生態(tài)浮島技術(shù)分析

劉學(xué)文，秦麗君

（東營(yíng)市濕地城市建設(shè)推進(jìn)中心，山東東營(yíng) 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(guò)浮島平臺(tái)種植固定在水體富營(yíng)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(shí)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(duì)水體進(jìn)行凈化，將水體營(yíng)養(yǎng)和污染物質(zhì)轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)，以提供植物生長(zhǎng)所需要營(yíng)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(yíng)養(yǎng)現(xiàn)象，后期通過(guò)植物體轉(zhuǎn)移或者殘?bào)w收割實(shí)現(xiàn)營(yíng)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(wú)顯著污染，無(wú)化學(xué)藥品使用，造價(jià)相對(duì)低，易于拆裝，管理簡(jiǎn)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(píng)[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(shí)具有改善水質(zhì)，吸附水體中營(yíng)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(zhǎng)方形、三角形等多種形狀。

2 技術(shù)原理

植物在生長(zhǎng)過(guò)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(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)及生殖生長(zhǎng)。在日常土壤栽培植物過(guò)程中，假如不能及時(shí)補(bǔ)充一種乃至多種營(yíng)養(yǎng)元素，土地會(huì)因此貧瘠，缺少植物正常生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)而影響其正常生長(zhǎng)甚至生理生殖。植物根部經(jīng)過(guò)生長(zhǎng)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(shí)間后根系表面便會(huì)形成一層生物膜，膜中的微生物會(huì)把水中有機(jī)污染物不斷吞噬降解、轉(zhuǎn)化代謝形成無(wú)機(jī)物質(zhì)，同時(shí)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)了水生植物的生長(zhǎng)，最后可以通過(guò)轉(zhuǎn)移或割除植物以實(shí)現(xiàn)減少水體中富營(yíng)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以外，還能遮擋部分水域陽(yáng)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(zhǎng)量減少并促使沉降，改善水體的透明程度。浮島植物營(yíng)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(zhǎng)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(guò)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(shí)，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(huì)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(shí)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(zhǎng)及繁殖方式對(duì)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生的影響。對(duì)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(duì)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(guò)分生長(zhǎng)。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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)適應(yīng)過(guò)程中也漸漸產(chǎn)生對(duì)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(duì)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(shí)要選擇既有一定的適應(yīng)污染能力還能對(duì)水體實(shí)現(xiàn)凈化的，即選擇植物生長(zhǎng)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(shí)，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(shì)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(zhǎng)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(jià)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(jià)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(shí)，國(guó)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(shí)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(yíng)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(huì)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(duì)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(jìng)爭(zhēng)。注意植物種類空間布置的同時(shí)還要對(duì)水生植物進(jìn)行季節(jié)時(shí)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(guó)，最初應(yīng)用為農(nóng)作物水上生產(chǎn)后來(lái)逐步轉(zhuǎn)移為水環(huán)境治理方向。生物浮島技術(shù)在我國(guó)經(jīng)過(guò)20 多年的研究與發(fā)展，取得了比較好的成績(jī)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(shí)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(guò)浮島平臺(tái)的支持和固定作用，利用植物根系吸收水體中氮、磷等富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)植物生長(zhǎng)和水質(zhì)凈化，營(yíng)造綠色園林景觀。生態(tài)浮島浮床具有方便移動(dòng)，不需要電源或者動(dòng)力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單維護(hù)方便，使用時(shí)間長(zhǎng)，成本造價(jià)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(guó)內(nèi)多個(gè)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(guó)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(yíng)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。現(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(zhǎng)不良甚至枯萎死亡。對(duì)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(lái)年春季需要重新種植。

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

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)生態(tài)浮島技術(shù)的研究，發(fā)現(xiàn)通過(guò)浮島植物生長(zhǎng)可以把富營(yíng)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(zhǎng)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(yíng)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(shí)存在諸多不足和問題，值得人們深入研究。