人工生物浮島在徐州的應(yīng)用初探

劉 雷，楊瑞卿

（徐州工程學院 環(huán)境工程學院，江蘇 徐州 221018）

1 引言

水體富營養(yǎng)化問題是當今世界面臨的最主要水環(huán)境問題之一。在修復富營養(yǎng)化水體的各種措施中，人工生物浮島生態(tài)修復工程是一種低成本、低能耗、易管理，同時又可美化環(huán)境的新技術(shù)，有著其它水富營養(yǎng)化治理技術(shù)不可比擬的優(yōu)點，尤其適用于城市景觀水體的凈化。

徐州市城區(qū)內(nèi)水系豐富，湖、河交錯。南有云龍湖，北有九龍湖，東有金龍湖，西有九里湖，形態(tài)各異，姿態(tài)萬千；故黃河、玉帶河、奎河、徐運新河等縱橫交錯，遍布市區(qū)，并形成各具特色的湖河風光帶，極大地豐富了城市景觀。然而，受各種因素的綜合影響，這些湖、河的水質(zhì)出現(xiàn)不同程度的富營養(yǎng)化，影響了其生態(tài)和景觀功能的充分發(fā)揮，因此，建設(shè)人工生物浮島，對其水質(zhì)的改善具有重要意義。

2 人工生物浮島技術(shù)

人工生物浮島技術(shù)是按照自然界自身規(guī)律，人工把高等水生植物或改良的陸生植物，以浮床作為載體，種植到富營養(yǎng)化水體的水面，通過植物根部的吸收、吸附作用，削減富營養(yǎng)化水體中的氮、磷及有機物質(zhì)，從而達到凈化水質(zhì)的效果，同時又可營造水上景觀［1］。與其他處理方式相比，生態(tài)浮島技術(shù)具有以下優(yōu)點［2～5］。

（1）不受水深及水體透光度限制。人工生物浮島技術(shù)把生活在岸邊淤泥中的水生植物移栽到漂浮的浮島上，整個浮島可以在水面上自由移動，在水深較大的地方同樣可以發(fā)揮作用。

（2）基本不產(chǎn)生二次污染。人工生物浮島在治理水污染過程中主要通過植物的吸污能力凈化水體，植物老化后可人工采收后帶離水體，基本不會產(chǎn)生二次污染。

（3）在凈化水體的同時，又可美化環(huán)境。在人工生物浮島上種植具有一定觀賞價值的植物如美人蕉、鳶尾、旱傘草等，在凈化水體的同時，這些浮島又像一個個漂浮在水上的袖珍花園，豐富水面景觀，美化河湖環(huán)境。

3 人工生物浮島在徐州的應(yīng)用研究

3.1 研究背景

徐州是一座傳統(tǒng)的重工業(yè)城市，資源的開發(fā)、工業(yè)的發(fā)展、日益增加的城市人口使得城市環(huán)境受到破壞，水資源的污染尤其嚴重。徐州市的云龍湖、九里湖是城市兩座體量較大的蓄水湖，享有徐州市“綠腎”的美譽，在城市的建設(shè)和發(fā)展、維護生態(tài)平衡等方面具有不可取代的作用。

云龍湖作為徐州市大型人工景觀湖，是徐州市城市景觀多樣性的重要組成部分。近年來，濱岸帶的過度開發(fā)對該湖生態(tài)系統(tǒng)的影響較大，導致水質(zhì)質(zhì)量逐年下降，生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱，水體處于富營養(yǎng)化的邊緣，對其的治理迫在眉睫。

九里湖是由于煤礦開采地表塌陷積水形成，2006年徐州市政府斥資15億元，用于九里湖的改造建設(shè)，2008年10月，九里湖濕地公園建成開放，是徐州繼新沂駱馬湖后，第2個獲得省級濕地公園認定的景區(qū)，但地處采煤塌陷區(qū)的環(huán)境背景，使其水質(zhì)受到一定影響。

為改善這兩個湖的水質(zhì)，同時為探討適用于徐州的人工生物浮島建設(shè)技術(shù)，2010年課題組分別在云龍湖、九里湖各建了一個生物浮島進行觀察實驗，以對其今后的建設(shè)和發(fā)展起到一定的參考作用。

3.2 人工生物浮島載體材料的選擇

浮島載體材料選擇及植物配置是人工生物浮島技術(shù)的核心組成部分，在選擇浮島載體時，應(yīng)盡量滿足以下幾個條件［6～8］。穩(wěn)定性，浮島載體必須具備一定的強度，在開闊水面的浮島必須具備一定的抗風浪能力；耐久性，浮島材料在水里浸泡的時間較長，在污染較嚴重的水體中，水體可能還具有腐蝕作用，所以要求浮島材料具有較強的耐腐蝕能力；經(jīng)濟性，浮島材料應(yīng)盡量價廉易得，以便于浮島技術(shù)的推廣應(yīng)用，降低成本；環(huán)境的協(xié)調(diào)性，生物浮島應(yīng)盡量和周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，以免影響景觀；結(jié)構(gòu)的簡易性，浮島必須結(jié)構(gòu)簡單易于建造，移動性和維護性等都要求較好。

根據(jù)以上要求，考慮到兩個湖的具體情況，同時也為了便于比較研究，分別采用了以下兩種載體。

云龍湖是云龍風景區(qū)的重要組成部分，游人量大，景觀要求高，因此選用了比較美觀的PVC材料，浮床主體部分由圓形塑料栽植盆構(gòu)建，盆與盆相互連接，形成統(tǒng)一整體，具有抗風浪、保穩(wěn)定的效果。盆中央留有一圓形孔洞，將種植植物用海綿包裹纏繞放入孔洞，即可使用，效果如圖1。

圖1 云龍湖浮島載體

九里湖由于距市區(qū)較遠，游人量少，故選用了生態(tài)性強、造價低但景觀效果一般的竹排結(jié)構(gòu)。竹排長7.2m，寬4.2m，兩根竹子1組，植物種植在兩個竹子的夾縫之間。每個竹排17組，每組間距12～14cm，為植物留有足夠的生長空間。竹排之間相互連接并用木樁進行固定，防止風浪沖擊。竹排底部用尼龍網(wǎng)包裹，防止魚蝦等水生動物撕咬植物根部，導致植物死亡，效果如圖2。

圖2 九里湖浮島載體

3.3 人工生物浮島植物種類選擇

根據(jù)國內(nèi)相關(guān)文獻報道，美人蕉、旱傘草、鳶尾、千屈菜、再力花、梭魚草、花葉蘆竹、菖蒲、燈芯草、水蔥、慈姑等水生植物都可栽植于人工生物浮島上并均具有較好的水質(zhì)凈化功能。在選擇兩湖生物浮島的的植物種類時，主要考慮以下因素。

（1）適生性。為選擇適于兩湖生長環(huán)境的植物，先在室內(nèi)模擬兩湖環(huán)境對植物的生長狀況進行試驗，將美人蕉、旱傘草、常綠水生鳶尾、燈芯草、梭魚草、菖蒲6種植物栽植到打孔后的塑料泡沫板上后放到用 NH4H2PO4、MgSO4·7H2O、Ca（NO3）2·4H2O、KNO3等量混合物配制的營養(yǎng)液中，觀察其生長狀況。觀察結(jié)果表明，美人蕉、旱傘草、菖蒲生長狀況相對較好。

（2）凈化能力。凈化水質(zhì)是生物浮島植物的首要功能，因此植物的選擇需要根據(jù)水質(zhì)檢測結(jié)果，植物本身吸收污染元素的能力等眾多因素來確定。

首先對兩湖湖水進行采樣并對其水質(zhì)進行分析檢測。分析檢測結(jié)果表明，云龍湖湖水平均pH值為7.80，為弱堿性，COD含量為9.70mg／L，主要污染物為N、P；九里湖湖水平均pH值為7.90，為弱堿性，COD含量為9.77mg／L，主要污染物同樣為N、P。通過查閱相關(guān)文獻，在擬選擇的6種植物中，美人蕉、旱傘草、菖蒲對N、P的吸收能力相對較強。

（3）景觀效果。考慮到云龍湖、九里湖都是徐州重要的景觀湖，景觀要求較高，因此在植物選擇時也充分考慮了其觀賞性及冬季景觀效果。

綜合以上3個因素，確定使用美人蕉、旱傘草、菖蒲、常綠水生鳶尾4種植物作為人工生物浮島的植物種類。闊葉開花的挺水植物美人蕉，生命力旺盛的旱傘草、生長周期長、外觀形態(tài)優(yōu)美的菖蒲和四季常綠的鳶尾高低搭配合理、季相分明，在景觀化水體的同時，滿足了不同季節(jié)的造景需要，確定好人工生物浮島的結(jié)構(gòu)材料和植物選擇后，著手浮島的建設(shè)，2009年9月云龍湖、九里湖兩處人工生物浮島建成投入使用。

3.4 人工生物浮島建成后的作用分析

（1）對水體污染的凈化作用。通過人工生物浮島技術(shù)的運用，水體中COD、TP、TN含量有所下降，九里湖水華現(xiàn)象得到一定程度的緩解；云龍湖浮島周圍氮含量明顯下降，湖水水質(zhì)有所提升。

（2）景觀作用。人工浮島建成后，宛如兩個袖珍的綠島，漂浮在水面上，豐富了水面景觀，尤其在夏季，美人蕉花大艷麗，旱傘草婆娑多姿，別有一番風趣。

（3）消波、護坡作用。人工生物浮島浮于水面，在一定程度上具有消波的作用。云龍湖、九里湖體量較大，風浪對坡岸的侵蝕比較明顯。在試驗區(qū)域，湖中波浪經(jīng)過浮島的阻隔，對坡岸的侵蝕程度明顯下降，整體上起到消波、護坡作用。

（4）生態(tài)效益。由于人工生物浮島的建設(shè)，周圍的鳥類、昆蟲有了充裕的活動、捕食區(qū)域，魚蝦等水生動物也常聚集在浮島周圍，構(gòu)成了和諧繁榮的自然生態(tài)景象。

3.5 人工生物浮島建設(shè)中存在的問題

（1）浮島材料及構(gòu)造存在不足。云龍湖塑料浮島材料的連接經(jīng)過一個冬天的嚴寒天氣，由于湖面封凍及日曬雨淋，加上管護不當?shù)仍颍糠忠呀?jīng)破壞分解，整體景觀受到嚴重破壞。九里湖的竹排經(jīng)過風吹日曬、波浪沖擊也有不同程度的損毀。

（2）植物景觀冬季效果差。因為受到徐州的氣候、水質(zhì)等自然條件的影響，人工生物浮島冬季景觀效果較差，大多植物都已經(jīng)枯萎，失去了浮島原有綠蔭蔥蔥、景色宜人的效果（圖3）。

圖3 云龍湖人工浮島冬季景觀效果

（3）植物種植用材料對水體產(chǎn)生一定污染。植物種植時都是用海綿纏繞根部后插于孔洞和竹排夾縫中，經(jīng)過水體長時間的浸泡、侵蝕，海綿已經(jīng)分解碎裂沉入水中，對水質(zhì)環(huán)境造成了污染。

（4）后期管理維護有一定困難。因為人工生物浮島建設(shè)在水中，后期管理維護比較困難，植物都是自由生長，不能對其進行修剪整理，所以生長狀況及景觀觀賞功能被削弱。

4 結(jié)語

通過對人工生物浮島技術(shù)在徐州市應(yīng)用的探索，不難發(fā)現(xiàn)，在建設(shè)人工生物浮島的過程中還存在不少技術(shù)問題。需要在浮島材料、植物選擇、栽植方法和后期維護等方面進行更多的探索與研究，以尋求更好的解決方案。

人工生物浮島作為新興的生態(tài)水處理方法，在處理水污染、美化城市環(huán)境、修復生態(tài)等方面有著其他水處理方法無法替代的優(yōu)勢，希望更多的人關(guān)注人工生物浮島的建設(shè)與運用，讓它在凈化城市水環(huán)境，美化城市景觀，構(gòu)建和諧美好的家園中發(fā)揮重要作用。

研究過程中得到徐德蘭老師和張建昆老師、趙僑、梅麗、於敏敏、別廣和、蔡駿、梅古陽等同學的指導和幫助，謹致謝忱。

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