Transcript 人工濕地水生植物的栽種與去除污染評估

人工濕地水生植物的
栽種與去除污染評估
Evaluation of the growth and the pollution removal
efficiency by aquatic plants in constructed wetlands
報告人： 張 文
亮
國立臺灣大學生物環境系統工程學系教授
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人工濕地建造的四個基礎
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•
•
生態水文與土壤的特徵
水生植物群落的培育
導水工程結構的穩定
周遭地景環境的連接
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水生植物在人工濕地的功能
• 促進人工濕地的生態
食物鏈與棲地
• 淨化水質
• 美觀
• 社區居民的接受度
～不同人工濕地有同建造標的，
因此不同功能有不同的權重考慮～
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水生植物在水質淨化的功能
• 吸收水中的氮、磷
• 根系與植株增加微生物
膜的吸附空間
• 傳輸空氣到根系，促進
水與底泥的氧化
• 食物鏈的初級生產者，
促進生態系統演替，進
而發展生態系統的水域
淨化功能
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人工濕地不同建造的標的
• 水質自然淨化的促進
（treatment wetlands）
• 生物棲地的保育
• 滯洪池生態化
• 景觀綠美化
• 教育與人文的呈現
• 水資源保護
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決定人工濕地水生植物的因子
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1. 人工濕地的條件
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水文：水位變動頻率、水流、水力停滯時間
土壤：質地、深度、營養份
水質：營養份
水域開放空間
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2. 植物的條件
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•
•
•
種類
種植密度
種植位置
採收頻率
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3. 管理的條件
• 採收與補植
• 經費的估計
• 水生植物栽種的附加價值
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前人研究
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1. 面積比
• 水生植物在人工濕地生長的面積
比，因人工濕地的用途不同，而
有不同的比例。
50%的水生植物覆蔽率，對於
水鳥的棲息是最佳棲地營造
（Weller, 1978）。
5～12％的水生植物覆蔽率，對
於水質淨化的效果較佳（美國
EPA, 2000） 。
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2. 種植間距
• 一般間距為1 m（10,000株/ha）（Lewis and Bunce,
1980; Broome, 1990）
• 快速覆蓋0.6～0.75 m（28,000~18,000株/ha ）
• 最廣間距2 m （ 2,500株/ha ）（Kadlec and Knight,
1996）。
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3. 種植位置
• 由人工濕地的水深決定
0～0.3m：挺水性水生植物
> 0.3m：漂浮性/沈水性水生
植物
（Brown et al., 1979）
• 延等高線等距而種
• 依底泥的氧化/還原性而決定
（Gosselink and Turner, 1978）
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4. 種植土壤深度
• 10～20 cm （Kadlec
and Knight, 1996）
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5. 種植時間
• 水生植物生長期間（春天）
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6. 常見水生植物的種類
• 對環境高忍受力、少病蟲害、具有顯著生
態效益（Reed et al., 1995）。
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挺水性水生植物
•香浦（Typha angustifolia L.）
•荊三稜（Scirpus）
•蘆葦（Phragmites australis）
•燈心草（Juncus articulatus）
•菅屬（Carex）
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漂浮性水生植物
• 浮萍（Lemna sp.）
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沈水性水生植物
• 金魚藻屬（Ceratophyllum）
•水鱉科（Elodea）
•眼子菜科（Potamogeton）
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植物栽種間距為何有一定的距離
•圖片來源：p. 619, Fig. 20-7, Kadlec, R.H., and R.L. Knight, 1996. Treatment Wetlands. CRC Press, U.S.A.
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研究目的
• 台灣人工濕地水生植物種類、栽種密度與
去除效率
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研究方法
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M 

C i d 0  C B  d  C  d
'
B
'

t
其中，M是移除量 (單位為 g/m2d)，Ci是入流BOD
濃度 (單位為 mg/l)，C、CB分別是有植栽試驗桶
與無植栽試驗桶，經過一固定滯留時間後的BOD
濃度 (單位為 mg/l)，d0是試驗桶初始水深 (單位
為 m)
d’、dB’分別是有植栽試驗桶與無植栽試驗桶，經過
一固定滯留時間，經由校正後的水深 (單位為 m)
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S 
h
tan  90     23.5   
其中，
S為陰影長度 (單位為 m)
h為成活的水生植物高度 (單位為 m)
為種植所在緯度，以北緯為正向 (單位為 度)
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實驗方法
由94年1月11日的植物種類調查，考慮其分佈
狀況與前人研究，選出14種的水生植物，包含挺
水性、浮水性及沉水性，進行現場試驗佈置。並
在試驗區域中心擺放乾濕球溫度計紀錄大氣中相
對濕度，A級蒸發皿用以監測試驗區蒸發量，簡
易型的雨量筒以紀錄該區域雨量。
圖一、新海橋地理位置圖
圖二、試驗桶樣配置圖
(陳江河繪製，2005)
表一、試驗水生植物與編號對照表
編號
名稱
學名
科名
1
水龍
Ludwigia adscendens
柳葉菜科
覆瓦狀莎草
Cyperus imbricatus
莎草科
3
高野黍
Eriochloa prrocera Retz
禾本科
4
荸薺
Eleocharis dulcis
莎草科
大安水簑衣
Hygrophila pogonocalyx Hayata
爵床科
6
馬藻
Potamogeton crispus
眼子菜科
7
斷節莎
Torulinium odoratum
莎草科
8
過長沙
Bacopa monnieri
玄參科
9
田字草
Marsilea minuta
蘋科
10
水毛花
Schoenoplectus mucronatus subsp. Robustus
莎草科
11
異型莎草
Cyperus difformis Linn.
莎草科
12
水丁香
Ludwigia octovalvis
柳葉菜科
13
青萍
Lemna aequinoctialis
浮萍科
14
香浦
Typha angustifolia L.
香蒲科
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開卡蘆
Phragmites vallatoria (Pluk. ex L.)
禾本科
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結果與討論
台灣水龍
水龍在新海橋人工濕地不同月份
之生長高度
水龍在新海橋人工濕地不同月份
之生長密度
水龍在新海橋人工濕地不同月份
之BOD去除量
荸薺
荸薺在新海橋人工濕地不同月份
之生長高度
荸薺在新海橋人工濕地不同月份
之生長密度
荸薺在新海橋人工濕地不同月份
之BOD去除量
香蒲
香蒲在新海橋人工濕地不同月份
之生長高度
香蒲在新海橋人工濕地不同月份
之生長密度
香蒲在新海橋人工濕地不同月份
之BOD去除量
開卡蘆
開卡蘆在新海橋人工濕地不同月
份之生長高度
開卡蘆在新海橋人工濕地不同月
份之生長密度
蘆葦在新海橋人工濕地不同月份
之BOD去除量
表二、平均植物生長狀況對BOD平均之淨化
植物種類
學名
最大株高
(m)
最大密度
(株/m2)
平均BOD去除量
(g/m2-day)
馬藻
Potamogeton crispus
---
302
0.32
過長沙
Bacopa monnieri
---
896
0.25
田字草
Marsilea minuta
---
1760
2.17
水龍
Ludwigia adscendens
1.16
708
0.52
異型莎草
Cyperus difformis Linn.
0.46
906
1.09
水丁香
Ludwigia octovalvis
0.87
313
1.06
斷節莎
Torulinium odoratum
0.72
510
0.91
大安水簑衣
Hygrophila pogonocalyx Hayata
0.98
438
0.59
荸薺
Eleocharis dulcis
1.17
1688
1.55
高野黍
Eriochloa prrocera Retz
1.04
667
1.66
水毛花
Schoenoplectus mucronatus
subsp. Robustus
1.13
1563
0.22
覆瓦狀莎草
Cyperus imbricatus
1.31
792
2.62
香蒲
Typha angustifolia L.
1.76
323
2.25
開卡蘆
Phragmites vallatoria
2.15
385
1.94
表三、最大BOD去除量之植物生育狀況調查表
植物種類
學名
BOD去除量
(g/m2-day)
株高
(m)
密度
(株/m2)
種植間距
(m)
馬藻
Potamogeton crispus
0.79
---
48
---
過長沙
Bacopa monnieri
0.75
---
469
---
田字草
Marsilea minuta
3.92
---
156
---
水龍
Ludwigia adscendens
1.15
0.3
396
0.32
異型莎草
Cyperus difformis Linn.
1.62
0.32
646
0.43
水丁香
Ludwigia octovalvis
2.17
0.72
146
0.81
斷節莎
Torulinium odoratum
1.51
0.71
417
0.75
大安水簑衣
Hygrophila pogonocalyx Hayata
1.28
0.5
427
0.64
荸薺
Eleocharis dulcis
3.91
0.72
469
0.75
高野黍
Eriochloa prrocera Retz
4.05
1.04
94
0.80
水毛花
Schoenoplectus mucronatus
subsp. Robustus
0.66
1.01
354
0.97
覆瓦狀莎草
Cyperus imbricatus
6.65
0.92
708
0.97
香蒲
Typha angustifolia L.
4.08
0.95
146
1.01
開卡蘆
Phragmites vallatoria
4.31
1.02
146
1.07
結 論
•1.
調查14種台灣人工濕地常種的水生
植物，具有污水水質淨化成效只有八種，
依次為覆瓦狀莎草、香蒲、田字草、開卡
蘆、高野黍、荸薺、異型莎草與水丁香。
加上能夠耐暴雨淹水與颱風沖刷的水生植
物，只有前六種。因此表面流人工濕地主
要的栽種應以挺水性植物為主。其種植間
距應為0.8～1.0公尺。
•2. 挺水性、生長密度高的水生植物，在較
污染又能耐暴雨與颱風的物理環境，在田
間生長的蟲害也較少。但是最好在每年四
月底做部分植株砍除，以增加人工濕地的
維護管理，在十二月初再做一次砍除，以
利新株發芽生長。
•3. 種植面積不要超過開放水域的10％，以
免生長過密，造成有機物再釋出。
敬請指教