Abstract：Regression equation ,First dynamic models and Ecosystem kinetic models of artificial wetlands are discussed in this paper ,their histories ,applications ,characteristic ,theories ,structures and building method are presented. Artificial wetlands are dynamic ecosystems for which is not yet completely understood and which we generally have poor predictive capabilities. Ecosystem kinetic models provide us with a useful tool for understanding wetland function and structure ,testing hypothsis and making prediction.
Key words：Artificial Wetland,,Mathematic Model,Dynamic Model
　　 人工濕地作為一種新型生態(tài)污水處理技術(shù),具有投資和運(yùn)行費(fèi)用低(僅為傳統(tǒng)二級(jí)污水廠的1/10 至1/2) 、抗沖擊負(fù)荷、處理效果穩(wěn)定、出水水質(zhì)好,蘆葦可以利用(作為造紙?jiān)? 等諸多優(yōu)點(diǎn),特別是其在脫氮、降磷方面的應(yīng)用逐步為人們所重視,因此在我國經(jīng)濟(jì)尚欠發(fā)達(dá)、地理?xiàng)l件相對(duì)寬裕的廣大中小城鎮(zhèn)、居民小區(qū)具有很廣闊的應(yīng)用前景^〔1〕。特別是表面流人工濕地在外觀形式和功能結(jié)構(gòu)上都十分類似于自然濕地系統(tǒng),污水中的營養(yǎng)元素可以促進(jìn)植物生長(zhǎng),有機(jī)污染物可以通過微生物的分解利用后,通過食物鏈的傳遞為各種動(dòng)物提供食物,從而使其成為一個(gè)經(jīng)過人工強(qiáng)化的、生物多樣性及其豐富的自然生態(tài)系統(tǒng),可以為遷徙過冬的鳥類和各種濕地生物提供充足的食物和生活空間^〔2〕
　　而目前天然沼澤、河湖岸帶濕地退化嚴(yán)重,自然濕地面積大幅減少,而利用這些資源以及各種荒灘地重建、改建為人工濕地處理生活污水,既可為退化濕地提供穩(wěn)定的水源和營養(yǎng)元素,又可為自然濕地的保護(hù)和退化濕地的恢復(fù)、重建提供一個(gè)新的方案,并能為城市居民提供一個(gè)良好的休閑娛樂場(chǎng)所。
1 　人工濕地綜合利用的自然與社會(huì)價(jià)值
　　人工濕地除具有滯留營養(yǎng)物質(zhì)、保護(hù)河湖海洋岸帶免受自然力破壞、蓄洪調(diào)流等自然濕地的生態(tài)功能外,在經(jīng)過人工的強(qiáng)化和精心的特殊設(shè)計(jì)改造,還能發(fā)揮更多的自然與社會(huì)價(jià)值。
　　首先,在各種生態(tài)系統(tǒng)中,濕地系統(tǒng)具有最高的初級(jí)生產(chǎn)力,其生產(chǎn)力甚至超過最集約的農(nóng)業(yè)系統(tǒng),例如在自然濕地中紙莎草的年產(chǎn)量可達(dá)100t/hm² ,香蒲為70t/hm² ,由于污水中含有豐富的營養(yǎng)元素,使得人工濕地中的生物量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自然濕地系統(tǒng)。另外,人工濕地系統(tǒng)中還具有相當(dāng)豐富的植物資源,在美國的濕地系統(tǒng)中有超過800 種的大型植物,693 種挺水草本植物,36 種水生漂浮植物,12種潛水植物,55 種喬木和18 種攀緣植物,而在用于污水處理的人工濕地中就生長(zhǎng)有593 種,可見其植物多樣性是相當(dāng)豐富的。而且在相當(dāng)多不被污染的自然濕地中,由于營養(yǎng)元素不充足、土壤溶解氧低、水位變動(dòng)頻繁等嚴(yán)酷的自然條件,往往也只是某一種或幾種植物能夠適應(yīng)環(huán)境占主導(dǎo)地位,植物系統(tǒng)相當(dāng)單位調(diào)^〔3〕。植物的多樣性必然會(huì)產(chǎn)生動(dòng)物的多樣性, 美國的人工濕地系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)超過1400 種的野生動(dòng)物,其中有824 中無脊椎動(dòng)物,78
種魚類,21 種兩棲動(dòng)物,31 種爬行動(dòng)物,412 種鳥類和40 種哺乳動(dòng)物^〔4〕。
　　由于具有強(qiáng)大的初級(jí)生產(chǎn)力和生物多樣性,濕地系統(tǒng)內(nèi)往往有著豐富的泥炭、木材、水果、肉類(如魚類和鳥類) 、樹脂、藥材和建草屋、編席和造紙用的蘆葦?shù)荣Y源。據(jù)1982 年調(diào)查,已查明中國沼澤中的泥炭資源有3.3 億t 。我國蘆葦面積已由50 年代初的103.4 萬hm²減少到1979 年的33.7 萬hm² ,其中大面積的蘆葦基地有4.7 萬hm²,每年收割蘆葦量為170 萬t ,用于造紙業(yè)的160 萬t/a 。三江平原濕地小葉樟草場(chǎng)的產(chǎn)草量360萬t/ a ,載畜量可達(dá)119 萬頭(牛單位) 。沼澤中冷杉、落葉松、赤楊都是很好的木材,藥用植物有200 余種,含有各種葡萄糖、糖苷、鞣質(zhì)、生物堿、乙醚油和其它生物活性物質(zhì)^〔3〕。
　　此外,經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的人工濕地還可為人們提供一個(gè)良好的休閑場(chǎng)所,供人們進(jìn)行散步、鍛煉、垂釣、狩獵、野餐、度假、科普科教基地等活動(dòng)的場(chǎng)所,促進(jìn)當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)的發(fā)展^〔4〕。另外,人工濕地也為研究人員提供了一個(gè)進(jìn)行濕地生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)過程與動(dòng)態(tài)、濕地保護(hù)與管理、濕地環(huán)境發(fā)育演化、濕地生態(tài)系統(tǒng)健康、濕地評(píng)價(jià)、濕地生態(tài)工程模式與管理技術(shù)等研究的環(huán)境和對(duì)象^〔5〕
2 　人工濕地綜合利用時(shí)存在的一些問題^〔6〕
　　由于人工濕地主要是用于接納并凈化城市生活污水,污水中的有機(jī)污染物在人工濕地中凈化分解過程中會(huì)消耗水中大量的溶解氧,導(dǎo)致在入口處的濕地環(huán)境惡化,并散發(fā)出難聞的臭氣,孳生蚊蠅。而且污水中可能還含有有毒重金屬和難降解的有機(jī)化合物。完全去除這些物質(zhì)的零排放想法是不現(xiàn)實(shí)的,既便是在不接納無污水的自然濕地中,由于干濕沉降也會(huì)接納一定量的有毒有害物質(zhì),因此有必要對(duì)進(jìn)入人工濕地進(jìn)行一定的預(yù)處理,使得污水中含有的有毒物質(zhì)降低到生物可接受的水平。同時(shí)去除部分有機(jī)物和氨氮,以便能有效地控制致病菌和蚊蠅的生長(zhǎng),以及通過蚊蠅傳播的疾病。
　　另外,一些有毒的昆蟲、蛇類等動(dòng)物可能會(huì)對(duì)人們?cè)斐蓾撛诘膫?在深水區(qū)還可能發(fā)生溺水事件,因此在設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)加以注意。
3 　人工濕地綜合利用中應(yīng)當(dāng)考慮的一些注意事項(xiàng)^〔6〕
　　鑒于人工濕地蘊(yùn)藏著巨大的生態(tài)和社會(huì)價(jià)值,以及綜合利用時(shí)存在的一些問題,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)以下一些建議加以重視。
　　在進(jìn)水水質(zhì)方面,應(yīng)當(dāng)在預(yù)處理中去除城市生活污水有毒重金屬和難降解有機(jī)物,以及過量的有機(jī)物和氨氮負(fù)荷,控制人工濕地有機(jī)物負(fù)荷,設(shè)計(jì)足夠的開闊水面以使表覆水能夠完成與大氣氧氣交換,保證人工濕地處于好氧狀態(tài),以免散發(fā)臭氣,孳生蚊蠅,傳播疾病。實(shí)踐證明,設(shè)計(jì)開闊的水面、分散交錯(cuò)的植物系統(tǒng)、生長(zhǎng)魚類等捕食動(dòng)物,能夠很好地控制孑孓在水中的生長(zhǎng)。
　　同時(shí)設(shè)置靈活的水位控制系統(tǒng),可以對(duì)人工濕地中植物的生長(zhǎng)和出水水質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。保持人工濕地系統(tǒng)中植物的多樣性,包括水平空間上的多樣性和垂直空間上的變化,在濕地中采用不斷變化的水深(避免在岸邊設(shè)計(jì)深水區(qū),以免發(fā)生溺水事件) ,從而為不同的動(dòng)物提供各自適宜的生活環(huán)境,達(dá)到生物多樣性的目的。構(gòu)建水中小島,為鳥類和兩棲動(dòng)物提供棲息場(chǎng)所。
　　修建步行棧道和休閑場(chǎng)所,以及必要的安全保護(hù)設(shè)施以滿足公眾在人工濕地中散步、觀光、垂釣、野營、野餐等的需要,而不應(yīng)將公眾的介入視為對(duì)人工濕地運(yùn)行的干擾。為了吸引公眾的參與,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)公眾宣傳,建設(shè)科教科普中心,定期招募志愿者活動(dòng)或中小學(xué)生的科教活動(dòng),以加強(qiáng)公眾的參與意識(shí),并征集公眾建議以改進(jìn)人工濕地中的公共設(shè)施設(shè)計(jì)來滿足人們的休閑娛樂要求。同時(shí)為科學(xué)研究提供必要的場(chǎng)所和條件。
4 　結(jié)論
　　目前,對(duì)人工濕地的設(shè)計(jì)和應(yīng)用還僅僅著眼于污水處理,對(duì)人工濕地系統(tǒng)的綜合利用尚處于起步階段,隨著人們對(duì)人工濕地系統(tǒng)潛在功能發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)的不斷深入和完善,經(jīng)過精心設(shè)計(jì),使得人工濕地系統(tǒng)發(fā)揮凈化污水、生態(tài)保護(hù)、休閑旅游、教育科研等多重功能,為人工濕地這一高效低耗的污水處理工藝得到更廣泛的應(yīng)用。

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