土壤保護層,能有效防止水流沖刷土壤,保護土壤資源。
4)生物多樣性維護。蘆葦能為鳥類、昆蟲、魚類和多種野生動物等濕地生物提供棲息地和食物資源,為保護濕地生態(tài)系統(tǒng)中的物種多樣性提供了重要基礎,維持了濕地生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定。
除此之外,相當多的研究的焦點轉向了木本植物。和草本植物比較,木本植物的生長速度雖然慢,但是其根系更深、生物量更多,無論是輸氧速率還是新陳代謝速度都更快,在人工濕地中可發(fā)揮出更大的生態(tài)功能修復作用。例如夾竹桃是一種常見的木本植物,能通過根系釋放的物質改變水體的pH值,進一步凈化水質;同時,其根系能夠增加土壤的穩(wěn)定性,有助于保護濕地的土壤資源[5]。
在當前實際運行的人工濕地中,更多地強調對濕地景觀的修復和濕地水質的改善,在保留場地原本種植經濟樹種的同時進行景觀區(qū)劃,引入不同類型的濕地植被群落,打造出以多植被類型為中心的生態(tài)景觀,其中杭州西溪濕地是我國生態(tài)濕地景觀修復的成功典范[6]。
伴隨人類活動的干擾、自然環(huán)境的變化、水體富營養(yǎng)化程度的加深,濕地生態(tài)系統(tǒng)的結構及功能會不斷發(fā)生改變,在今后對濕地植物生態(tài)功能修復的研究中,可以聚焦于修復機理和效應,不僅能夠為人工濕地技術的發(fā)展提供有力的理論支持,還可以促進濕地植物生態(tài)功能修復走向產業(yè)化、規(guī)模化。
3? 人工濕地中植物的配置方案優(yōu)化原則
1)適應性原則。選擇適應當?shù)貧夂?、土壤和水質條件的濕地植物,不同植物對環(huán)境條件的要求不同,選擇適應性強的植物能夠提高生態(tài)功能發(fā)揮效果。2)多樣性原則。配置具有不同生態(tài)特征和功能的濕地植物,多樣化的濕地植物組合能夠提供更多的生境和資源,提升濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。3)體積合理原則。植物的體積和密度直接影響其在濕地中的生態(tài)功能修復效果,過高或過低的密度都易影響濕地植物的生長和生態(tài)功能,因此要根據(jù)濕地面積和水深,合理配置濕地植物的數(shù)量和密度。
4)功能互補原則。不同濕地植物具有不同的生態(tài)功能,如水質凈化、水位調節(jié)、土壤保持等,配置具有不同生態(tài)功能的濕地植物,可以提高濕地生態(tài)系統(tǒng)的綜合修復效果。5)長期監(jiān)測原則。配置濕地植物后,需要進行長期監(jiān)測和評估,了解植物的生長狀況和生態(tài)效果,以便及時調整植物配置方案,確保濕地植物的生態(tài)功能得到充分發(fā)揮。6)生態(tài)風險評估原則。在配置濕地植物時,需要對引入的植物進行生態(tài)風險評估,評估其對當?shù)刈匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)的潛在影響。避免引入具有入侵性的植物,以免對當?shù)厣锒鄻有院蜕鷳B(tài)平衡造成負面影響。
4? 結語
人工濕地是一種重要的濕地修復手段,通過合理配置濕地植物,可實現(xiàn)濕地生態(tài)功能的修復和改善。濕地植物在水質凈化、水位調節(jié)、土壤保持和生物多樣性維護等方面發(fā)揮著重要作用,通過科學配置濕地植物,最大限度發(fā)揮人工濕地的生態(tài)功能,實現(xiàn)濕地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。因此,深入研究和應用濕地植物配置方案,不僅能為煙臺福山銀湖省級濕地自然保護區(qū)人工濕地的設計和管理提供重要的科學依據(jù),還能為保護和恢復濕地生態(tài)系統(tǒng)做出巨大貢獻。
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(責任編輯:劉寧寧? 丁志祥)
收稿日期:2023-06-11
作者簡介:楊汶華(1981—),女,山東煙臺人,本科,工程師,研究方向為濕地資源保護與管理。E-mail:ytfsbb@163.com。