人工濕地在重慶梅花山山坪塘生態修復中的運用

羅方青

摘 要 人工濕地是一種新型生態污水處理技術。簡要介紹了人工濕地的主要類型和工作原理，并聯系實踐以重慶市北碚區梅花山山坪塘污水治理項目為例，闡述了人工濕地在山坪塘生態修復以及景觀營造中的運用和價值。

關鍵詞 人工濕地；景觀設計；污水治理；梅花山山坪塘；重慶市北碚區

中圖分類號：TU986.2；X524 文獻標志碼：A 文章編號：1673-890X（2015）16-013-04

知網出版網址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/50.1186.S.20150710.1116.012.html 網絡出版時間：2015/7/10 11：16：00

隨著城市化進程的加快，越來越多的城市污染導致城市生態系統失衡，嚴重危及城市居民的生活健康和生產發展。人工濕地，從20世紀70年代發展以來，由于制造和運行費用低，去污效果好，且具有良好的景觀價值，成為人類用于治理污水的重要解決方法之一。目前在我國，人工濕地的利用受到越來越多的人關注，但將人工濕地運用于污水治理與景觀營造的技術尚在起步狀態，還需要繼續深入發展。

本文以重慶市北碚區梅花山山坪塘污水治理項目為例，探討將人工濕地技術運用于山坪塘生態修復和景觀營造中，以達到凈化污水、改善環境、維護生態系統等的多重效果。

1 人工濕地概述

人工濕地是從生態學原理出發，模仿自然生態系統，人為將土壤、沙、石、礫石等材料按一定比例組成基質，并栽種經過選擇的耐污植物，組成類似自然濕地的新型污水凈化系統。1977年德國學者Kickuth. R提出的根區法奠定了人工濕地污水處理的理論基礎。根區法的原理為：生長在濕地的挺水植物通過葉的吸收作用和莖稈的運輸作用，將空氣中的氧轉運到根部，在根部形成有氧與無氧的微環境，為微生物提供硝化作用與反硝化作用的反應基礎。植物生長吸收水體中的氮、磷營養物，通過良好的維護管理，并定期收獲成熟的植物（主要是維管束經濟植物），可以有效減少水體中氮、磷營養物的含量，是恢復水體正常生態系統和持續穩定的重要舉措。

按水流方式可以將人工濕地分為表流濕地和潛流濕地兩類，表流濕地就是讓廢水在填料表面漫流，它與自然條件下的濕地最為相近，污水在植物種植田中自然流動，通過滲透，經底部土壤層與植物的莖葉接觸，形成有氧無氧環境并受植物吸收；而潛流濕地，就是廢水在調料表面下滲流，在人工濕地的床層中填充可透水粗砂或礫石作為介質，挺水植物在其中生長，污水被迫在表層下的砂石根系間流動，水在基質中與植物根系充分接觸并被凈化。

水生植物是人工濕地的關鍵，是水體生態系統的重要組成部分，水生植物包括沉水植物、浮葉植物和挺水植物，其作用是通過物理作用（過濾、沉淀），生物化學作用（吸收、富集、光合、呼吸）協同和競爭作用等方式，提高水體透明度，吸收營養鹽，富集重金屬，轉化降解有機物，并形成多樣化的生態環境，達到清水的功效。

2 梅花山山坪塘生態修復項目概況

2.1 梅花山山坪塘濕地現狀

梅花山山坪塘位于重慶北碚區新城，為一天然的封閉型池塘，水面面積約1.08×104 m2，平均水深3.71 m，測算該塘的水蓄積量約為4×104 m3，屬于淺水性城市內湖。這種湖泊的生態系統較為脆弱，只具備較低的污染負荷能力，隨著周邊小區的發展，附近居住人口不斷增加，山坪塘成為周邊污水的納污場所，變成了嚴重富營養化、生物生態平衡失調的臭水塘（圖1）。

通過現場取水水樣檢測，將檢測數據（表1）與《地表水環境質量國家標準》（GB3838-2002）對比可以看出，山坪塘COD濃度在Ⅲ～Ⅳ類水域水質量標準限值之間，TP濃度在Ⅳ～Ⅴ類水域水質量標準限值之間，TN劣于Ⅴ類水質標準，較Ⅴ類水標準超標55%，檢測值中氮磷比26∶1，水中氨氮偏高。梅花山山坪塘已經形成氮、磷營養物所控制的富營養化，塘內水體氮磷濃度偏高，水體污染嚴重，嚴重影響了水中魚類正常生存。塘周圍截流污水管網的投入大幅度降低了外源性污染，但尚有管網滲漏水入塘，對外源入塘污水檢測數據表明，其總氮、總磷分別比塘水高出1.7倍和5倍，雖瞬時水量不大但是連續穩定，對山坪塘污染物負荷的作用也不能忽視。

由此可見，梅花山山坪塘水體中氨氮的硝化與反硝化反應不到位，使氨氮保持在一個很高的水平上，對水生動植物的生存帶來不利影響。該塘總體上缺乏可以用以凈化水質功能上相互協同的水生植物體系，水生動植物從種類及數量上相對稀薄，不能形成生態的自我凈化功能。

2.2 項目生態修復的主要工藝

對梅花山山坪塘采用以下主要工程措施以達到凈化水質，改善水環境修復生態的目的。

（1）在塘西側緩坡地建立垂直潛流人工濕地，對管網滲漏水進行凈化處理。

（2）培養一定量的擴大培養液，接種EM益生菌，建立良好的微生物系統。

（3）在淺水區、塘周邊、中心水區建立挺水植物、浮葉植物、沉水植物相結合的水生植物生態系統。

（4）投放適當魚類建立水生動物系統。

（5）設置機械曝氣裝置。

3 梅花山山坪塘人工濕地生態設計

將梅花山山坪塘人工濕地生態系統分為2個部分完成，一部分為駁岸水生植物系統，另一部分為潛流型人工濕地，這2個部分以潛流人工濕地為主，駁岸水生植物系統為輔，共同作用完成山坪塘污水凈化的工作。

3.1 布局和構造

3.1.1 人工濕地的布局

由調查可知，管網滲漏水從山坪塘西側堡坎的管口流出，其磷氮等營養物對水質的負面影響不容忽視，因此利用該處平緩地勢建立人工濕地來凈化管網滲漏水，以保證進入塘內水質合格。

3.1.2 人工濕地的構造

采用2列垂直潛流式人工濕地，平行布置，單列床層長15.5 m、寬16.25 m、高1.4 m，底板、墻體采用c25鋼砼混凝土，抗滲等級P6，人工濕地水力負荷164 L/（m2·d），水力停留時間2.1 d。池底內床層填充基質共分4層，總高1.0 m，基質各層選用材料如表2。

為提高除磷效果，濾料層選用石灰石為原料的碎石。2列人工濕地分別在床層上部配有水管，在下部設有集水管，其上均勻分布集水孔。池體上游設有1個進水槽，通過三角形堰口對2列均勻布水，池體兩側分別設1個出水槽，出水槽底部布置排水管并接有軟管，通過調節軟管高度控制出水位。

3.2 濕地生物群落營造

3.2.1 EM益生菌

EM益生菌（effective microorganisms）即有效微生物菌落，是由日本比嘉照夫教授發明的一種技術，EM菌包含光合菌、放線菌、酵母菌、乳酸菌等5科10屬80多種微生物，各種微生物能夠依靠相互共生增殖及其協調作用，迅速分解水體中的有機物及營養鹽等物質，改良水體表面理化特性，由此建立一個具有協同作用的微生物體系。為使EM菌更適應梅花山山坪塘水環境，按EM原液與塘水1∶10配兌，投加碳源，馴化為適宜塘水的EM活性液。在池中按每667 m2水面800～100 L投放EM活性液。

3.2.2 水生植物

國內外生態修復案例表明，建造挺水植物與浮葉植物、沉水植物相結合的水生植物群落，能夠更加有效地恢復水體正常生態狀態。

梅花山山坪塘大部分地方岸坡陡峭，水淺處非常有限，只有塘西側局部相對較淺，設計于此處設置浮葉植物區和沉水植物，種植睡蓮、金魚藻、輪葉黑藻面積約270 m2。岸邊水線到水深1.5 m處，大致為1.5 m寬的環塘區域，種植雨久花、蒲草、風車草、蘆葦、水生美人蕉等，面積約600 m2（圖2）。水塘中心水深大于1.5 m的區域，栽植苦草、馬來眼子菜、狐尾藻、金魚藻，同時，把握好種植前水體透光度、水深變化和品種的調整。

在人工濕地上種植根系發達且具有景觀功能的挺水植物：美人蕉17株/m2，行距30 cm，株距20 cm。美人蕉的根栽植于基質中，根與根莖廣泛接觸污水，同化吸收污染物，同時攔截過濾污染物，有效抑制藻類的生長，提高水體含氧量。通過檢測實驗可知，在污水流量1～5 L∕d時，人工濕地對氮的去除率高達87.72%，對NH3-N去除率達95%，對磷的去除率達80%。

3.2.3 后期維護及收割技術

在人工濕地運行期間，需要定期收割挺水植物的成熟部分，植物生產力高，其組織是轉移水體氮磷等營養物的載體。以蒲草為例，每平方米新鮮植物富集的氮磷相當于0.3 m3底泥中磷的含量、0.5 m3底泥中氮的含量。用收割植物的方法就是對山坪塘封閉水環境中氮、磷營養物的減法，塘中污水中的高濃度氮磷也隨著挺水植物的收割被去除。

4 梅花山山坪塘人工濕地效益評估

如圖3所示，梅花山山坪塘經過初步治理后，景色已經大有改觀。

4.1 生態效益

經過治理的梅花山山坪塘預計一年內消除藍藻爆發的現象，使浮萍越來越少直至消失。經測算，山坪塘水生植物3個月內能夠固氮8900 g，是塘類總氮量的2/3，水環境質量滿足Ⅳ類水域水質標準，其中總磷≤0.1 mg/L、總氮≤1.5 mg/L、氨氮≤1.5 mg/L，預計在1～2年內恢復水生植物和水生動物多樣性，使梅花山山坪塘成為成為環境宜人，市民休閑健身的美麗濕地公園。

4.2 景觀效益

人工濕地除了具有治理污水的功能外，同時也為湖邊景觀增添了許多風采。

4.2.1 植物

人工濕地的主體即植物，人工濕地由于凈水需求將湖面抬高，使湖面邊界分離明顯。為了軟化邊界，在人工濕地旁栽植美人蕉、蘆葦，與人工濕地上栽植的美人蕉、風車草相統一，以達到軟化人工痕跡的目的。濕地周邊水生植物菖蒲、蒲葦、風車草、梭魚草等凈水能力較好的水生植物，生長速度較快，很快即可形成穩定的植物群落，人工栽植痕跡也將逐漸消失，與湖面渾然一體，充滿自然野趣。水中還栽植有蓮花、狐尾藻等浮葉植物，治污同時裝點湖面。除了沿湖植物，山坪塘周邊栽植有許多花草樹木，除了保留原有地形上生長的黃葛樹、小葉榕、香樟等高大喬木外，為了改善周邊環境，還新栽植了山茶、桂花、珊瑚樹、紅葉石楠、日本晚櫻等觀賞植物，根據地形鋪設草坪點綴灌木小喬木，打造美麗宜人的景觀。

4.2.2 設施

為了觀賞沿湖風景，還配套在沿邊設計建造了一些便民設施。山坪塘兩邊高差大，東邊陡坡樹木覆蓋，西邊有5 m高的擋土墻，根據地形于西邊岸邊設計挑臺觀賞濕地景色，東邊陡坡加固種植植被護坡，并沿地勢建有休閑步道，便于觀賞湖中濕地美景；在地勢較緩地帶設有平臺，以供市民駐足觀賞休息。設計效果圖如圖4。

5 結語

人工濕地生物技術與物理化學凈水方式相比更具優勢，它更接近自然生態，更具有可持續性，體現出“用自然改善自然，加強自然的自凈能力”的思想。利用砂石、植物改善環境，形成一個內部良好的循環，水中栽植的水生植物提高了水系的自凈能力，讓已經受到污染的水域重新獲得生機，同時還美化水景，提高了環境的景觀質量。這不僅是對土地資源的節約保護，還滿足了居民對自然景觀的追求，具有良好的經濟效益和生態效益。人工濕地在重慶梅花山山坪塘生態修復中的應用充分體現了這一思想。

（致謝：重慶東煌環保工程有限公司全程支持本項工作；西南大學王海洋教授給予了悉心指導！）

（責任編輯：丁志祥）