人工生物浮岛在徐州的应用初探

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摘要：以研发适用于徐州的人工生物浮岛技术为目标,采用室内分析及现场调查相结合的方法,从人工生物浮岛的载体和植物两方面对人工生物浮岛在徐州的应用进行了初步探讨,为人工生物浮岛在徐州的应用提供一定的的参考。

关键词：人工生物浮岛;载体;植物;水体;徐州

收稿日期：2012-02-02

基金项目：江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目“水上花园营造及其对水体净化的技术设计”;徐州市科技计划项目“徐州市采煤塌陷区湿地公园建设关键技术研究”(编号:XJ08062)资助。

作者简介：刘 雷（1988―），男，江苏南通人,徐州工程学院环境工程学院大学生。

通讯作者：杨瑞卿(1966―)，女,山西晋中人,副教授,主要从事城市景观生态及城市园林绿化方面的教学与研究工作。

中图分类号：X524

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2012)02-0099-03

1 引言

水体富营养化问题是当今世界面临的最主要水环境问题之一。在修复富营养化水体的各种措施中,人工生物浮岛生态修复工程是一种低成本、低能耗、易管理,同时又可美化环境的新技术,有着其它水富营养化治理技术不可比拟的优点,尤其适用于城市景观水体的净化。

徐州市城区内水系丰富,湖、河交错。南有云龙湖,北有九龙湖,东有金龙湖,西有九里湖,形态各异,姿态万千;故黄河、玉带河、奎河、徐运新河等纵横交错,遍布市区,并形成各具特色的湖河风光带,极大地丰富了城市景观。然而,受各种因素的综合影响,这些湖、河的水质出现不同程度的富营养化,影响了其生态和景观功能的充分发挥,因此,建设人工生物浮岛,对其水质的改善具有重要意义。

2 人工生物浮岛技术

人工生物浮岛技术是按照自然界自身规律,人工把高等水生植物或改良的陆生植物,以浮床作为载体,种植到富营养化水体的水面,通过植物根部的吸收、吸附作用,削减富营养化水体中的氮、磷及有机物质,从而达到净化水质的效果,同时又可营造水上景观。与其他处理方式相比,生态浮岛技术具有以下优点。

(1)不受水深及水体透光度限制。人工生物浮岛技术把生活在岸边淤泥中的水生植物移栽到漂浮的浮岛上,整个浮岛可以在水面上自由移动,在水深较大的地方同样可以发挥作用。

(2)基本不产生二次污染。人工生物浮岛在治理水污染过程中主要通过植物的吸污能力净化水体,植物老化后可人工采收后带离水体,基本不会产生二次污染。

(3)在净化水体的同时,又可美化环境。在人工生物浮岛上种植具有一定观赏价值的植物如美人蕉、鸢尾、旱伞草等,在净化水体的同时,这些浮岛又像一个个漂浮在水上的袖珍花园,丰富水面景观,美化河湖环境。

3 人工生物浮岛在徐州的应用研究

3.1 研究背景

徐州是一座传统的重工业城市,资源的开发、工业的发展、日益增加的城市人口使得城市环境受到破坏,水资源的污染尤其严重。徐州市的云龙湖、九里湖是城市两座体量较大的蓄水湖,享有徐州市“绿肾”的美誉,在城市的建设和发展、维护生态平衡等方面具有不可取代的作用。

云龙湖作为徐州市大型人工景观湖,是徐州市城市景观多样性的重要组成部分。近年来,滨岸带的过度开发对该湖生态系统的影响较大,导致水质质量逐年下降,生态系统较为脆弱,水体处于富营养化的边缘,对其的治理迫在眉睫。

九里湖是由于煤矿开采地表塌陷积水形成,2006年徐州市政府斥资15亿元,用于九里湖的改造建设,2008年10月,九里湖湿地公园建成开放,是徐州继新沂骆马湖后,第2个获得省级湿地公园认定的景区,但地处采煤塌陷区的环境背景,使其水质受到一定影响。

为改善这两个湖的水质,同时为探讨适用于徐州的人工生物浮岛建设技术,2010年课题组分别在云龙湖、九里湖各建了一个生物浮岛进行观察实验,以对其今后的建设和发展起到一定的参考作用。

3.2 人工生物浮岛载体材料的选择

浮岛载体材料选择及植物配置是人工生物浮岛技术的核心组成部分,在选择浮岛载体时,应尽量满足以下几个条件。稳定性，浮岛载体必须具备一定的强度,在开阔水面的浮岛必须具备一定的抗风浪能力；耐久性，浮岛材料在水里浸泡的时间较长,在污染较严重的水体中,水体可能还具有腐蚀作用,所以要求浮岛材料具有较强的耐腐蚀能力；经济性,浮岛材料应尽量价廉易得,以便于浮岛技术的推广应用,降低成本；环境的协调性，生物浮岛应尽量和周围环境协调,以免影响景观；结构的简易性,浮岛必须结构简单易于建造,移动性和维护性等都要求较好。

根据以上要求,考虑到两个湖的具体情况,同时也为了便于比较研究,分别采用了以下两种载体。

云龙湖是云龙风景区的重要组成部分,游人量大,景观要求高,因此选用了比较美观的PVC材料,浮床主体部分由圆形塑料栽植盆构建,盆与盆相互连接,形成统一整体,具有抗风浪、保稳定的效果。盆中央留有一圆形孔洞,将种植植物用海绵包裹缠绕放入孔洞,即可使用,效果如图1。

九里湖由于距市区较远,游人量少,故选用了生态性强、造价低但景观效果一般的竹排结构。竹排长7.2m,宽4.2m,两根竹子1组,植物种植在两个竹子的夹缝之间。每个竹排17组,每组间距12~14cm,为植物留有足够的生长空间。竹排之间相互连接并用木桩进行固定,防止风浪冲击。竹排底部用尼龙网包裹,防止鱼虾等水生动物撕咬植物根部,导致植物死亡，效果如图2。

3.3 人工生物浮岛植物种类选择

根据国内相关文献报道,美人蕉、旱伞草、鸢尾、千屈菜、再力花、梭鱼草、花叶芦竹、菖蒲、灯芯草、水葱、慈姑等水生植物都可栽植于人工生物浮岛上并均具有较好的水质净化功能。在选择两湖生物浮岛的的植物种类时,主要考虑以下因素。

(1)适生性。为选择适于两湖生长环境的植物,先在室内模拟两湖环境对植物的生长状况进行试验,将美人蕉、旱伞草、常绿水生鸢尾、灯芯草、梭鱼草、菖蒲6种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等量混合物配制的营养液中,观察其生长状况。观察结果表明,美人蕉、旱伞草、菖蒲生长状况相对较好。

(2)净化能力。净化水质是生物浮岛植物的首要功能,因此植物的选择需要根据水质检测结果，植物本身吸收污染元素的能力等众多因素来确定。

首先对两湖湖水进行采样并对其水质进行分析检测。分析检测结果表明,云龙湖湖水平均pH值为7.80,为弱碱性,COD含量为9.70mg/L,主要污染物为N、P;九里湖湖水平均pH值为7.90,为弱碱性,COD含量为9.77mg/L,主要污染物同样为N、P。通过查阅相关文献,在拟选择的6种植物中,美人蕉、旱伞草、菖蒲对N、P的吸收能力相对较强。

(3)景观效果。考虑到云龙湖、九里湖都是徐州重要的景观湖,景观要求较高,因此在植物选择时也充分考虑了其观赏性及冬季景观效果。

综合以上3个因素,确定使用美人蕉、旱伞草、菖蒲、常绿水生鸢尾4种植物作为人工生物浮岛的植物种类。阔叶开花的挺水植物美人蕉,生命力旺盛的旱伞草、生长周期长、外观形态优美的菖蒲和四季常绿的鸢尾高低搭配合理、季相分明,在景观化水体的同时,满足了不同季节的造景需要,确定好人工生物浮岛的结构材料和植物选择后,着手浮岛的建设,2009年9月云龙湖、九里湖两处人工生物浮岛建成投入使用。

3.4 人工生物浮岛建成后的作用分析

(1)对水体污染的净化作用。通过人工生物浮岛技术的运用,水体中COD、TP、TN 含量有所下降,九里湖水华现象得到一定程度的缓解;云龙湖浮岛周围氮含量明显下降,湖水水质有所提升。

(2)景观作用。人工浮岛建成后,宛如两个袖珍的绿岛,漂浮在水面上,丰富了水面景观,尤其在夏季,美人蕉花大艳丽,旱伞草婆娑多姿,别有一番风趣。

(3)消波、护坡作用。人工生物浮岛浮于水面,在一定程度上具有消波的作用。云龙湖、九里湖体量较大,风浪对坡岸的侵蚀比较明显。在试验区域,湖中波浪经过浮岛的阻隔,对坡岸的侵蚀程度明显下降,整体上起到消波、护坡作用。

(4)生态效益。由于人工生物浮岛的建设,周围的鸟类、昆虫有了充裕的活动、捕食区域,鱼虾等水生动物也常聚集在浮岛周围,构成了和谐繁荣的自然生态景象。

3.5 人工生物浮岛建设中存在的问题

(1)浮岛材料及构造存在不足。云龙湖塑料浮岛材料的连接经过一个冬天的严寒天气,由于湖面封冻及日晒雨淋,加上管护不当等原因,部分已经破坏分解,整体景观受到严重破坏。九里湖的竹排经过风吹日晒、波浪冲击也有不同程度的损毁。

(2)植物景观冬季效果差。因为受到徐州的气候、水质等自然条件的影响,人工生物浮岛冬季景观效果较差,大多植物都已经枯萎,失去了浮岛原有绿荫葱葱、景色宜人的效果(图3)。

(3)植物种植用材料对水体产生一定污染。植物种植时都是用海绵缠绕根部后插于孔洞和竹排夹缝中,经过水体长时间的浸泡、侵蚀,海绵已经分解碎裂沉入水中,对水质环境造成了污染。

(4)后期管理维护有一定困难。因为人工生物浮岛建设在水中,后期管理维护比较困难,植物都是自由生长,不能对其进行修剪整理,所以生长状况及景观观赏功能被削弱。

4 结语

通过对人工生物浮岛技术在徐州市应用的探索,不难发现,在建设人工生物浮岛的过程中还存在不少技术问题。需要在浮岛材料、植物选择、栽植方法和后期维护等方面进行更多的探索与研究,以寻求更好的解决方案。

人工生物浮岛作为新兴的生态水处理方法,在处理水污染、美化城市环境、修复生态等方面有着其他水处理方法无法替代的优势,希望更多的人关注人工生物浮岛的建设与运用,让它在净化城市水环境,美化城市景观,构建和谐美好的家园中发挥重要作用。

研究过程中得到徐德兰老师和张建昆老师、赵侨、梅丽、於敏敏、别广和、蔡骏、梅古阳等同学的指导和帮助,谨致谢忱。

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Application of Artificial Floating Island in Xuzhou City Liu Lei,Yang Ruiqing

（School of Enviromental Engineering,Xuzhou Institute of Technology,Xuzhou 221018,China）

Abstract: The artificial floating island is a technology with these features:low input,low operating cost,no secondary pollution,alterable scale and abundant landscape.Therefore,it is very suitable to treat the landscape water in urban area.This paper studies the appilcation of the artificial floating island in the floating island carrier and the choice of planting in Xuzhou based on the investigation in outdoor and experiment in the laboratory,in order to provide certain references for the use of artificial floating island in Xuzhou.

Key words: artificial floating island;island carrier;plant;water;Xuzhou city