水稻組合生態(tài)浮床治理污染河流及其綜合效果分析

蔣媛 劉福興 楊宏偉

摘要 采用水稻組合生態(tài)浮床治理污染河道，該技術(shù)優(yōu)化了河道的微生物結(jié)構(gòu)，增加了水體的自凈能力，從而有效去除了水體的主要污染物，提高了水體透明度;試驗(yàn)結(jié)果表明水稻組合生態(tài)浮床能在污染河道條件下，保證工程植物水稻的正常生長(zhǎng)，產(chǎn)量達(dá)7 500 kg/hm2以上，通過(guò)收獲植物體的形式，可直接從河道水體中去除的N、P總量分別達(dá)31.57、14.89 kg。試驗(yàn)區(qū)對(duì)TN、TP、NH4+-N和CODMn的平均去除率分別為6.51%、18.75%、15.64%和13.55%。該技術(shù)是一種新型的生態(tài)浮床技術(shù)，使經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益有機(jī)結(jié)合，可為我國(guó)污染河道治理提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 污染河流;水稻組合生態(tài)浮床;微生物;綜合效果

Abstract The technology of rice combination ecological floating bed was used to treat polluted river，optimized the microbial structure， increased the selfpurification ability， effectively removed the main pollutants， and improved the transparency of water body. The experimental results showed that the technology could ensure the normal growth of engineering plant rice under polluted river conditions， and the yield could reach 7 500 kg/hm2. Above all， the total amount of nitrogen and phosphorus that can be directly removed from river water by harvesting plant body reached 31.57 kg and 14.89 kg， respectively. The average removal rates of TN， TP， NH4+N and CODMn were 6.51%， 18.75%， 15.64% and 13.55%， respectively. This technology is a new type of ecological floating bed technology， which combines economic benefits with ecological benefits， and provides a scientific basis for the treatment of polluted rivers in China.

Key words Polluted rivers;Rice combination ecological floating bed;Microorganisms;Comprehensive effects

20世紀(jì)80年代以來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)得到快速發(fā)展，由于環(huán)保意識(shí)與環(huán)境治理技術(shù)的相對(duì)落后，加之污染企業(yè)廢水的直接排放，市政污水管網(wǎng)建設(shè)的滯后性，導(dǎo)致城市接納水體污染狀況日益嚴(yán)重，造成河道水體的富營(yíng)養(yǎng)化，季節(jié)性水體黑臭狀況時(shí)有出現(xiàn)。數(shù)據(jù)表明，我國(guó)黑臭水體污染嚴(yán)重，共有1 900多個(gè)黑臭水體，當(dāng)前國(guó)家正積極推進(jìn)黑臭水體治理，針對(duì)黑臭水體的生態(tài)浮床技術(shù)是比較有效的生態(tài)治理方法之一，它是一種將現(xiàn)代農(nóng)藝和生態(tài)工程措施綜合集成的水面無(wú)土種植技術(shù)[1-4]，生態(tài)浮床具有良好的水質(zhì)凈化效果[5-8]，然而傳統(tǒng)的生態(tài)浮床經(jīng)濟(jì)成本相對(duì)較高。

水稻浮床早在20世紀(jì)末進(jìn)行了少量研究[9]，該試驗(yàn)是在原有水稻浮床的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，增加了包括半軟性填料和沸石基質(zhì)的輔助填料系統(tǒng)，選取糧食作物—水稻作為浮床植物，通過(guò)植物吸收、填料吸附、微生物降解及協(xié)同作用，達(dá)到降低水體污染物濃度的目的[9-10]，同時(shí)，獲得一定程度的經(jīng)濟(jì)利益，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)生態(tài)浮床處理效率不穩(wěn)定、應(yīng)用過(guò)程中成本無(wú)法部分補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)（圖1），實(shí)現(xiàn)了環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的高度統(tǒng)一，從而探索一種新的水環(huán)境治理之路。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

浮床載體采用傳統(tǒng)的發(fā)泡塑料材質(zhì)，水稻為移栽，移栽時(shí)秧齡39 d，單本水稻的株高平均為43 cm，分蘗6.5個(gè)，苗齡7.8，干物質(zhì)重1.11 g。移栽時(shí)行株距為25.0 cm×21.4 cm，合18.67叢/m2、186 675叢/hm2，水稻品種為旱優(yōu)湘晴;每平方米浮床輔助填料懸掛1.5 kg沸石、0.15 m3半軟性填料。設(shè)計(jì)水稻組合生態(tài)浮床的河段長(zhǎng)度為280 m，該河段內(nèi)浮床覆蓋度約為25%，共計(jì)1 000 m2。試驗(yàn)地點(diǎn)為無(wú)錫市某郊區(qū)河道（總長(zhǎng)850 m），河道的水流方向不定，屬往復(fù)流且流速較慢。試驗(yàn)開(kāi)始前4—6月進(jìn)行河道采樣，共采集3個(gè)采樣點(diǎn)4次水樣，水體主要水質(zhì)指標(biāo)TN、TP、NH4+-N和CODMn平均分別為6.96、0.27、2.71、11.50 mg/L。整個(gè)試驗(yàn)周期為5—10月。

1.2 樣品采集與測(cè)定方法

選取試驗(yàn)區(qū)3個(gè)采樣點(diǎn)，區(qū)外選擇1個(gè)采樣點(diǎn)作為對(duì)照，在水稻不同生長(zhǎng)階段，共計(jì)采集5次水質(zhì)與生物指標(biāo)。水體中總氮（TN）含量測(cè)定采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB 11894—1989），總磷（TP）含量測(cè)定采用鉬酸銨分光光度法（GB 11893—1989），銨態(tài)氮（NH4+-N）采用納氏試劑法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻的生育狀況分析

水稻的各生育期：于5月25日播種，7月3日移栽，9月5日抽穗，10月28日成熟，全生育期為156 d，與當(dāng)?shù)厮旧a(chǎn)相比，除移栽期較當(dāng)?shù)厮旧a(chǎn)推遲10 d左右外，其他節(jié)點(diǎn)基本相同。其中，水稻的工程運(yùn)行期，即在河道中生育周期為117 d。試驗(yàn)結(jié)果顯示，工程水稻每叢的基本苗為6.5株，最高苗為25.8株，有效穗12.5個(gè)，與當(dāng)?shù)厮锼旧a(chǎn)相比均偏高約20%?；久缰?07.30 kg/hm2，根莖葉枝粳重19 647.00 kg/hm2，谷粒重9 352.50 kg/hm2，總重28 999.50 kg/hm2，凈重28 792.20 kg/hm2，生長(zhǎng)186 675.00叢/hm2，株高105.3 cm，穗長(zhǎng)15.2 cm，結(jié)實(shí)率65.6%，理論產(chǎn)量7 611 kg/hm2。

2.2 水稻組合生態(tài)浮床對(duì)水體內(nèi)微生物的影響

從表1可知，水稻浮床明顯促進(jìn)了水體中好氧細(xì)菌和真菌生長(zhǎng)，其中水稻浮床附近水體中好氧細(xì)菌和真菌數(shù)量分別是無(wú)浮床處水體的2.58倍和2.24倍，水稻根系及輔助填料中好氧細(xì)菌和真菌數(shù)量更是高達(dá)72.0×106、390.0×102 CFU/g，分別是對(duì)照水體的8.1倍和5.1倍。水稻浮床促進(jìn)了水體中亞硝化菌生長(zhǎng)，而對(duì)氨化菌和反硝化菌的影響不大，但水稻根系及輔助填料系統(tǒng)中的氮循環(huán)細(xì)菌數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水體，氨化菌、亞硝化菌和反硝化菌數(shù)量分別是對(duì)照水體的4.8倍、100.0倍和33.3倍。

試驗(yàn)結(jié)果表明，水稻浮床明顯優(yōu)化了處理河道的微生物結(jié)構(gòu)，提高了河道系統(tǒng)凈化水體的能力。這是由于水稻根系擁有巨大的表面積和良好的生物相容性[11]，同時(shí)輔助填料系統(tǒng)的設(shè)置為微生物提供了良好的附著和繁衍場(chǎng)所，成為各種微生物的重要載體。

水稻根區(qū)形成的有氧區(qū)域和厭氧或嫌氧區(qū)域?yàn)椴煌δ艿奈⑸锾峁┝瞬煌纳硹l件，水稻浮床根系所截留的有機(jī)污染物和分泌物中的有機(jī)碳源，如糖類、有機(jī)酸、氨基酸、酚類化合物等[12]，又給微生物提供了豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[13]，并且粗大的根系有利于均勻布水，防止水體對(duì)微生物沖刷，能夠大大擴(kuò)展生態(tài)浮床凈化污水的空間，有利于微生物特別是硝化菌和亞硝化菌等好氧細(xì)菌向水體深部分布。

2.3 水質(zhì)改善效果分析

2.3.1 植物對(duì)水體氮磷的富集效果。

生態(tài)浮床的植物收獲期N、P營(yíng)養(yǎng)鹽積累量的多少是關(guān)鍵參數(shù)之一。植物對(duì)N、P的吸收去除能力，即去除效果主要決定于試驗(yàn)期間植物對(duì)N、P的吸收積累量。由表2可知，通過(guò)收獲水稻植物體的形式，直接從水體中去除了31.57 kg的N和14.89 kg的P。

2.3.2 水體主要污染物的去除效果。

試驗(yàn)期間，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)河道水體中的主要污染物呈不同程度的下降趨勢(shì)（圖2），水體透明度有較大幅度的增加，較對(duì)照點(diǎn)提高了32 cm，達(dá)135 cm。表3顯示試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的水質(zhì)得到了一定程度的改善，試驗(yàn)工程運(yùn)行后，植物進(jìn)入正常生長(zhǎng)期，水體改善效果明顯，水體中TN、TP、NH4+-N和CODMn的平均去除率分別為6.51%、18.75%、15.64%和13.55%。

3 結(jié)論與討論

（1）試驗(yàn)結(jié)果表明水稻組合生態(tài)浮床能在污染河道條件下，保證工程植物水稻的正常生長(zhǎng)，產(chǎn)量達(dá)7 500 kg/hm2以上，獲得了一定的經(jīng)濟(jì)效益;干物質(zhì)收獲量達(dá)28 792.0 kg/hm2，通過(guò)收獲植物體的形式，可直接從河道水體中去除的N、P總量分別達(dá)31.57和14.89 kg。

（2）水稻組合生態(tài)浮床能有效促進(jìn)水體以及植物根系微生物生長(zhǎng)和分布，優(yōu)化微生物結(jié)構(gòu)，分解污染物能力增強(qiáng)，增加水體的自凈能力。結(jié)果表明試驗(yàn)區(qū)對(duì)TN、TP、NH4+-N和CODMn的平均去除率分別為6.51%、18.75%、15.64%和13.55%。

（3）從相關(guān)經(jīng)濟(jì)性狀和干物質(zhì)生產(chǎn)量來(lái)看，與該水稻品種的種性潛力和在水田種植時(shí)的表現(xiàn)相比，除其中的有效穗數(shù)表現(xiàn)偏高外，其他性狀指標(biāo)均為偏低，可能受河道兩岸遮陰的影響，影響植物的光合作用而導(dǎo)致結(jié)實(shí)率偏低;同時(shí)由于河道中不能使用農(nóng)藥，浮床植物水稻的病蟲(chóng)害也是研究中值得關(guān)注的問(wèn)題。

總之，水稻組合生態(tài)浮床作為一種新型的生態(tài)浮床技術(shù)，使經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益有機(jī)結(jié)合，為我國(guó)污染河道治理提供了科學(xué)依據(jù)。

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