摘要：在现代社会文明发展及环境问题突出的背景下，人工湿地作为一种成本低廉、可持续性的污水治理技术被世界广泛认可。近年来，我国对于人工湿地的去污机理和构建要素等均有较多研究，但是实际应用工程比较有限。本文总结了人工湿地的研究发展，阐述了人工湿地的构建要素，并对人工湿地产生的效益进行具体分析，旨在为人工湿地的工程应用提供一定的基础。
关键词：河道整治；人工湿地；生态修复；水污染
1人工湿地研究综述
由于人口增长迅速和经济结构的调整，水资源短缺和水污染问题已成为全球面临的重大挑战，调查显示水质恶化在非洲、亚洲和拉丁美洲普遍存在[1]。鉴于发展中国家经济条件有限，投资成本低廉、处理效果显著的污水设施成为解决水环境问题的首要选择[2]。人工湿地（constructed wetlands）自二十世纪五十年代开始作为一种生态技术而被德国研究，目前已被广泛应用于生活污水、工业污水和城市暴雨径流的处理中[3]。作为一种综合的生态系统，人工湿地有着独具特色的净污机理、功能，其通过模仿自然湿地的结构和功能，并人为调整其中某些结构，从而降低污水中营养物质及有毒有害物质。研究发现人工湿地通过吸附、沉淀和过滤等物理化学反应来去除污染物质，同时也为其中的生物提供适宜的生长环境，以促进微生物和植物对污染物的生物处理效应[4]。
我国在“七五”期间才开始对人工湿地污水处理技术进行机理性研究，相比发达国家落后约十余年，现在应用实例仍然相对较少。深圳白泥坑人工湿地（日处理污水3100t）为我国人工湿地处理污水的首次实践，该工程由国家环保总局华南环保所在1990年7月建造[5]。现阶段我国建设的人工湿主要用于处理生活污水和控制农业面源污染，人工湿地的应用和研究相对较少[6-9]。充分合理利用人工湿地，可有效减少水体营养物质及有毒有害物质含量，维护水体自净能力和生态平衡，同时也可缓解水资源压力和面源污染防控[10-14]。
2人工湿地构建要素
2.1植物
植物是人工湿地重要的组成部分，其通过自身和与其它物种之间的相互作用提高了污水处理效率也为提高了周边环境质量，具体作用为：首先，湿地植物可以吸收污水中氮、磷等营养物质，以及重金属等污染物[15]；其次，湿地植物可为微生物的附着提供条件，并且通过分泌多糖、有机酸等，为微生物代谢提供碳源，从而促进微生物繁殖[16]；第三，湿地植物可通过光合作用增加水体中溶解氧，从而改善氧化还原条件，并促进特殊根际菌群和根际酶的形成，提高污染物去除率[17]；第四，湿地植物还具有避免阳光直晒基质、匀速水流、防止藻类过度增长等作用。
鉴于植物自身性质及其对气候、土壤等环境的适应性不同，在人工湿地设计中，需主要考虑污染物类型及含量、当地气候条件及周边土壤性质等因素，同时需要兼顾植物的经济价值和景观效果。目前我国人工湿地工程应用较多的植物包括芦苇（Phragraites australis）、美人蕉（Canna indica）、水芹菜（Oenanthejavanica）、水葫芦（Water hyacinth）、菖蒲（Acorns calamus）、梭鱼草（Pontederiacordata）等[18]。
2.2基质
基质是是人工湿地的骨架对整个湿地的生态系统具有重要意义，其具体的作用包括：第一，基质为湿地植物的生长提供条件，为植物提供必须的营养物质。第二，基质为微生物生长繁殖提供附着表面，保证了微生物的存活和生长繁殖，并为微生物降解污染物质提供主要场所。第三，基质可以对水中悬浮的污染物产生物理截留、化学吸附等作用，进一步降低了水中污染物含量。
在设计中，基质的选择需要根据进水方式和污水质量要求来确定。表面流人工湿地中，由于水流自基质上方进入并在其表面流动，因此主要以土壤和植物根系为基质；潜流人工湿地中，水流由基质内部进入，因此为了提高处理效率，在设计中可选择具有特殊功能的物质作为基质。例如，用植物残体或人工合成物质作为固体缓释碳源来提高微生物处理效果[19-23]，以及用高效除磷基质[24-27]改善传统基质磷去除效果不佳的问题。
2.3微生物
研究表明，人工湿地中污染物的去除主要受微生物群落结构和数量的影响，，因此微生物是人工湿地的核心要素。人工湿地中污水处理需要进行的硝化作用、反硝化作用、甲烷氧化等主要依靠微生物来完成；同时，微生物的生长繁殖也保证了湿地的生态平衡。
由于微生物生长影响条件较为繁杂，因此目前的实际设计中更倾向于利用人工材料为土著微生物提供适宜的生存环境，以帮助自然筛选和培育某些微生物的目的，例如将生物炭等性质温和的多孔介质投放于基质中，以保证微生物生长繁殖；或向湿地中投加碳源，为反硝化菌提供能量，提高反硝化效率等。
3人工湿地的效益分析
3.1经济效益
我国是一个严重缺水的国家，水资源短缺己成为制约社会经济发展的重要因素。传统污水处理设施普遍存在建设运营成本高、处理效果不理想等问题，而人工湿地利用其自然过程净化污水，在保证污水处理效果的同时大大降低了建设和运营成本，例如，我国深圳白泥坑湿地系统投资成本和运行费用仅为传统污水处理厂的五分之一[28，29]。
随着我国生态文明建设的推进，农村生活污水处理、流域水环境修复等领域已成为研究热点，而作为高效低耗的污水处理工艺，人工湿地污水处理技术具有广阔的应用前景。
3.2社会效益
人工湿地不仅是污水处理设施，也是城市及乡村环境娱乐休憩场所之一。一些城市将人工湿地与城市公园相结合，提升了周边环境质量，也修复了区域生态系统，使城市建设与自然环境相协调。
同时，人工湿地也是一种有效的低影响开发设施。在某些水系较为发达的流域中，将不同人工湿地进行一定的串联和并联，可以达到削减洪峰、降低洪水频率等功能，不仅提高了区域景观设施，也保障了居民的安全。
人工湿地的设计赋予了区域特殊的景色，也吸引了不同的动物驻足繁衍，为周边居民提供了活动、休憩、观赏的新型场所，为区域赋予了特色的精神文化，也为城市的环保宣传教育提供了最有力的范本。
3.3生态效益
人工湿地还具有在生态修复、气候调节等重要生态服务价值。在现阶段的城市和乡村规划中，人工湿地被视为区域绿地系统重要的组成部分，是生态资源最丰富的储藏地，在维持区域生态平衡，维持生物多样性等方面发挥了重要的作用。在我国一些地区中，人工湿地的建设为濒危水禽提供了栖息和繁衍的场所，对于野生鸟类的保护有重要意义。
同时，湿地植物的蒸腾作用增加了局部区域水分蒸发量，从而增加了近地层空气的湿度，减少了热岛效应，从而为周边制造了舒适宜人的区域性气候条件。
因此，人工湿地的设计和建设对城市及乡村的发展具有深远的意义，而人工湿地的研究是其设计和建设的基础，也是保证人工湿地发挥其重要作用的前提。
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论文作者:陈晓流
论文发表刊物:《基层建设》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/21
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