生態浮床改善水源地水質的可行性分析

陳錦天，林南雄

（1.泉州市山美水庫管理處，福建 泉州 362000；2.廈門泛海恒業環境科技有限公司，福建 廈門 361000；3.泉州普華麗景環保科技有限公司，福建 泉州 362000）

生態浮床技術是將陸生植物應用于受污水域環境修復的浮床型植物修復技術，該技術不但能夠修復水環境，而且能較好地降低外來種入侵的風險，已成為湖泊、河渠及潟湖內灣等富營養化水體生物修復技術的亮點之一，在國內外得到一定的應用，取得較好的成效［1－2］。該技術的核心原理是將陸生植物種植在生態浮床上，利用伸入水中的植物根系吸收水中的營養鹽、礦物質和其他污染物，降低水中污染負荷，改善水質，并通過收割植物最終將這些物質從水環境中移除［3］。實踐證明，生態浮床技術是一項成本低、效果好、應用廣、生物安全性高的水環境生物修復的新技術。目前生態浮床技術主要運用于富營養化水體的治理上，在寡營養水體的研究方面較少。山美水庫是泉州市最重要水源地，水庫水質的優劣，直接影響到下游地區人民群眾的生命安全。近幾十年來，隨著山美水庫流域內人口增長、社會經濟急速發展和環境保護的相對滯后，大量的工農業污水、生活污水及養殖廢水直接排放或不達標排放進入庫區，超出庫區水體的納污能力，導致水體污染負荷超標，尤其是總氮已達劣V類水平 ［《中華人民共和國地表水環境質量標準》（GB3838－2002）］，水庫水體已不能完全滿足飲用水源水環境功能要求，需采取必要的修復手段進行干預，降低水體富營養化程度，改善水質。本試驗在山美水庫庫區開展小范圍的生態浮床技術示范，研究生態浮床對于改善水源地水質的功能效果。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 生態浮床 從山美水庫實際情況中出發，考慮到其水源地的特殊性和水面開闊、風浪大的特點，采用景觀消浪生態浮床組合應用的方法進行水體治理。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），浮床單體為環保塑料一次吹塑而成，安全耐用、穩定性高，在其上主要種植景觀植物，營造優美的浮床景觀。

圖1 景觀消浪浮床單體

1.1.2 供試植物 綜合考慮植物適應性、生長量、生物安全性、景觀效果、投產比、凈化能力等因素，本試驗的生態浮床植物為空心菜、美人蕉、香根草、梭魚草。

空心菜：長25～30cm的枝條，不帶葉，采自泉州市當地池塘，性喜溫暖溫潤，喜光喜濕，生長勢強，可多次采收，生長期在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得，生命力強、根系發達，生長迅速，生物量大，全年皆可生長。

梭魚草：從泉州市花博園水生植物場購得，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，適合春夏季節生長。

美人蕉：從泉州市花博園水生植物場購得，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，經濟實用。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 在山美水庫大壩上游2km的一處小灣鋪設生態浮床，進行技術示范。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，浮床實際覆蓋面積為200m2，生態浮床鋪設區域約4000m2，預設的生態浮床覆蓋率5%，試驗時間2013年7—11月。

1.2.2 測定項目及檢測方法

1.2.2.1 水庫水質檢測 山美水庫的水樣送至泉州市環境監測站測定。

1.2.2.2 植物生長情況 在整個試驗過程中，4種植物都有明顯的增長，每株植物都有新葉長出，株高變高，根系長出大量須根。分別于8月、11月對其株高、根長、生長量進行測量，并計算植物相對生長率及絕對生長率。

其中，Bi為第i月單株植株的平均重量（g／株）。

1.2.3 修復植物移除N、P的計算 根據N、P去除量按下式計算：

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

2 結果與分析

2.1 山美水庫水質調查情況

試驗前，對山美水庫水質的檢測結果見表1。

從表1可以看出，山美水庫水質的高錳酸鹽指數、生物需氧量等數據均符合水源地要求，但是水體中總氮含量已達劣Ⅴ類水平，需采取必要的修復手段進行干預，降低水體富營養化程度，改善水質。

2.2 供試植物生長情況

試驗表明，4種植物在寡營養狀態的水質中均能生長，4種植物的株高、根長與生物量見表2。在8月份測量中，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；根長平均增長了0.5cm、4.74cm、3.84cm、23.15cm。在11月份的測量結果中，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了11.8cm、87.4 cm、70.9cm、106.5cm，平均根長增長了1.9 cm、14.44cm、10.98cm、158.75cm。

表1 山美水庫水質檢測結果

表2 供試植物的生長情況

根據供試植物生長4個月的相對生長率和絕對生長率評估其生長效果，見表3。從表3中可以發現，美人蕉、梭魚草、香根草生長情況良好，很好地適應了山美水庫的生態環境，而空心菜雖然生長正常，但長勢較差，無法完全適應該生態環境。這與周真明等人［4］利用空心菜浮床對富營養化水體進行修復時空心菜的長勢相差較大，這可能是受氮磷等營養鹽濃度較低的影響。

表3 供試植物的相對生長率和絕對生長率

2.3 供試植物氮磷移除能力的比較

4種修復植物在山美水庫庫區1個月后的生長情況。2013年8月24日，經過1個月的生長之后，對修復植物進行收割，僅保留植物的根部，其余部分切割下來用于生長量的測量。從表4可以看出，其中空心菜凈生長量為每平方1.52kg，長勢較差；而其他浮床植物均長勢良好，美人蕉、梭魚草、香根草的凈生長量分別為3.68kg／m2、3.83 kg／m2、6.32kg／m2。根據計算結果可以看出四種植物中香根草氮磷移除能力最強，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月山美水庫生態浮床植物監測指標

3 討論

目前，生態浮床技術主要運用于富營養化水體的改善與修復，在這方面的研究頗有成效，但是生態浮床技術在寡營養水體中的研究卻十分少見，在寡營養水體中的運用就更是少之又少。本研究從山美水庫實際情況出發，考慮到山美水庫的特殊性，采用由高分子材料制作而成的景觀消浪浮床，浮床單體為環保塑料一次吹塑而成，安全耐用。本研究采用的生態浮床承受了2013年7月13日第7號臺風“蘇力”、8月18日第12號臺風“潭美”、9月23日第19號臺風“天兔”、10月7日第23號臺風“菲特”等，生態浮床仍然完好無損。說明該生態浮床的設計及建造合理、結實，具有很強的抵抗風浪的能力。

目前，用于生態浮床技術的修復植物有很多，如盧進登等人［5］利用7中浮床植物治理富營養化水體，成活率都在70%上，2個月時間每種植物的生長量皆超過了20kg／m2。其中蘆葦凈化能力最強，使得117.39m3的水從V類水質降到III類水質，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結果完全符合國家有關衛生標準；操家順［6］應用空心菜浮床治理苗家河重污染河道，半個月時間，空心菜長勢良好，生長量比初始鮮重增加134.5%，對河道內的N、P有很強的吸收能力，并對于藻類的生長起到抑制作用。而本研究考慮到山美水庫中的水質為寡營養水體，從植物的適應性、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天后生態浮床上空心菜即開始長根；種植一個月浮床上的梭魚草、美人蕉陸續開花，形成優美的水體景觀。但我們的研究發現空心菜的長勢較差，可能由于水體為寡營養水體，水體中氮磷含量不能滿足空心菜的生長需求，導致其生長緩慢。試驗結果顯示，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。根據山美水庫水體常年測定的總氮濃度約為2.2mg／L計算，200m2生態浮床每年能將13988m3此標準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、富營養化湖泊、河道的水質的技術主要分為化學方法、工程性措施和生物強化法。生物強化法又分為水生動物技術、水生植物技術和微生物技術。本試驗開發的生態浮床穩定性好、浮力大、成本低，是很好地水培植物定植系統和水體修復系統。本技術為解決山美水庫庫區水體污染提供了新的治理方法，為生態浮床在山美水庫寡營養水體中的研究奠定了基礎，可作為山美水庫水體污染治理的技術儲備。

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［2］周小平，王建國，薛利紅，等 .浮床植物系統對富營養化水體中氮、磷凈化特征的初步研究 ［J］.應用生態學報，2005（16）：2199－2203.

［3］黃凌風，鄭新慶，洪清波，等 .一種耐海水的生態浮床：中國，ZL201010227829.7 ［P］.2011－09－18.

［4］周真明，陳燦瑜，葉青，等 .浮床植物系統對富營養化水體的凈化效果 ［J］.華僑大學學報：自然科學版，2010，31（5）：576－579.

［5］盧進登，陳紅兵，趙麗婭，等 .人工浮床栽培7種植物在富營養化水體中的生長特性研究 ［J］.環境污染治理技術與設備，2006，7（7）：58－61.

［6］操家順，李欲如，陳娟 .水蕹菜對重污染河道凈化及克藻功能［J］.水資源保護，2006，22（2）：36－38.