水稻組合生態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 采用水稻組合生態浮床治理污染河道，該技術優化了河道的微生物結構，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;試驗結果表明水稻組合生態浮床能在污染河道條件下，保證工程植物水稻的正常生長，產量達7 500 kg/hm2以上，通過收獲植物體的形式，可直接從河道水體中去除的N、P總量分別達31.57、14.89 kg。試驗區對TN、TP、NH4+-N和CODMn的平均去除率分別為6.51%、18.75%、15.64%和13.55%。該技術是一種新型的生態浮床技術，使經濟效益與生態效益有機結合，可為我國污染河道治理提供科學依據。

關鍵詞 污染河流;水稻組合生態浮床;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80年代以來我國經濟得到快速發展，由于環保意識與環境治理技術的相對落后，加之污染企業廢水的直接排放，市政污水管網建設的滯后性，導致城市接納水體污染狀況日益嚴重，造成河道水體的富營養化，季節性水體黑臭狀況時有出現。數據表明，我國黑臭水體污染嚴重，共有1 900多個黑臭水體，當前國家正積極推進黑臭水體治理，針對黑臭水體的生態浮床技術是比較有效的生態治理方法之一，它是一種將現代農藝和生態工程措施綜合集成的水面無土種植技術[1-4]，生態浮床具有良好的水質凈化效果[5-8]，然而傳統的生態浮床經濟成本相對較高。

水稻浮床早在20世紀末進行了少量研究[9]，該試驗是在原有水稻浮床的基礎上加以改進，增加了包括半軟性填料和沸石基質的輔助填料系統，選取糧食作物—水稻作為浮床植物，通過植物吸收、填料吸附、微生物降解及協同作用，達到降低水體污染物濃度的目的[9-10]，同時，獲得一定程度的經濟利益，彌補了傳統生態浮床處理效率不穩定、應用過程中成本無法部分補償的缺點（圖1），實現了環境效益和經濟效益的高度統一，從而探索一種新的水環境治理之路。

1 試驗設計與樣品采集

1.1 試驗設計

浮床載體采用傳統的發泡塑料材質，水稻為移栽，移栽時秧齡39 d，單本水稻的株高平均為43 cm，分蘗6.5個，苗齡7.8，干物質重1.11 g。移栽時行株距為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。設計水稻組合生態浮床的河段長度為280 m，該河段內浮床覆蓋度約為25%，共計1 000 m2。試驗地點為無錫市某郊區河道（總長850 m），河道的水流方向不定，屬往復流且流速較慢。試驗開始前4—6月進行河道采樣，共采集3個采樣點4次水樣，水體主要水質指標TN、TP、NH4+-N和CODMn平均分別為6.96、0.27、2.71、11.50 mg/L。整個試驗周期為5—10月。

1.2 樣品采集與測定方法

選取試驗區3個采樣點，區外選擇1個采樣點作為對照，在水稻不同生長階段，共計采集5次水質與生物指標。水體中總氮（TN）含量測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB 11894—1989），總磷（TP）含量測定采用鉬酸銨分光光度法（GB 11893—1989），銨態氮（NH4+-N）采用納氏試劑法測定。

2 結果與分析

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，與當地水稻生產相比，除移栽期較當地水稻生產推遲10 d左右外，其他節點基本相同。其中，水稻的工程運行期，即在河道中生育周期為117 d。試驗結果顯示，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，與當地水田水稻生產相比均偏高約20%。基本苗重207.30 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186 675.00叢/hm2，株高105.3 cm，穗長15.2 cm，結實率65.6%，理論產量7 611 kg/hm2。

2.2 水稻組合生態浮床對水體內微生物的影響

從表1可知，水稻浮床明顯促進了水體中好氧細菌和真菌生長，其中水稻浮床附近水體中好氧細菌和真菌數量分別是無浮床處水體的2.58倍和2.24倍，水稻根系及輔助填料中好氧細菌和真菌數量更是高達72.0×106、390.0×102 CFU/g，分別是對照水體的8.1倍和5.1倍。水稻浮床促進了水體中亞硝化菌生長，而對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中的氮循環細菌數量遠遠高于水體，氨化菌、亞硝化菌和反硝化菌數量分別是對照水體的4.8倍、100.0倍和33.3倍。

試驗結果表明，水稻浮床明顯優化了處理河道的微生物結構，提高了河道系統凈化水體的能力。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]，同時輔助填料系統的設置為微生物提供了良好的附著和繁衍場所，成為各種微生物的重要載體。

水稻根區形成的有氧區域和厭氧或嫌氧區域為不同功能的微生物提供了不同的生境條件，水稻浮床根系所截留的有機污染物和分泌物中的有機碳源，如糖類、有機酸、氨基酸、酚類化合物等[12]，又給微生物提供了豐富的營養物質[13]，并且粗大的根系有利于均勻布水，防止水體對微生物沖刷，能夠大大擴展生態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菌向水體深部分布。

2.3 水質改善效果分析

2.3.1 植物對水體氮磷的富集效果。

生態浮床的植物收獲期N、P營養鹽積累量的多少是關鍵參數之一。植物對N、P的吸收去除能力，即去除效果主要決定于試驗期間植物對N、P的吸收積累量。由表2可知，通過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。

試驗期間，試驗區內河道水體中的主要污染物呈不同程度的下降趨勢（圖2），水體透明度有較大幅度的增加，較對照點提高了32 cm，達135 cm。表3顯示試驗區內的水質得到了一定程度的改善，試驗工程運行后，植物進入正常生長期，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 結論與討論

（1）試驗結果表明水稻組合生態浮床能在污染河道條件下，保證工程植物水稻的正常生長，產量達7 500 kg/hm2以上，獲得了一定的經濟效益;干物質收獲量達28 792.0 kg/hm2，通過收獲植物體的形式，可直接從河道水體中去除的N、P總量分別達31.57和14.89 kg。

（2）水稻組合生態浮床能有效促進水體以及植物根系微生物生長和分布，優化微生物結構，分解污染物能力增強，增加水體的自凈能力。結果表明試驗區對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）從相關經濟性狀和干物質生產量來看，與該水稻品種的種性潛力和在水田種植時的表現相比，除其中的有效穗數表現偏高外，其他性狀指標均為偏低，可能受河道兩岸遮陰的影響，影響植物的光合作用而導致結實率偏低;同時由于河道中不能使用農藥，浮床植物水稻的病蟲害也是研究中值得關注的問題。

總之，水稻組合生態浮床作為一種新型的生態浮床技術，使經濟效益與生態效益有機結合，為我國污染河道治理提供了科學依據。

參考文獻

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