植株密度與污染去除

人工濕地水質淨化的過程中，水生植物為其中的重要因素，水生植物

能除去水中污染物質，主要因為水生植物的根區效應。水生植物可藉由植

物體本身構造組織將氧氣輸送至根部，使得根部附近土壤形成為一好氧

區，根部影響區域外的土壤則形成為厭氧區，區域中的微生物同時進行同

化作用及異化作用，進行硝化與脫硝作用（D`Angelo，1994）及磷的化學沉

澱作用，此一過程會促使溼地中的營養鹽物質去除稱為根區效應，並可達

到淨化水質的效果。因此水生植物的種植的密度與之後在人工濕地中繁殖

的密度關係到水生植物的根區效應對於水中污染物的去除率是否能維持在

最佳狀態，值得在本研究中討論。

放進入，再加上寶山鄉雙溪地區的家庭廢水也排入客雅溪中，因此水中 NH

³

-N 及 TP 的平均濃度分別為 4.65mg/L 與 0.66mg/L，其中 NH

³

-N 濃度在河川污 染等級分類中屬嚴重污染程度。但這對於水生植物的生長來說卻是提供了 豐富的營養源；再加上實驗場的日照條件屬全日照，對於植物生長有著良 好的幫助。

由於水生植物的生長狀況對於人工濕地淨化水質成效有著極大的影 響，所以當實驗場硬體構築完成時，對於水生植物生長的狀況進行詳盡的 紀錄，並從紀錄水生植物生長狀況中，比對出水質淨化成效與其關係，成 果如下所述：

一、密度調查

（一）記錄方式：

本研究對於水生植物床中的植生進行每月一次生長密度調查及植生種 類變化調查。

1.空白組調查方式為將植生床畫分成數個 1m×1m 見方之樣區，在每個樣區 中詳細紀錄植物生長種類與數量，再計算出其平均生長密度。

2.香蒲、大萍、輪傘莎草與空心菜等植生床以在植生床中劃設一個 1m×1m

見方的樣區，進行植物生長密度變化紀錄。其統計表，如下表中所示：

表 4.4.1 各植生床植物生長密度統計表

空白組 香蒲組 大萍組 輪傘莎草組 空心菜組

種植密度 0 5 10 2 9

91 年 09 月 18 16 20 9 20

91 年 10 月 30 20 38 15 30

91 年 11 月 42 36 50 23 40

91 年 12 月 50 46 56 32 39

92 年 01 月 48 41 49 45 48

92 年 02 月 50 37 25 52 40

92 年 03 月 49 40 40 55 49

※單位＝株／m

²

水生植物生長密度變化圖

0 10 20 30 40 50 60

91年09月 91年10月 91年11月 91年12月 92年01月 92年02月 92年03月 月份

密度(株/m^2)

空白組 香蒲組 大萍組 輪傘莎草組 空心菜組

圖 4.4.1 水生植物植生床生長密度變化圖

若以將植物的生長分為數個時期，分別為高死亡率之萌發初期

（mortality-high phase）、植株密度穩定時期（density-stable phase）

及死亡率恆定期（thinning phase），（Makita，1998）。由表 4.4.1 及

圖 4.4.1 生長密度變化顯示，空白組與香蒲組植生床的成長速度由 91 年 9

月至 91 年 11 月為萌發期，92 年 12 月進入植株密度穩定時期生長速率趨於

月中都處於在萌發初期尚未進入植株密度穩定期，還有向上的成長空間，

大萍及空心菜的生長密度曲線中，分別出現生長密度驟降，其造成因素為 引水系統阻塞導致大萍植生床無水源進入，使得大萍大量枯死；空心菜生 長密度驟降因素為空心菜為食用葉菜類，因此時常被居民摘去食用，才造 成生長密度波動。由於前述的原因大萍及空心菜在成長的趨勢一直處於萌 發期未進入植株密度穩定期。

（二）空白組的植生種類

本研究除在各植生床統計其生長密度的變化外，更對於其中空白組的 水生植物生長變化做一詳盡的紀錄，以便對於未來在設計人工濕地時，考 慮植生種類要如設計做一參考資料。

此淨化床在實驗設計實就設定以未栽植任何水生植物方式，作為水質

淨化實驗中的對照組。並以自然衍生之方式進行植生，生長密度由完工時

的無植生狀態至生長密度達 50 株/m

²

時，由表 4.4.3 中顯示其密度的成長趨

勢趨於穩定狀況。在經調查發現其植物生長大多集中於植生床的淺水區域

且多屬濕生植物及挺水植物為主，種類如表 4.4.2 中所示。

表 4.4.2 空白組水生植物種類

植物中文名稱 學名

香附子

細葉水丁香水丁香 紅辣蓼

矮水竹葉 紫花霍香薊 小白花鬼針草 大花咸豐草 水莎草 擬櫻草 心葉母草

Cyperus rotundus L

Ludwigia octovalvis （Jacq.）Raven Polygonum glabrum Willd

Murdannia spirata (L.)Bruckner Ageratum houstonianum Mill.

Bidens pilosa L. var. minor (Bl.) Sherff Bidens pilosa L. var. radiata (Bl.) Sherff Cyperus serotinus Rottb.

Lindernia anagallidea (Michx) Pennell Lindernia anagallis (Burm.f.) Pennell

由上表中顯示，此植生床中的植物多屬於先驅植物。此種類植生大多 生長於遭受人為破壞後的水岸環境，是水岸植生演替過程中最早在荒地出 現的植物種類。

二、植株密度與水質變化

為討論水生植物的植株密度與水中污染物去除關係，本研究將每月植 株密度調查紀錄配合當月水質污染物的月平均去除率互相對照，整理出比 較表與變化圖來找出植株密度與水中污染物去除的關係，以提供植株密度 的建議。

（一）空白組

在污染物的去除率的表現方面，BOD

⁵

之去除率由表 4.4.3 中知在 49~50 株/m

²

的生長密度時其 BOD

⁵

月平均去除率達到 47.6％，顯示出 BOD

⁵

的去除大 致植生密度的提高緩慢提升。COD 的去除在實驗初期，植生密度 18 株/m

²

2

除表現約維持在 50.5~52.4％，未因植生密度的提高而有將去除率提高情 況。在 NH

³

-N 去除方面，與 COD 的去除有相同的情況，在萌發初期初期時，

月平均去除率 60.8％為最高，之後維持在月平均去除率 47.9~55.5％之間。

TP 去除表現方面，去除率隨著植生密度而提高，由月平均去除率 45.5％提 升至 62.8％。SS 的去除表現，萌發初期有 71.3％之水準，隨後去除率趨勢 與植生密度而提高。

表 4.4.3 空白組生長密度與污染去除比較

月份 植物生 長密度

BOD 月平均去除率

COD 月平均去除率

NH3-N 月平均去除率

TP 月平均去除率

SS 月平均去除率

91 年 09 月 18 39.5% 59.8% 60.8% 45.5% 71.3%

91 年 10 月 30 28.7% 22.0% 55.5% 43.2% 54.5%

91 年 11 月 42 22.1% 44.8% 40.0% 52.4% 54.8%

91 年 12 月 50 28.5% 43.3% 54.7% 58.3% 63.1%

92 年 01 月 48 43.1% 52.4% 52.4% 52.2% 65.6%

92 年 02 月 50 44.7% 50.5% 47.9% 40.8% 71.1%

92 年 03 月 49 47.6% 52.1% 52.9% 62.8% 71.0%

空白組植生密度與污染物去除率變化圖

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

80.0%

18 30 42 50 48 50 49

植生密度(株/m2)

去除率(%)

BOD COD NH3-N TP SS

圖 4.4.2 空白組生長密度與 BOD

5

去除率變化圖

（二）香蒲組

此植生床是利用當地現有香蒲移植於水生植物床中，最初種植密度為 5 株/㎡，在 91 年 9 月至 92 年 3 月的調查生長密度由 18 株/㎡提升 49 株/

㎡，如表 4.4.4 中所示。

在污染物的去除率，由圖 4.4.7 得知，BOD

⁵

去除率在香蒲萌發初期表

現最高，月平均去除率 50.5％。當植生密度達 46 株/㎡的進入植株密度穩

定期時月平均去除率也呈現出維持在 40.3~42.6％之間。COD 的去除，當密

度達 41 株/㎡時，有月平均去除率 51.9％的最高表現，從圖 4.4.7 中得知

COD 去除率有隨著植生密度波動的趨勢。NH

³

-N 的去除表現，在香蒲萌發初

除效率之狀況隨著進入香蒲的植株密度穩定期而維持在月平均去除率 50.3~53.1％之間。TP 的較高月平均去除率 61.7％~64.4％的表現出現在 36 株/㎡~46 株/㎡植生密度階段。SS 去除率變化有隨著植生密度變化的趨勢，

其去除率的最佳表現出現在 39 株/㎡達到月平均去除率 72.7％。

表 4.4.4 香蒲生長密度與污染去除比較

月份 植物生 長密度

BOD 月平均去除率

COD 月平均去除率

NH3-N 月平均去除率

TP 月平均去除率

SS 月平均去除率

91 年 09 月 16 50.5% 42.3% 78.5% 40.8% 48.3%

91 年 10 月 20 31.7% 32.5% 63.5% 60.7% 70.2%

91 年 11 月 36 21.0% 40.8% 39.3% 61.7% 59.6%

91 年 12 月 46 34.1% 45.9% 50.3% 64.4% 63.8%

92 年 01 月 41 42.6% 51.9% 51.5% 53.5% 61.5%

92 年 02 月 37 40.3% 39.7% 53.1% 35.9% 71.1%

92 年 03 月 39 42.4% 34.6% 51.3% 50.7% 72.7%

!

香蒲植生密度與污染物去除率變化圖

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

80.0%

90.0%

16 20 36 46 41 37 39

植生密度(株/m2)

去除率(%)

BOD COD NH3-N TP SS

! 圖 4.4.7 香蒲生長密度與 BOD

₅

去除率變化圖

（三）大萍組

在本實驗中，大萍的生長與繁殖速度為四種實驗水生植物中最為快 速，據表 4.4.5 顯示其生長密度在 91 年 12 月就可達 56 株/㎡。

BOD

⁵

去除率由圖 4.4.12 顯示，在大萍萌發初期階段其 BOD

⁵

之月平均去 除率表現就出現 79.0％，相反的當密度達到 50 株/㎡及 56 株/㎡時卻是月 平均去除率最低的階段，只有 24.5％~33.6％的成效。COD 去除率顯示隨生 長密度增加而提升的趨勢。NH

³

-N 在大萍萌發初期階段之月平均去除率表現 達到 72.2％~75.0％之間，植株密度穩定階段月平均去除率下降至 41.6％

~58.2％。TP 方面的表現與 BOD

⁵

相同，當密度最高時卻是出現月平均去除率 最低 49.5％。SS 去除率從圖 4.4.12 中發現當處於萌發期月平均去除率皆 比植株密度最高時高。顯現出當大萍處於高植株密度時較不利 SS 的去除。

表 4.4.5 大萍生長密度與污染去除比較

月份 植物生 長密度

BOD 月平均去除率

COD 月平均去除率

NH3-N 月平均去除率

TP 月平均去除率

SS 月平均去除率

91 年 09 月 29 79.0% 28.3% 75.0% 45.0% 83.0%

91 年 10 月 38 41.3% 49.7% 72.2% 53.8% 65.8%

91 年 11 月 50 24.5% 49.5% 41.6% 64.2% 65.2%

91 年 12 月 56 33.6% 47.8% 58.0% 49.5% 60.6%

92 年 01 月 49 43.4% 45.4% 58.2% 60.3% 65.6%

92 年 02 月 25 45.0% 34.0% 52.5% 63.3% 71.1%

92 年 03 月 40 49.0% 48.2% 34.0% 58.0% 70.3%

!

大萍植生密度與污染物去除率變化圖

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

80.0%

90.0%

29 38 50 56 49 25 40

植生密度(株/m2)

去除率(%)

BOD COD NH3-N TP SS

! 圖 4.4.12 大萍生長密度與 BOD

5

去除率變化圖

（四）輪傘莎草組

輪傘莎草的耐候性在此次實驗中最強的物種。最初的種植密度 2 株 /m

²

，經 91 年 9 月至 92 年 3 月的統計生長密度呈穩定狀態成長由 9 株/m

²

~55 株/m

²

，如表 4.4.6 示。

從圖 4.4.17 顯示出在此淨化床中的 COD、NH

³

-N、TP、SS 之去除率，

未因輪傘莎草生長密度的成長而有提高，反而在輪傘莎草的萌發期，有較 高的月平均去除率的表現，當植株密度越高月平均去除率卻下降，其中 NH

³

-N 從 9 株/m

²

的月平均去除率 72.3％下降至 55 株/m

²

的月平均去除率 49.1％。

在 BOD

⁵

去除表現方面，因為輪傘莎草的生長還處於萌發期尚未進入植株密

度穩定期，因此在整個淨化過程呈現月平均去除率還在持續上升的趨勢尚

未出現最高點。

表 4.4.6 輪傘莎草生長密度與污染去除比較

月份 植物生 長密度

BOD 月平均去除率

COD 月平均去除率

NH3-N 月平均去除率

TP 月平均去除率

SS 月平均去除率

91 年 09 月 9 27.5% 52.3% 72.3% 62.5% 50.0%

91 年 10 月 15 29.0% 37.7% 63.3% 52.8% 66.5%

91 年 11 月 23 19.8% 36.9% 55.1% 56.3% 53.3%

91 年 12 月 32 36.5% 43.0% 56.0% 53.7% 59.0%

92 年 01 月 45 44.1% 52.9% 52.4% 56.4% 55.2%

92 年 02 月 52 42.7% 43.7% 42.8% 52.0% 64.4%

92 年 03 月 55 49.8% 44.2% 49.1% 56.1% 63.7%

!

輪傘莎草植生密度與污染物去除率變化圖

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

80.0%

9 15 23 32 45 52 55

植生密度(株/m2)

去除率(%)

BOD COD NH3-N TP SS

! 圖 4.4.17 輪傘莎草生長密度與 BOD

₅

去除率變化圖

（五）空心菜組

本植生床種植空心菜作為主要的水中污染物去除媒介，加上居民的摘

出持續成長之狀態。BOD

⁵

、COD、NH

³

-N、TP、SS 去除率從圖 4.4.21 可觀察 出，BOD

⁵

、NH

³

-N 三項去除率在空心菜的萌發期有較高的月平均去除率表現 分別為 71.5％及 72.8％，在去除率走勢表現出跟隨著植株密度提高而下 降。其中 BOD

⁵

曾在 91 年 11 月份植株密度為 40 株/m

²

時下降至 23.0％的月 平均去除率去除率。COD、TP、SS 的月平均去除率呈現出隨著植株密度增加 而提高，COD 由 56.8％提升至 62.3％，TP 由 50.8％提升至 70.2％，SS 由 41.3％提升到 77.7％。

表 4.4.7 空心菜生長密度與污染去除比較

月份 植物生 長密度

BOD 月平均去除率

COD 月平均去除率

NH3-N 月平均去除率

TP 月平均去除率

SS 月平均去除率

91 年 09 月 20 71.5% 56.8% 72.8% 50.8% 41.3%

91 年 10 月 30 37.7% 35.2% 72.0% 54.7% 63.2%

91 年 11 月 40 23.0% 53.3% 54.7% 50.0% 61.3%

91 年 12 月 39 38.1% 50.5% 56.6% 50.9% 64.8%

92 年 01 月 48 47.6% 54.9% 61.4% 56.9% 65.6%

92 年 02 月 40 42.0% 47.9% 52.0% 52.4% 64.4%

92 年 03 月 49 47.4% 62.3% 54.3% 70.2% 77.7%

!

在文檔中 中 華 大 學 (頁 86-100)