生態(tài)浮床改善水源地水質(zhì)的可行性分析

陳錦天，林南雄

（1.泉州市山美水庫(kù)管理處，福建 泉州 362000；2.廈門泛海恒業(yè)環(huán)境科技有限公司，福建 廈門 361000；3.泉州普華麗景環(huán)?？萍加邢薰荆＝?泉州 362000）

生態(tài)浮床技術(shù)是將陸生植物應(yīng)用于受污水域環(huán)境修復(fù)的浮床型植物修復(fù)技術(shù)，該技術(shù)不但能夠修復(fù)水環(huán)境，而且能較好地降低外來種入侵的風(fēng)險(xiǎn)，已成為湖泊、河渠及潟湖內(nèi)灣等富營(yíng)養(yǎng)化水體生物修復(fù)技術(shù)的亮點(diǎn)之一，在國(guó)內(nèi)外得到一定的應(yīng)用，取得較好的成效［1－2］。該技術(shù)的核心原理是將陸生植物種植在生態(tài)浮床上，利用伸入水中的植物根系吸收水中的營(yíng)養(yǎng)鹽、礦物質(zhì)和其他污染物，降低水中污染負(fù)荷，改善水質(zhì)，并通過收割植物最終將這些物質(zhì)從水環(huán)境中移除［3］。實(shí)踐證明，生態(tài)浮床技術(shù)是一項(xiàng)成本低、效果好、應(yīng)用廣、生物安全性高的水環(huán)境生物修復(fù)的新技術(shù)。目前生態(tài)浮床技術(shù)主要運(yùn)用于富營(yíng)養(yǎng)化水體的治理上，在寡營(yíng)養(yǎng)水體的研究方面較少。山美水庫(kù)是泉州市最重要水源地，水庫(kù)水質(zhì)的優(yōu)劣，直接影響到下游地區(qū)人民群眾的生命安全。近幾十年來，隨著山美水庫(kù)流域內(nèi)人口增長(zhǎng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)急速發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的相對(duì)滯后，大量的工農(nóng)業(yè)污水、生活污水及養(yǎng)殖廢水直接排放或不達(dá)標(biāo)排放進(jìn)入庫(kù)區(qū)，超出庫(kù)區(qū)水體的納污能力，導(dǎo)致水體污染負(fù)荷超標(biāo)，尤其是總氮已達(dá)劣V類水平 ［《中華人民共和國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838－2002）］，水庫(kù)水體已不能完全滿足飲用水源水環(huán)境功能要求，需采取必要的修復(fù)手段進(jìn)行干預(yù)，降低水體富營(yíng)養(yǎng)化程度，改善水質(zhì)。本試驗(yàn)在山美水庫(kù)庫(kù)區(qū)開展小范圍的生態(tài)浮床技術(shù)示范，研究生態(tài)浮床對(duì)于改善水源地水質(zhì)的功能效果。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 生態(tài)浮床 從山美水庫(kù)實(shí)際情況中出發(fā)，考慮到其水源地的特殊性和水面開闊、風(fēng)浪大的特點(diǎn)，采用景觀消浪生態(tài)浮床組合應(yīng)用的方法進(jìn)行水體治理。景觀消浪浮床由33cm×33cm的高分子材料景觀浮床單體組合而成（圖1），浮床單體為環(huán)保塑料一次吹塑而成，安全耐用、穩(wěn)定性高，在其上主要種植景觀植物，營(yíng)造優(yōu)美的浮床景觀。

圖1 景觀消浪浮床單體

1.1.2 供試植物 綜合考慮植物適應(yīng)性、生長(zhǎng)量、生物安全性、景觀效果、投產(chǎn)比、凈化能力等因素，本試驗(yàn)的生態(tài)浮床植物為空心菜、美人蕉、香根草、梭魚草。

空心菜：長(zhǎng)25～30cm的枝條，不帶葉，采自泉州市當(dāng)?shù)爻靥?，性喜溫暖溫?rùn)，喜光喜濕，生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)，可多次采收，生長(zhǎng)期在3—11月份。

香根草：葉片全部砍掉，只留根部及根上10 cm莖干，從江西省紅壤研究所購(gòu)得，生命力強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)迅速，生物量大，全年皆可生長(zhǎng)。

梭魚草：從泉州市花博園水生植物場(chǎng)購(gòu)得，葉片全部砍掉，只留根部及根上10cm莖干，具有較好觀賞效果，凈水能力強(qiáng)，適合春夏季節(jié)生長(zhǎng)。

美人蕉：從泉州市花博園水生植物場(chǎng)購(gòu)得，葉片全部砍掉，只留根部及根上10cm莖干，能吸收二氧化硫、二氧化碳等有害物質(zhì)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在山美水庫(kù)大壩上游2km的一處小灣鋪設(shè)生態(tài)浮床，進(jìn)行技術(shù)示范。在33cm×33cm的高分子材料景觀浮床單體組合而成的景觀浮床上種植空心菜50m2、美人蕉50m2、香根草50m2、梭魚草50m2，植物間距為15cm×15 cm，浮床實(shí)際覆蓋面積為200m2，生態(tài)浮床鋪設(shè)區(qū)域約4000m2，預(yù)設(shè)的生態(tài)浮床覆蓋率5%，試驗(yàn)時(shí)間2013年7—11月。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目及檢測(cè)方法

1.2.2.1 水庫(kù)水質(zhì)檢測(cè) 山美水庫(kù)的水樣送至泉州市環(huán)境監(jiān)測(cè)站測(cè)定。

1.2.2.2 植物生長(zhǎng)情況 在整個(gè)試驗(yàn)過程中，4種植物都有明顯的增長(zhǎng)，每株植物都有新葉長(zhǎng)出，株高變高，根系長(zhǎng)出大量須根。分別于8月、11月對(duì)其株高、根長(zhǎng)、生長(zhǎng)量進(jìn)行測(cè)量，并計(jì)算植物相對(duì)生長(zhǎng)率及絕對(duì)生長(zhǎng)率。

其中，Bi為第i月單株植株的平均重量（g／株）。

1.2.3 修復(fù)植物移除N、P的計(jì)算 根據(jù)N、P去除量按下式計(jì)算：

式中：UN／P為氮、磷的去除量（kg／年），Q為植物每月的生長(zhǎng)量（kg／m2·月），RN／P為植物中氮、磷的含量（g／kg），h為時(shí)間（月），S為面積（m2）。

2 結(jié)果與分析

2.1 山美水庫(kù)水質(zhì)調(diào)查情況

試驗(yàn)前，對(duì)山美水庫(kù)水質(zhì)的檢測(cè)結(jié)果見表1。

從表1可以看出，山美水庫(kù)水質(zhì)的高錳酸鹽指數(shù)、生物需氧量等數(shù)據(jù)均符合水源地要求，但是水體中總氮含量已達(dá)劣Ⅴ類水平，需采取必要的修復(fù)手段進(jìn)行干預(yù)，降低水體富營(yíng)養(yǎng)化程度，改善水質(zhì)。

2.2 供試植物生長(zhǎng)情況

試驗(yàn)表明，4種植物在寡營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的水質(zhì)中均能生長(zhǎng)，4種植物的株高、根長(zhǎng)與生物量見表2。在8月份測(cè)量中，空心菜、美人蕉、梭魚草、香根草的平均鮮重增加了1.52kg／m2、3.68kg／m2、3.83kg／m2、6.32kg／m2；平均株高增加了 6.4 cm、25.6cm、29.1cm、39.74cm；根長(zhǎng)平均增長(zhǎng)了0.5cm、4.74cm、3.84cm、23.15cm。在11月份的測(cè)量結(jié)果中，空心菜、美人蕉、梭魚草、香根草平均鮮重增加了2.69kg／m2、6.46kg／m2、5.34kg／m2、14.53kg／m2；空心菜、美人蕉、梭魚草、香根草的平均株高增長(zhǎng)了11.8cm、87.4 cm、70.9cm、106.5cm，平均根長(zhǎng)增長(zhǎng)了1.9 cm、14.44cm、10.98cm、158.75cm。

表1 山美水庫(kù)水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

表2 供試植物的生長(zhǎng)情況

根據(jù)供試植物生長(zhǎng)4個(gè)月的相對(duì)生長(zhǎng)率和絕對(duì)生長(zhǎng)率評(píng)估其生長(zhǎng)效果，見表3。從表3中可以發(fā)現(xiàn)，美人蕉、梭魚草、香根草生長(zhǎng)情況良好，很好地適應(yīng)了山美水庫(kù)的生態(tài)環(huán)境，而空心菜雖然生長(zhǎng)正常，但長(zhǎng)勢(shì)較差，無法完全適應(yīng)該生態(tài)環(huán)境。這與周真明等人［4］利用空心菜浮床對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行修復(fù)時(shí)空心菜的長(zhǎng)勢(shì)相差較大，這可能是受氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較低的影響。

表3 供試植物的相對(duì)生長(zhǎng)率和絕對(duì)生長(zhǎng)率

2.3 供試植物氮磷移除能力的比較

4種修復(fù)植物在山美水庫(kù)庫(kù)區(qū)1個(gè)月后的生長(zhǎng)情況。2013年8月24日，經(jīng)過1個(gè)月的生長(zhǎng)之后，對(duì)修復(fù)植物進(jìn)行收割，僅保留植物的根部，其余部分切割下來用于生長(zhǎng)量的測(cè)量。從表4可以看出，其中空心菜凈生長(zhǎng)量為每平方1.52kg，長(zhǎng)勢(shì)較差；而其他浮床植物均長(zhǎng)勢(shì)良好，美人蕉、梭魚草、香根草的凈生長(zhǎng)量分別為3.68kg／m2、3.83 kg／m2、6.32kg／m2。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出四種植物中香根草氮磷移除能力最強(qiáng)，其次是美人蕉與梭魚草，空心菜移除氮磷的能力最弱。

表4 2013年8月山美水庫(kù)生態(tài)浮床植物監(jiān)測(cè)指標(biāo)

3 討論

目前，生態(tài)浮床技術(shù)主要運(yùn)用于富營(yíng)養(yǎng)化水體的改善與修復(fù)，在這方面的研究頗有成效，但是生態(tài)浮床技術(shù)在寡營(yíng)養(yǎng)水體中的研究卻十分少見，在寡營(yíng)養(yǎng)水體中的運(yùn)用就更是少之又少。本研究從山美水庫(kù)實(shí)際情況出發(fā)，考慮到山美水庫(kù)的特殊性，采用由高分子材料制作而成的景觀消浪浮床，浮床單體為環(huán)保塑料一次吹塑而成，安全耐用。本研究采用的生態(tài)浮床承受了2013年7月13日第7號(hào)臺(tái)風(fēng)“蘇力”、8月18日第12號(hào)臺(tái)風(fēng)“潭美”、9月23日第19號(hào)臺(tái)風(fēng)“天兔”、10月7日第23號(hào)臺(tái)風(fēng)“菲特”等，生態(tài)浮床仍然完好無損。說明該生態(tài)浮床的設(shè)計(jì)及建造合理、結(jié)實(shí)，具有很強(qiáng)的抵抗風(fēng)浪的能力。

目前，用于生態(tài)浮床技術(shù)的修復(fù)植物有很多，如盧進(jìn)登等人［5］利用7中浮床植物治理富營(yíng)養(yǎng)化水體，成活率都在70%上，2個(gè)月時(shí)間每種植物的生長(zhǎng)量皆超過了20kg／m2。其中蘆葦凈化能力最強(qiáng)，使得117.39m3的水從V類水質(zhì)降到III類水質(zhì)，其次分別是狄、水稻、蕹菜、牛筋草、香蒲、美人蕉。而且水稻植物和蕹菜的檢測(cè)結(jié)果完全符合國(guó)家有關(guān)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；操家順［6］應(yīng)用空心菜浮床治理苗家河重污染河道，半個(gè)月時(shí)間，空心菜長(zhǎng)勢(shì)良好，生長(zhǎng)量比初始鮮重增加134.5%，對(duì)河道內(nèi)的N、P有很強(qiáng)的吸收能力，并對(duì)于藻類的生長(zhǎng)起到抑制作用。而本研究考慮到山美水庫(kù)中的水質(zhì)為寡營(yíng)養(yǎng)水體，從植物的適應(yīng)性、生物安全性、景觀效果、凈化能力等方面考慮，選取了空心菜、美人蕉、梭魚草和香根草。種植3天后生態(tài)浮床上空心菜即開始長(zhǎng)根；種植一個(gè)月浮床上的梭魚草、美人蕉陸續(xù)開花，形成優(yōu)美的水體景觀。但我們的研究發(fā)現(xiàn)空心菜的長(zhǎng)勢(shì)較差，可能由于水體為寡營(yíng)養(yǎng)水體，水體中氮磷含量不能滿足空心菜的生長(zhǎng)需求，導(dǎo)致其生長(zhǎng)緩慢。試驗(yàn)結(jié)果顯示，4種浮床植物中，香根草的氮磷移除能力最高，而空心菜的移除能力最低，美人蕉和梭魚草的移除能力差別不大，生態(tài)浮床植物的氮、磷平均移除能力分別為11.89g／（m2·月）和1.67g／（m2·月）。本研究中生態(tài)浮床每年可去除N的量約為28.54kg、可去除磷的量約為4.0kg。根據(jù)山美水庫(kù)水體常年測(cè)定的總氮濃度約為2.2mg／L計(jì)算，200m2生態(tài)浮床每年能將13988m3此標(biāo)準(zhǔn)水體的總氮濃度降至地表水II類水水平。

目前用于改善水源地、富營(yíng)養(yǎng)化湖泊、河道的水質(zhì)的技術(shù)主要分為化學(xué)方法、工程性措施和生物強(qiáng)化法。生物強(qiáng)化法又分為水生動(dòng)物技術(shù)、水生植物技術(shù)和微生物技術(shù)。本試驗(yàn)開發(fā)的生態(tài)浮床穩(wěn)定性好、浮力大、成本低，是很好地水培植物定植系統(tǒng)和水體修復(fù)系統(tǒng)。本技術(shù)為解決山美水庫(kù)庫(kù)區(qū)水體污染提供了新的治理方法，為生態(tài)浮床在山美水庫(kù)寡營(yíng)養(yǎng)水體中的研究奠定了基礎(chǔ)，可作為山美水庫(kù)水體污染治理的技術(shù)儲(chǔ)備。

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