海南高尔夫球场湖水生态净化对比分析

魏伊宁，唐少霞，吴丹，陈艳，丁新颖，李智明，雷秋艳

(海南师范大学 地理与环境科学学院，海南 海口571158)

高尔夫球场为了得到高质量的草坪和良好的击球草坪面,在种植和养护草坪过程中必然要进行施肥[1].2014年海南高尔夫球场草坪年平均单位面积施用量为371 g/m2[2].草坪大量农药化肥的施用，不可避免的会导致球场内湖水遭受一定的污染[3,4]，研究表明球场内湖水质雨、旱季均出现CODcr、TP、Hg、Cr含量超标现象[5,6]，这些超标的污染物单纯依靠湖水自净能力很难清除干净[7].目前国内外主要的湖水净化技术有物理吸附过滤、化学氧化、生物接触氧化和生态净化技术[8]，且研究主要集中于受污染较严重河流湖泊，对热带地区高尔夫球场内湖水体的净化研究则相对薄弱.而且物理吸附过滤、化学氧化、生物接触氧化方法设备工艺相对复杂，运行和操作条件要求较高，投入成本高，因此单纯依靠物理和化学的方法不能从根本上解决问题.而海南岛琼北地区广泛分布第四纪形成的玄武岩，如果能就地取材采用玄武岩的物理吸附及挺水植物再力花的吸收作用对高尔夫球场内湖水体进行生态净化，则成本低廉、维护简单.

玄武岩与塑料滤料、沸石、陶粒滤料相比，具有以下优点：玄武岩表面粗糙多孔，粒径4～6 mm,有效粒径5.17 mm, 堆积密度0.67 g/cm3, 颗粒密度2.06 g/cm3, 粒内孔隙率22.33%,摩擦损失率3.76%,比表面积8.23×104 cm2/g，有利于植物根径攀扎，适合于微生物在其表面生长、繁殖，形成生物膜，物理化学性质稳定，在环境中不参与生物膜的物化反应；而且具有表面电性与亲水性，可以过滤吸附重金属等有害物质，调节pH值，活跃水中离子含量，并且可以轻微释放a射线和红外线，是理想的净水材料[9,10].而再力花为多年生挺水草本植物,好温暖、湿润、阳光充足的气候环境,横断面具有疏松的多孔结构，是一种潜在活性炭的制备原料.研究表明，再力花的生物存活率达70%以上，生长季结束收割时鲜重达28.7 kg/株，为移栽时的796倍，单位面积氮吸收量大，达到 72.82 g/株，单位面积对磷的吸收率为4.95 g/株，仅次于美人蕉[11].

因此为分析生态净化技术对高尔夫球场内湖水的净化效果，本项目以海口东山高尔夫球场内湖水体为研究对象，就地取材构建生态小池，选取在海南分布广泛的玄武岩，以及对氮、磷富集作用较明显的再力花作为实验材料，通过对生态小池水质的跟踪监测，分析不同净化方式及不同时间条件下对球场湖水的净化效果，揭示玄武岩及再力花对球场湖水的净化规律，为海南水环境管理提供科学的数据.

1 研究区域及研究方法

1.1 研究区域

海口市地处海南岛北部，位于北纬19°32′～20°05′，东经110°10′～110°41′，属于热带海岛季风气候区，春季温暖少雨，夏季高温多雨，淋溶作用强，秋季台风、雨较多，冬季少雨.海南东山高尔夫球场位于海口市秀英区东山镇距海榆中线27 km处，与岭北水库相依而建.于1997年开业，至今营业20年.占地124 hm2，球道总长6 446.5 m，为18洞72杆国际标准高尔夫球场[12].球场所在地的本土层主要是砖红壤，为了增加草坪土壤的透水性，球场在建设期间，果岭及发球台分别辅了40～60 cm的砾石和沙子.球场内湖位于110°14.779′E，19°47.311′N，承接球场草坪灌溉水及雨水，暴雨时人工湖一旦水满，便排向球场西侧的岭北水库.

1.2 研究方法

1.2.1 实验方法

根据球场的实际情况及岩石的物理吸附、水生植物的吸收原理，项目构建三个60×60×80 cm的水池，A池底一层厚15 cm的玄武岩石基质,并种挺水景观植物再力花，为了减少再力花根系所携带泥土对水体的污染，移植前将再力花的根系进行清洗，然后将再力花插入漂浮在水池内的平整泡沫板孔隙内，泡沫板长47.0 cm、宽41.0 cm、厚3.0 cm,按“5×3”布局均匀打孔15个(株行距5 cm,孔径4 cm)；B池底只辅一层厚15 cm的玄武岩石基质；C池做参照池.本项目于2015年12月11日、2016年4月1日、2016年5月5日三次将东山球场内湖水引入A、B、C三个池.每次引水前对湖水中的金属元素及营养盐物质进行监测并记录，然后再跟踪监测实验池中的水质变化，通过实验数据的对比，分析不同净化方式及不同时间条件下湖水的净化效果.

1.2.2 水样检测与数据处理

按照国家地表水的检测方法对海南东山高尔夫球场湖泊及生态小池内的水质进行典型性采样及跟踪监测分析. 采用ICP-MS电感耦合等离子质谱仪检测水体中重金属的含量，采用Aglient Cary 60紫外分光光度计，用优化后的钼酸铵分光光度法测定水体中氨氮、总磷的含量[13]，采用GB11914-89重铬酸钾法检测CODcr的含量，采用哈希专业检测仪检测水体中BOD5的含量.

用excel对数据进行统计分析，用单项污染指数作为水体中CODcr、BOD5、总磷、氨氮及重金属Cr、Zn、As、Cd、Pb、Hg等污染物富集评价方法，其计算公式为：Pi=Ci/Si.其中，Pi为水体单项污染指数，Ci为水样中i的实测值，Si为国家地表水环境Ⅲ类水质量标准i类物质的限值.当Pi≤1 时，表明i类污染物未超标，反之则超出国家标准限值.

2 结果与分析

2.1 影响湖水净化的条件

2.1.1净化时间对重金属净化效果的影响

在B池其它因素不变的情况下,2015年12月11日和2016年5月5日分别将球场内湖水引入B池净化8d和15d，并检测两个时间段后的重金属含量，结果见图1和表1.

图1 不同净化时间对重金属净化幅度的对比

从图1和表1中可以看出，玄武岩对水体中的Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Hg等重金属均有净化作用，其中Cr、Cu、Zn、As、Hg的净化效果随时间的延长而提高.尤其是Cr、As、Hg的净化效果更明显，Cr元素8 d的净化幅度为16%，而15 d的净化幅度则为34%；As元素8 d的净化幅度仅为1%，而15 d的净化幅度则为22%；Hg元素8d的净化幅度为19%，而15 d的净化幅度则为33%.由此可见，对As、Cr、Hg元素15 d的净化效果明显比8 d好.对Cu、Zn这两种元素虽然也是15 d的净化效果比8 d好，但效果不明显.对Cd、Pb元素15 d的净化效果则不如8 d的好.

表1 玄武岩对湖水重金属含量净化幅度的时间差异

注：CiC、CiB分别为C、B池静置和净化8d和15d的检测值

2.1.2净化材料对重金属的净化效果

不同的净化材料对重金属的净化效果有所不同.2015年5月5日将球场内湖水引入A、B、C三个池中，15 d后检测三个池中重金属的含量，结果见表2和图2.从表2和图2中可看出A池中Hg元素经玄武岩加再力花净化后，净化幅度达100%，基本上可达到完全去除的效果，将A池对水体的净化效果与B池的进行对比，A池中Hg的净化效果增加了2倍；Zn的净化效果增加了2.3倍；Cr的净化效果增加了0.24倍；Cu的净化效果增加了0.3倍.可见玄武岩加再力花组合对水体中Cr、Cu、Zn、Hg的净化效果比单一采用玄武岩的效果好.但玄武岩加再力花组合对水体中As、Cd、Pb的净化效果不如玄武岩.

表2 净化材料对湖水重金属净化幅度的差异

注：CiC、CiB、CiA分别为C、B、A池静置和净化15d的检测值.

图2 净化材料对重金属净化幅度的对比

2.2 玄武岩加再力花生态净化效果评价

2.2.1对水体理化指标净化效果的评价

对2016年5月5日至2016年5月20日A池和C池净化和静置水中的CODcr、BOD5、总磷、氨氮检测指标进行评价，结果见表3.

表3 静置与净化的水体理化指标对比

注：CiC、CiA是实测值，Pi=Ci/Si,Si是地表水环境Ⅲ类水质量标准基本项目标准限值(总磷，0.05；氨氮，1；CODcr,20；BOD5,4；单位：mg/L)

从表3中可看出，净化15 d后，A池水体中BOD5的单因子污染指数Pi值降到0.95，C池水体中的BOD5单因子污染指数Pi值为3.3，虽然净化15 d后，A池中总磷、CODcr的Pi虽大于1，但与C池静置的效果相比净化幅度达78%、56%，氨氮的净化幅度也达11%.由此可见，玄武岩加再力花对球场内湖水中理化指标的净化效果是明显的.

2.2.2 对水体重金属指标净化效果的评价

对2016年5月5日至2016年5月20日A池和C池净化和静置水中重金属的检测值进行评价.结果见表4.由表4可见，虽然A池和C池静置15 d后的Pi均小于1，但A池水的重金属含量均比C池中的低，尤其是水体中Hg元素，C池静置15 d后监测值仍然为0.030，而A池净化15 d后的监测值已降为0.00，净化幅度为100% ；Cr元素的净化幅度为42%.由此可见，玄武岩加再力花对球场内湖水中的重金属有净化作用.

表4 静置与净化的水体重金属指标对比

注：CiC、CiA是实测值，Pi=Ci/Si,Si是地表水环境Ⅲ类水重金属限值(Cr，50；Cu，1000；Zn，1000；As，50；Cd，5；Pb，50；Hg，0.1；单位：μg·L-1)

3 讨论

玄武岩与再力花组合对水体有净化作用，主要是由于海南岛玄武岩表面粗糙多孔，比表面积大，可以过滤吸附重金属等有害物质，调节pH值，活跃水中离子含量并且可以轻微释放a射线和红外线，而再力花则通过根系分泌含特殊的功能团的有机物,吸附、过滤和沉淀水中的化合物,并能通过直接吸收和利用氮、磷,以及从周围环境中交换吸附重金属等作用以达到净化水体.但植物在长期的进化过程中会产生抵抗重金属毒害的防御机制.解清杰等(2014)认为玄武岩对水体的净化效果优于的塑料滤料、沸石、陶粒滤料[10]，再力花对水体中氮和磷的吸收效果比美人蕉好，但植物在重金属污染的环境中，受某些重金属胁迫时，会产生抵抗重金属毒害的防御机制，许彩霞(2005)研究就指出菖蒲、水葱、美人蕉对重金属Hg、Cd有很强的抵抗性[14].玄武岩与再力花组合对As、Cd、Pb的净化效果不如单纯采用玄武岩的效果好，有可能是再力花对As、Cd、Pb这三种重金属有金属排斥性.研究过程中发现有些元素随着时间的递延，净化幅度变得不太明显，有可能是受水体中元素浓度的影响,如净化8d后Cd和Pb的净化幅度为38%、27%，而净化15d后净化幅度为23%、22%.玄武岩与再力花组合对水体生态净化的机制需要进一步研究.

4 结论

(1)玄武岩对Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Hg重金属均有净化作用，玄武岩对Cr、Cu、Zn、As的净化15d的效果比8d的好；采用玄武岩加再力花组合对重金属Cr、Cu、Zn、Hg的净化效果比单一采用玄武岩的效果好.

(2)玄武岩加再力花组合对球场内湖水中的总磷、CODcr、BOD5、氨氮有净化作用，净化幅度分别是78%、56%、71%、11%.

(3)玄武岩加再力花组合对As、Cd、Pb的净化效果不如玄武岩.原因需要进一步探讨.

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