水生植物栽種的多樣性
生態工程是利用自然資源的多變化，去營造工程的多樣化，不僅可以為人效力，也可以給更多野生動植物棲息。而大自然不僅在水文與土壤有多變化之外，植物的種類也有許多種，例如在濕地的營造上，親水性的植物種類，就遠比濕地的種類更多。更有趣的是，在大自然，無論是多麼惡劣的環境，總是有植物長在那裡，甚至有些植物的最佳生長狀態就是在惡劣的環境裡，這些植物大概不知道自身具有特殊能力，而是惡劣的環境將這些植物生命的特點表現出來。生態工程的實踐者不過是這些植物默默表態的知音或欣賞者，在惡劣的環境去栽種適合其生長的植物，使其生長得更多，間接達到工程所要解決的問題。
濕地經常性的滯水，底部土壤呈缺氧性，甚至因為缺氧造成有毒的硫化氫產生，重金屬呈可溶解性，甲烷產生，氨氮累積等結果，對於一般需要根部維持好氧性以進行代謝作用的植物是難以適應，但是對於蘆屬（Phragmites）、荊三稜屬（Scirpus）、燈心草屬（Juncus）、菅屬（Carex）、鶯薺屬（Eleocharis）、香蒲屬（Typha）、水韭屬（Isoetes）等水生草木植物卻有獨特的適應機制。這些水生植物成為近代污水處理或是生物保育型濕地營造最常用的植物物種。
生態工程師並不是祗關心種了這些植物之後，水質淨化的果效，如生化需氧量，或氮、磷等去除率有多少，或是多少野生生物可以種歸濕地，也關心每一種水生植物合適栽種的水域條件，底泥深度，水質狀況，微氣候變化，不同種水生植物的競爭，與忍受濕地環境的機制，很可惜，這些研究仍然非常缺乏，以致美其名是栽種多種植物供大自然去篩選，事實上是許多水生植物被栽種在不合宜的地方，增加了濕地建造的成本，使得原來是低價的建造，在台灣發展的開始就蒙上昂貴的陰影。
認識水生植物在濕地中生長的機制，不祗幫助生態工程師明瞭水生植物去除污染的緣由，更由此模仿植物去除污染的方法，學習作為工程設計的依據，這也許是生態工程與設計最迷人的地方。
例如長在濕地的一株蘆葦，本身就是代表一個生命對於生態系統極佳的回應。濕地水下的底泥氧氣含量非常的低，植物的根需要有氧氣進行呼吸作用，才能產生足夠的能量，來吸收水份作為蒸散作用，吸收養份作為生長所需。若長期浸水，氧氣不易進入底泥，在很短的一日之內，植物就會窒息死亡，蘆葦能夠世世代代，活在這種環境中，是具有將空氣中的氧氣經由氣孔吸收，經過莖部，擴散到根部，供給呼吸作用所需的氧氣。
甚至有些氧氣還會自根部擴散至底泥，使底泥呈好氧性。這將溶解性的重金屬沈澱下來，有機碳氧化分解成二氧化碳，有機氮經硝化作用轉換成硝酸鹽，增加被蘆葦的根吸收的機會，蘆葦的根愈旺盛伸延，所接觸吸收的磷酸鹽就愈多，這是生長蘆葦的濕地，能夠有效去除生化需氧量、化學需氧量、氮、磷的主要原因。
蘆葦能成為普世濕地建造者的共賞，並且認為在濕地中大量種植蘆葦，其自空中輸氧氣進入底泥的功效，不亞於人工在污水中曝氣的果效，從一九八○年代這二十一世紀的初期，有上百篇的研究都證明蘆葦的確有效，便宜、好種、易管理，彷彿近代許多科學研究都是在附和大家都認同的看法，不在表明什麼新的見解。
並不是所有的植物都能將氧氣由氣孔輸送到根部與根區的底泥，蘆葦能在空氣與底泥之間，開一條讓氧氣更易移動的近路，是在組織形態上有相當大的調整。首先，在植物內部的皮層組織（cortex），產生新的細胞，細胞分裂生殖（sehizogenic）向外擴大，而後細胞產生溶解作用（lysogenic）成為多孔隙的空氣導管，由植物的葉部，莖部一直延伸到根部，這將減少氣體傳輸要經過許多細胞所產生的阻力。這種多孔隙的導管稱為通氣組織（aerenchyma）。通氣組織的多孔隙與膨大，使得蘆葦的根毛變寬，根與底泥接觸表面積增加，根部通氣組織的氧氣也易進入底泥。
氧氣經由通虛組織，由葉部的高濃度移向根區的低濃度，仍屬於氣體的擴散作用，同理底泥的甲烷、硫化氫、氮氣也可以進此通道由底泥的高濃度移向氣孔外面的空氣裡，許多示本科（Poaceae）、莎草科（Cyperaceae）、香蒲科（Typhaceael）的草本植物都具有這種能力，藉普通氣組織，長在濕地裡的這些水生植物，像是通氣煙囪，幫底泥與空氣之間，進行氣體的交換，彷彿水生植物不祗是在濕地裡獲取生長所需，同時也默默地改善濕地的環境。
氣體的擴散作用是藉由兩端的濃度差，這依然是一種緩慢的機制，蘆葦還有一種有別於其他水生植物的本領，能夠加快氧氣輸送至根部，蘆葦被風吹折到時，莖部的裂縫，就能使通過的風，在通氣組織中產生氣體對流（convectun）的果效，將根區的空氣吸收，加速氧氣至根部的輸送。
蘆葦在七、八月長得最旺盛，在秋季時開花，這時蘆葦的莖部枯乾，秋風的勁速可以幫助蘆葦種仔的傳播，也易吹折蘆葦的莖部，受傷的蘆葦反而是將空氣對流到泥的方式，壓傷蘆葦不忍折斷是帶著讓晚期的蘆葦，生命的功能與效益更能發揮。
參考資料：
1. Nilsen, E. T., and Orcutt, D.M.,
1996. Physiology of Plants Under
Stress. John Wiley & Sms, Ine.
U.S.A.
2. Hardej, M., and T. Ozimek 2002.
The effect of sewage sludge flooding
on growth and morphometric
parameters of Phragmites australis
(Car.) Trin. Ex Stoudel. Ecological
Engineering Vol.18, p.343-350.
|
