生态浮岛技术分析

刘学文，秦丽君

（东营市湿地城市建设推进中心，山东东营 257091）

生态浮岛又叫生态浮床、人工浮床工艺，通常是由水生或陆生植物（如美人蕉、香根草等）、浮岛浮床材料、水下固定结构组成[1]。利用人工将水生植物或改良的湿生甚至是陆生植物通过浮岛平台种植固定在水体富营养化的水面上，利用植物根系的强大的吸收和吸附原理，将水体中富含氮、磷等有害物质进行吸收和聚集，从而降低以致消除有害物，改善水质，同时可以改变水面景观的技术称为生物浮岛技术[2]。生态浮岛上的植物对水体进行净化，将水体营养和污染物质转移到植物体内，以提供植物生长所需要营养，降低了水体因为封闭不循环或者自循环不够造成的水体黑臭、富营养现象，后期通过植物体转移或者残体收割实现营养物质转移。人工生物浮岛技术现在作为改善水体质量，降低污染程度的一项有效的并且是应用较为广泛的水体修复治理技术。这项技术属于生态的，无显著污染，无化学药品使用，造价相对低，易于拆装，管理简单且效果良好的一种生态技术，受到广大科研人员和水利管理部门人员的好评[3]。

1 浮岛类型

浮岛的类型根据植物根部所处的位置区分为干式和湿式两种形式。植物根部接触到水的为湿式，不接触的为干式。建材混凝土以及发泡材料都是干式浮岛选择的材料，湿式因为运用植物美化环境，同时具有改善水质，吸附水体中营养物质从而被人们作为浮岛类型的第一选择[4]。浮岛的限位和固定可以利用重力作用固定、铆固钉固定和支杆固定。生态浮床按其功能可以分为水质净化型、消浪型和提供生物生息三种[5]。浮岛浮床的外观可以根据水体的地理环境和景观效果而进行设计，制作成圆形、长方形、三角形等多种形状。

2 技术原理

植物在生长过程中，需要吸收C、H、O、N、P、S 这类大量元素以及Fe、Mn、Cu 等多种微量元素，这样才能保证植物正常的营养生长及生殖生长。在日常土壤栽培植物过程中，假如不能及时补充一种乃至多种营养元素，土地会因此贫瘠，缺少植物正常生长所必须的营养物质，进而影响其正常生长甚至生理生殖。植物根部经过生长可以形成网络状浓密的根系，这样可以最大限度吸收并富集水体中的悬浮物，经积累一段时间后根系表面便会形成一层生物膜，膜中的微生物会把水中有机污染物不断吞噬降解、转化代谢形成无机物质，同时可以吸收水中的氮、磷等主要元素，结合植物光合作用使其成为植物的营养物质，促进了水生植物的生长，最后可以通过转移或割除植物以实现减少水体中富营养物质的作用。生物浮岛除了利用水生植物根系吸收水体中富营养物质以外，还能遮挡部分水域阳光，抑制水中以藻类及其他浮游植物的光合作用，以实现其生长量减少并促使沉降，改善水体的透明程度。浮岛植物营造了绿色园林景观，改善了人们水面视觉。鸟类可以浮岛植物栖息生活，植物根部附近提供了鱼类、虾类以及水生昆虫的生长繁殖的良好环境。

3 选择浮岛植物的原则

水生植物根据生活习性一般分为四种主要类型，即挺水植物、漂浮植物、浮水或者浮叶植物和沉水植物。挺水植物也称为沼生植物，生活在水岸边或水较浅的地方。漂浮植物是叶和根都漂浮在水中。浮水或者浮叶植物是叶片漂浮于水面或略高过水面，也有的叶子生活在水里，但根都扎在水下底泥中。沉水植物完全沉没在水中，属于比较完全的水生植物。在应用选择浮岛植物时，既要兼顾景观效果，又要实现净化水质等多种目的，一般选择挺水植物应用较多。

3.1 适地适种

浮岛植物的设计选择要使人、生物与环境以及环境与社会经济间都协调发展。不同地区有着不同的气候类型、立地特征和地域条件等，在选择植物时必须做到因地制宜。要满足当地的气候、地质以及人文景观等先决条件，还要考虑选择植物的特性、生长及繁殖方式对当地产生的影响。对于不适合区域发展的植物种类进行隔离筛选，选择留用的也要进行合理处理。比如对不宜控制繁殖的植物应采用盆栽缸栽等方式以控制其蔓延，防止其过分生长。根据适地原则，合理选用水生植物并进行组合应用，包括乡土与引进物种、速生和长寿品种合理结合。

3.2 适应污染环境能力强

选择的水生植物是否能够适应人工湿地的环境，是否能够健康乃至生长存活，适应污染的能力成为这方面的首要关键因素。水生植物只有拥有较强的适应污染环境的能力，才能实现下一步的净化功能。根据研究表明，很多植物有一定的适应污染水体能力，并逐步形成并保持一定的适应和耐受力，一定程度内这种能力可以在代间进行传递[7]。不仅如此，植物在生长适应过程中也渐渐产生对污染的适应性并逐步增强，利用这种特性可以筛选出对污染物质适应能力强的生物浮岛植物种类。

3.3 净化水体能力强

在选择植物时要选择既有一定的适应污染能力还能对水体实现净化的，即选择植物生长量大的及植株体内污染物浓度高的。不同种类的植物有着不同的水体污染物净化能力。应用时，可以依据水体的水质特征科学合理的选择浮岛植物种类，利用植物种类优势去除水体污染物质。

3.4 植物根系发达

植物生物量大和植物根系发达是我们选择植物必须考虑的重要因素。植物生长量较大的根系，可以明显的吸收并除去水体中的污染物质，固定床体表面，利于微生物生存。

3.5 经济和观赏价值高

净化效果是人们选择浮岛植物的主要依据之一，经济和观赏价值方面在人类选择中所占的权重度远远低于净化效果的选择。与此同时，国内外开始将人工浮岛治理污水技术与园林设计及景观塑造结合在一起，产生了很好的预期效果，同时将具有绿化和观赏用途的植物进行推广应用。

3.6 物种间及季节的合理搭配

为实现人工浮岛净化能力和整体景观的形成及有效结合，可以考虑选择一种、两种或者多种水生植物为组合，结合立地条件环境和植物群落特征开展合理选择搭配种植，营造多种多样的自然生态空间，使挺水、浮水和沉水植物以及花卉、水生灌木、水生树木形成组合。由于不同种类的水生植物它们的生存能力以及净化水质的能力都有所不同，进行混合搭配种植则会产生不同的水质净化及景观效果。植物之间既相互依存又存在着相互作用，不同植物对光照、水分、养分及水体的适应程度不同，它们之间很有可能产生掠夺竞争。注意植物种类空间布置的同时还要对水生植物进行季节时间上的分布研究，让水质净化与植物景色随着季节的改变而显现出不同的效果，以实现最终目的。

4 应用前景及现存问题

生态浮岛技术自20 世纪90 年代开始引进我国，最初应用为农作物水上生产后来逐步转移为水环境治理方向。生物浮岛技术在我国经过20 多年的研究与发展，取得了比较好的成绩和发展效果，研究了生物浮岛方向的深层次理论与实践上的科学要点，逐步积累了一定的经验，但同时也发现了现阶段存在很多难点和问题。

4.1 应用及前景

水生植物通过浮岛平台的支持和固定作用，利用植物根系吸收水体中氮、磷等富营养物质，以实现植物生长和水质净化，营造绿色园林景观。生态浮岛浮床具有方便移动，不需要电源或者动力，结构简单维护方便，使用时间长，成本造价低等诸多便利和优点，从而使得该技术被广泛地应用并推广。国内多个地方已经开展了生态浮岛的工程应用，这些推广应用的现实范例均取得了较好的效果。另外，国内已经利用生态浮岛成功栽培了花卉、蔬菜、饲料以及造纸材料等，浮岛技术应用前景广阔。

4.2 存在问题

现在应用中的生态浮岛，从制作和使用范围以及养护等多方面存在一些问题。

（1）生态浮岛制作和栽培不易进行标准规模化推广。因各地气候、湖泊河流以及水体情况不一致，富营养化程度不一，水流速度、温度、风速等都存在差异，很难有成系统的标准组合予以套用，需要根据现实条件和实际情况进行合理选择和科学搭配。

（2）依赖人工管理程度大，人工成本较高。现阶段生态浮岛难以利用机械化操作，日常管理均需要人工到水面上进行。小面积可以采用人工，不利于大面积推广利用。

（3）水生植物在北方难以实现越冬存活。生态浮岛选择的水生植物，冬季生长不良甚至枯萎死亡。对于冬季严寒的北方地区，水体水面结冰前需进行植株回收防止水体造成二次污染，而来年春季需要重新种植。

（4）生态浮岛对极端天气，如大风、大雨、大浪等，抵抗能力不足。

5 结语

通过国内外专家学者对生态浮岛技术的研究，发现通过浮岛植物生长可以把富营养化水体的COD、BOD、氮、磷等污染的含量显著降低，水体透明度得到明显改善，藻类的生长繁殖得到明显抑制，水体封闭或循环不足造成的水臭、富营养等现象得到有效治理。生态浮岛易于搬运、相比人工湿地易于制作，植物易于栽培，有效的降低了人工、设备和资金投入，应用前景广阔的同时存在诸多不足和问题，值得人们深入研究。