生态浮床改善水源地水质的可行性分析

陈锦天，林南雄

（1.泉州市山美水库管理处，福建 泉州 362000；2.厦门泛海恒业环境科技有限公司，福建 厦门 361000；3.泉州普华丽景环保科技有限公司，福建 泉州 362000）

生态浮床技术是将陆生植物应用于受污水域环境修复的浮床型植物修复技术，该技术不但能够修复水环境，而且能较好地降低外来种入侵的风险，已成为湖泊、河渠及潟湖内湾等富营养化水体生物修复技术的亮点之一，在国内外得到一定的应用，取得较好的成效［1－2］。该技术的核心原理是将陆生植物种植在生态浮床上，利用伸入水中的植物根系吸收水中的营养盐、矿物质和其他污染物，降低水中污染负荷，改善水质，并通过收割植物最终将这些物质从水环境中移除［3］。实践证明，生态浮床技术是一项成本低、效果好、应用广、生物安全性高的水环境生物修复的新技术。目前生态浮床技术主要运用于富营养化水体的治理上，在寡营养水体的研究方面较少。山美水库是泉州市最重要水源地，水库水质的优劣，直接影响到下游地区人民群众的生命安全。近几十年来，随着山美水库流域内人口增长、社会经济急速发展和环境保护的相对滞后，大量的工农业污水、生活污水及养殖废水直接排放或不达标排放进入库区，超出库区水体的纳污能力，导致水体污染负荷超标，尤其是总氮已达劣V类水平 ［《中华人民共和国地表水环境质量标准》（GB3838－2002）］，水库水体已不能完全满足饮用水源水环境功能要求，需采取必要的修复手段进行干预，降低水体富营养化程度，改善水质。本试验在山美水库库区开展小范围的生态浮床技术示范，研究生态浮床对于改善水源地水质的功能效果。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 生态浮床 从山美水库实际情况中出发，考虑到其水源地的特殊性和水面开阔、风浪大的特点，采用景观消浪生态浮床组合应用的方法进行水体治理。景观消浪浮床由33cm×33cm的高分子材料景观浮床单体组合而成（图1），浮床单体为环保塑料一次吹塑而成，安全耐用、稳定性高，在其上主要种植景观植物，营造优美的浮床景观。

图1 景观消浪浮床单体

1.1.2 供试植物 综合考虑植物适应性、生长量、生物安全性、景观效果、投产比、净化能力等因素，本试验的生态浮床植物为空心菜、美人蕉、香根草、梭鱼草。

空心菜：长25～30cm的枝条，不带叶，采自泉州市当地池塘，性喜温暖温润，喜光喜湿，生长势强，可多次采收，生长期在3—11月份。

香根草：叶片全部砍掉，只留根部及根上10 cm茎干，从江西省红壤研究所购得，生命力强、根系发达，生长迅速，生物量大，全年皆可生长。

梭鱼草：从泉州市花博园水生植物场购得，叶片全部砍掉，只留根部及根上10cm茎干，具有较好观赏效果，净水能力强，适合春夏季节生长。

美人蕉：从泉州市花博园水生植物场购得，叶片全部砍掉，只留根部及根上10cm茎干，能吸收二氧化硫、二氧化碳等有害物质，经济实用。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 在山美水库大坝上游2km的一处小湾铺设生态浮床，进行技术示范。在33cm×33cm的高分子材料景观浮床单体组合而成的景观浮床上种植空心菜50m2、美人蕉50m2、香根草50m2、梭鱼草50m2，植物间距为15cm×15 cm，浮床实际覆盖面积为200m2，生态浮床铺设区域约4000m2，预设的生态浮床覆盖率5%，试验时间2013年7—11月。

1.2.2 测定项目及检测方法

1.2.2.1 水库水质检测 山美水库的水样送至泉州市环境监测站测定。

1.2.2.2 植物生长情况 在整个试验过程中，4种植物都有明显的增长，每株植物都有新叶长出，株高变高，根系长出大量须根。分别于8月、11月对其株高、根长、生长量进行测量，并计算植物相对生长率及绝对生长率。

其中，Bi为第i月单株植株的平均重量（g／株）。

1.2.3 修复植物移除N、P的计算 根据N、P去除量按下式计算：

式中：UN／P为氮、磷的去除量（kg／年），Q为植物每月的生长量（kg／m2·月），RN／P为植物中氮、磷的含量（g／kg），h为时间（月），S为面积（m2）。

2 结果与分析

2.1 山美水库水质调查情况

试验前，对山美水库水质的检测结果见表1。

从表1可以看出，山美水库水质的高锰酸盐指数、生物需氧量等数据均符合水源地要求，但是水体中总氮含量已达劣Ⅴ类水平，需采取必要的修复手段进行干预，降低水体富营养化程度，改善水质。

2.2 供试植物生长情况

试验表明，4种植物在寡营养状态的水质中均能生长，4种植物的株高、根长与生物量见表2。在8月份测量中，空心菜、美人蕉、梭鱼草、香根草的平均鲜重增加了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；根长平均增长了0.5cm、4.74cm、3.84cm、23.15cm。在11月份的测量结果中，空心菜、美人蕉、梭鱼草、香根草平均鲜重增加了2.69kg／m2、6.46kg／m2、5.34kg／m2、14.53kg／m2；空心菜、美人蕉、梭鱼草、香根草的平均株高增长了11.8cm、87.4 cm、70.9cm、106.5cm，平均根长增长了1.9 cm、14.44cm、10.98cm、158.75cm。

表1 山美水库水质检测结果

表2 供试植物的生长情况

根据供试植物生长4个月的相对生长率和绝对生长率评估其生长效果，见表3。从表3中可以发现，美人蕉、梭鱼草、香根草生长情况良好，很好地适应了山美水库的生态环境，而空心菜虽然生长正常，但长势较差，无法完全适应该生态环境。这与周真明等人［4］利用空心菜浮床对富营养化水体进行修复时空心菜的长势相差较大，这可能是受氮磷等营养盐浓度较低的影响。

表3 供试植物的相对生长率和绝对生长率

2.3 供试植物氮磷移除能力的比较

4种修复植物在山美水库库区1个月后的生长情况。2013年8月24日，经过1个月的生长之后，对修复植物进行收割，仅保留植物的根部，其余部分切割下来用于生长量的测量。从表4可以看出，其中空心菜净生长量为每平方1.52kg，长势较差；而其他浮床植物均长势良好，美人蕉、梭鱼草、香根草的净生长量分别为3.68kg／m2、3.83 kg／m2、6.32kg／m2。根据计算结果可以看出四种植物中香根草氮磷移除能力最强，其次是美人蕉与梭鱼草，空心菜移除氮磷的能力最弱。

表4 2013年8月山美水库生态浮床植物监测指标

3 讨论

目前，生态浮床技术主要运用于富营养化水体的改善与修复，在这方面的研究颇有成效，但是生态浮床技术在寡营养水体中的研究却十分少见，在寡营养水体中的运用就更是少之又少。本研究从山美水库实际情况出发，考虑到山美水库的特殊性，采用由高分子材料制作而成的景观消浪浮床，浮床单体为环保塑料一次吹塑而成，安全耐用。本研究采用的生态浮床承受了2013年7月13日第7号台风“苏力”、8月18日第12号台风“潭美”、9月23日第19号台风“天兔”、10月7日第23号台风“菲特”等，生态浮床仍然完好无损。说明该生态浮床的设计及建造合理、结实，具有很强的抵抗风浪的能力。

目前，用于生态浮床技术的修复植物有很多，如卢进登等人［5］利用7中浮床植物治理富营养化水体，成活率都在70%上，2个月时间每种植物的生长量皆超过了20kg／m2。其中芦苇净化能力最强，使得117.39m3的水从V类水质降到III类水质，其次分别是狄、水稻、蕹菜、牛筋草、香蒲、美人蕉。而且水稻植物和蕹菜的检测结果完全符合国家有关卫生标准；操家顺［6］应用空心菜浮床治理苗家河重污染河道，半个月时间，空心菜长势良好，生长量比初始鲜重增加134.5%，对河道内的N、P有很强的吸收能力，并对于藻类的生长起到抑制作用。而本研究考虑到山美水库中的水质为寡营养水体，从植物的适应性、生物安全性、景观效果、净化能力等方面考虑，选取了空心菜、美人蕉、梭鱼草和香根草。种植3天后生态浮床上空心菜即开始长根；种植一个月浮床上的梭鱼草、美人蕉陆续开花，形成优美的水体景观。但我们的研究发现空心菜的长势较差，可能由于水体为寡营养水体，水体中氮磷含量不能满足空心菜的生长需求，导致其生长缓慢。试验结果显示，4种浮床植物中，香根草的氮磷移除能力最高，而空心菜的移除能力最低，美人蕉和梭鱼草的移除能力差别不大，生态浮床植物的氮、磷平均移除能力分别为11.89g／（m2·月）和1.67g／（m2·月）。本研究中生态浮床每年可去除N的量约为28.54kg、可去除磷的量约为4.0kg。根据山美水库水体常年测定的总氮浓度约为2.2mg／L计算，200m2生态浮床每年能将13988m3此标准水体的总氮浓度降至地表水II类水水平。

目前用于改善水源地、富营养化湖泊、河道的水质的技术主要分为化学方法、工程性措施和生物强化法。生物强化法又分为水生动物技术、水生植物技术和微生物技术。本试验开发的生态浮床稳定性好、浮力大、成本低，是很好地水培植物定植系统和水体修复系统。本技术为解决山美水库库区水体污染提供了新的治理方法，为生态浮床在山美水库寡营养水体中的研究奠定了基础，可作为山美水库水体污染治理的技术储备。

［1］MIYAZAKI A，TAKEUCHI T，NAKAMURA H，et al.Characteristics of nutrient absorption and water purification in some plant species grown by floating culture system ［J］.Soil Science and Plant Nutrition，2004（50）：357－363.

［2］周小平，王建国，薛利红，等 .浮床植物系统对富营养化水体中氮、磷净化特征的初步研究 ［J］.应用生态学报，2005（16）：2199－2203.

［3］黄凌风，郑新庆，洪清波，等 .一种耐海水的生态浮床：中国，ZL201010227829.7 ［P］.2011－09－18.

［4］周真明，陈灿瑜，叶青，等 .浮床植物系统对富营养化水体的净化效果 ［J］.华侨大学学报：自然科学版，2010，31（5）：576－579.

［5］卢进登，陈红兵，赵丽娅，等 .人工浮床栽培7种植物在富营养化水体中的生长特性研究 ［J］.环境污染治理技术与设备，2006，7（7）：58－61.

［6］操家顺，李欲如，陈娟 .水蕹菜对重污染河道净化及克藻功能［J］.水资源保护，2006，22（2）：36－38.