人工湿地植物Word下载.docx
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人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。
其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。
2.1.2人工湿地类型
根据污水在系统中的流动方式，可以将人工湿地分为表面流人工湿地、潜流人工湿地以及垂直流人工湿地三类。
表面流人工湿地：
污水在基质的表面漫流，有机物的去除通过植物水下茎、杆上的生物膜来完成。
其优点是投资省，缺点是这种湿地不能充分利用填料基质及丰富的植物根系，处理污染物的负荷比较低，且在寒冷的冬天表面会结冰，在炎热的夏天回滋生蚊蝇，散发臭味，存在卫生隐患。
潜流人工湿地：
污水在填料基质表面以下潜流系统，它分别利用整个系统的协同作用。
其优点是，一方面可以通过填料及植物根系截留污水，再通过植物根系吸收污染物，充分发挥了植物根系的吸收作用；
另一方面由于水流在地表以下流动，保温性较好，处理效果受气候影响小，而且卫生条件也比较好。
但缺点是投资比表面流湿地要高。
垂直流人工湿地：
垂直流湿地的水流结合了表面流湿地和潜流湿地的特点，水流在填料床中由上而下做竖向流动，污染物去除机理基本与潜流人工湿地相同；
与表面流人工湿地相比，垂直流的底层氧化能力更高，因此对污水有较高的处理能力。
但这种系统的布水、集水系统复杂，对基建要求高，造价也高。
垂直流人工湿地被认为是废水净化的可靠天然处理系统。
2.2人工湿地植物
2.2.1植物类型分析
（1）浮水植物
浮水植物中常用作人工湿地系统处理的有水葫芦、大薸、水芹菜、李氏禾、浮萍、水蕹菜、豆瓣菜等。
根据对这些植物的植物学特性进行分析，发现它们具有以下几个特点：
①生命力强，对环境适应性好，根系发达；
②生物量大，生长迅速；
③具有季节性休眠现象，如冬季休眠或死亡的水葫芦、大薸、水蕹菜，夏季休眠的水芹菜、豆瓣菜等。
生长的旺盛季节主要集中在每年的3-10月或9月-次年5月；
④生育周期短，主要以营养生长为主，对N的需求量最高。
由于浮水植物具有上述的植物学特性，因此，在进行人工湿地植物配置的时候我们必须充分考虑它们各自的优点：
①由于这类植物的环境适应能力强，因此在进行植物配置时应当作地方优势品种予以优先考虑；
②人工湿地系统中，水体中养分的去除主要依靠植物的吸收利用，因此，生物量大、根系发达、年生育周期多和吸收能力好的植物成为我们选择的目标；
③利用植物季节性休眠特性，我们可以给予正确的植物搭配，如冬季低温时配置水芹菜而夏季高温时则配置水葫芦、大薸等适宜高温生长的植物，以避免因植物品种选择搭配单一而出现季节性的功能失调现象；
④由于这类植物以营养生长为主，对N的吸收利用率要高，因此，在进行植物配置时应重视其对N的吸收利用效果，可作为N去除的优势植物而加以利用，从而提高系统对N的去除效果。
（2）挺水草本植物类型
这类植物包括芦苇、茭草、香蒲、旱伞竹、皇竹草、藨草、水葱、水莎草、纸莎草等，为人工湿地系统主要的植物选配品种。
这些植物的共同特性在于：
①适应能力强，或为本土优势品种；
②根系发达，生长量大，营养生长与生殖生长并存，对N和P、K的吸收都比较丰富；
③能于无土环境生长。
根据这类植物的生长特性，它们可以搭配种植于潜流式人工湿地，也可以种植于表流式人工湿地系统中。
（3）沉水植物类型
沉水植物一般原生于水质清洁的环境，其生长对水质要求比较高，因此，沉水植物只能用作人工湿地系统中最后的强化稳定植物加以应用，以提高出水水质。
2.2.2适宜湿地种植的几种常见植物介绍
（1）凤眼莲
【学名】Ｅｉｃｈｈｏｍｉｃｒａｓｓｉｅｓ（Ｍａｒｔ）Ｓｏｌｍｓ
【别名】水葫芦、凤眼蓝、水葫芦苗
【分类】雨久花科凤眼莲属
形态特征：
多年生浮水草本。
须根发达且悬垂水中。
单叶丛生于短缩茎的基部，每株６～１２叶片，叶卵圆形，叶面光滑；
叶柄中下部有膨胀如葫芦状的气囊，基部具削状苞片。
花茎单生，穗状花序，５～１２花朵，花被６裂，紫蓝色，上有１枚裂片较大，中央有鲜黄色的斑点。
花两性，雄蕊６枚，雌蕊１枚，花柱细长，子房上位。
生态习性：
凤眼莲在长江中下游每年８—１０月开花，花期较长。
每茬花４～５天，第一茬花谢后４～５天，本株又开第二茬花，共开２～３茬。
生长良好的大秆花穗有花苞１５～１８朵，最少的也有３朵以上。
开花时平均温度２５℃，漂泊在沼泽边坡，潮湿岸边生长的极易开花，比水中浮生的多开１～２年。
喜高温湿润的气候，２５～３５°
Ｃ为生长发育的最适温度，３９℃以上则抑制生长，７～ＩＯ°
C处于休眠状态；
１０°
Ｃ以上开始萌芽，但深秋季节遇到霜冻后，很快枯萎。
耐碱性，水体ｐＨ值为９时仍生长正常。
抗病力亦强。
极耐肥，好群生。
但在多风浪的水面上，则生长不良。
花期长，自夏至秋开花不绝。
凤眼莲根系发达，生长迅速，生长量大。
（２）大藻
【学名】Ｐｉｓｔｉａ ｓｔｒａｔｉｏｔｅｓ Ｌ．
【别名】大萍、水莲、肥猪草、水芙蓉
【分类】天南星科大藻属
主茎短缩而叶呈莲座状，从叶腋间向四周分出匍匐茎，茎顶端发出新植株，有白色成束的须根。
叶簇生，叶片倒卵状楔形，长２～８ ｃｍ，顶端钝圆而呈微波状，两面都有白色细毛。
花序生叶腋间，有短的总花梗，佛焰苞长约１．２ｃｍ，白色，背面生毛。
果为浆果。
花期６—７月。
生长习性：
性喜高温高湿，不耐严寒。
大藻有发达的根系，直接从污水中吸收有害物质和过剩营养物质，净化能力较强。
（３）黑藻
【学名】Ｈｙｄｎｌｌａ ｖｅｒｔｉｃｉｌｌａｔａ
【别名】温丝草、灯笼薇、转转薇
【分类】水鳖科黑藻属
多年生沉水草本。
茎圆柱形，表面具有纵向细棱纹，质较脆；
茎直立细长，长５０－８０ ｃｍ。
叶带状披针形，４～８片轮生，通常以４～６片为多，长１．５ｃｍ左右，宽约１．５－２．ｃｍ；
叶缘具小锯齿，叶无柄。
休眠芽长卵圆形；
苞叶多数，螺旋状紧密排列，白色或淡黄绿色，狭披针形至披针形。
叶３～８片轮生，常具紫红色或黑色小斑点，先端锐尖，边缘锯齿明显，无柄，具腋生小鳞片；
主脉１条，明显。
花单性，雌雄同株或异株腋生，无柄，雄佛焰苞近球形，绿色，表面具明显的纵棱纹，顶端具刺凸；
雄花萼片、花瓣各３片，白色。
果实圆柱形，表面常有２～９个刺状凸起。
种子２～６粒，褐色，两端尖。
花果期５～１０月。
喜阳光充足的环境。
环境荫蔽植株生长受阻，新叶叶色变淡，老叶逐渐死亡。
最喜每天
接受２～３小时的散射日光。
性喜温暖，较耐寒，在１５～３０℃的温度范围内生长良好，越冬不低于４°
。
黑藻根系和叶片均可作为吸收器官，对磷的吸附力较强。
（４）大聚藻
【学名】Ｍｙｒｉｏｐｈｙｌｌｕｍ ａｑｕａｔｉｃｕｍ
【别名】羽毛草、粉绿狐尾藻
【分类】小二仙草科狐尾藻属
多年生挺水或沉水草本。
植株长５０－８０ ｃｍ。
茎上部直立，下部具有沉水性，细长有分枝。
叶轮生，多为５叶轮生，叶片圆扇形，一回羽状，两侧有８～１０片淡绿色的丝状小羽片，长度为ｌ０～１８ ｍｍ。
雌雄异株，穗状花序；
花细小，直径约２ｍｍ，白色；
子房下位，分果。
花期７—８月。
（５）芦苇
【学名】Ｐｈｒａｇｍｉｔｅｓ ｃｏｍｍｕｎｉｓ
【分类】禾本科芦苇属
水植物，茎秆直立，秆高１～３ ｍ，节下常生白粉。
叶鞘圆筒形，无毛或有细毛。
叶舌有毛，叶片长线形或长披针形，排列成２行。
叶长１５－４５ ｃｍ，宽１．０－３．ｃｍ。
圆锥花序长１０－４０ｃｍ，微垂头，分枝斜上或微伸展；
小穗有小花４～７朵；
颖有３脉，一颖短小，二颖略长；
第一小花多为雄性，余两性。
果实为颖果，披针形，顶端有宿存花柱。
具长而粗壮的匍匐根状茎，以根茎繁殖为主。
多生于低湿地或浅水中。
夏秋开花，顶生，疏散。
芦苇适应性广、抗逆性强、生物量高，嫩茎、叶可作饲料。
目前大多数作为放牧地利用，也有用作割草地或放牧与割草兼用，往往作为早春放牧地。
芦苇草地有季节性积水或过湿，加之是高草地，适宜马、牛等大畜放牧。
芦苇地上部分植株高大，又有较强的再生力，以芦苇为主的草地，生物量也是牧草类较高的，在自然条件下能产鲜草。
3．9-13．9t/hm2每年可刈剖２～３次。
除放牧利用外，亦可晒制干草和做青贮。
芦苇植株高大，地下有发达的匍匐根状茎。
可将芦苇种植在人工湿地的前端，能有效去除污水中的有机污染物。
（６）伞草
【学名】Ｃｙｐｅｒｕｓ ａｌｔｅｒｎｉｏｌｉｕｓ Ｒｏｔｔｂ．
【别名】水棕竹、风车草
【分类】莎草科莎草属
多年生湿生、挺水植物，高０．４～１．６ ｍ。
茎秆粗壮，直立生长，茎近圆柱形，丛生，上部较为粗糙，下部包于棕色的叶鞘之中。
叶状苞片约２０枚，近等长，长为花序的２倍以上，宽2~11mm，叶状苞片呈螺旋状排列在茎秆的顶端，向四面辐射开展，扩散呈伞状。
聚伞花序，有多数辐射枝，每个辐射枝端常有４～１０个第二次分枝；
小穗多个，密生于第二次分枝的顶端，小穗椭圆形或长椭圆状披针形，压扁，长３～８ ｍｎ＇，具６朵至多朵小花；
花两性，无下位刚毛，鳞片２列排列，卵状披针形，顶端渐尖，长约2mm，具锈色斑点，花药顶端有刚毛状附属物，花柱３枚。
果实为小坚果，椭圆形近三棱形，长约１mm。
果实9—10月成熟，花果期为夏秋季节。
性喜温暖湿润、通风良好、光照充足的环境，耐半阴；
甚耐寒，华东地区露地稍加保护可以越冬；
对土壤要求不严，以肥沃稍粘的土质为宜。
（７）灯心草
【学名】Ｊｕｎｃｕｓ ｅｆｕｓｕｓ
【别名】蔺草、龙须草、野席草、马棕根、野马棕
【分类】灯心草科灯心草属
多年生草本，高４０～１００ｃｍ。
根茎横走，密生须根。
茎簇生，直立，细柱形，直径１．５～４．０mm，茎内充满白色的髓心，占茎的大部分。
叶鞘红褐色或淡黄色，长者达１５ ｃｍ；
叶片退化呈刺芒状。
花序假侧生，聚伞状，多花，密集或疏散；
与茎贯连的苞片长５～２０ ｃｍ；
花淡绿色，具短柄，长2.0～2.5ｍｍ；
花被片６，条状披针形，排列为二轮，外轮稍长，边缘膜质，背面被柔毛；
雄蕊３或极少为６，长约为花被的２／３，花药稍短于花丝；
雌蕊１，子房上位，３室，花柱很短，柱头３。
蒴果长圆状，端钝或微凹，约与花被等长或稍长，内有３个完整的隔膜。
种子多数，卵状长圆形，褐色，长约０．４ｍm。
花期６—７月，果期７—１０月。
灯心草除污能力较强，对ＣＯＤ去除率较高。
（８）黄菖蒲
【学名】ＩｎｓｐｓｅｕｄａｃｏｒｕｓＬ．
【别名】黄花鸢尾、水生鸢尾
【分类】鸢尾科鸢尾属
多年生湿生或挺水宿根草本植物，植株高大，根茎短粗。
叶茂密，基生，绿色，长剑形，长６０～１００ｃｍ，中肋明显，并具横向网状脉。
花茎稍高出叶，垂瓣上部长椭圆形，基部近等宽，具褐色斑纹或无，旗瓣淡黄色，花径８ｃｍ。
蒴果长形，内有种子多数，种子褐色，有棱角。
花期５—６月。
适应性强，喜光耐半阴，耐旱也耐湿，在砂壤土及粘土上都能生长，在水边栽植生长更好。
生长适温１５－３０°
Ｃ，温度降至1Ｏ°
C以下停止生长。
在北京地区，冬季地上部分枯死，根茎地下越冬，极其耐寒。
2.2.3植物在人工湿地中的作用
人工湿地的工作原理主要是利用湿地中基质、湿地植物和微生物之间的相互作用，通过一系列物理的、化学的以及生物的途径来净化污水。
它能有效减少废水中的固体悬浮物（ＳＳ）、生化需氧量（ＢＯＤ）、Ｎ、Ｐ和部分重金属，可广泛应用于城镇生活废水处理、农业面源污染和河流富营养化控制等。
植物是人工湿地的核心部分，在人工湿地净化污水过程中，植物的作用可以归纳为３个重要的方面：
（１）直接吸收污水中可利用的营养物质、吸附和富集重金属和一些有毒有害物质；
（２）为根区好氧微生物输送氧气；
（３）增强和维持介质的水力传输。
除此之外，植物根系能分泌多种有机复合物，为微生物提供碳源。
人工湿地净化污水的能力与植物根系的生长状况密切相关，植株根系越发达，其净化污水的能力、输氧和穿透的作用越大。
在筛选人工湿地植物的过程中，植物的根系深度、氧气释放量、生
一
物量和抗逆性都是重要的参考指标。
一般来说，植物根系在缺水的情况下，会自动加快其根系向地下潮湿方向的伸展，因此，若人为地使植物根系处于适当的缺水状态，可诱导植物根系加速增长，但若过分缺水，植物会因缺水而死亡，水分诱导技术就是基于这个原理发展起来的。
植物是人工湿地的重要功能单元，通过植物不但可以去除污染物，而且还能绿化土地，改善小区域气候，促进生态环境的良性循环。
2.2.4植物的选择分析及原则
2.2.4.1植物的选择分析
（1）根据植物原生环境分析
根据植物的原生环境分析，原生于实土环境的一些植物如美人蕉、芦苇、灯心草、旱伞竹、皇竹草、芦竹、薏米等，其根系生长有一定的向土性，配置于表面流湿地系统中，生长会更旺盛。
但由于它们的根系大都垂直向下生长，因此，净化处理的效果不及应用于潜流式湿地中；
对于一些原生于沼泽、腐殖层、草炭湿地、湖泊水面的植物如水葱、野茭、山姜、藨草、香蒲、菖蒲等，由于其生长已经适应了无土环境，因此更适宜配置于潜流式人工湿地；
而对于一些块根块茎类的水生植物如荷花、睡莲、慈姑、芋头等则只能配置于表面流湿地中。
（2）根据植物对养分的需求类型分析
根据植物对养分的需求情况分析，由于潜流式人工湿地湿地系统填料之间的空隙大，植物根系与水体养分接触的面积要较表流式人工湿地湿地广，因此对于营养生长旺盛、植株生长迅速、植株生物量大、一年有数个萌发高峰的植物如香蒲、水葱、苔草、水莎草等植物适宜栽种于潜流湿地；
而对于营养生长与生殖生长并存，生长相对缓慢，一年只有一个萌发高峰期的一些植物如芦苇、茭草、薏米等则配置于表面流湿地系统。
（3）根据植物对污水的适应能力分析
不同植物对污水的适应能力不同。
一般高浓度污水主要集中在湿地工艺的前端部分。
因此，在人工湿地建设时，前端工艺部分如强氧化塘、潜流湿地等工艺一般选择耐污染能力强的植物品种。
末端工艺如稳定塘、景观塘等处理段中，由于污水浓度降低，因此可以更多考虑植物的景观效果。
2.2.4.2植物的选择原则
（1）植物在具有良好的生态适应能力和生态营建功能；
管理简单、方便是人工湿地生态污水处理工程的主要特点之一。
若能筛选出净化能力强、抗逆性相仿,而生长量较小的植物,将会减少管理上尤其是对植物体后处理上的许多麻烦。
一般应选用当地或本地区天然湿地中存在的植物。
（2）植物具有很强的生命力和旺盛的生长势；
①抗冻、抗热能力
由于污水处理系统是全年连续运行的,故要求水生植物即使在恶劣的环境下也能基本正常生长,而那些对自然条件适应性较差或不能适应的植物都将直接影响净化效果。
②抗病虫害能力
污水生态处理系统中的植物易滋生病虫害,抗病虫害能力直接关系到植物自身的生长与生存,也直接影响其在处理系统中的净化效果。
③对周围环境的适应能力
由于人工湿地中的植物根系要长期浸泡在水中和接触浓度较高且变化较大的污染物,因此所选用的水生植物除了耐污能力要强外,对当地的气候条件、土壤条件和周围的动植物环境都要有很好的适应能力。
（3）所引种的植物必须具有较强的耐污染能力；
水生植物对污水中的BOD5、COD、TN、TP主要是靠附着生长在根区表面及附近的微生物去除的,因此应选择根系比较发达，对污水承受能力强的水生植物。
（4）植物的年生长期长，最好是冬季半枯萎或常绿植物；
人工湿地处理系统中常会出现因冬季植物枯萎死亡或生长休眠而导致功能下降的现象，因此，应着重选用常绿冬季生长旺盛的水生植物类型。
（5）所选择的植物将不对当地的生态环境构成隐患或威胁，具有生态安全性；
（6）具有一定的经济效益、文化价值、景观效益和综合利用价值。
若所处理的污水不含有毒、有害成分,其综合利用可从以下几个方面考虑:
①作饲料,一般选择粗蛋白的含量>
20%（干重）的水生植物；
②作肥料,应考虑植物体含肥料有效成分较高,易分解；
③生产沼气,应考虑发酵、产气植物的碳氮比,一般选用植物体的碳氮比为25～30.5/1；
④工业或手工业原料，如芦苇可以用来造纸，水葱、灯心草、香蒲、莞草等都是编制草席的原料。
由于城镇污水的处理系统一般都靠近城郊,同时面积较大,故美化景观也是必须考虑的。
然而在实际工作中，很多人工湿地的工艺设计者和建设者考虑得最多的是植物的独有性和观赏价值等表在因素，没有考虑到栽种该植物后的植株生长效果、湿地的运行效果、生长表现以及对生态的安全性等，导致人工湿地在运行一段时间后功能骤降或运行费用剧增，最后导致系统瘫费或闲置。
2.2.5植物对污水的净化效果
（1）湿地植物对根系土壤PH值的调节作用根据图表可以看出0~8d湿地植物对PH值的调节具有很强的作用，这说明种植植物的系统对pH的调节好于没有种植植物的系统，但作用不是很明显,还有不同的植物对PH值的调节略有不同,另外植物根系能够分泌质子和无机离子，所以对根系土壤的PH值有一定的调节作用。
（2）湿地植物对NH3—N的去除效果在保证水中溶氧量为0.8~2.0mg/L,消化反应基本不能进行，则NH3—N的去除主要是植物的吸收，从图中可以看出，从第八天开始处理效果好于前几天，原因是犹豫根系输氧的作用，发生反消化反应，与植物生长情况相同，生长情况好的植物对NH3—N的吸收量也高。
不同植物对NH3—N的去除率有也有一定的差别，由图可见植物对NH3—N的去除作用是很明显的。
（3）湿地植物对TP的去除效果污水中磷的含量不是很高，由于生活污水的TP进水浓度小，出水水质比较稳定。
由图可见种植植物的出水效果明显好于对照装置，由于时间较短且湿地床较浅，故TP的去除原因主要是植物的吸收。
所以说植物对TP具有较好的去除效果。
（4）湿地植物对TN的去除如图可知植物筛选中对氮的去除效果不理想，平均去除率只有25%左右。
对照装置的基本没变化，实验中由图中可知氮的去除率主要由植物吸收。
2.2.6人工湿地植物应用过程存在的问题与展望
通过整理了解到，尽管国内外对人工湿地系统中的植物开展了较为广泛的专项研究，但由于各种因素的作用使得人工湿地植物的净化效果受到影响，况且我国人工湿地的烟具起步较晚，因此有关湿地植物的研究还需要不断深入和探索。
1）植物耐污水胁迫能力饿强弱与其生长状况紧密相连，植株生长越茂盛，根系越发达，污水的净化能力就强，植物表现出的抗性也就越强。
但大数植物生长都遵循着春夏季萌发，冬季死亡的客观规律。
这种现象的存在，使人工湿地的污水处理系统冬季净化效果下降，相应抗性也下降。
2）人工湿地中选择典型的植物或植物组合作为优势种进行种植，有利于其快速生长，提高人工湿地植物的抗性。
因此，如何抑制人工湿地外来物种的入侵，对人工湿地的高效运行和抗性的提高有着重要意义。
3）植物根系在人工湿地系统中起到非常重要的作用,能够改善土壤微环境,主要是由于根系对根际微生物、酶系统产生影响,从而影响人工湿地污水处理的效果。
但很多时候植物根系的生长发育受到限制,常出现烂根的情况,应开展有利于根系进一步向深处扩展的条件的研究。
4）同类型湿地植物的净化机理很类似,但研究多局限于同种类型植物间的对比,少有针对不同类型植物处理同种类型水体的研究,应开展这方面的研究。
5）目前对人工湿地植物的研究多局限在实验室的小试规模,工程实践应用的实例少,缺乏理论与实际工程的结合,应开展这方面的研究。
小结
人工湿地所涉及的机理非常复杂、领域非常广泛，目前，虽然有些机理研究已经得到初步的认可，但是仍有许多问题需要更深一步进行探讨。
湿地环境中植物的选择是整个系统正常运行的关键。
因此深入研究人工湿地中植物的选择，明确植物的特性对湿地系统出水水质的影响，对于指导人工湿地的设计、运行和管理有着十分重要的意义。
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