生態(tài)浮島相關(guān)知識(shí)

1、濱水生態(tài)景觀設(shè)計(jì)的生態(tài)浮島 生態(tài)浮島技術(shù)背景：人類的歷史沿水而生，沿水而發(fā)展，水域?qū)τ谌祟悂?lái)說(shuō)是很重要的生存環(huán)境: 而隨著城市、工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)的水域不斷遭受污染，水質(zhì)越來(lái)越差，甚至開(kāi)始威脅到整個(gè)水域生 態(tài)系統(tǒng)，人類的居住環(huán)境也遭受到嚴(yán)重?fù)p害。1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀混合植物型人工浮島對(duì)生活污水的生態(tài)修復(fù)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀在國(guó)內(nèi)，宋祥甫等人在 1991 年開(kāi)展了人工浮床的研究與應(yīng)用工作，他們先后在杭州、 上海、無(wú)錫、北京等城市進(jìn)行生態(tài)浮島治理城區(qū)污染河道實(shí)驗(yàn)，為我國(guó)人工浮島技術(shù)研究 及其應(yīng)用積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。丙盡旭文等 2001 年用美人蕉浮床做水產(chǎn)養(yǎng)殖塘水質(zhì)凈化試驗(yàn)， 結(jié)果表明，浮島設(shè)置面積為 20%時(shí)，

2、對(duì) TN,TP, COD及葉綠素 a的凈化率分別達(dá)到 72%、82%、 31%及 56%。王耘等 2006s9 采用生態(tài)浮床技術(shù)對(duì)上海城區(qū)中小河道黑臭水體修復(fù)， 研究 表明生態(tài)浮床去污率往往可達(dá)到總?cè)ノ勐实?70%左右，并配以曝氣復(fù)氧、網(wǎng)格柵和生物膜 等多種手段，達(dá)到修復(fù)水質(zhì)的目的。高蔚等 2006 年在三水西南公園的人工湖進(jìn)行研究，發(fā) 現(xiàn)濕地園對(duì)整個(gè)人工湖的水質(zhì)凈化起到了一定的作用。但面積過(guò)小，未能達(dá)到調(diào)節(jié)整個(gè)人 工湖水質(zhì)的目的。 除以上這些研究以外， 國(guó)內(nèi)也開(kāi)展了一些利用人工浮島治理湖泊的工程。 1998 年在無(wú)錫市五里湖，利用人工浮島技術(shù)直接治理富營(yíng)養(yǎng)湖泊，研究表明人工浮島對(duì)水 體中的

3、N, P去除效果極高。 1999 年在杭州市南應(yīng)加河實(shí)施的人工浮島示范工程， 5 個(gè)月使 全河的水體感官性狀和水質(zhì)均取得了較大改善，異臭味得到了有效控制，圍隔河段的水質(zhì)則發(fā)生了根本性好轉(zhuǎn)。此外，在武漢市沙湖一個(gè) SOOm的2 浮島已建成 ; 在無(wú)錫太湖，對(duì)人工 浮島上種植觀賞性植物如美人蕉，蔬菜如竹葉菜，莊稼如水稻等進(jìn)行凈化研究，取得了一 定經(jīng)驗(yàn) ;2002 年北京市首次采用人工浮島技術(shù)治理什剎海、永定河等污染水體，獲得了良 好的應(yīng)用效果 ; 在云南， 云南省環(huán)境科學(xué)研究院在星云湖借鑒太湖經(jīng)驗(yàn)， 用泡沫作浮島載 體種植植物凈化水質(zhì)，積累了一定經(jīng)驗(yàn)。國(guó)外研究現(xiàn)狀最早研究浮島技術(shù)的學(xué)者是美國(guó)生態(tài)學(xué)

4、家 Gurney，他以研究加拿大雁獲得“雁爸爸” 稱號(hào)而著名。早在 1951 年他就提出，加拿大雁種群滅絕的主要原因是棲息地不夠。為此， 他在科羅拉多州西北部建造野生水鳥(niǎo)庇護(hù)場(chǎng)，將 38 只加拿大雁繁殖成為 2000多只。 1971 年發(fā)表加拿大雁的水上漂浮式人工巢論文，成為人工浮島研究的先鋒。在他之后， Trivedy 1978，Sasser 1995 ， HaIIer 1996 等人也對(duì)人工浮島進(jìn)行了相關(guān)研究。20 世紀(jì) 80 年代末以來(lái)，為了改善水庫(kù)、湖泊、飲用水源地的水質(zhì)，日本、歐美等發(fā) 達(dá)國(guó)家采用了植物生態(tài)浮床技術(shù)治理水域，達(dá)到了凈化水質(zhì)的目的。1995 年日本專業(yè)研究者首先在霞浦

5、（ 土浦市大巖田 ） 進(jìn)行一次隔離水域試驗(yàn)，在隔離水 域上設(shè)置人工生態(tài)浮床，一段時(shí)間后該水域水質(zhì)有了明顯好轉(zhuǎn) ;1996 年在土浦港的人工生 態(tài)浮床經(jīng)調(diào)查顯示對(duì)水質(zhì)的凈化起了重要作用 ; 隨后，又在滋賀縣琵琶湖大約 1500 m2的水 域里設(shè)置了 60 個(gè)人工生態(tài)浮床，凈化水質(zhì)效果良好。日本在琵琶湖、霞浦、課訪湖等有名 的湖泊和許多水庫(kù)以及公園的池塘等各種水域采用的生態(tài)浮床凈化技術(shù)，不僅有效凈化了 水質(zhì)，而且改善了區(qū)域景觀。2 概念與原理 生態(tài)浮島概念生態(tài)浮島是指用于水域范圍的無(wú)土種植技術(shù)，通過(guò)引入生物工程技術(shù)或是現(xiàn)代農(nóng)藝技 術(shù)種植在河道或是湖面內(nèi)的生物技術(shù)通過(guò)生態(tài)浮島凈化水質(zhì)，改善水質(zhì)，同時(shí)

6、完善水域內(nèi) 的生態(tài)體系浮島主要是采用有凈化作用的特定植物和一些微生物，通過(guò)微生物和植物的分 解作用，實(shí)現(xiàn)局域水質(zhì)內(nèi)的礦物質(zhì)改善， 實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)改變 . 生態(tài)浮島現(xiàn)在主要用 于河道污染質(zhì)量及其美化河道景觀。生態(tài)浮島原理植物在生長(zhǎng)過(guò)程中，需要 C.H,O.N.P,S 這些大量元素和 Fe.Mn, Cu 等微量元素。在土 壤栽培植物過(guò)程中，如果不及時(shí)補(bǔ)充一些營(yíng)養(yǎng)元素，土地會(huì)因此貧瘩。在無(wú)土栽培植物時(shí)， 必須在水中定期添加氮、磷等營(yíng)養(yǎng)成分，否則植物的生長(zhǎng)便會(huì)受到影響。在水體中設(shè)置人工浮島，浮島上的植物根系吸附和吸收水中的氮、磷等物質(zhì)，貯存在 植物細(xì)胞中，并通過(guò)木質(zhì)化作用使其成為植物體的組成成分

7、。同時(shí)，浮島上植物根系擁有 巨大的表面積，為水中微生物生長(zhǎng)提供良好固著載體，起到“生物膜載體”的作用。另外， 許多浮床植物如鳳眼蓮、水花生、水浮蓮、滿江紅、浮萍、紫萍、狐尾藻、金魚(yú)藻、馬蹄 蓮、輪藻、石首蒲、蘆葦?shù)仍谏L(zhǎng)過(guò)程中都能夠分泌克藻化學(xué)物質(zhì)，再加上浮島能阻擋陽(yáng) 光直接照射在水面上，降低藻類進(jìn)行光合作用的光照強(qiáng)度，從而使藻類的生長(zhǎng)繁殖得到了 有效抑制。除凈化污染水質(zhì)，防止水華功能外，人工浮床還為高等水生動(dòng)植物及鳥(niǎo)類提供 了良好的棲息地，有利于增加水體生物多樣性，促進(jìn)生態(tài)恢復(fù)。生態(tài)浮島的工作原理生態(tài)浮島主要是通過(guò)植物的根系來(lái)達(dá)到凈化水體的效果，浮島植物的根系一方面可以 吸收和吸附水中的含氮

8、、磷物質(zhì)；另一方面根系可以分泌大量的酶來(lái)促進(jìn)水中有機(jī)物的分 解；再者，根系與微生物可形成相互協(xié)同效應(yīng)，共同降解水中的營(yíng)養(yǎng)鹽類。除了根系的作用外，浮島植物在水面要占據(jù)一定的面積，從而可以減弱藻類的光合作 用，某些浮島植物還具有克制藻類生長(zhǎng)的作用，從而延緩水質(zhì)的惡化。3 結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)結(jié)構(gòu)： 生態(tài)浮島技術(shù)是一類將水生態(tài)修復(fù)與水環(huán)境治理相兼顧的技術(shù)，將一些喜水植 物種植于載體上 （ 設(shè)在受污染的水體水面力， 利用植物根部的吸收和吸附作用， 達(dá)到去除污 水中含氮、磷污染物的效果日。生態(tài)浮島的載體主要包括塑料、泡沫和纖維等。目前生態(tài) 浮島選用的植物主要有香根草、牛筋草、美人蕉、蘆葦、水芹菜、荷花、多花黑麥草

9、、燈 心草、水竹草、空心菜、旱傘草、水龍、香蒲、首蒲、海芋、鳳眼蓮、菱白等。生態(tài)浮島根據(jù)水和植物是否接觸可以分為濕式與干式兩種類型，具體分類見(jiàn)表1。干式浮島由于不與水接觸，凈化功能較差，而無(wú)框架濕式浮島的使用壽命較短，因此，有框 架濕式浮島是目前生態(tài)浮島技術(shù)中使用最多的浮島。特點(diǎn)：生態(tài)浮島主要有以下特點(diǎn) :1 ）吸收水中富含氮磷的有機(jī)物，降低水中的 COD化（ 學(xué)需氧量 ）值，有效提高水質(zhì)質(zhì)量 ;2 ）力植物與水體直接接觸，減少水面光照面積，抑制水 中藻類生長(zhǎng)，提高對(duì)水質(zhì)的凈化能力 ;3 ）美化水體景觀、凈化周圍空氣、增加城市綠化， 為水生動(dòng)物和鳥(niǎo)類的生息繁衍提供場(chǎng)所。 4）工藝簡(jiǎn)單，操作方便

10、，耗費(fèi)少，經(jīng)濟(jì)效益高。4 植物選擇生態(tài)浮島材料選擇鄉(xiāng)土化生態(tài)浮島目前大部分選用的材料均為植物。由于植物具有較 強(qiáng)的地域性，因此在植物的選擇上尤其應(yīng)注重選用鄉(xiāng)土水生植物，或是水陸兩棲植物。在 南方地區(qū)，可以種植菖蒲、水芹菜、旱傘草等。同時(shí)，盡量使用多年生草本植物，以降低 后期維護(hù)成本。對(duì)外來(lái)植物品種應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，水葫蘆植物在凈化水質(zhì)及其植物景觀 方面效果都較為明顯。但是，由于其極易蔓延，且不易控制，因此應(yīng)對(duì)此種植物進(jìn)行合理控制，并及時(shí)處理氮磷去除能力較強(qiáng)的 13種挺水植物： 美人蕉、澤苔、香蒲、旱傘草、姜花、紅蓮子草、 細(xì)葉莎草、歐慈姑、野芋、紫芋、千屈菜、澤瀉、菖蒲銨氮是槐葉萍，浮萍銨態(tài)氮

11、（ 1）高濃度 N03一污染的水體中，歐慈姑、香蒲、紅蓮子草、旱傘草適宜作為生態(tài)浮島的 植物; 低濃度 N03一養(yǎng)分條件的水體中，千屈菜、澤瀉適宜作為生態(tài)浮島的植物 ;野芋、細(xì) 葉莎草、葛蒲、紫芋則能應(yīng)用于較廣范圍的 N03一濃度條件水體中的生態(tài)浮島中。（ 2）高濃度 HZP04一的水體中，紅蓮子草、歐慈菇、細(xì)葉莎草、紫芋適宜作為生態(tài)浮島的 植物; 低濃度 H2P04一的水體中，適宜用澤苔、野芋、 .美人蕉、葛蒲作為生態(tài)浮島的植物 ; 千屈菜、香蒲可以應(yīng)用于較廣范圍的 H2P04一濃度條件的水體中。（ 3）高水平 NH4十養(yǎng)分條件的水體中，紅蓮子草、紫芋、旱傘草、細(xì)葉莎草適宜作為生態(tài) 浮島的植

12、物 ;低水平 NH4+養(yǎng)分條件的水體中， 曹蒲、野芋適宜作為生態(tài)浮島的植物 ; 千屈菜、 香蒲、澤苔、澤瀉、姜花能適應(yīng)廣范圍的 NH4十養(yǎng)分條件的水體。5 存在問(wèn)題、前景等人工生物浮島除能去除水體中的污染物，從而凈化水質(zhì)這，最重要的功能外，其良好 的景觀效果、增加生物多樣性以及一定的經(jīng)濟(jì)效益使得這一技術(shù)將具有廣闊的應(yīng)用前景。首先，人工浮島具有良好的景觀功能 : 浮島水系周圍空氣清新，在綠葉叢中百花斗艷， 茂盛植物映在水中的美麗倒影， 成為嘆為觀止的景觀亮點(diǎn)， 營(yíng)造出一幅水上人文風(fēng)景畫卷。其次，人工浮島的存在可以提高生物多樣性 : 浮床本身具有適當(dāng)?shù)恼诒?、渦流、飼料等 效果，為魚(yú)類生息提供良好條

13、件。第三，良好的經(jīng)濟(jì)效益 : 與富營(yíng)養(yǎng)化水體治理的傳統(tǒng)技術(shù)相比，人工生物浮島的建設(shè)、 運(yùn)行成本較低。此外，某些經(jīng)濟(jì)作物 （ 如蔬菜、花卉 ） 可以在市場(chǎng)銷售以獲得經(jīng)濟(jì)效益，如 大面積建設(shè)人工生物浮島其收獲植物還可以通過(guò)建沼氣池加以利用。總之，人工浮島技術(shù)是一種具有凈化污染、修復(fù)生境、恢復(fù)生態(tài)、改善景觀等多種功 能的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，在水體的綜合治理中具有良好的推廣應(yīng)用前景。6 生態(tài)浮島技術(shù)存在的不足生態(tài)浮島技術(shù)為河道與湖泊景觀設(shè)計(jì)提供了新途徑，為城市河道增添新風(fēng)景，進(jìn)一步 促進(jìn)城市生態(tài)系統(tǒng)更加完善和多樣化。但目前生態(tài)浮島技術(shù)仍處于發(fā)展階段，在技術(shù)上還 存在一些不足。（1）生態(tài)浮島技術(shù)的可靠性還不是

14、很高， 大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都是基于實(shí)驗(yàn)室生態(tài)浮床模 型、特定的水質(zhì)及溫度條件下得出的，結(jié)果差異較大，研究成果尚不能實(shí)現(xiàn)大面積投產(chǎn)。（2）目前用于生態(tài)浮島技術(shù)的浮島材料及浮島植物種類繁多， 但多數(shù)浮島材料的抗風(fēng) 浪性及耐腐蝕性并不理想。唐林森等四認(rèn)為目前生態(tài)浮島常用的浮島材料如泡沫、塑料等 浮材的抗風(fēng)浪能力比較差。鄭潔敏等人 28 研究了 39 種生態(tài)浮島植物，發(fā)現(xiàn)最常用的美 人蕉和千屈菜等植物的耐腐蝕性差，長(zhǎng)期淹沒(méi)在水中地下莖會(huì)出現(xiàn)腐爛，第二年植物停止 生長(zhǎng)。（3）目前常用的生態(tài)浮島植物受季節(jié)的影響較大，導(dǎo)致該技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)凈化污 水。黃央央等人研究了首蒲生態(tài)浮島，發(fā)現(xiàn)冬季首蒲會(huì)死亡，根莖會(huì)腐爛 ; 張曉紅等人利用 再力花、美人蕉、