城市水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)初探
——以徐州市為例

王 麗 李昊東 王文迪

（1 蘇州工業(yè)園區(qū)星海實(shí)驗(yàn)中學(xué) 江蘇蘇州 215000 2 江蘇省海安高級(jí)中學(xué) 江蘇海安 226600）

徐州市位于江蘇省的西北部，地處蘇、魯、豫、皖4 省接壤之地，為東部沿海與中部地帶、上海經(jīng)濟(jì)區(qū)與環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的結(jié)合部，是淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的中心城市。 徐州市素有“五省通衢”之稱，為全國重要水陸交通樞紐、南北經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的重要“十字路口”。徐州市多年平均水資源總量約為35.63 億m3，人均擁有水資源量為394 m3， 低于江蘇省470 m3／人的平均水平，僅為全國平均水平（2 190 m3／人）的17.99%，是我國典型的“水源性”缺水城市之一。近年來，全市工業(yè)廢水、生活污水和化肥等通過地表徑流進(jìn)入水體， 使地表水和地下水均受到不同程度的污染，多數(shù)重要水體例如云龍湖、故黃河徐州段、運(yùn)河徐州段及大量采煤塌陷水體，均呈現(xiàn)富營養(yǎng)化狀態(tài)。 因此，日益突出的“水質(zhì)型”缺水問題，進(jìn)一步加劇了徐州市水資源短缺的狀況。目前徐州主要是通過引水稀釋或水體置換的方式治理水體污染，防止水質(zhì)進(jìn)一步惡化，這是“治標(biāo)不治本”的修復(fù)方式，難以長(zhǎng)久維持。

本研究探討利用典型沉水植物密齒苦草修復(fù)城市水體的技術(shù)；初步評(píng)價(jià)生態(tài)浮島技術(shù)對(duì)城市水體的凈化作用； 初步探討濾食性動(dòng)物對(duì)水體的凈化作用。 本文將為水體生態(tài)修復(fù)和生態(tài)文明建設(shè)提供理論基礎(chǔ)和科技支撐。

1 材料與方法

為了探討利用典型沉水植物密齒苦草修復(fù)城市水體的技術(shù)， 在楚王陵如意湖建立了圍隔試驗(yàn)區(qū)。 2016年6月中下旬， 對(duì)如意湖水體的水質(zhì)狀況、水體水底的基質(zhì)情況及水底的地形條件等進(jìn)行了全面勘測(cè)， 選定了圍隔試驗(yàn)區(qū)的具體位置和范圍，并準(zhǔn)備試驗(yàn)區(qū)構(gòu)建所需用品、材料和儀器設(shè)備。7月上旬開始構(gòu)建試驗(yàn)區(qū)，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的岸邊淺水區(qū)水深較淺，從岸邊向隔離網(wǎng)，水深逐步加深，至隔離網(wǎng)附近的水域水深在2 m 左右。 7月中旬開始種植沉水植物密齒苦草，種植方案采用從淺水區(qū)域向深水區(qū)域逐步遞推式種植，淺水區(qū)域采用人工插秧的方式種植， 深水區(qū)域則將密齒苦草綁在石塊上，采用拋種的方式種植。

為了初步評(píng)價(jià)生態(tài)浮島技術(shù)對(duì)城市水體的凈化作用，在奎河三環(huán)南路橋段的生態(tài)浮島技術(shù)示范區(qū)進(jìn)行原位或采樣分析。為了初步探討濾食性動(dòng)物對(duì)水體的凈化作用，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過控制實(shí)驗(yàn)分析螺螄、河蚌和河蜆等濾食性動(dòng)物的凈水能力。

水體濁度使用哈希2100N 濁度儀原位測(cè)定，透明度使用塞氏盤原位測(cè)定，溶解氧、電導(dǎo)率和氧化還原電位（Eh）等指標(biāo)使用美國維賽YSI556MPS多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)儀原位測(cè)定。 同時(shí)采集水體樣品迅速放入冰盒，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定銨態(tài)氮、總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）等水質(zhì)指標(biāo)。 其中銨態(tài)氮使用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定， 總氮使用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定， 總磷使用鉬酸銨分光光度法測(cè)定， 高錳酸鹽指數(shù)使用高錳酸鉀法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 沉水植物密齒苦草修復(fù)城市水體的技術(shù)沉水植物密齒苦草野生種群在引種至徐州楚王陵如意湖圍隔試驗(yàn)區(qū)種植后，該種群很快適應(yīng)了本地的水體環(huán)境，長(zhǎng)勢(shì)良好，2016年8月中旬，密齒苦草基本鋪滿試驗(yàn)區(qū)水體水深較淺的水域水底，9月中旬，密齒苦草基本鋪滿試驗(yàn)區(qū)水體水深較淺的水域。

隨著密齒苦草的生長(zhǎng)，生物量的增加，逐漸表現(xiàn)出良好的凈水效果， 沉水植物密齒苦草對(duì)水質(zhì)改善的機(jī)理和機(jī)制主要體現(xiàn)在：1）密齒苦草有密集發(fā)達(dá)根狀莖和根系， 密集發(fā)達(dá)根狀莖和根系鋪滿水體，形成底泥與上覆水體之間的隔離層，對(duì)水體底泥起到良好的固定作用， 阻止底泥的營養(yǎng)元素和懸浮物向上覆水體的擴(kuò)散；2）茂密的密齒苦草葉片形成生物膜結(jié)構(gòu)， 能不斷絮凝降解水體中的懸浮顆粒物質(zhì)，增加水體的透明度，降低水體濁度；3）密齒苦草有較強(qiáng)的光合作用，產(chǎn)生氧氣，增加水體的溶解氧含量；4）密齒苦草在水體水底的生長(zhǎng)可為水生動(dòng)物提供生境和食物， 逐步增加水生生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性， 完善水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，完善其生態(tài)功能，包括逐步恢復(fù)水體的自凈能力。

表1 2016年圍隔試驗(yàn)區(qū)內(nèi)外主要水質(zhì)指標(biāo)對(duì)比（隨著密齒苦草的生長(zhǎng)）

7月中旬楚王陵如意湖圍隔試驗(yàn)區(qū)構(gòu)建完畢，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的水質(zhì)狀況逐漸優(yōu)化（表1）。 隨著沉水植物密齒苦草的逐漸生長(zhǎng)，逐步鋪滿水體，與試驗(yàn)區(qū)外相比，試驗(yàn)區(qū)的水質(zhì)逐步改善（圖1）。 在9月中旬沉水植物密齒苦草鋪滿試驗(yàn)區(qū)的水體后，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)水體的濁度降低至1 NTU 左右，遠(yuǎn)低于試驗(yàn)區(qū)外的水體濁度， 同時(shí)也遠(yuǎn)低于沉水植物密齒苦草種植前的試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的水體濁度。 試驗(yàn)區(qū)內(nèi)水體透明度可到120 cm，顯著高于試驗(yàn)區(qū)外的水體透明度， 同時(shí)也顯著高于沉水植物密齒苦草種植前的試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的水體透明度（表1）。 沉水植物密齒苦草的生長(zhǎng)，通過光合作用向水體釋放氧氣，顯著增加了試驗(yàn)區(qū)內(nèi)水體溶解氧含量（表1）。 此外， 沉水植物密齒苦草在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的生長(zhǎng)為底棲生物提供了食物和生境，據(jù)觀察，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的底棲生物的種類和數(shù)量明顯高于試驗(yàn)區(qū)外。

沉水植物密齒苦草野生種群雖然主要分布于長(zhǎng)江以南，但在徐州，冬季水體表面會(huì)結(jié)冰，沉水植物密齒苦草在水下依然能保持綠色， 能平穩(wěn)越冬。本研究表明密齒苦草經(jīng)過試驗(yàn)區(qū)馴化后，能適應(yīng)徐州水體環(huán)境， 為利用沉水植物修復(fù)北方城市水體環(huán)境提供了實(shí)驗(yàn)支撐。

沉水植物密齒苦草適應(yīng)徐州水體的環(huán)境，在水下生長(zhǎng)繁衍的速度很快， 密齒苦草具有密集發(fā)達(dá)根狀莖和根系，以及茂密的葉片，很快鋪滿試驗(yàn)區(qū)水體，并能一年四季保持常綠，形成郁郁蔥蔥的“水下森林”的景觀（圖2）。

本研究探索利用沉水植物密齒苦草修復(fù)水體實(shí)驗(yàn)的時(shí)間長(zhǎng)度仍然較短， 試驗(yàn)區(qū)相對(duì)于全湖來說所占的面積比例又較小，且試驗(yàn)區(qū)內(nèi)、外的水體可以通過隔離網(wǎng)自由流動(dòng)， 但試驗(yàn)區(qū)內(nèi)水體的透明度比所調(diào)查的徐州市重要水體都高， 濁度則比所調(diào)查的徐州市重要水體都低。 這說明在徐州的重要水體，可以利用沉水植物規(guī)?；迯?fù)水體，恢復(fù)水體的自凈能力。

2.2 生態(tài)浮島技術(shù)對(duì)城市水體的凈化作用 奎河三環(huán)南路橋段的生態(tài)浮島的植物長(zhǎng)勢(shì)良好，8月份測(cè)得根須最長(zhǎng)達(dá)70 cm，千屈菜植株高度為1.0～1.5 m，其他植物長(zhǎng)勢(shì)也良好。 浮島的植株根系逐步生長(zhǎng)，吸收水體中有害物質(zhì)的能力逐步提升。

奎河是流動(dòng)性的省際河流， 由于其有泄洪任務(wù)，無法進(jìn)行攔擋，生態(tài)浮島只能在開放的河道進(jìn)行布設(shè)。 在一般沒有降水泄洪的情況下，其流量基本保持在1 m3／s 左右，每天斷面水量交換達(dá)24 m3。本研究的監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 浮島中游的水質(zhì)比浮島上游1 km 處的水質(zhì)稍有改善（表2），生態(tài)浮島處理的水體會(huì)隨著水流流走， 故生態(tài)浮島處的水質(zhì)變化不明顯。

表2 奎河生態(tài)浮島處水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表

2.3 濾食性動(dòng)物對(duì)水體的凈化作用 投放河蜆前的太子河本溪城區(qū)段水體見圖3A；投放河蜆4 h 后該水體見圖3B。與投放河蜆前的水體相比，投放河蜆4 h 后水體透明度顯著提高， 濁度顯著降低， 表明濾食性動(dòng)物河蜆可以起到顯著的凈水效應(yīng)。

圖4 顯示，最右側(cè)為對(duì)照，由右至左（從A 至E）隨著螺螄密度的增加，水質(zhì)透明度提高越明顯，濁度降低越顯著，懸浮有機(jī)顆粒的吸收轉(zhuǎn)化效應(yīng)越顯著。

3 結(jié)論與建議

沉水植物密齒苦草在徐州楚王陵如意湖圍隔試驗(yàn)區(qū)種植后，很快適應(yīng)了本地的水體環(huán)境，長(zhǎng)勢(shì)良好。 隨著密齒苦草的生長(zhǎng)，生物量的增加，逐漸表現(xiàn)出良好的凈水效果。 試驗(yàn)區(qū)內(nèi)水體的濁度降低至1 NTU 左右， 遠(yuǎn)低于試驗(yàn)區(qū)外的水體濁度，同時(shí)也遠(yuǎn)低于沉水植物密齒苦草種植前的試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的水體濁度。 試驗(yàn)區(qū)內(nèi)水體透明度可到120 cm，顯著高于試驗(yàn)區(qū)外的水體透明度， 同時(shí)也顯著高于沉水植物密齒苦草種植前的試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的水體透明度。 沉水植物密齒苦草的生長(zhǎng)，通過光合作用，向水體釋放氧氣， 顯著增加了試驗(yàn)區(qū)內(nèi)水體溶解氧含量。此外，沉水植物密齒苦草在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的生長(zhǎng)為底棲生物提供了食物和生境，據(jù)觀察，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的底棲生物的種類和數(shù)量明顯高于試驗(yàn)區(qū)外。本研究所探討的沉水植物密齒苦草修復(fù)城市水體技術(shù)，可以規(guī)模化修復(fù)城市水體，恢復(fù)水體的自凈能力，逐步增加水生生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，完善水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，完善其生態(tài)功能。

生態(tài)浮島技術(shù)可對(duì)城市水體起到一定的凈化作用，同時(shí)吸收水體中有害物質(zhì)，由于城市河流有泄洪任務(wù)，生態(tài)浮島處理的水體會(huì)隨著水流流走，生態(tài)浮島處理水體的功能表現(xiàn)的不是很明顯。

濾食性動(dòng)物如河蜆、 螺螄等可對(duì)水體起到良好的凈化作用，且隨著密度的增加，水質(zhì)透明度提高越明顯，濁度降低越顯著，懸浮有機(jī)顆粒的吸收轉(zhuǎn)化效應(yīng)越顯著。 濾食性動(dòng)物轉(zhuǎn)化吸收技術(shù)可為城市大水體的原位生態(tài)修復(fù)起到重要作用。