蘇北農村地區枯竭河床生態恢復方法研究

趙夢嫻，董 橋，陳澤雨，肖 揚

（徐州工程學院，江蘇 徐州 221000）

農村土地利用方式的改變和工業化規模的擴大，導致農村需水量激增，降低了水資源承載能力和水環境承載能力，嚴重損害了農村河流生態健康，導致農村河流瀕臨枯竭。在社會經濟發展及人們的生產生活過程中，農村已經枯竭的河床的整治，成為了整治農村生態環境的重點部分[1]。河流生態系統在生物圈物質循環過程中擔任著重要角色，承擔著調節氣候、改善生態環境及維護生物多樣性等眾多功能，因此對河流生態系統的各種恢復措施進行可行性研究，具有重大意義。

恢復河流生態系統的健康，是指通過生物技術工程等手段對正逐漸干涸或已枯竭的河流進行修復或重建。采用微生物技術修復污染水體，可以最大程度地克服傳統物化方法的缺點，且微生物具有資源豐富、實地操作性強等優點，成為水污染修復的研究熱點。

隨著研究的擴展與深入，人們發現植物也具有很好的修復效果，并且植物物種優勢更為明顯：來源豐富、易培養、具有觀賞價值及可用于制備飼料或沼氣發電等。本文將植物-微生物聯合修復技術應用于實驗室模擬河床生態恢復，并初步應用于所選河道，驗證其實用性。

1 農村河流現狀

近年來，國民經濟迅速發展，人口急劇增長，國家政策支持鄉鎮企業大規模發展，在環保方面未給予足夠重視，更由于技術原因，污水處理能力薄弱，污水排放難以達到地標乃至國標，導致農村地區河流污染現象較為嚴重，部分河流呈現富營養化狀態。河流中氨氮、生化需氧量、化學需氧量、氟化物、總磷和揮發性物質等參數超標，且有明顯惡化趨勢。另外，各項水利工程的建設，造成了生態流量不足，河流形態表現出不連續性，部分河流甚至出現斷流的情況。農村生活廢棄物處理不及時，垃圾傾倒，導致河床發生變化，加速河流枯竭。

2 生態恢復方法

結合農村河流枯竭現狀，通過對半枯竭河床生態恢復問題進行實際分析驗證，本文提出以下解決方式。

2.1 固廢處理

針對農村生活廢棄物處理不及時，導致垃圾堆積，導致河床發生變化，加劇河流枯竭這個嚴重的問題，需要重視城市和農村固體廢棄物的處理。河流在參與生態循環過程中，由于人們環保意識的淡薄，生產生活中產生的固體廢物傾倒到水體中，影響水生生物的生長。根據《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》的分類，固廢分為城市生活垃圾、工業固體廢物、危險廢物。在農田生態系統中，農業生產生活產生的農藥固廢排入水體，超出水體自身凈化能力，造成水體富營養化，BOD、COD顯著增高，水生動物死亡，水體惡臭，失去生態循環功能。因此，在恢復水體生態之前，首先對固廢進行處理，使得該河床處于生態恢復過程中，不受固廢處理影響。

2.2 土壤檢測

由于水體與土壤底泥之間存在著動態平衡，所以本項目采用土壤檢測確定該河道原有底泥是否適合進行生態再生，如果不適合，對河道進行底泥覆蓋。對該項目河床土壤土質環境進行檢測，檢測結果顯示，土壤的酸堿度、礦物質含量等指標均在生態再生恢復范圍內，因此無需進行重新覆土。

2.3 水體恢復

枯竭河床生態恢復最重要的問題是水體恢復，而植物和微生物在水質環境修復枯竭河床生態恢復中起著重要作用。植物修復是指利用植物及其根際圈微生物體系的吸收、揮發、轉化和降解等作用機制，清除環境中污染物質的一項新興污染環境治理技術。植物在生長過程中將有機物吸收到其體內進行降解，或通過根分泌物直接或間接地在根部將其降解，利用根際圈微生物，比如菌根、根際圈細菌等將其降解。作物根系廣泛地分布蔓延在土壤中，形成特殊的根際微生物生境，把土壤分為根際土壤和非根際土壤，并且發現根際土壤耗氧量要顯著高于非根際土壤[4]。借助植物治理富營養化水體具有多重優點，治理效果明顯，是環境修復的重要手段。但該方法也存在一些缺陷，比如植物生長周期短，對氣候的依賴性較強，植物體死亡后需要進行人工收割，否則腐爛后產生的有機物可能會造成水質的進一步惡化。

與植物修復類似，微生物在水體修復過程中亦存在一些不足，微生物在生長發育過程中，對溫度、pH等周圍環境因素有嚴格要求，并且在微生物發揮作用過程中存在周期性生長等現象，修復效率不高、需菌量大，還有部分菌有致病性或會產生某些有毒有害物質。綜合分析植物與微生物在水體生態修復中的優、缺點，本實驗采取植物-微生物共代謝的方式進行。在植物生長過程中，通過根系為微生物提供必要的生活場所；同時，微生物旺盛生長，增強了對污染物的降解，使植物有更加優越的生長空間，植物-微生物共代謝促進污染物的快速降解、轉化。

因此本文從植物-微生物共代謝系統角度出發，綜述植物-微生物共代謝系統對水體環境的凈化效果及機理。對于植物生態修復，根據其在水體中的生長層位將植物分為挺水植物、浮游植物和沉水植物。而沉水植物作為主要初級生產者，在水生生態系統中有著不可替代的作用。當沉水植物豐富時，水體表現為水質清澈、溶解氧高、藻類密度低、生物多樣性高等特點，比如菹草、苦草、金魚藻、眼子菜、狐尾藻和黑藻等。

在凈化水質的過程中，沉水植物通過吸附水體中生物性和非生物性懸浮物質，提高水體透明度，改善水下光照條件，增加水體溶解氧，以及吸收固定水體和底泥中的N、P等營養素。為了適應水中的生活，沉水植物的莖、葉都具有很強的吸收功能，能明顯地去除水體中N、P等營養物質。在4種生態型水生植物中，沉水植物對富營養化湖水的凈化能力最強。沉水植物可以增加水體中的溶解氧，促使水體形成弱堿環境。中小型河流中恢復沉水植物前，一般要控制草食性魚類的數量，以使種植的沉水植物能迅速定居，并擴大種群規模。目前恢復沉水植物時，通常選用易存活、生長快、繁殖能力強的種類作為先鋒植物。但沉水植物過度生長也會產生一些較為嚴重的后果，應進行合理調控。調控時，可采取適當措施抑制先鋒物種的生長和擴散，促進后來物種的生長與繁殖，改善群落結構，豐富物種多樣性。根據水質情況與沉水植物的恢復情況，引入草食性動物，促使水體生成以生物調控為主、能基本自我維持平衡的生態系統。

最后再引入水源，該水源能夠達到實驗水質要求，引入模擬生態河床進行第二階段的生態恢復，分析實驗數據進行改進，形成河床生態恢復可持續發展方案。

2.4 其他輔助措施

此外，在陸生生物和水生生物的過渡區，可以種植一些比較適合在當地生長的灌木及各類花草。結合喬灌草分層排布方法，合理地配置喬灌草之間的比例，形成更多自然的河流生態空間，真正發揮當地居民生活活動的場地的功能。

3 實驗室模擬河床

本文通過實地考察及實驗室模擬枯竭河道的初步生態恢復[2-3]，設計農村枯竭河床生態恢復的主要方案及其包含的各種所需條件，包括所用生態的各種基數。對一個枯竭河床進行生態改造時，外在影響因子的數量決定實驗的嚴謹性，我們在前人的基礎上利用外來水源、投入實驗菌種植物，并將實驗結果推廣到實際河流。

3.1 實驗材料及設備

實驗水體：于徐州市新城區新元大道附近河流采樣。

沉水植物的選擇：根據河流的現狀、河流的功能、植物的適應力、凈化功能、觀賞和漁業價值而定。

土著種；

生長速度快、耐污性強：例如黑藻、五刺金魚藻、苦草、菹草；

易采購；

可利用：從飼料、綠肥、藥用等方面考慮；

季節性：要進行季節間搭配，菹草和伊樂藻為冬季種；景觀效果。

根據該河的特點，將苦草、狐尾藻、菹草作為試驗植物。

光合細菌：通過市場購置，每毫升菌液含菌體數為8億～10億個。

實驗設備：水質分析儀、便攜式溶解氧、溫度測量儀、化學耗氧量速測儀等。

3.2 實驗方法

植被恢復/重建初期的主要問題：植物群落結構簡單，抗干擾能力強；易形成優勢群落，穩定性差。

應對方法：豐富物種，達成多樣性與復雜性，即冬季種與夏季物種搭配；多年生與一年生物種搭配；空間結構優化，兼顧景觀美化性。

3.3 測定項目與方法

水體中總氮、總磷、COD和BOD的值，其測定的具體步驟和方法詳見《水和廢水監測分析方法》第4版。

3.4 實驗結果

3.4.1 水溫

試驗期間對水溫實施同步監測，在全過程中，水池的平均水溫為25℃，其變化范圍為19～27℃。

3.4.2 溶解氧

池塘溶解氧的平均值為2.89 mg/L，變化范圍在0.756～

5.243 mg/L之間，溶解氧的變化較大。在實驗過程，實驗初期有下降趨勢，之后溶解氧逐漸上升。

3.4.3 氨氮

測得實驗中池塘氨氮不斷降低，從初始的1.57 μg/L逐漸下降至0.83 μg/L，結果表明對水質有較強的修復功能。

3.4.4 亞硝酸鹽

實驗中，亞硝酸鹽降解濃度從0.91 μg/L下降至0.57 μg/L。

3.4.5 COD

實驗結果顯示，COD從最初的23.1 mg/L逐漸下降至18.7 mg/L。

綜上所述，本實驗對水溫影響不顯著，對溶解氧量的增長有長期性的促進作用，且能起到降低COD、氨氮和亞硝酸鹽的作用。與其他實驗方法相比，植物-微生物共代謝系統的修復效果更顯著，可將實驗結果推廣到實際河流。

4 結論

本文通過研究導致蘇北農村地區河床枯竭的原因，提出通過土壤檢測、固廢處理等有針對性的解決方式，減輕周邊環境對河流的污染。通過分析植物、微生物各自的優缺點，提出植物-微生物共代謝系統。通過實驗室模擬河床，在前人的基礎上利用外來水源、投入實驗菌種植物，結果表明，植物-微生物共代謝系統對河床有較為理想的修復效果，可將實驗結果推廣到實際河流，形成河床生態恢復可持續發展方案。

參考文獻：

［1］熊文，黃思平，楊軒.河流生態系統健康評價關鍵指標研究［J］.人民長江，2010，41（12）：7-12.

［2］施安輝，卞建平，韓璠修，等.高效水質凈化劑菌種的選育、制劑研制及應用［J］.中國釀造，2010（02）：54-56.

［3］張文東，劉鵬，李二飛，等.生物技術在環境治理中的應用［J］.重慶工商大學學報（自然科學版），2011，28（04）：401-405.

［4］葉征宇，劉孜，甘家洪，等.有機肥施用對煙草根際微生物影響的研究［J］.徐州工程學院學報（自然科學版），2014（3）：80-84.