生態(tài)浮島技術(shù)分析

劉學(xué)文，秦麗君

（東營市濕地城市建設(shè)推進(jìn)中心，山東東營 257091）

生態(tài)浮島又叫生態(tài)浮床、人工浮床工藝，通常是由水生或陸生植物（如美人蕉、香根草等）、浮島浮床材料、水下固定結(jié)構(gòu)組成[1]。利用人工將水生植物或改良的濕生甚至是陸生植物通過浮島平臺種植固定在水體富營養(yǎng)化的水面上，利用植物根系的強(qiáng)大的吸收和吸附原理，將水體中富含氮、磷等有害物質(zhì)進(jìn)行吸收和聚集，從而降低以致消除有害物，改善水質(zhì)，同時可以改變水面景觀的技術(shù)稱為生物浮島技術(shù)[2]。生態(tài)浮島上的植物對水體進(jìn)行凈化，將水體營養(yǎng)和污染物質(zhì)轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)，以提供植物生長所需要營養(yǎng)，降低了水體因?yàn)榉忾]不循環(huán)或者自循環(huán)不夠造成的水體黑臭、富營養(yǎng)現(xiàn)象，后期通過植物體轉(zhuǎn)移或者殘?bào)w收割實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移。人工生物浮島技術(shù)現(xiàn)在作為改善水體質(zhì)量，降低污染程度的一項(xiàng)有效的并且是應(yīng)用較為廣泛的水體修復(fù)治理技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)屬于生態(tài)的，無顯著污染，無化學(xué)藥品使用，造價相對低，易于拆裝，管理簡單且效果良好的一種生態(tài)技術(shù)，受到廣大科研人員和水利管理部門人員的好評[3]。

1 浮島類型

浮島的類型根據(jù)植物根部所處的位置區(qū)分為干式和濕式兩種形式。植物根部接觸到水的為濕式，不接觸的為干式。建材混凝土以及發(fā)泡材料都是干式浮島選擇的材料，濕式因?yàn)檫\(yùn)用植物美化環(huán)境，同時具有改善水質(zhì)，吸附水體中營養(yǎng)物質(zhì)從而被人們作為浮島類型的第一選擇[4]。浮島的限位和固定可以利用重力作用固定、鉚固釘固定和支桿固定。生態(tài)浮床按其功能可以分為水質(zhì)凈化型、消浪型和提供生物生息三種[5]。浮島浮床的外觀可以根據(jù)水體的地理環(huán)境和景觀效果而進(jìn)行設(shè)計(jì)，制作成圓形、長方形、三角形等多種形狀。

2 技術(shù)原理

植物在生長過程中，需要吸收C、H、O、N、P、S 這類大量元素以及Fe、Mn、Cu 等多種微量元素，這樣才能保證植物正常的營養(yǎng)生長及生殖生長。在日常土壤栽培植物過程中，假如不能及時補(bǔ)充一種乃至多種營養(yǎng)元素，土地會因此貧瘠，缺少植物正常生長所必須的營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)而影響其正常生長甚至生理生殖。植物根部經(jīng)過生長可以形成網(wǎng)絡(luò)狀濃密的根系，這樣可以最大限度吸收并富集水體中的懸浮物，經(jīng)積累一段時間后根系表面便會形成一層生物膜，膜中的微生物會把水中有機(jī)污染物不斷吞噬降解、轉(zhuǎn)化代謝形成無機(jī)物質(zhì)，同時可以吸收水中的氮、磷等主要元素，結(jié)合植物光合作用使其成為植物的營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)了水生植物的生長，最后可以通過轉(zhuǎn)移或割除植物以實(shí)現(xiàn)減少水體中富營養(yǎng)物質(zhì)的作用。生物浮島除了利用水生植物根系吸收水體中富營養(yǎng)物質(zhì)以外，還能遮擋部分水域陽光，抑制水中以藻類及其他浮游植物的光合作用，以實(shí)現(xiàn)其生長量減少并促使沉降，改善水體的透明程度。浮島植物營造了綠色園林景觀，改善了人們水面視覺。鳥類可以浮島植物棲息生活，植物根部附近提供了魚類、蝦類以及水生昆蟲的生長繁殖的良好環(huán)境。

3 選擇浮島植物的原則

水生植物根據(jù)生活習(xí)性一般分為四種主要類型，即挺水植物、漂浮植物、浮水或者浮葉植物和沉水植物。挺水植物也稱為沼生植物，生活在水岸邊或水較淺的地方。漂浮植物是葉和根都漂浮在水中。浮水或者浮葉植物是葉片漂浮于水面或略高過水面，也有的葉子生活在水里，但根都扎在水下底泥中。沉水植物完全沉沒在水中，屬于比較完全的水生植物。在應(yīng)用選擇浮島植物時，既要兼顧景觀效果，又要實(shí)現(xiàn)凈化水質(zhì)等多種目的，一般選擇挺水植物應(yīng)用較多。

3.1 適地適種

浮島植物的設(shè)計(jì)選擇要使人、生物與環(huán)境以及環(huán)境與社會經(jīng)濟(jì)間都協(xié)調(diào)發(fā)展。不同地區(qū)有著不同的氣候類型、立地特征和地域條件等，在選擇植物時必須做到因地制宜。要滿足當(dāng)?shù)氐臍夂颉⒌刭|(zhì)以及人文景觀等先決條件，還要考慮選擇植物的特性、生長及繁殖方式對當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生的影響。對于不適合區(qū)域發(fā)展的植物種類進(jìn)行隔離篩選，選擇留用的也要進(jìn)行合理處理。比如對不宜控制繁殖的植物應(yīng)采用盆栽缸栽等方式以控制其蔓延，防止其過分生長。根據(jù)適地原則，合理選用水生植物并進(jìn)行組合應(yīng)用，包括鄉(xiāng)土與引進(jìn)物種、速生和長壽品種合理結(jié)合。

3.2 適應(yīng)污染環(huán)境能力強(qiáng)

選擇的水生植物是否能夠適應(yīng)人工濕地的環(huán)境，是否能夠健康乃至生長存活，適應(yīng)污染的能力成為這方面的首要關(guān)鍵因素。水生植物只有擁有較強(qiáng)的適應(yīng)污染環(huán)境的能力，才能實(shí)現(xiàn)下一步的凈化功能。根據(jù)研究表明，很多植物有一定的適應(yīng)污染水體能力，并逐步形成并保持一定的適應(yīng)和耐受力，一定程度內(nèi)這種能力可以在代間進(jìn)行傳遞[7]。不僅如此，植物在生長適應(yīng)過程中也漸漸產(chǎn)生對污染的適應(yīng)性并逐步增強(qiáng)，利用這種特性可以篩選出對污染物質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)的生物浮島植物種類。

3.3 凈化水體能力強(qiáng)

在選擇植物時要選擇既有一定的適應(yīng)污染能力還能對水體實(shí)現(xiàn)凈化的，即選擇植物生長量大的及植株體內(nèi)污染物濃度高的。不同種類的植物有著不同的水體污染物凈化能力。應(yīng)用時，可以依據(jù)水體的水質(zhì)特征科學(xué)合理的選擇浮島植物種類，利用植物種類優(yōu)勢去除水體污染物質(zhì)。

3.4 植物根系發(fā)達(dá)

植物生物量大和植物根系發(fā)達(dá)是我們選擇植物必須考慮的重要因素。植物生長量較大的根系，可以明顯的吸收并除去水體中的污染物質(zhì)，固定床體表面，利于微生物生存。

3.5 經(jīng)濟(jì)和觀賞價值高

凈化效果是人們選擇浮島植物的主要依據(jù)之一，經(jīng)濟(jì)和觀賞價值方面在人類選擇中所占的權(quán)重度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于凈化效果的選擇。與此同時，國內(nèi)外開始將人工浮島治理污水技術(shù)與園林設(shè)計(jì)及景觀塑造結(jié)合在一起，產(chǎn)生了很好的預(yù)期效果，同時將具有綠化和觀賞用途的植物進(jìn)行推廣應(yīng)用。

3.6 物種間及季節(jié)的合理搭配

為實(shí)現(xiàn)人工浮島凈化能力和整體景觀的形成及有效結(jié)合，可以考慮選擇一種、兩種或者多種水生植物為組合，結(jié)合立地條件環(huán)境和植物群落特征開展合理選擇搭配種植，營造多種多樣的自然生態(tài)空間，使挺水、浮水和沉水植物以及花卉、水生灌木、水生樹木形成組合。由于不同種類的水生植物它們的生存能力以及凈化水質(zhì)的能力都有所不同，進(jìn)行混合搭配種植則會產(chǎn)生不同的水質(zhì)凈化及景觀效果。植物之間既相互依存又存在著相互作用，不同植物對光照、水分、養(yǎng)分及水體的適應(yīng)程度不同，它們之間很有可能產(chǎn)生掠奪競爭。注意植物種類空間布置的同時還要對水生植物進(jìn)行季節(jié)時間上的分布研究，讓水質(zhì)凈化與植物景色隨著季節(jié)的改變而顯現(xiàn)出不同的效果，以實(shí)現(xiàn)最終目的。

4 應(yīng)用前景及現(xiàn)存問題

生態(tài)浮島技術(shù)自20 世紀(jì)90 年代開始引進(jìn)我國，最初應(yīng)用為農(nóng)作物水上生產(chǎn)后來逐步轉(zhuǎn)移為水環(huán)境治理方向。生物浮島技術(shù)在我國經(jīng)過20 多年的研究與發(fā)展，取得了比較好的成績和發(fā)展效果，研究了生物浮島方向的深層次理論與實(shí)踐上的科學(xué)要點(diǎn)，逐步積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但同時也發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)階段存在很多難點(diǎn)和問題。

4.1 應(yīng)用及前景

水生植物通過浮島平臺的支持和固定作用，利用植物根系吸收水體中氮、磷等富營養(yǎng)物質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)植物生長和水質(zhì)凈化，營造綠色園林景觀。生態(tài)浮島浮床具有方便移動，不需要電源或者動力，結(jié)構(gòu)簡單維護(hù)方便，使用時間長，成本造價低等諸多便利和優(yōu)點(diǎn)，從而使得該技術(shù)被廣泛地應(yīng)用并推廣。國內(nèi)多個地方已經(jīng)開展了生態(tài)浮島的工程應(yīng)用，這些推廣應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)范例均取得了較好的效果。另外，國內(nèi)已經(jīng)利用生態(tài)浮島成功栽培了花卉、蔬菜、飼料以及造紙材料等，浮島技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。

4.2 存在問題

現(xiàn)在應(yīng)用中的生態(tài)浮島，從制作和使用范圍以及養(yǎng)護(hù)等多方面存在一些問題。

（1）生態(tài)浮島制作和栽培不易進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)模化推廣。因各地氣候、湖泊河流以及水體情況不一致，富營養(yǎng)化程度不一，水流速度、溫度、風(fēng)速等都存在差異，很難有成系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)組合予以套用，需要根據(jù)現(xiàn)實(shí)條件和實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇和科學(xué)搭配。

（2）依賴人工管理程度大，人工成本較高?，F(xiàn)階段生態(tài)浮島難以利用機(jī)械化操作，日常管理均需要人工到水面上進(jìn)行。小面積可以采用人工，不利于大面積推廣利用。

（3）水生植物在北方難以實(shí)現(xiàn)越冬存活。生態(tài)浮島選擇的水生植物，冬季生長不良甚至枯萎死亡。對于冬季嚴(yán)寒的北方地區(qū)，水體水面結(jié)冰前需進(jìn)行植株回收防止水體造成二次污染，而來年春季需要重新種植。

（4）生態(tài)浮島對極端天氣，如大風(fēng)、大雨、大浪等，抵抗能力不足。

5 結(jié)語

通過國內(nèi)外專家學(xué)者對生態(tài)浮島技術(shù)的研究，發(fā)現(xiàn)通過浮島植物生長可以把富營養(yǎng)化水體的COD、BOD、氮、磷等污染的含量顯著降低，水體透明度得到明顯改善，藻類的生長繁殖得到明顯抑制，水體封閉或循環(huán)不足造成的水臭、富營養(yǎng)等現(xiàn)象得到有效治理。生態(tài)浮島易于搬運(yùn)、相比人工濕地易于制作，植物易于栽培，有效的降低了人工、設(shè)備和資金投入，應(yīng)用前景廣闊的同時存在諸多不足和問題，值得人們深入研究。