城市水体生态修复技术初探——以徐州市为例

王 丽 李昊东 王文迪

（1 苏州工业园区星海实验中学 江苏苏州 215000 2 江苏省海安高级中学 江苏海安 226600）

徐州市位于江苏省的西北部，地处苏、鲁、豫、皖4 省接壤之地，为东部沿海与中部地带、上海经济区与环渤海经济圈的结合部，是淮海经济区的中心城市。 徐州市素有“五省通衢”之称，为全国重要水陆交通枢纽、南北经济联系的重要“十字路口”。徐州市多年平均水资源总量约为35.63 亿m3，人均拥有水资源量为394 m3， 低于江苏省470 m3／人的平均水平，仅为全国平均水平（2 190 m3／人）的17.99%，是我国典型的“水源性”缺水城市之一。近年来，全市工业废水、生活污水和化肥等通过地表径流进入水体， 使地表水和地下水均受到不同程度的污染，多数重要水体例如云龙湖、故黄河徐州段、运河徐州段及大量采煤塌陷水体，均呈现富营养化状态。 因此，日益突出的“水质型”缺水问题，进一步加剧了徐州市水资源短缺的状况。目前徐州主要是通过引水稀释或水体置换的方式治理水体污染，防止水质进一步恶化，这是“治标不治本”的修复方式，难以长久维持。

本研究探讨利用典型沉水植物密齿苦草修复城市水体的技术；初步评价生态浮岛技术对城市水体的净化作用； 初步探讨滤食性动物对水体的净化作用。 本文将为水体生态修复和生态文明建设提供理论基础和科技支撑。

1 材料与方法

为了探讨利用典型沉水植物密齿苦草修复城市水体的技术， 在楚王陵如意湖建立了围隔试验区。 2016年6月中下旬， 对如意湖水体的水质状况、水体水底的基质情况及水底的地形条件等进行了全面勘测， 选定了围隔试验区的具体位置和范围，并准备试验区构建所需用品、材料和仪器设备。7月上旬开始构建试验区，试验区内的岸边浅水区水深较浅，从岸边向隔离网，水深逐步加深，至隔离网附近的水域水深在2 m 左右。 7月中旬开始种植沉水植物密齿苦草，种植方案采用从浅水区域向深水区域逐步递推式种植，浅水区域采用人工插秧的方式种植， 深水区域则将密齿苦草绑在石块上，采用抛种的方式种植。

为了初步评价生态浮岛技术对城市水体的净化作用，在奎河三环南路桥段的生态浮岛技术示范区进行原位或采样分析。为了初步探讨滤食性动物对水体的净化作用，在实验室内通过控制实验分析螺蛳、河蚌和河蚬等滤食性动物的净水能力。

水体浊度使用哈希2100N 浊度仪原位测定，透明度使用塞氏盘原位测定，溶解氧、电导率和氧化还原电位（Eh）等指标使用美国维赛YSI556MPS多参数水质检测仪原位测定。 同时采集水体样品迅速放入冰盒，带回实验室测定铵态氮、总氮、总磷、高锰酸盐指数（CODMn）等水质指标。 其中铵态氮使用靛酚蓝比色法测定， 总氮使用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定， 总磷使用钼酸铵分光光度法测定， 高锰酸盐指数使用高锰酸钾法测定。

2 结果与分析

2.1 沉水植物密齿苦草修复城市水体的技术沉水植物密齿苦草野生种群在引种至徐州楚王陵如意湖围隔试验区种植后，该种群很快适应了本地的水体环境，长势良好，2016年8月中旬，密齿苦草基本铺满试验区水体水深较浅的水域水底，9月中旬，密齿苦草基本铺满试验区水体水深较浅的水域。

随着密齿苦草的生长，生物量的增加，逐渐表现出良好的净水效果， 沉水植物密齿苦草对水质改善的机理和机制主要体现在：1）密齿苦草有密集发达根状茎和根系， 密集发达根状茎和根系铺满水体，形成底泥与上覆水体之间的隔离层，对水体底泥起到良好的固定作用， 阻止底泥的营养元素和悬浮物向上覆水体的扩散；2）茂密的密齿苦草叶片形成生物膜结构， 能不断絮凝降解水体中的悬浮颗粒物质，增加水体的透明度，降低水体浊度；3）密齿苦草有较强的光合作用，产生氧气，增加水体的溶解氧含量；4）密齿苦草在水体水底的生长可为水生动物提供生境和食物， 逐步增加水生生态系统的生物多样性， 完善水生生态系统的结构，完善其生态功能，包括逐步恢复水体的自净能力。

表1 2016年围隔试验区内外主要水质指标对比（随着密齿苦草的生长）

7月中旬楚王陵如意湖围隔试验区构建完毕，试验区内的水质状况逐渐优化（表1）。 随着沉水植物密齿苦草的逐渐生长，逐步铺满水体，与试验区外相比，试验区的水质逐步改善（图1）。 在9月中旬沉水植物密齿苦草铺满试验区的水体后，试验区内水体的浊度降低至1 NTU 左右，远低于试验区外的水体浊度， 同时也远低于沉水植物密齿苦草种植前的试验区内的水体浊度。 试验区内水体透明度可到120 cm，显著高于试验区外的水体透明度， 同时也显著高于沉水植物密齿苦草种植前的试验区内的水体透明度（表1）。 沉水植物密齿苦草的生长，通过光合作用向水体释放氧气，显著增加了试验区内水体溶解氧含量（表1）。 此外， 沉水植物密齿苦草在试验区内的生长为底栖生物提供了食物和生境，据观察，试验区内的底栖生物的种类和数量明显高于试验区外。

沉水植物密齿苦草野生种群虽然主要分布于长江以南，但在徐州，冬季水体表面会结冰，沉水植物密齿苦草在水下依然能保持绿色， 能平稳越冬。本研究表明密齿苦草经过试验区驯化后，能适应徐州水体环境， 为利用沉水植物修复北方城市水体环境提供了实验支撑。

沉水植物密齿苦草适应徐州水体的环境，在水下生长繁衍的速度很快， 密齿苦草具有密集发达根状茎和根系，以及茂密的叶片，很快铺满试验区水体，并能一年四季保持常绿，形成郁郁葱葱的“水下森林”的景观（图2）。

本研究探索利用沉水植物密齿苦草修复水体实验的时间长度仍然较短， 试验区相对于全湖来说所占的面积比例又较小，且试验区内、外的水体可以通过隔离网自由流动， 但试验区内水体的透明度比所调查的徐州市重要水体都高， 浊度则比所调查的徐州市重要水体都低。 这说明在徐州的重要水体，可以利用沉水植物规模化修复水体，恢复水体的自净能力。

2.2 生态浮岛技术对城市水体的净化作用 奎河三环南路桥段的生态浮岛的植物长势良好，8月份测得根须最长达70 cm，千屈菜植株高度为1.0～1.5 m，其他植物长势也良好。 浮岛的植株根系逐步生长，吸收水体中有害物质的能力逐步提升。

奎河是流动性的省际河流， 由于其有泄洪任务，无法进行拦挡，生态浮岛只能在开放的河道进行布设。 在一般没有降水泄洪的情况下，其流量基本保持在1 m3／s 左右，每天断面水量交换达24 m3。本研究的监测结果发现， 浮岛中游的水质比浮岛上游1 km 处的水质稍有改善（表2），生态浮岛处理的水体会随着水流流走， 故生态浮岛处的水质变化不明显。

表2 奎河生态浮岛处水质化验结果对比表

2.3 滤食性动物对水体的净化作用 投放河蚬前的太子河本溪城区段水体见图3A；投放河蚬4 h 后该水体见图3B。与投放河蚬前的水体相比，投放河蚬4 h 后水体透明度显著提高， 浊度显著降低， 表明滤食性动物河蚬可以起到显著的净水效应。

图4 显示，最右侧为对照，由右至左（从A 至E）随着螺蛳密度的增加，水质透明度提高越明显，浊度降低越显著，悬浮有机颗粒的吸收转化效应越显著。

3 结论与建议

沉水植物密齿苦草在徐州楚王陵如意湖围隔试验区种植后，很快适应了本地的水体环境，长势良好。 随着密齿苦草的生长，生物量的增加，逐渐表现出良好的净水效果。 试验区内水体的浊度降低至1 NTU 左右， 远低于试验区外的水体浊度，同时也远低于沉水植物密齿苦草种植前的试验区内的水体浊度。 试验区内水体透明度可到120 cm，显著高于试验区外的水体透明度， 同时也显著高于沉水植物密齿苦草种植前的试验区内的水体透明度。 沉水植物密齿苦草的生长，通过光合作用，向水体释放氧气， 显著增加了试验区内水体溶解氧含量。此外，沉水植物密齿苦草在试验区内的生长为底栖生物提供了食物和生境，据观察，试验区内的底栖生物的种类和数量明显高于试验区外。本研究所探讨的沉水植物密齿苦草修复城市水体技术，可以规模化修复城市水体，恢复水体的自净能力，逐步增加水生生态系统的生物多样性，完善水生生态系统的结构，完善其生态功能。

生态浮岛技术可对城市水体起到一定的净化作用，同时吸收水体中有害物质，由于城市河流有泄洪任务，生态浮岛处理的水体会随着水流流走，生态浮岛处理水体的功能表现的不是很明显。

滤食性动物如河蚬、 螺蛳等可对水体起到良好的净化作用，且随着密度的增加，水质透明度提高越明显，浊度降低越显著，悬浮有机颗粒的吸收转化效应越显著。 滤食性动物转化吸收技术可为城市大水体的原位生态修复起到重要作用。