基于文献分析的我国人工湿地植物配置路线优化

唐炳然; 蔡然; 王瑞霖; 李德祥; 刘帅; 何强; 李宏

doi:10.12153/j.issn.1674-991X.20210410

基于文献分析的我国人工湿地植物配置路线优化

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210410

唐炳然^1,,
蔡然²,
王瑞霖^{2, 3, ,},
李德祥^{2, 4},
刘帅^{2, 4},
何强¹,
李宏¹

1.
重庆大学环境与生态学院
2.
北京首创生态环保集团股份有限公司
3.
首创爱华(天津)市政环境工程有限公司
4.
北京水星环境有限公司

基金项目: 国家自然科学基金项目（41877472）

详细信息

作者简介:
唐炳然（1997—），男，硕士研究生，主要从事水生态修复技术研究，591431038@qq.com

通讯作者:
王瑞霖（1988—），男，工程师，硕士，主要从事流域综合治理及污水处理技术研究，wz912076@qq.com

中图分类号: X173
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出版历程
- 收稿日期: 2021-08-13
- 网络出版日期: 2022-06-07

Optimization of hydrophyte configuration route in constructed wetlands in China based on literature analysis

TANG Bingran^1
,,
CAI Ran²,
WANG Ruilin^{2, 3
, ,},
LI Dexiang^{2, 4},
LIU Shuai^{2, 4},
HE Qiang¹,
LI Hong¹

1.
College of Environment and Ecology, Chongqing University
2.
Beijing Capital Eco-environment Protection Group Co., Ltd.
3.
Capital Aihua (Tianjin) Municipal and Environmental Engineering Co., Ltd.
4.
Beijing Mercury Environment Co., Ltd.

摘要

摘要:
人工湿地由于投资费用低、净化处理效果好、景观性强被广泛应用于水环境污染修复中，但缺乏完整的针对不同条件的人工湿地植物配置的规范化路线。采用文献检索分析方法，对中国知网210篇人工湿地文献中的465个植物组合数据进行筛选与分析，并根据分析结果构建了人工湿地单物种确定、组合搭配、系统搭建、景观配置、空间配置的植物配置优化路线，提出了每个配置步骤的技术内容与供选植物清单。单物种确定中，提出将菖蒲、美人蕉、芦苇、香蒲、鸢尾5种水生植物作为主要功能植物；组合搭配中，根据进水营养盐浓度确定植物的组合方式；系统搭建中，补充不同类型水生植物或冬季水生植物；景观配置中，根据花色、花期、植株高度及观赏特性补充水生植物；空间配置中，从营养盐去除效果、景观效果、人工湿地系统生物多样性、抗水力冲刷能力4个角度配置水生植物。该植物配置路线可为人工湿地设计中植物配置的规范化提供参考。
- 人工湿地 /
- 水生植物 /
- 植物配置 /
- 净化效果 /
- 文献分析
Abstract:
The constructed wetland has been widely used in the remediation of water environment pollution due to its low investment cost, efficient water purification and harmonious landscape. However, there is a lack of complete standardized route for the configuration of plants in constructed wetlands under different conditions. 465 hydrophyte combination data in 210 constructed wetland literatures were screened and analyzed by using the method of literature retrieval and analysis. Based on the analysis results, a five-step hydrophyte configuration route for constructed wetland was constructed, including single species determination, configuration and collocation, system construction, landscape configuration, and space configuration. The technical content of each configuration step and the proposed list of the available hydrophytes were put forward. In the step of single species determination, five species of aquatic plants (Acorus calamus, Canna indica, Phragmites communis, Typha orientalis, Iris tectorum) were identified as the predominant functional hydrophyte. In the step of configuration and collocation, hydrophyte combinations were made according to the nutrient salt concentration of incoming water. In the step of system construction, different types or winter hydrophyte were supplemented. In the step of landscape configuration, hydrophyte was supplemented according to flower color, flowering period, height and ornamental characteristics. In the step of space configuration, the space configuration of hydrophyte was made from nutrient salt removal effect, landscape effect, biodiversity of artificial wetland system, and resistance to hydraulic scouring. This hydrophyte configuration route can provide a reference for the standardization of the hydrophyte configuration during constructed wetland design.
- constructed wetland /
- hydrophyte /
- hydrophyte configuration /
- removal efficiency /
- literature analysis

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图 1 人工湿地植物配置的技术路线

Figure 1. Technical route of hydrophyte configuration in constructed wetlands

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图 2 不同进水浓度下主要挺水植物组合对不同营养盐的日去除率

Figure 2. Daily removal rates of different nutrients by predominant emergent hydrophyte configurations under different influent concentrations

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图 3 人工湿地水生植物配置流程

Figure 3. Configuration route of hydrophyte in constructed wetland

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图 4 人工湿地植物配置流程逻辑展望

Figure 4. Logical prospect of hydrophyte configuration process in constructed wetlands in the future

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表 1 我国相关规范/指南中对人工湿地植物配置的要求

Table 1. Requirements for hydrophyte configuration of constructed wetland in relevant specifications and guidelines in China

发布年份	规范名称	发布部门	植物配置要求
2021	《人工湿地水质净化技术指南》（环办水体函〔2021〕173号）	生态环境部	可选择1种或多种植物作为优势种搭配栽种，增加植物的多样性和景观效果；根据水深合理配置挺水植物、浮水植物和沉水植物，并根据季节合理配置不同生长期的水生植物
2017	CJJ/T 54—2017《污水自然处理工程技术规程》	住房和城乡建设部	人工湿地的植物可由1种或几种植物搭配构成，配置时应根据植物去除污染物的特性、生长周期、景观效果和环境条件等因素，合理配置植物种类
2010	HJ 2005—2010《人工湿地污水处理工程技术规范》	原环境保护部	可选择1种或多种植物作为优势种搭配栽种，增加植物的多样性并具有景观效果
2020	DB41/T 1947—2020《污水处理厂尾水人工湿地工程技术规范》	河南省生态环境厅、河南省市场监督管理局	人工湿地的植物可由1种或几种植物搭配构成，应根据植物去除污染物的特性、生长周期、景观效果等因素合理配置，增加人工湿地的多样性、经济性和景观性
2019	DB/T 29—259—2019《天津市人工湿地污水处理技术规程》	天津市住房和城乡建设委员会	可由1种或几种植物配置构成，应根据植物去除污染物的特性、生长周期、景观效果等因素合理配置，增加湿地的多样性、经济型和景观性
2018	DB37/T 3394—2018《人工湿地水质净化工程技术指南》	山东省质量技术监督局	应根据人工湿地水深合理配置挺水植物、浮叶植物和沉水植物，并根据季节合理配置不同生长期的水生植物
2016	DB11/T 1376—2016《农村生活污水人工湿地处理工程技术规范》	北京市质量技术监督局	可选择多品种植物分区搭配种植，强调植物的多样性及景观效果
2015	《浙江省生活污水人工湿地处理工程技术规程》	浙江省环保产业协会	可由1种或几种植物搭配构成，配置时根据植物的耐污特性、生长周期、景观效果、环境条件等因素确定其品种和空间分布

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表 2 相关文献中主要挺水植物覆盖的气候分区

Table 2. Climate zones of predominant emergent hydrophyte covered by literature

气候分区	平均气温	菖蒲	美人蕉	芦苇	香蒲	鸢尾
严寒地区	1月，≤−10 ℃； 7月，≤25 ℃	·	—	$\bullet$	·	—
寒冷地区	1月，−10~0 ℃； 7月，18~28 ℃	●	●	●	●	$\bullet$
夏热冬冷地区	1月，0~10 ℃； 7月，25~30 ℃	●	$\bullet$	$\bullet$	$\bullet$	●
夏热冬暖地区	1月，>10 ℃； 7月，25~29 ℃	$\bullet$	●	●	$\bullet$	●
温和地区	1月，0~13 ℃； 7月，18~25 ℃	$\bullet$	●	$\bullet$	$\bullet$	$\bullet$
注：●表示出现次数≥10；$\bullet$表示出现次数为5~10；·表示出现次数<5；—表示未出现。

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表 3 5种主要功能植物的不同植物组合数量

Table 3. Number of different configuration patterns of 5 predominant functional hydrophyte 个　

功能植物	2种植物	3种植物	4种植物	5种植物	合计
菖蒲	32	13	10	3	58
美人蕉	24	21	6	3	54
芦苇	29	17	4	0	50
香蒲	23	12	4	0	39
鸢尾	14	12	6	4	36
合计	122	75	30	10	237

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表 4 5种主要功能植物的常见搭配植物

Table 4. Common matching plants of 5 predominant functional hydrophyte

功能植物	与主要功能植物搭配的植物出现的次数
菖蒲	香蒲(13次)、美人蕉(12次)、水葱(7次)、再力花(6次)、旱伞草(6次)、鸢尾(7次)、千屈菜(4次)、茭白(4次)、灯心草(3次)、芦苇(3次)
美人蕉	菖蒲(12次)、梭鱼草(9次)、再力花(7次)、水葱(6次)、香蒲(5次)、鸢尾(5次)、芦苇(3次)、茭白(3次)、千屈菜(3次)
芦苇	香蒲(9次)、薄荷(6次)、水葱(5次)、梭鱼草(4次)、芦竹(4次)、灯心草(4次)、美人蕉(3次)、鸢尾(3次)、茭白(3次)、菖蒲(3次)、再力花(2次)、千屈菜(2次)
香蒲	菖蒲(13次)、芦苇(9次)、美人蕉(5次)、再力花(3次)、鸢尾(2次)、水葱(2次)、茭白(2次)
鸢尾	菖蒲(7次)、美人蕉(5次)、水葱(5次)、再力花(4次)、灯心草(4次)、梭鱼草(3次)、芦苇(3次)、香蒲(2次)

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表 5 人工湿地中常用水生植物的景观特性

Table 5. Landscape characteristics of common hydrophyte in constructed wetlands

植物类型	植物名称	花期	花色	植株高度/cm	观赏特性
挺水植物	水葱	6—9月	橘黄色	80~200	茎秆密集直立，通直无叶，花密生
	美人蕉	3—12月	红色、黄色	100~200	叶茂花繁，可点缀景观
	鸢尾	4—5月	蓝紫色	30~50	叶片青翠，花型大而齐
	再力花	4—10月	紫色	200~300	紫色圆锥花序挺立半空，叶片青绿
	梭鱼草	6—7月	紫色	40~70	蓝色小花组成花穗，株丛繁茂紧凑
	纸莎草	6—7月	紫色	150~300	苞叶针状密集，伞形花序
	荷花	6—9月	白色、粉红色	30~50	高大色艳，叶片青绿
	千屈菜	7—8月	紫色	60~120	花朵细小量多，聚成花序色彩醒目
浮叶植物	芡实	7—8月	紫色		叶片碧绿且有皱褶，花色艳丽
	睡莲	6—8月	白色		花单生，叶圆形，体态舒展
	荇菜	4—10月	黄色		伞形花序
漂浮植物	菱	5—10月	白色		叶片美观繁茂，开白色小花

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