滇池福保人工湿地水生植物研究.pdf

分类号 Q948 8 密级 U D C 编号 西南林业大学 2010 届硕士研究生学位论文 滇池滇池滇池滇池福保福保福保福保人工人工人工人工湿地湿地湿地湿地水生水生水生水生植物植物植物植物研究研究研究研究 Study on hydrophytes planted in Dianchi Fubao constructed wetland 谢凌雁 指 导 教 师 林萍 教授 申请学位级别 硕士 学科专业名称 园林植物与观赏园艺 论文提交日期 2010 年 4 月 论文答辩日期 2010 年 5 月 25 日 学位授予单位 西南林业大学 学位授予日期 2010 年 6 月 西南林业大学 2010 届硕士研究生学位论文 滇池滇池滇池滇池福保福保福保福保人工人工人工人工湿地水生植物研究湿地水生植物研究湿地水生植物研究湿地水生植物研究 Study on hydrophytes planted in Dianchi Fubao constructed wetland 谢凌雁 指 导 教 师 林萍 教授 学位授予单位 西南林业大学 云南 昆明 声声声声 明明明明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含他人已经发表 或撰写过的研究成果 也不包含为获得西南林业大学或其它教育机构的学位或证书而 使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意 作者签名 日期 关于论文使用授权的说明关于论文使用授权的说明关于论文使用授权的说明关于论文使用授权的说明 本人同意 西南林业大学有权保留送交论文的复印件 可以采用影印 缩印或其 他复制手段保存论文 提交论文一年后 允许论文被查阅和借阅 学校可以公布论文 的全部或部分内容 保密的论文在解密后应遵守此规定 作者签名 导师签名 日期 摘要 I 摘要 福保人工湿地属于昆明市环湖东路沿线土地一级开发生态湿地示范工程之一 工程在 2008 年 11 月完工 总占地面积 81200m2 其中水域面积 80 该人工湿地建 成仅几个月后 湿地内的植物生长繁茂 植物景观初具雏型 把福保湿地内生长的水 生植物作为研究对象 主要包括三部分内容 福保湿地在完工第二年后湿地上生长的 植物情况调查 包括植物种类组成和植物景观特征 在前面调查的基础上选取再力花 Thalia dealbata 梭鱼草 Pontederia cordata 凤眼莲 Eichhornia crassipes 芦苇 Phragmites australis 茭白 Zizania caduciflora 睡莲 Nymphaea tetragona 香蒲 Typha przewalski 七种生长状况良好的水生观赏植物作为试验材料 通过测定 七种试验植物成熟叶片在营养生长期 繁殖期 枯萎初期三个时期中氮 磷 钾 钙 镁 钠 硅 铜 铁 锌 铝 锰 铅 硒 14 种营养元素的含量 比较它们各自对 不同营养元素的富集能力 最后在元素吸收能力试验结果的基础上 对七种试验植物 运用 AHP 层次分析法从观赏价值 营养元素吸收能力这两方面对七种水生植物作了 一个定性与定量相结合的综合评价 通过系列的调查和试验 能为园林湿地景观以及 相同污水源人工湿地的植物选材提供参考价值 并取得以下 5 点研究结果 1 在 2009 年 4 月 11 月期间 通过外业实地调查 确定在该湿地上共生长植 物 91 种 隶属于 49 科 82 属 植物种类比较丰富的科是菊科 天南星科 莎草科 禾本科 依据试验地特殊的环境可把福保湿地植物景观分为水体植物景观 岸线植物 景观两类 2 植物对营养元索的吸收不一定与环境中相应元素的浓度呈简单的因果关系 影响植物元素含量的主要因素有 植物发育阶段 元素之间相互作用 植物生理年龄 对植物叶片干物质中矿质养分含量影响最重要 易循环的氮 磷 钾元素在植物的营 养生长期 繁殖期 枯萎初期三个时期叶片含量差异较大 不易循环的金属元素在三 个时期叶片含量差异不明显 有些营养元素之间会产生相互促进或抑制的作用 表现 最明显的是湿地水质中含量过高的氮 磷元素抑制了植物对铜的吸收 3 七种水生植物对氮 磷都有较强的富集作用 效果最明显的是浮叶植物睡莲 和漂浮植物凤眼莲 睡莲叶片中氮含量在枯萎初期最高 为 3 94 凤眼莲叶片中磷 含量在营养生长期最高 为 3 36mg g 4 对于金属元素和常规营养元素 植物之间的吸附能力没有表现出一致性 铁 在睡莲叶片中富集能力最强 最高含量是 1 10mg g 芦苇叶片对铜 硅富集能力最强 最高含量分别是 0 0060mg g 50 09mg g 再力花对锰 铝富集能力最强 最高含量 分别是 0 66mg g 7 97mg g 凤眼莲对锌 铅 钾富集能力最强 最高含量分别是 1 91mg g 0 0338mg g 23 93mg g 香蒲对硒 钙 镁富集能力最强 最高含量分别 是 0 0195mg g 7 03mg g 4 30mg g 铁 锰 钙 镁 硅 5 种元素在试验植物叶片 中含量处于正常植物含量范围的高值 锌的含量是普通植物的 2 5 倍 但是七种植 滇池福保人工湿地水生植物研究 II 物生长良好 说明试验植物对这些金属元素具有良好的适应性 其它元素含量都处于 普通植物正常范围内 5 运用 AHP 层次分析法对植物观赏价值与植物营养元素吸收能力进行综合评 价 评价模型共确定 10 个评价因子 在前面实地调查和实验结果的基础上 通过对 评价因子权重值的计算和每种植物各项评价因子的打分 最终七种水生观赏植物的综 合评价结果为 睡莲 梭鱼草 再力花 凤眼莲 香蒲 芦苇 茭白 睡莲的优势表 现在 它作为传统的观赏水生花卉 花朵色彩丰富 花型优美大方 花期长 无论是 群植还是单株点缀都具有其它水生植物不可比拟的观赏价值 同时它对富营养水体中 的氮 磷吸附能力表现了明显的优势 其余六种植物 在元素富集方面 每种植物都 对某种元素表现出一定的优势 植物之间综合能力差异不明显 但是六种植物在观赏 方面有较大差异 梭鱼草 再力花 凤眼莲 香蒲四种植物无论群植做水岸背景或是 丛植点缀造景 可赏性都比较强 但是前三种植物花部的花色 花型都具有较高的观 赏性 香蒲花部观赏价值次于这三种植物 芦苇 茭白属于大型草本植物 单株株型 稍显凌乱 适合群植营造大面积气势 在园林应用中受水体面积的限制 关键词关键词关键词关键词 滇池福保人工湿地 水生植物 营养元素 富集能力 观赏价值 摘要 III Abstract Fubao constructed wetland is one of demonstrated projects which are built along the Dianchi road in Kunming Project completed in November 2008 the total area is 81200m2 The artificial wetland has finished after a few months the plants and the plant landscape are flourishing The whole hydrophytes planted in constructed wetland are object of study in the article There are main three parts On the base of the field investigation choosing seven types of hydrophytes as test materials They are Thaliade albata Zizania caduciflora Phragmites australis Typha przewalskii Pontederi acordata Eichhornia crassipes Nymphaea tetragona which all grow well One of research contents is the content of 14 kinds of mineral elementsn in he mature leaves of test hydrophytes which are N P K Ca Mg Si Cu Fe Zi Pb Al Se Mn Na Another is useing AHP to evaluate comprehensively about these seven test hydrophytes from ornamental value and nutrient absorption capacity Specifically including 5 research as follow 1 Through the field investigation from April to November in 2009 there are 91 plant species grown in the Fubao constructed wetlands eighty percent of which plant in water area which belong to 49 families and82 genera The richest families are Asteraceae Araceae Cyperaceae Gramineae 2 Between the capacity of plants absorbing nutrients and the environment is not simple relationship There are two factors affecting metal accumulation ability of plants the development stage of plant interaction between the elements The most important factors of content about mineral nutrients are plant physiological age N P and K in the leaves of the plant are obviously different in the three periods because they are easy cyclic Other metallic are not easy loop t in leaves between the three periods Some nutrients are promotional or inhibiting with others The most obvious is that the performance of wetland water quality in the high content of N P inhibits the absorption of plants Cu 3 The 7 kinds of hydrophytes about the N and P have strong effects The floating leaved water Nymphaea tetragona and floating plants Eichhornia crassipes have the strongest capacity The maximum content of Nymphaea tetragona about N is 3 94 The maximum content of Eichhornia crassipes about P is 3 36mg g 4 The 7 kinds of hydrophytes have not the conformity capacity about the metallic elements and general nutrients The highest content in plant s leaves about Fe is Nymphaea tetragona which is 1 10mg g The highest content in plant s leaves about Cu and Si is Phragmites australis which is 0 0060mg g 50 09mg g The highest content in plant s leaves about Mn and Al is Thalia dealbata which is 0 66mg g 7 97mg g The highest content in plant s leaves about Zn Pb and K is Eichhornia crassipes which is 1 91mg g 0 0338mg g 23 93mg g The highest content in plant s leaves about Se Ca and Mg is Typha przewalski which is 0 0195mg g 7 03mg g 4 30mg g The contents in the test plants leaves about Fe Mn Ca Mg Si Zn are more than ordinary plants The content 滇池福保人工湿地水生植物研究 IV about Zn is 2 5 times than normal plants but seven kinds of plants grow well Other elements content of plants are within the normal range 5 Use AHP to make a comprehensive assessment about seven hydrophytes from plant ornamental value and ecological function the plants absorption capacity about nutrients There are 10 evaluation factors in the evaluation model On the base of the field investigation and experimental results by the way of evaluation factor weights calculation and the evaluation factors for each rate of plant the result is Nymphaea tetragona Pontederia cordata Thalia dealbata Eichhornia crassipes Typha przewalski Phragmites australis Zizania caduciflora The advantages of Nymphaea tetragona as follow it is a traditional ornamental water plants the flower color of which is rich and flower in bloom has a long time Effect of both communities or other aquatic plant decoration is most beautiful in others while its adsorption capacity about N and P has obvious advantages The other six plants are shown themselves advantage about elements so don t have significant difference between the plants about comprehensive capacity But six plants have a big difference in viewing The flowers color and pattern of Pontederia cordata Thalia dealbata and Eichhornia crassipes are higher ornamental than others Phragmites australis and Zizania caduciflora are large herbaceous plant their type slightly messy which are suitable for planting in large water area Key words Dianchi Fubao constructed wetland hydrophyte nutrient element accumulation ability visual value 目录 V 目 录 摘要 英文摘要 1 引言 1 1 1 研究目的和意义 1 1 2 国内外研究综述 2 1 2 1 人工湿地研究 2 1 2 2 湿地植物与其营养元素特征研究 3 1 2 3 湿地植物的作用研究 5 2 福保人工湿地基本概况 7 2 1 湿地污水处理工艺 8 2 2 湿地景观构建 9 3 福保人工湿地植物调查及分析 10 3 1 调查方法 10 3 2 结果及分析 10 3 2 1 植物物种组成 10 3 2 2 植物景观特征 13 4 七种水生植物富集营养元素能力比较 16 4 1 试验材料 16 4 1 1 再力花 16 4 1 2 茭白 17 4 1 3 芦苇 17 4 1 4 香蒲 17 4 1 5 梭鱼草 18 4 1 6 凤眼莲 18 4 1 7 睡莲 19 4 2 试验方法 20 4 2 1 样品采集及预处理 20 4 2 2 元素化学分析方法 20 4 3 结果与分析 21 4 3 1 水体中的元素含量 21 4 3 2 七种水生植物叶片中 N P 含量 22 4 3 3 七种水生植物叶片中 7 种重金属元素含量 24 4 3 4 七种水生植物叶片中常规营养元素含量 29 滇池福保人工湿地水生植物研究 VI 5 七种水生植物综合评价 34 5 1 评价方法 34 5 1 1 建立评价结构模型 34 5 1 2 确定权重值 36 5 2 评价结果 38 6 结论与讨论 40 6 1 结论 40 6 2 讨论 41 参考文献 43 致谢 45 个人简介 46 导师简介 47 在读期间所获成果目录清单 48 1 引言 1 1 引言 1 1 研究目的和意义 湿地 Wetland 是地球上具有多种功能的生态系统 与森林 海洋并称为地球三 大系统 是自然界生物多样性最丰富和人类社会赖以生存发展的发祥之地 被科学家 誉为 自然之肾 生命摇篮 物种基因库 1 国内外的学者在湿地的不同方面 做了大量的研究 主要侧重于湿地的功能与价值 湿地生态系统的运转和评价以及生 态恢复 关于生长在湿地上的植物也越来越受到重视 围绕湿地植被的生态学特性 净化污水机理 净化能力等方面展开了大量研究 昆明是一个依山傍水的城市 滇池 盘龙江这些水域给予这座城市最早的生命 早期的昆明城 河道密布 水量充沛 曾经具有丰富的自然湿地资源 然而在城市快 速发展 经济利益至上观念的驱动下 滇池成了劣 类水质 河道变成了直接排污的 臭水沟 位于城市水域边缘的自然湿地景观早以荡然无存 有关滇池流域的水生植物 研究多集中在引种栽培 水质净化效果等方面 昆明市福保塘湿地是在滇池湖滨生态带修复和保护的背景下进行的一个项目 它 于 2008 年 11 月完工 是一个集生态工程与景观于一体的湿地 在生态方面 该湿地 建成仅几个月后 流经湿地的水质已得到一定改善 植物选用上 它既保留了一些乡 土植物 又引入了一些非本土水生植物 经过几个月的生长 这些植物对湿地环境表 现了一定的适应性 生长状况良好 本文以福保湿地生长良好的水生植物作为试验材 料 有三个方面的研究内容 福保湿地在完工第二年后湿地上生长的植物情况调查 主要研究了植物种类组成和植物景观特征 并在此基础上选取七种水生植物作为后续 的试验材料 通过测定七种试验植物成熟叶片在营养生长期 繁殖期 枯萎初期三个 时期中对 14 种营养元素的含量 比较它们各自对不同营养元素的富集能力 最后对 七种试验植物的叶片富集营养元素能力与观赏性进行综合评价 三个部分的内容环环 相扣 后面章节的问题提出 解决问题的依据都来源前面的结论 第二 三部分的内容是文章的主要研究内容 通过对植物叶片营养元素含量的化 学分析 目的是可以看出营养元素在植物体内动态的变化 植物之间的的营养元素富 集能力强弱差异比较 在第三部分中应用层次分析法把植物富集营养元素能力和观赏 价值相结合 对水生植物的生态功能和观赏价值进行综合评价和排序 评选出观赏价 值最高 同时富集水质中的富营养元素能力最强的植物 通过这一系列具有目的性和 针对性的研究 以期结果能为建设滇池生态湿地 昆明城市湿地以及园林水体景观的 植物选材方面提供参考价值 试验方法具有一定的创新性 因为植物富集营养元素的 滇池福保人工湿地水生植物研究 2 能力 是植物发挥其生态功能的主要表现之一 是植物的一个微观研究 观赏价值是 植物本身在园林应用中的一个硬性指标 是植物的宏观表现 但是这两个方面又是考 查水生植物在园林应用中的主要条件 尝试性把两个学科的内容结合起来 期望能扩 大水生植物在园林中的实际应用价值 1 2 国内外研究综述 1 2 1 人工湿地研究 在 1971 年制定的 湿地公约 中对湿地的定义为 指不问其为天然或人工 常 久或暂时之沼泽地 泥炭地或水域地带 带有或静止或流动 或为淡水 半咸水或咸 水水体者 包括低潮时水深不超过 6m 的水域 这个定义中的湿地范围很广 不限 于沼泽 泥炭地 盐沼 红树林 不仅包括湖泊 河流和水深 m6 以内的滨海水域 还有人工湿地 包括水稻田 鱼池 虾池 盐田 盐碱地 水库和运河等 湿地总体 来讲包括三个特点 地表多水过湿 水是导致湿地的形成 发展 演替 消亡与再生 的关键 无水不成湿地 土地表面有季节性或常年性积水 水体可以是淡水 半咸水 或咸水 水多导致土壤潜育化 有明显潜育层或泥炭层 受多水的影响 生长有湿生 植物 沼生植物 水生植物或喜湿的盐生植物 因此 湿地是具有季节或常年积水 生长或栖息喜湿植物 动物 有泥炭积累或土壤发生潜育化三大特征的地域 1 有目的地建立人工湿地生态系统是一种相对较新的技术 尽管在历史上人类也 偶然利用和改造湿地 但有目的地建设湿地用以生物的栖息地或进行水质净化始于 20 世纪 70 年代的环境保护运动 主要用于水质改善的工程化湿地称为人工湿地 Constructed wetland 也称为湿地处理系统 人工湿地与天然湿地的主要区别在于 其陆源不同 人工湿地可建于高地或需要的地方 而天然湿地一般位于低洼区域 人 工湿地的关键技术还包括植物的生长 植物正常生长需要良好的土壤和营养条件 它 通过人为控制 利用湿地复杂特殊的物理 化学和生物综合功能净化废水 人工湿地 既吸收了天然湿地系统的复杂而高效的净化污染物的功能 又能保护天然生态环境 是一种新型的污水生态处理技术 2 根据植物的存在状态 人工湿地主要分为三种类 型 浮水植物系统 沉水植物系统 挺水植物系统 2 从工程设计的角度出发 按照 系统布水方式的不同 人工湿地可划分为三种类型表面流人工湿地 潜流型人工湿地 和垂直流湿地 垂直流湿地又称之为过滤型人工湿地 不同类型人工湿地对特征污染 物的去除效果不同 并具有各自的优缺点 3 很早以前 科学家就认识到天然湿地在抵御洪水 调节径流 改善气候 控制 污染 美化环境和维护区域生态平衡等方面有其它系统所不能替代的作用 许多国家 还有将污水排入天然湿地进行处理的做法 二十世纪初期 在美国麻省的两块面积分 1 引言 3 别为 19 4ha 和 2 4ha 的香蒲沼泽用于废水处理 运转至今已有 100 年以上的历史 在 北美和东 北欧等地至今仍有一些自然湿地用于废水处理 4 这些天然湿地所处理的 废水有城镇生活污水 制糖工业废水 酸性矿井废水等 但是 由于天然湿地处理污 水不宜控制 若处理不当 反而造成对天然湿地资源和生态系统的破坏 于是 自 70 年代以来 科研工作者对天然湿地进行了改造或人工建造湿地 从而形成了人工 湿地废水处理技术 1977 年德国学者 Kikcuth 提出了根区理论 Root zone Theory 奠 定了人工湿地废水处理的理论基础 引后人工湿地在水污染控制方面的研究引起了人 们广泛的讨论 与活性污泥法相比 它具有处理效果好 运转维护管理方便 工程基 建和运转费用低 对负荷变化适应能力强等优点 是国际上公认的处理地面水的最佳 方法 并被广泛地用于处理城市生活污水 工农业生产废水和暴雨径流 在世界许多 地方的废水管理和水污染控制方面发挥着越来越重要的作用 1 2 2 湿地植物与其营养元素特征研究 一般把所有生长于湿地中的植物称之为湿地植物 湿地植物包括沼生植物 湿生 植物和水生植物 它们生长在地表经常过湿 常年积水或浅水的环境中 植物的基部 浸没于水中 茎 叶大部分挺于水面之上 暴露在空气中 所以湿地植物是水生和陆 生之间的过渡类型 具有适应于这一特殊生境的生态特征 1 我国对湿地的研究与 欧美发达国家相比较晚 较早的分类把沼泽当作 植被型组 再根据群落中优势种 的生活型和群落外貌的差异分为木本沼泽 草本沼泽和藓类沼泽三个植被亚型 又根 据群落的建群种和优势层片的异同 划分为群系组 5 在木本植物亚型中 有灌木沼 泽群系组 草本沼泽群系亚型中 分莎草沼泽 禾草沼泽和杂类草沼泽群系组 再根 据群落的建群种继续分为 19 个群系 较为具体 详细的湿地植被将中国湿地植被初 步划分为 5 个植被型组 9 个植被型和 7 个亚型 50 个群系组 140 个群系 若干个 群丛 它不限于沼泽 也包括水深 6m 以内的浅水植物群落和海草群落以及湖滨 海 滨的滩涂盐沼等 为我国湿地研究与国际接轨 奠定了基础 我国湿地高等植物约有 172 科 495 属 1642 种 其中苔藓植物 34 科 61 属 165 种 蕨类植物 19 科 20 属 42 种 裸子植物 3 科 6 属 10 种 被子植物 113 科 407 属 1407 种 5 全国各地区对本地的湿 地植物资源进行调查的也比较多 张茹春对北京怀沙初步河 怀九河水生植物做初步 调查 认为该区共有水生植物 16 科 18 属 24 种 分布区类型以世界广泛分布成分最 多 其次为北温带分布 水生植被分为沉水 浮水和挺水 3 个植被亚型和香蒲群落 慈菇群落 满江红群落 水毛茛群落 豆瓣菜群落等 13 个群系 6 叶顺 2006 年对北 京市建成区和郊县主要湿地植被群落的多样性从生态角度进行调查分析 北京市湿地 植物物种数目比较丰富 植物群落组成的多样性高 在调查的 75 个样方 共记录植 滇池福保人工湿地水生植物研究 4 物 208 种 湿地土壤的含水量是影响湿地植物组成和湿地植物多样性的重要因素 湿 地水体的水质也是决定湿地植物组成和生长状况的重要因子 7 在人工湿地中 植物的营养元素成分是很重要的 其原因是植物在吸收和释放化 学物质改变水质情况的过程中 植物体吸收的矿物营养成分也满足和维持了植物的生 存和生长 研究认为湿地对营养物质的去除主要基于植物机理 植物根系吸收污水中 的营养物质并转化成成长植物的细胞组织 随水中营养物质浓度的增加 植物对营养 物质的吸收能力也不断增加 达到最大值以后便开始减小 但是只要组织中的营养物 质能够满足植物的生长需要 植物生长就不会减弱 因此植物在单位体积内去除的营 养物质较之自身成长所需更多 同时植物吸收的营养元素不同于土壤吸附 它不能被 拉丁解吸 只要将植物周期性的收割就能达到很好的去除目的 据研究 在湿地植物 中小型浮水植物氮的含量范围为 4 50kg ha 草本和木本植物类超过 1200kg ha 对 于那些可以维持在指数生长期的植物可以获得更高的氮去除率 磷在植物组织中的含 量比较低 在湿地植物挺立的茎中 磷的含量为氮含量的 1 10 水藻中磷的含量变化 范围是 1 16kg ha 香蒲 Typha przewalskii 中磷的含量约为 375kg ha 2 国外征对湿地植物的营养元素研究多集中在叶子 而对其它器官研究较少 这是 由于叶子中养分元素含量变化最为敏感 研究结果表明 在由芽发育到完全展叶这一 阶段 N P 和 K 的含量将逐渐降低到一个恒定值 而 Ca Mg 和 Fe 的浓度将逐渐增 加到一个稳定值 这些变化主要是由于光合产物的积累和增加及叶子发育过程中叶片 的增大和加厚产生的 叶子在凋落前 N P 和 K 的浓度会有一定程度的降低 一部 分营养从叶子主动转移到其他组织 用于继续生长 大部分的凋落叶子中 N P 和 碳水化合物的含量比新鲜叶子低 而 Ca 单宁 纤维素和木质素等含量变得很高 8 我国对特定某种湿地植物营养元素进行过一些研究 例如何池全 9 10 11 通过对三 江平原沼泽湿地植物毛果苔草 Carex lasiocarpa 的一系列持续的研究 认为湿地地上 部分积累量小于地下部分的积累量 在地上几个构件中 叶片比叶鞘积累量大 而穗的 积累量最小 地下部分中细根比根茎的积累量大 毛果苔草湿地土壤中各种营养元素 总贮量的顺序为 K Fe N Ca P Mg Mn Zn Cu 它们的吸收系数的排序是 Mn N P Zn Mg Cu Ca Fe K 几种营养元素的利用系数的排序是 Mn N P Zn Mg Cu Ca Fe K 几种营养元素的循环系数的排序为 Ca K Mg N P Mn Zn Cu Fe 因此 该系统中钙 钾的存留比例最小 而流动性较大 而铁则相反 存留比例大 流动性较小 在毛果苔草各器官中N的分布特征表现为 穗 叶片 细 根 根茎 立枯 P 穗 叶片 根茎 细根 立枯 K 穗 叶片 立枯 根茎 细根 孙雪利通过研究认为毛果苔草 小叶樟 Calamagrostis angustifolia 叶中全N含 量一般6月份最高 到10月中旬降到最低值 而茎中和根中全N含量因种类不用变化 规律有很大差异 植物叶N含量变化受土壤水分 养分 气温和植物本身特点及其对 1 引言 5 N素选择吸收作用等多种因素影响 12 满秀玲通过对小兴安岭北部的公别拉河湿地生 长的草本和灌木的营养元素动态研究 13 N Ca和Mg主要集中在叶中 P K和Mn主要 集中在花穗中 Fe主要集中在根中 Zn和Cu分布规律性不强 草本植物体中K含量最 高 其次为N 根中是Fe 含量最低的是Zn和Cu 而灌木N含量最高 其次为Ca和K 含量最低的也是nz和Cu 从5月至9月 N P K Cu含量在叶表现为单调递减趋势 在根中多表现为生长季末增加的趋势 在苔草茎中表现为单调递减趋势 而在灌木枝 中变化较小 Ca含量在植物各器官中均表现为逐渐增加的趋势 Mg和Fe含量季节波动 性较大 Mn和Zn含量季节波动性较小 白燕通过研究认为在小兴安岭森林沼泽植物中 兴安落叶松 Larix gemlini 油桦 Betula ovalifolia 和修氏苔草 Carex schmidtii 中N P K的分配为 叶 茎 根 在生长期内 春季高于秋季 N呈逐月下降趋势 P和K呈双峰型曲线变化 吴春笃通过对位于长江中下游的北固山湿地中芦苇 Phragmites australis 虉草 Phalaris arundinacea 的研究 得出芦苇 虉草叶中 的氮 磷含量均高于同期芦苇茎中的含量 芦苇对氮 磷的积累在8月份达到最大值 而虉草对氮 磷的积累在5月份达到最大值 芦苇 虉草对氮的吸收都远大于磷 且 芦苇对氮 磷的吸收能力较好 14 余国营通过对滇池流域中5种优势水生植物体根 茎 叶混合样品的研究 认为在它们中金属元素含量特征为 凤眼莲 Eichhornia crassips 和旱生莲子草 Alternanthear philoxeroides 为富K植物 凤眼莲和红线草 Potamogeton pectinalu 含Ca较多 早生莲子草和聚草 Myriophyllum spicatus 的 Fe含量较高 菱草 Zizania caduciflora 含Mn最高 15 植物体内金属元素的含量 既与植物种属特性有关 又明显地受环境因素的影响 植物对营养元索的吸收不一定 与环境中相应元素的浓度呈简单的线性关系 而对污染元素的吸收其线性关系非常显 著 由这些研究结果可见 植物对不同元素具有一定内在的吸收选择力 不同植物中 同一元素的含量高低变动很大 不同植物有各自的变化范围 不同地区相同的种也存 在较大的差异 1 2 3 湿地植物的作用研究 从园林的相关知识出发 目前大量研究者认为湿地中植物主要发挥着生态和景观 两个作用 主要的研究也是围绕这两方面开展 通过归纳认为湿地植物发挥的主要生态功能是 3 5 16 1 净化水体 湿地植物 的一个重要的生态作用就是其净化水质的作用 植物通过吸附 吸收 富集和沉降作 用 可以有效净化水体中的氮磷等富营养化物质 向水体供氧以及通过根系及微生物 的作用分解水体污染物 通过植物的遮光以及削减水体营养物质来实现抑制浮游藻类 滇池福保人工湿地水生植物研究 6 生长 2 为生态系统中其他生物提供生存环境与食物 湿地植物在净化水质的同时 又为水生动物 水禽以及各种微生物提供了适宜的生境与食物 宏观方面湿地植物为 水生动物 部分野生动物提高栖息地和食物 微观环境中淹没于水中的植物茎叶 埋 藏于土壤中的根系都为微生物提供了一定的生活空间 植物根区同时有氧区域 缺氧 区域 厌氧区域的共同存在为根区的好氧 兼性和厌氧微生物提供了各自适宜的小生 境 使不同的微生物各得其所 发挥相辅相成的作用 提高了净化污水的能力 湿地园林植物景观是指根据特殊的立地环境 以植物生态习性为基础 以满足湿 地环境的各种功能和审美要求 创造地方风格为前提 充分发挥乔木 灌木 藤本 草本及水生植物本身形体 线条 色彩等自然美 构建美观的 功能性强的 恰如其 分的景观 有关湿地植物造景源远流长 在我国古代古典园林中水生植物是园林水景 的重要造景素材 作为观赏植物利用最早的纪录应该是战国时期吴王夫差为西施在太 湖之滨的灵岩山离宫修建的玩花池 池中就种有野生红莲 香蒲 菱角等多种水生植 物 近年来 随着水景园林 河湖美化与湿地的兴起中 水生植物的配植与应用变得 越来越广泛 随着时代的发展和观念的进步 湿地植物的配置和应用也不断吸收新的 理念 新的技术 不断发展 李晶提出在湿地植物配置时 应采取 科学规划 科学 种植 先地下 后地上 先土建 后绿化 先改良 后种植 的方法 对具体湿地植 物的景观研究方法多采用从植物的生长条件分类 再分类进行研究 17 李鹏飞把西 安市的水域分为人工溪流 护城河道 天然河流 小型水域 宽阔水域五种类型 根 据不同水域水景植物的应用特点 初步分析了在不同水域环境中的植物配置模式 18 90 年代和本世纪初 我国各地对湿地公园的建设 从指导思想到规划设计 施工 到植物配置 都处于自我探索阶段 自 2004 年建设部首次批准山东荣成市桑沟湾城 市湿地公园以来 到 2008 年 2 月全国获建设部批准的国家城市湿地公园共 26 处 由 于在我国长江下游以及沿海地区水系繁多 得天独厚的自然湿地资源使目前该区域 建立了大量的湿地公园 这些湿地公园为湿地植物研究提供了很好的样地 例如以杭 州西溪国家湿地公园为例 徐新洲运用 AHP 模糊综合评价方法对该湿地公园进行了 植物景观评价 19 俞青青结合生态学 游憩学 美学等相关理论 对西溪国家湿地 公园的植物景观营造进行分析 从不同角度出发 对城市湿地公园植物景观营造提出 了自己的见解 20 2 福保人工湿地基本概况 7 2 福保人工湿地基本概况 福保湿地俗称福保塘 位 于昆明市官渡区六甲乡福保 村 总占地面积 81200m 2 位 临滇池东岸 见图 1 属于昆 明环湖东路沿线土地一级开 发生态湿地示范工程之一 该 地区属于亚热带季风气候 年 平均降雨量 1200mm 大多数 降雨在夏季 湿地用地近似方 形 东面依临滇池 西面紧靠 图 1 福保湿地区位图 环湖东路 在建 南北两面 Fig 1 Positiong of FuBao constructed wetland 连接原有蔬菜地 见图 2 图 2 福保湿地平面图 Fig 2 The general plan of FuBao constructed wetland 福保湿地由云南今业生态建设集团有限公司设计 工程开建于 2008 年 8 月 于 2008 年 11 月完工 作为一个示范性的湿地生态工程 主要目的是吸纳来自福保村所 滇池福保人工湿地水生植物研究 8 排放的部分生活污水 和农业生产而产生的水体悬浮物 通过湿地生态系统的净化和 处理 达到良性循环的目的 并通过湿地景观节点的构建 使其具有一定的景观功能 2 1 湿地污水处理工艺 福保湿地所处理的污染水源主要由福保村城镇生活污水 福保片区农业污水 滇池渗漏水以及附近一个临时垃圾场渗漏液 其高峰时期的日污水流量在 7000 10000m 3左右 湿地面积 81200m2 其中水面面积 68000m2 整体水力负荷 0 12m3 m2 d 水力停留时间约 68 5h 可完全满足表流湿地对污水处理的要求 21 福保湿地工程的 主要污水处理工艺流程见图 3 图 3 福保湿地污水处理工艺流程 Fig 3 Treatment process of sewage in FuBao constructed wetland 各项工艺在湿地中的分布位置见图 4 相应工艺在污水处理中的主要作用介绍见 表 1 图 4 福保湿地污水处理工艺平面分布图 Fig 4 The sewage treatment process plan of FuBao constructed wetland 2 福保人工湿地基本概况 9 表 1 福保湿地污水处理工艺 Tab 1 Introduction the sewage treatment process of FuBao constructed wetland 工艺名称工艺名称工艺名称工艺名称 主要作用主要作用主要作用主要作用 位置位置位置位置 面积面积面积面积 沉降池 通过拦污格栅对固体垃圾进行拦 截与隔离 入水口 150m 2 布水渠 原有排水沟基础上改造 分格高 密度覆盖各种浮水植物 遮避和 过滤蓝藻 湿地西面 起沉降池 止厌氧池 长 285m 宽 3 6m 总 面 积 约 1720m 2 厌氧池 通过高密度覆盖的凤眼莲 形成 氧化池内部强厌氧分解环境 湿地南面 2100m 2 表流湿地 污水处理系统的功能主体 水深 0 15 0 5m 污水通过高差 自 然推流前行进行分解处理 45000m 2 好氧池 水深 1 1 5m 吸收前面各级经 过处理的污水 在此通过沉水植 物的净化分解 9400m 2 注 以上数据均摘自 环湖东路土地一级开发福保生态湿地示范工程 2 2 湿地景观构建 作为湿地生态示范工程 福保湿地除具有污水净化处理功能外 还兼有提供环 保教育以及休闲观光的功能 整体湿地的景观营造工程从地形塑造 植物景观和建筑 小品三个角度考虑 地形塑造通过高程差缓慢产生水流 并利用原始的台地高程以及 开挖渠道产生堆土 将其建成独立的小岛或半岛 构筑湿地系统内的景观节点 同时 池塘壁坡度削为 35 45 通过在缓坡池壁及水中栽植各类湿生 水生植物 营造 湿地景观 好氧池结合其工艺要求被建造为一个景观塘 是整个湿地中水体景观的重 点体现 景观塘水面开阔 水面点缀少量挺水植物 浮水植物和大量沉水植物 整个 湿地景观以湿生 水生植物景观为主 辅以木质观景台 木栈道等 通过丰富植物类 型的组合和搭配 为水域内栖息的水生植物提供休憩繁衍的场所 形成了一个具有良 好自然景观的生态空间 滇池福保人工湿地水生植物研究 10 3 福保人工湿地植物调查及分析 3 1 调查方法 福保湿地植物种植时间为 2008 年 9 月 2008 年 10 月 池塘水面的植物组成主 要以人工搭配为主 该部分占湿地整体面积约 80 其配置方式以满足植物湿地净 化功能为主 在此基础上辅以景观要求 因此人工种植植物种类组成以塘为单位 每 个塘的植物物种单一 非常便于确认 自然生长的植物主要分布在池塘边缘以及湿地 园路两侧 多成狭长形分布 植物物种以本地野生植物为主 保留了其自然野生状态 这两部分共同构成了福保湿地的植物群落 鉴于其植物分布的特殊性 采用植物种类 快速编目法调查植物资源 22 即把经过湿地内的植物应用情况 用快速的方法记录下 来 根据湿地植物生长特点 在 2009 年全年进行了 4 次野外调查 调查时间分别是 2009 年 4 月 6 月 8 月和 10 月 每次调查记录观察到的新物种和植物生长状况 最后进行汇总整理 根据福保湿地的工程特点和平面布局 为提高观察的准确性 设定统一的调查路 线 每次严格按照路线图进行调查 3 2 结果及分析 3 2 1 植物物种组成 1 物种结构 通过调查 由表 2 可见 福保湿地共有植物 91 种 隶属于 49 科 82 属 其中 蕨类植物 2 种 隶属 2 科 2 属 裸子植物 2 种 隶属 1 科 2 属 均为乔木 被子 植物其中乔木 8 种 隶属于 5 科 7 属 藤本植物 1 种 其余均为草本植物 在福保湿地中适应潮湿环境的蕨类植物和乔木比较少 大型草本占据了植物空间 的主体地位 这种植物配置方式既是满足湿地的工程要求 也是当地环境影响的结果 以下的分析以草本植物作为主要的研究对象 其中含有较多植物种类的科是菊科 8 属 8 种 天南星科 7 属 7 种 禾本科 6 属 6 种 莎草科 3 属 5 种 在福保湿 地生长的属于这几个科的植物都是喜阴 喜湿植物 与湿地的自然环境相符合 整个 湿地植物群落的植物物种组成包括滇池流域的乡土植物和人工种植植物两部分 本土 植物有常见的有茭白 芦苇 凤眼莲 大漂 水金凤 水丁香 水蓼 节节草 圆叶 节节菜 蛇莓 蕺菜 车前草 水芹 高山水芹 节节草 空心莲子草 李氏禾等 这些植物也常见于湿地附近的水沟 菜地和潮湿的土坎上 人工种植的植物主要有再 力花