人工湿地在重庆梅花山山坪塘生态修复中的运用

罗方青

摘 要 人工湿地是一种新型生态污水处理技术。简要介绍了人工湿地的主要类型和工作原理，并联系实践以重庆市北碚区梅花山山坪塘污水治理项目为例，阐述了人工湿地在山坪塘生态修复以及景观营造中的运用和价值。

关键词 人工湿地；景观设计；污水治理；梅花山山坪塘；重庆市北碚区

中图分类号：TU986.2；X524 文献标志码：A 文章编号：1673-890X（2015）16-013-04

知网出版网址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/50.1186.S.20150710.1116.012.html 网络出版时间：2015/7/10 11：16：00

随着城市化进程的加快，越来越多的城市污染导致城市生态系统失衡，严重危及城市居民的生活健康和生产发展。人工湿地，从20世纪70年代发展以来，由于制造和运行费用低，去污效果好，且具有良好的景观价值，成为人类用于治理污水的重要解决方法之一。目前在我国，人工湿地的利用受到越来越多的人关注，但将人工湿地运用于污水治理与景观营造的技术尚在起步状态，还需要继续深入发展。

本文以重庆市北碚区梅花山山坪塘污水治理项目为例，探讨将人工湿地技术运用于山坪塘生态修复和景观营造中，以达到净化污水、改善环境、维护生态系统等的多重效果。

1 人工湿地概述

人工湿地是从生态学原理出发，模仿自然生态系统，人为将土壤、沙、石、砾石等材料按一定比例组成基质，并栽种经过选择的耐污植物，组成类似自然湿地的新型污水净化系统。1977年德国学者Kickuth. R提出的根区法奠定了人工湿地污水处理的理论基础。根区法的原理为：生长在湿地的挺水植物通過叶的吸收作用和茎秆的运输作用，将空气中的氧转运到根部，在根部形成有氧与无氧的微环境，为微生物提供硝化作用与反硝化作用的反应基础。植物生长吸收水体中的氮、磷营养物，通过良好的维护管理，并定期收获成熟的植物（主要是维管束经济植物），可以有效减少水体中氮、磷营养物的含量，是恢复水体正常生态系统和持续稳定的重要举措。

按水流方式可以将人工湿地分为表流湿地和潜流湿地两类，表流湿地就是让废水在填料表面漫流，它与自然条件下的湿地最为相近，污水在植物种植田中自然流动，通过渗透，经底部土壤层与植物的茎叶接触，形成有氧无氧环境并受植物吸收；而潜流湿地，就是废水在调料表面下渗流，在人工湿地的床层中填充可透水粗砂或砾石作为介质，挺水植物在其中生长，污水被迫在表层下的砂石根系间流动，水在基质中与植物根系充分接触并被净化。

水生植物是人工湿地的关键，是水体生态系统的重要组成部分，水生植物包括沉水植物、浮叶植物和挺水植物，其作用是通过物理作用（过滤、沉淀），生物化学作用（吸收、富集、光合、呼吸）协同和竞争作用等方式，提高水体透明度，吸收营养盐，富集重金属，转化降解有机物，并形成多样化的生态环境，达到清水的功效。

2 梅花山山坪塘生态修复项目概况

2.1 梅花山山坪塘湿地现状

梅花山山坪塘位于重庆北碚区新城，为一天然的封闭型池塘，水面面积约1.08×104 m2，平均水深3.71 m，测算该塘的水蓄积量约为4×104 m3，属于浅水性城市内湖。这种湖泊的生态系统较为脆弱，只具备较低的污染负荷能力，随着周边小区的发展，附近居住人口不断增加，山坪塘成为周边污水的纳污场所，变成了严重富营养化、生物生态平衡失调的臭水塘（图1）。

通过现场取水水样检测，将检测数据（表1）与《地表水环境质量国家标准》（GB3838-2002）对比可以看出，山坪塘COD浓度在Ⅲ～Ⅳ类水域水质量标准限值之间，TP浓度在Ⅳ～Ⅴ类水域水质量标准限值之间，TN劣于Ⅴ类水质标准，较Ⅴ类水标准超标55%，检测值中氮磷比26∶1，水中氨氮偏高。梅花山山坪塘已经形成氮、磷营养物所控制的富营养化，塘内水体氮磷浓度偏高，水体污染严重，严重影响了水中鱼类正常生存。塘周围截流污水管网的投入大幅度降低了外源性污染，但尚有管网渗漏水入塘，对外源入塘污水检测数据表明，其总氮、总磷分别比塘水高出1.7倍和5倍，虽瞬时水量不大但是连续稳定，对山坪塘污染物负荷的作用也不能忽视。

由此可见，梅花山山坪塘水体中氨氮的硝化与反硝化反应不到位，使氨氮保持在一个很高的水平上，对水生动植物的生存带来不利影响。该塘总体上缺乏可以用以净化水质功能上相互协同的水生植物体系，水生动植物从种类及数量上相对稀薄，不能形成生态的自我净化功能。

2.2 项目生态修复的主要工艺

对梅花山山坪塘采用以下主要工程措施以达到净化水质，改善水环境修复生态的目的。

（1）在塘西侧缓坡地建立垂直潜流人工湿地，对管网渗漏水进行净化处理。

（2）培养一定量的扩大培养液，接种EM益生菌，建立良好的微生物系统。

（3）在浅水区、塘周边、中心水区建立挺水植物、浮叶植物、沉水植物相结合的水生植物生态系统。

（4）投放适当鱼类建立水生动物系统。

（5）设置机械曝气装置。

3 梅花山山坪塘人工湿地生态设计

将梅花山山坪塘人工湿地生态系统分为2个部分完成，一部分为驳岸水生植物系统，另一部分为潜流型人工湿地，这2个部分以潜流人工湿地为主，驳岸水生植物系统为辅，共同作用完成山坪塘污水净化的工作。

3.1 布局和构造

3.1.1 人工湿地的布局

由调查可知，管网渗漏水从山坪塘西侧堡坎的管口流出，其磷氮等营养物对水质的负面影响不容忽视，因此利用该处平缓地势建立人工湿地来净化管网渗漏水，以保证进入塘内水质合格。

3.1.2 人工湿地的构造

采用2列垂直潜流式人工湿地，平行布置，单列床层长15.5 m、宽16.25 m、高1.4 m，底板、墙体采用c25钢砼混凝土，抗渗等级P6，人工湿地水力负荷164 L/（m2·d），水力停留时间2.1 d。池底内床层填充基质共分4层，总高1.0 m，基质各层选用材料如表2。

为提高除磷效果，滤料层选用石灰石为原料的碎石。2列人工湿地分别在床层上部配有水管，在下部设有集水管，其上均匀分布集水孔。池体上游设有1个进水槽，通过三角形堰口对2列均匀布水，池体两侧分别设1个出水槽，出水槽底部布置排水管并接有软管，通过调节软管高度控制出水位。

3.2 湿地生物群落营造

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发明的一种技术，EM菌包含光合菌、放线菌、酵母菌、乳酸菌等5科10属80多种微生物，各种微生物能够依靠相互共生增殖及其协调作用，迅速分解水体中的有机物及营养盐等物质，改良水体表面理化特性，由此建立一个具有协同作用的微生物体系。为使EM菌更适应梅花山山坪塘水环境，按EM原液与塘水1∶10配兑，投加碳源，驯化为适宜塘水的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

国内外生态修复案例表明，建造挺水植物与浮叶植物、沉水植物相结合的水生植物群落，能够更加有效地恢复水体正常生态状态。

梅花山山坪塘大部分地方岸坡陡峭，水浅处非常有限，只有塘西侧局部相对较浅，设计于此处设置浮叶植物区和沉水植物，种植睡莲、金鱼藻、轮叶黑藻面积约270 m2。岸边水线到水深1.5 m处，大致为1.5 m宽的环塘区域，种植雨久花、蒲草、风车草、芦苇、水生美人蕉等，面積约600 m2（图2）。水塘中心水深大于1.5 m的区域，栽植苦草、马来眼子菜、狐尾藻、金鱼藻，同时，把握好种植前水体透光度、水深变化和品种的调整。

在人工湿地上种植根系发达且具有景观功能的挺水植物：美人蕉17株/m2，行距30 cm，株距20 cm。美人蕉的根栽植于基质中，根与根茎广泛接触污水，同化吸收污染物，同时拦截过滤污染物，有效抑制藻类的生长，提高水体含氧量。通过检测实验可知，在污水流量1～5 L∕d时，人工湿地对氮的去除率高达87.72%，对NH3-N去除率达95%，对磷的去除率达80%。

3.2.3 后期维护及收割技术

在人工湿地运行期间，需要定期收割挺水植物的成熟部分，植物生产力高，其组织是转移水体氮磷等营养物的载体。以蒲草为例，每平方米新鲜植物富集的氮磷相当于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对山坪塘封闭水环境中氮、磷营养物的减法，塘中污水中的高浓度氮磷也随着挺水植物的收割被去除。

4 梅花山山坪塘人工湿地效益评估

如图3所示，梅花山山坪塘经过初步治理后，景色已经大有改观。

4.1 生态效益

经过治理的梅花山山坪塘预计一年内消除蓝藻爆发的现象，使浮萍越来越少直至消失。经测算，山坪塘水生植物3个月内能够固氮8900 g，是塘类总氮量的2/3，水环境质量满足Ⅳ类水域水质标准，其中总磷≤0.1 mg/L、总氮≤1.5 mg/L、氨氮≤1.5 mg/L，预计在1～2年内恢复水生植物和水生动物多样性，使梅花山山坪塘成为成为环境宜人，市民休闲健身的美丽湿地公园。

4.2 景观效益

人工湿地除了具有治理污水的功能外，同时也为湖边景观增添了许多风采。

4.2.1 植物

人工湿地的主体即植物，人工湿地由于净水需求将湖面抬高，使湖面边界分离明显。为了软化边界，在人工湿地旁栽植美人蕉、芦苇，与人工湿地上栽植的美人蕉、风车草相统一，以达到软化人工痕迹的目的。湿地周边水生植物菖蒲、蒲苇、风车草、梭鱼草等净水能力较好的水生植物，生长速度较快，很快即可形成稳定的植物群落，人工栽植痕迹也将逐渐消失，与湖面浑然一体，充满自然野趣。水中还栽植有莲花、狐尾藻等浮叶植物，治污同时装点湖面。除了沿湖植物，山坪塘周边栽植有许多花草树木，除了保留原有地形上生长的黄葛树、小叶榕、香樟等高大乔木外，为了改善周边环境，还新栽植了山茶、桂花、珊瑚树、红叶石楠、日本晚樱等观赏植物，根据地形铺设草坪点缀灌木小乔木，打造美丽宜人的景观。

4.2.2 设施

为了观赏沿湖风景，还配套在沿边设计建造了一些便民设施。山坪塘两边高差大，东边陡坡树木覆盖，西边有5 m高的挡土墙，根据地形于西边岸边设计挑台观赏湿地景色，东边陡坡加固种植植被护坡，并沿地势建有休闲步道，便于观赏湖中湿地美景；在地势较缓地带设有平台，以供市民驻足观赏休息。设计效果图如图4。

5 结语

人工湿地生物技术与物理化学净水方式相比更具优势，它更接近自然生态，更具有可持续性，体现出“用自然改善自然，加强自然的自净能力”的思想。利用砂石、植物改善环境，形成一个内部良好的循环，水中栽植的水生植物提高了水系的自净能力，让已经受到污染的水域重新获得生机，同时还美化水景，提高了环境的景观质量。这不仅是对土地资源的节约保护，还满足了居民对自然景观的追求，具有良好的经济效益和生态效益。人工湿地在重庆梅花山山坪塘生态修复中的应用充分体现了这一思想。

（致谢：重庆东煌环保工程有限公司全程支持本项工作；西南大学王海洋教授给予了悉心指导！）

（责任编辑：丁志祥）