生态浮床的应用管理探讨

卜晴川，左格文

（1.浙江财经大学，浙江 杭州 310018；2.上海宏波工程咨询管理有限公司，上海 200231）

1 生态浮床概述

生态浮床是利用无土栽培技术，以人工方式把水生植物浮岛架设在富营养化水域水面上，以浮叶植物为主。建造时以竹、木器材为框架，用尼龙绳绑扎连接，配以塑料泡沫块为载体，上面栽植水生植物（见图1～2），长成后利用植物根系间的盘根错节、互相咬合，自然形成水生植物浮岛群体。

图1 生态浮床示意图[1]

水生植物在生长期，根系能吸收水里的氮、磷等富营养成分，抑制水体的富营养化，提高水体净化能力，维护生态系统的稳定性，恢复水体生态平衡，从而起到净化水质的作用，为改善河道水质、美化环境创造出一种新颖的洁水模式[1]。

图2 植物生长初期的生态浮床图

通过收获植物体，将氮、磷等营养物质以及吸附积累在植物体内和根系表面的污染物搬离水体，使水体中的污染物大幅度减少，水质得到改善，从而为高等水生生物的生存、繁衍创造生态环境条件，为最终修复水生态系统提供可能[2]。

2 生态浮床建后存在的问题

生态浮床建成后，如果后续管理不善则极易带来夏季植物疯长、冬季茎叶腐烂、浮床失修、反向污染等一系列问题。从样本调查结果看，后期管理到位达到预期净水效果的只占10%左右，能够适时收割打捞的占40%左右，建后疏于管理的达30%以上，建后无人问津造成水体二次污染的数量达20%以上。

2.1 大风与急流造成的破坏

当发生狂风暴雨或排涝放水或船队行驶时，由于风浪袭扰和船行波的影响，长久疏于管理的浮床因固定不牢或未及时修复，有的沉入河底、支离破碎，有的稀稀拉拉、随风飘零。

2.2 植物疯长造成水环境失衡

一些河道的生态浮床建成后，前期认真管理，水生植物生长旺盛，起到洁净河水的作用。但中后期疏于控制，特别是入夏后植物疯长，不及时收割或打捞，造成水道阻塞、水流不畅、水环境失衡。同时，水生植物过量生长会大范围占据水体空间，鱼类的生存活动空间减少，觅食困难，甚至因为缺氧而大量死亡。因此，水生植物过度疯长会带来负面的环境效应。

2.3 植物腐烂产生新的污染源

生态浮床上的水生植物在秋后即进入衰亡期，如果不及时打捞或收割处理，会发生腐烂，污染水环境[1]。植物残体腐烂分解释放的氮、磷等营养物质，演变成二次污染源。在夏季疯长的水生植物成了河道的负担，水生植物无人收割打捞或打捞不彻底，相当数量的植物残体遗留在河道中，不易分解的水生植物脱落体以及悬浮物的截留和沉积使河底腐殖质增多，造成河道淤积。

3 水生植物对河道水质的影响

3.1 水生植物的特性

水生植物生长受季节变化影响显著，春初至夏末属于其生长阶段，从环境介质中吸收大量的氮、磷等营养物质，形成生物量，促进其快速发育生长，同时降低水体中营养盐含量，对水质改善起到重要作用；初秋至冬末属于植物衰亡阶段，植株停止生长，叶片枯萎、脱落，后期枝干出现死亡，枝叶凋敝腐烂，在微生物作用下分解释放出氮、磷等营养物质，这些物质回到河道，造成河道水生态系统功能失调，水质恶化。

3.2 水生植物生长期的洁水效果

自20 世纪70 年代起，水生植物开始受到人们的关注。水生植物不仅具有较高的观赏价值，还能主动吸收水体中的养分物质，对富营养化水体起到净化作用。水生植物在生长过程中从水层和底泥中吸收氮、磷同化为自身结构的组成物质，从而将水体中的营养盐固定下来。据有关研究统计，利用美人蕉浮床进行水产养殖塘水质净化试验，结果表明浮床设置面积占总水面20%时，对总氮、总磷、CODcr及叶绿素a 的净化率分别达到72%，82%，31%和56%[3]。生态浮床系统覆盖率在10%，20%，30%的设置下，对水体总氮的去除率分别为53.6%，62.4%，68.9%，对总磷的去除率分别为62.8%，74.1%，78.7%，3 种浮床处理对水体氮、磷去除差异显著（P＜0.05）[4]。除此以外，水生植物在生长过程中对有机物和重金属也有较强的富集和去除作用[5]。

3.3 水生植物腐烂分解对水质的影响

（1）水生植物的残体分解可以归纳为2 个阶段。第一个阶段水生植物残体的重量迅速降低，原因与水溶性和易分解物质的迅速淋溶与降解有关；第二个阶段水生植物残体重量降低放缓，是微生物将不易分解的化合物转化为无机化合物的过程[6-7]。

水生植物在腐烂分解的前期会使水体中的磷、氮元素暴增，局部还会出现缺氧现象[7]。水生植物的腐烂分解速率差别较大，浮叶植物分解速度最快，沉水植物次之，挺水植物最慢，不同水生植物腐解过程对水质影响不同，并与植物生物量密度相关[5]。

（2）水生植物腐烂分解包括机械破碎、可溶性有机物的浸出以及在细菌和真菌作用下植物组织分解等过程，通常可分为植物残体的快速溶解和微生物及胞外酶作用下的缓慢分解2 个阶段。比较不同水生植物腐解过程对水质的影响发现，各处理中水质指标的变化趋势相似，但不同植物对水质指标的影响差别较大。比如，菹草和狐尾藻分解过程中，水体pH 和DO 含量最低，NH4+-N、NO3--N 和TP浓度最高[5]。随着分解的进行，环境变化导致部分磷元素向底泥中迁移，磷在水体和底泥之间发生迁移与转化使水体总磷浓度逐渐下降[5]。

（3）李文朝[8]等曾对东太湖水生植物生物质腐烂进行分解实验，从3 类植物样品腐烂分解过程看，浮叶植物的生物质最容易腐烂分解，半个月腐烂分解率超过70.0%，年腐烂分解率达80.0%以上；挺水植物生物质的腐烂分解过程比较漫长，但年腐烂分解率也能达到70.0%以上；沉水植物生物质的腐烂分解率不高，但半月腐烂分解率与年腐烂分解率之比达到88.4%，在3 类植物样品中居于首位，腐烂分解过程十分短暂。分解过程的动力学特征见表1。

表1 3 类植物样品腐烂分解过程的动力学特征表[8]

（4）由此可见，水生植物只是在生长期内去除氮、磷等营养盐，很少有水生植物能在冬季正常生长，冬季利用水生植物除污几无可能；凋落在水体内的水生植物生物质经过自然腐烂分解后，所含氮、磷的70.0%以上在短期内被释放进入水体，其中浮叶植物尤为突出，生态浮床大多以浮叶植物为主。经调查，某乡镇已被问责的××河道生态浮床由于建后疏于管理，入冬未予收割打捞，秋后和冬季水中8 项生化物质的含量均超标（见表2）。

从表2 可看出，河道水中的生化物质含量超过Ⅴ类水标准的数倍、数十倍，其中TN 含量超过百倍以上，属于特严重超标的劣Ⅴ类水。

表2 ××河道水生植物腐烂区块水质取样调查表 mg/L

4 对于生态浮床后续管理问题的思考

嘉兴市自“五水共治”活动后开始试点兴建生态浮床，作为一种新颖的河道净水设施，如果管理得当的确能明显地净化河道水质。生态浮床管理较好的河道，在水生植物生长期均能达到Ⅳ类水质，特别好的能达到Ⅲ类水质，入冬打捞后的河道水质也能达到Ⅳ类、Ⅴ类。因此，加强生态浮床的后续管理，研究防治二次污染的对策，特别是适时收割打捞水生植物，是一个亟须解决的问题。

4.1 生态浮床建后应重视管理投入

生态浮床系统建成后应设立专业的养护管理队伍，相关部门需安排一定的资源投入用于后续管理，从组织上落实管理措施，加强日常巡查，发现问题妥善处理。对损坏散架的浮床应及时修复加固或拆除重建，并适时打捞即将季节性老化的水生植物，更新换置当季植物[1]。

4.2 水生植物应适时收割

水生植物是生态浮床的主体。后续管理最基本的要求是适时收割和打捞水生植物，做到既不让其疯长，又保持相对旺盛，既能有效移除植物从水体中吸收的氮、磷等“肥份”，又不污染水体，以此维持自身的良性循环。因此，有计划、合理地收割水生植物既可以保证其净化水质的功能，又不会影响水生植物的繁殖。通过定期移除植物带出污染物质，同时植物根系也是微生物附着的特殊载体，根系分泌的酶能促使污染物降解，抑制藻类繁殖[1]。

4.3 进一步改进收割打捞工具

目前大部分水生植物收割船均使用汽油或柴油发动机，这不仅产生噪音污染环境，还容易发生油料泄漏污染水体。因此，应积极推广使用环保、便捷的小型电动可遥控水草收割机。这种能自动调节作业高度的新型机具，可满足对不同水生植物收割时的调控，不会对水生植物的生长造成损伤。作业效率高、环保无污染、投入人工少、使用成本低。

4.4 研究种植可食用的水生植物

借鉴某些河道、湖泊以及池塘在生态浮床上种植水生蔬菜的成功经验，在浮床上试种水芹菜、空心菜、大蒜等经济作物，顺应市场需求，长成后人们乐于收割，使生态浮床在净化水体的同时，产生经济效益[1]。

4.5 寻求水生植物的合适去处，让水生植物变废为宝

某些水生植物如芦苇可加工成芦蓆等成品外销，某些挺水植物收割晒干后可作为纸浆材料，水草可作为羊饲料，狐尾藻喂养生猪，效果理想。另一方面，积极研究水生无土栽培技术，探求水生蔬菜的新品种与培育方法，并逐步扩大水生经济作物的品种和种植范围，让水生植物变废为宝。

5 结 语

在水体富营养化治理中，利用水生植物修复水体的工作并不能一劳永逸，建设生态浮床成功的关键在于建后管理，不仅需要投入必要的人力物力，还需科学管理与技术创新。因此，在建与管的关系上，应统一规划、分项集成、统筹兼顾、分头推进，切不可重建轻管、有建无管[1]。在后续管理方式上，应探讨兴利除害的新思路，采取有效可行的措施，力争实现生态浮床兴建初衷的美好愿景。