水下森林在華亭市汭河安口段城市河道生態(tài)修復中的應用

單鵬宇，何 苗

（東北大學藝術(shù)學院，遼寧沈陽 100819）

隨著工業(yè)的發(fā)展，越來越多的廢水排放造成水資源污染，同時生活污水、生活垃圾不斷增加，這些都對水資源造成很大的影響。在城鄉(xiāng)河道區(qū)域，工業(yè)廢水、生活廢水被大量排入水中，垃圾沒有統(tǒng)一處理，很多生活垃圾被丟到河里，長期的積累對河道造成嚴重的污染。此外，由于地理原因?qū)е卤O(jiān)管困難，加上部分地方的水資源保護意識不強，水污染問題也難以引起人們的重視，很多地區(qū)的河道水質(zhì)非常差，只在Ⅴ類和劣Ⅴ類。

城市河流作為城市景觀重要的組成部分，自古承載了城市建設(shè)與文明傳播的重要使命，但隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，河流水質(zhì)遭到一定程度的破壞，不僅造成了河道水體缺氧、水中生物難以生存、氨氮污染嚴重、污染磷量超標、化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）超標、生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD）超標等問題，還有很多生活垃圾漂在水面，影響城市的景觀和形象。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，目前我國黑臭的污染河道非常多，并且數(shù)量仍在持續(xù)增加。水污染問題無法得到有效處理，越來越嚴重的污染導致生態(tài)失衡，河中的魚類大量死亡，不僅散發(fā)出難聞的氣味影響人們的生活，也對河流整治造成較大的困難。

水下森林技術(shù)是指利用在水底生活的沉水植物群落的生物同化作用，把水域中過剩的營養(yǎng)元素加以吸收從而提高水質(zhì)的技術(shù)。大型沉水植物在水底生長迅速，其莖、葉、表皮、根均具有同化功能，這些結(jié)構(gòu)都可以直接迅速地對周圍水體的污染物進行吸附同化。該項技術(shù)的提出，給各地河道生態(tài)修復提供了一些有實踐價值的方法。例如，可以利用河流中以水茅為主的各類水草凈化水體、控制藍藻繁殖、固定超臨界二氧化碳等功效，改變水文地質(zhì)條件和河流地貌學特性，以恢復已被嚴重破壞的水生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)群體功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，重建健康的水體生態(tài)系統(tǒng)，恢復和完善地下水體自然生態(tài)體系。據(jù)此，本文主要針對水下森林對水質(zhì)富營養(yǎng)化的改善及對氮、磷的吸收，研究其對華亭市汭河安口段水質(zhì)提升的作用，旨在為整個自然生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)整體和諧、自我保護、自我演替的良性循環(huán)提供一定的參考。

1 河道生態(tài)修復應用水下森林技術(shù)的案例

1.1 蘇州消夏灣濕地生態(tài)安全緩沖區(qū)修復

為滿足《蘇州市城市總體規(guī)劃（2040）》的有關(guān)規(guī)定，蘇州生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展實驗區(qū)中消夏灣濕地生態(tài)安全緩沖區(qū)選擇“控源+生態(tài)建設(shè)凈化”實施功能開發(fā)利用的技術(shù)發(fā)展路徑，如圖1 所示，消夏灣濕地生態(tài)安全緩沖區(qū)通過修建15.5 hm2強化型水下樹林和1 km清水回用廊道等，建立面源污染物截留系統(tǒng)，綜合治理約4 km2地區(qū)的環(huán)境污染，完善地區(qū)生態(tài)環(huán)境，采用荷花、菖蒲、蘆葦、雨久花、伊樂藻和密刺苦草的植物組合，構(gòu)成“消夏灣生態(tài)建設(shè)空氣凈化濕地環(huán)境”園區(qū)。

圖1 消夏灣濕地生態(tài)安全緩沖區(qū)鳥瞰圖

消夏灣濕地生態(tài)安全緩沖區(qū)的水下森林工程建設(shè)完工后，通過森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能實物量對其進行評估計算得出，該區(qū)域預測在未來每年將減少臨近地區(qū)排入太湖中的總氮約100 t，總磷約10 t[1]。

1.2 鄞州院士公園生態(tài)修復

鄞州院士公園位于浙江省寧波市鄞州區(qū)高教園區(qū)，其在2014 年嘗試建設(shè)水下森林工程，利用微生物凈化原理和沉水植物實現(xiàn)水體循環(huán)凈化，重構(gòu)水底生態(tài)鏈，形成了水下生態(tài)豐富多樣的生態(tài)系統(tǒng)。截至2023 年6 月，河川流域總量約為66 640.56 m2，土質(zhì)河床區(qū)域為55 000 m2。

經(jīng)統(tǒng)計可知，截至2023 年，該園區(qū)沉水植物栽植面積占土質(zhì)河床總量的70%以上，占流域總量的60%以上。園區(qū)的沉水植物有苦草、輪葉黑藻和伊樂藻等，其中又以苦草為重要物種，共33 600 m2，約占總量的80%；輪葉黑藻、伊樂藻的種植面積均為4 200 m2。有關(guān)資料表明，由于水下森林的建設(shè)，院士公園的水質(zhì)由劣Ⅴ類提高到Ⅱ類，其氨氮和總磷兩個指標更是明顯降低，分別達到了Ⅰ類水、Ⅱ類水的標準[2]。

2 華亭市汭河安口段河道生態(tài)概況

2.1 汭河概況

汭河為涇河的一級支流，發(fā)源于六盤山、隴山的分水嶺東麓，發(fā)源地平均海拔2 666 m，在甘肅省平?jīng)鍪袥艽h的西王母宮山前地匯入涇河，全長119 km，流域總面積1 670 km2，年均比降為2.71‰。汭河流域形態(tài)呈手掌狀，上游位于六盤山土石峰區(qū)，水系發(fā)達，雨量較多，兩岸有次生林、灌叢和草類覆蓋，植被條件較好，但河流含沙量較低；中下游則是狹長段峽谷，兩側(cè)黃土裸露，河道較開闊，形成游蕩式河流，每逢大雨，便有大批淤泥流入河道，水土流失嚴重。

2.2 水質(zhì)狀況

經(jīng)過調(diào)查評估，汭河流域的環(huán)境惡劣，汭河安口斷面為Ⅴ類水質(zhì)，超標項目為氨氮、總磷，其中氨氮超標2.8 倍、總磷超標0.07 倍。依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）的單因素評估方法對環(huán)境進行了評估，超標項目與超標倍數(shù)以Ⅲ類水標準確定[3]。由此得知，汭河流域內(nèi)氨氮含量為2.8 mg·L-1，總磷含量為0.214 mg·L-1。

2.3 河道存在的問題

2.3.1 河道硬質(zhì)化

走訪觀察發(fā)現(xiàn)，受河道取礦的影響，目前華亭市汭河安口段沿河植物、因水而興生物的棲息環(huán)境受到破壞，進而打破了濱水自然環(huán)境的穩(wěn)定性。與此同時，華亭市汭河安口段河道部分地段鋪裝呈現(xiàn)出較為嚴重的人工化問題，進而造成河道土壤硬質(zhì)化的現(xiàn)象更加突出，直接損害了河流生態(tài)系統(tǒng)的自然進化結(jié)構(gòu)。

2.3.2 植物單調(diào)，功能單一

通過對華亭市汭河安口段河道多次走訪觀察發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域不僅雨污分流設(shè)施較少、管網(wǎng)覆蓋率低，而且管網(wǎng)管護力度不夠，沒有為植物提供一個適合生長的環(huán)境。雖然當?shù)卣e極引入相關(guān)植物并加以栽培，但是由于栽培設(shè)施不健全，以及引入植物的適應能力偏低，造成了河道水草稀疏、灘涂裸露的現(xiàn)狀。雖然目前該區(qū)域在配套設(shè)施建設(shè)上已經(jīng)達到了防洪條件，但卻沒有完善的自然環(huán)境、親水空間和植被景觀。

2.3.3 與周圍的建筑景觀要求不適應

作為華亭市重要的水資源集散地，汭水流域已成為當?shù)刂匾某鞘芯坝^帶和生態(tài)廊道，然而在植物造景和建筑景觀構(gòu)筑物的配置方面，雖然功能尚可，但在美觀方面仍有不足，從而導致景觀現(xiàn)狀條件和城市規(guī)劃中的要求極不相稱，無法讓城市居民在解決一日生活需求（人均日生活用水量、人均生態(tài)足跡）的基礎(chǔ)上，提升其對于生態(tài)美學的感受，進而提升市民生活質(zhì)量與幸福感。因此，華亭市汭河安口段景觀急需加以整治與恢復。

3 華亭市汭河安口段水下森林生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)

3.1 水下森林生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)原則

3.1.1 因地制宜原則

經(jīng)過實地考察調(diào)研，華亭市汭河安口段的植物配置存在過多引入外地植物的現(xiàn)象，造成部分植物雖然具備觀賞價值，但在缺乏適宜生長環(huán)境的情況下，很難發(fā)揮其凈化環(huán)境污染的生態(tài)價值。因此在本次改造設(shè)計中，基于因地制宜原則，充分利用當?shù)刂参镞M行環(huán)境填充，如菖蒲、香蒲、輪葉黑藻、金魚藻、茭白、慈姑、水芹、睡蓮、蘆葦及赪桐等。華亭市汭河安口段可以通過選取當?shù)刂参?，按照多個本土植株的科學搭配，提升當?shù)睾拥牢廴疚锶コ芰Α?/p>

3.1.2 生態(tài)性原則

目前，華亭市汭河安口段河道污染物缺乏合理的處理裝置，因此華亭市汭河安口段可以基于生態(tài)性原則加強生態(tài)治理，采取多植物搭配的方式，針對氮、磷等元素進行針對性去除，并合理利用不同的植株搭配多方位消除污染物，使其相互聯(lián)系，形成一個整體，提升污染物綜合去除效果。

3.1.3 生物多樣性原則

華亭市汭河安口段氣候溫濕，雨熱同期，因此植物生長旺盛，生物多樣性豐富。在華亭市汭河安口段改造設(shè)計過程中，可以針對汭河流域水體中的氨氮廢水、總磷的濃度，將選取相關(guān)研究中關(guān)于氨氮消除效果較優(yōu)的植物組成。蘇軍民指出，菖蒲+香蒲+金魚藻+輪葉黑藻的組合對于氨氮的去除率高達97.74%，對總磷的去除率為95.05%[4]。

菖蒲、香蒲、輪葉黑藻、金魚藻4 種植物（見圖2）在華亭市較為常見，且生存環(huán)境優(yōu)渥，因此可以對其加以利用。本文對當?shù)睾拥肋M行充分調(diào)研后設(shè)計出如下種植密度，旨在充分發(fā)揮以上4 種植物的特性。

圖2 適用于華亭市汭河安口段的植物選擇

1）菖蒲。菖蒲根橫走，略扁平，分枝，長1.3～2.0 m，外皮為黃棕色，芳香，肉質(zhì)根較多，長50～60 mm，有毛狀須根。冬季以地下莖徒涉泥中過冬。喜冷涼濕潤的天氣，陰濕條件下生長較好，抗寒，忌干旱。種植密度為25 株·m-2。

2）香蒲。屬多年生水生或沼生草本植物，根狀莖為乳白色。地上莖粗壯，走向漸細，高1.2～2.4 m。葉線形，長40～70 mm，寬4～9 mm，在越冬期間能耐-9 ℃以下低溫。種植密度為25 株·m-2。

3）輪葉黑藻。輪葉黑藻為多年生的沉水草本植物，根莖為圓柱狀，表層有縱細的棱紋，質(zhì)較脆。休眠芽細長橢圓形；總苞葉極多，螺旋狀密集布置，潔白至淡黃翠綠，狹披針形或披針形。性喜溫暖，耐寒。種植密度為50 株·m-2。

4）金魚藻。為多年生的沉水草本植物，根莖長度40～150 cm，表面光滑，有分枝。溫度逐漸降低后，沉在泥土中休眠過冬，第二年春天再萌芽形成新株。在成熟期內(nèi)，已斷裂的老植株也可隨時生長為新株。種植密度為50 株·m-2。

3.2 水下森林生態(tài)系統(tǒng)駁岸處理

在水域與陸地的過渡地帶，即水深不大于0.3 m的水邊地帶采用叢植、分片種植的方式，在植物種類的選擇上，利用華亭市汭河安口段當?shù)氐臐竦刂参锶巛牌?、香蒲、輪葉黑藻、金魚藻等進行裝飾，在豐富河道景觀的同時，形成良好的水下森林生態(tài)系統(tǒng)。

在水深0.3～0.5 m 的區(qū)域，利用植物自我修復功能處理渠內(nèi)水體的環(huán)境污染，增強水體自我凈化能力，破壞渠道原始構(gòu)造，還原天然蜿蜒的河道形狀，并在河道單側(cè)或兩側(cè)形成綠道花境或是寬葉型的浮葉植物景觀，在豐富水下森林生態(tài)系統(tǒng)的同時，營造河道水上植物群落景觀。同時，要考慮覆蓋水體的區(qū)域與水體景觀相協(xié)調(diào)，兼顧景觀效果。

在水深0.9～2.5 m 的區(qū)域，采用深水植物（如金魚藻、狐尾藻等）與部分漂浮植物（如睡蓮、菖蒲、滿江紅等）相結(jié)合的種植方式，既能滿足視覺景觀效果，又能延緩水流，使微生物、水生動物等可以在此定居[5]。在水下森林生態(tài)系統(tǒng)駁岸處理上，改建之前當?shù)厮囫g岸構(gòu)造，以石籠、壘石、杉木樁等方法創(chuàng)建多孔性的駁岸構(gòu)造，為兩棲類哺乳動物與淡水魚等提供了較為平緩的水體和生長環(huán)境。

3.3 水下森林生態(tài)系統(tǒng)面源污染控制

面源污染主要是指城市河道土壤泥沙、含氮磷的生活污水、侵入河道的農(nóng)藥，以及城市上空各種大氣顆粒物對河道造成的污染。本文認為在華亭市汭河安口段建立水下森林生態(tài)系統(tǒng)，可以凈化當?shù)厮Y源，同時對大面積的液態(tài)污染源進行控制。在建立水下森林生態(tài)系統(tǒng)的過程中，需要注意部分固體垃圾濾液的滲入問題，要在駁岸及水下進行深入控制，建立濾液處理設(shè)施和垃圾中轉(zhuǎn)站，并將污染濾液處理后排入市政管網(wǎng)，在保證水下森林系統(tǒng)中的動物得以健康生長的同時，協(xié)助水下森林系統(tǒng)緩解除污壓力。

3.4 凈化結(jié)果

通過搜集2022 年6 月—2023 年5 月統(tǒng)計數(shù)據(jù)可求得，目前該河段氨氮含量每月穩(wěn)步下降約0.086 mg·L-1，總磷含量穩(wěn)步下降約0.01 mg·L-1。預計未來1 個月，其氨氮和總磷的含量都將達到Ⅰ類水標準。

4 結(jié)語

水下森林對于河流中的污染物有著顯著的清除效果，華亭市汭河安口段的水質(zhì)在通過水下森林的建設(shè)后氨氮和總磷的含量可以達到Ⅰ類水質(zhì)的標準。水下的森林生態(tài)景觀在城市河流整治施工中更能發(fā)揮對自然的吸引力與資源優(yōu)勢，不但美化了城市環(huán)境，還促進了人與自然的和諧。在未來建設(shè)城市的整體生態(tài)系統(tǒng)時要注意不可忽視了城市中河流治理的重要意義，河流景觀已經(jīng)成為城市自然環(huán)境的一份子，也是所有市民必須共同保護的自然財富?？傊?，應積極發(fā)展綠色河流體系，給居民提供一個從城市市中心到水下森林生態(tài)區(qū)的便捷途徑，從而營造一種綜合性的城市生態(tài)景觀空間。