利用浮游生物變化分析人工植物浮島在治理錦江河中的作用

梁正其 李明剛 巴家文

摘 要：目的：了解人工植物浮島在錦江河中的凈化效果，通過浮游生物變化分析人工植物浮島在治理錦江河中的作用。方法：在銅仁市錦江河市區(qū)段以美人蕉、菖蒲、空心菜為材料設(shè)置人工植物浮島，5個(gè)月后對浮島區(qū)、非浮島區(qū)的浮游動(dòng)、植物及其他主要水質(zhì)指標(biāo)等進(jìn)行檢測。結(jié)果：水體經(jīng)過浮島區(qū)后，水質(zhì)凈化效果較明顯，浮游生物數(shù)量明顯下降，各區(qū)域浮游生物數(shù)量為：浮島區(qū)下游<浮島區(qū)<浮島區(qū)上游，經(jīng)浮島處理后的水體，總氮（TN）和總磷（TP）的去除率分別為13.61%和14.29%，水體pH值和透明度上升。結(jié)論：人工植物浮島明顯改善了錦江河的水質(zhì)狀況，同時(shí)對于錦江河水體中浮游生物的群落結(jié)構(gòu)有一定的調(diào)控作用。

關(guān)鍵詞：錦江河；人工植物浮島；浮游生物；水質(zhì)凈化

中圖分類號(hào) S964 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2016）14-0097-04

Abstracts：Phytoplanktons canna，calamus and swamp cabbage were planted in artificial floating plant islands，and using plankton change to analyze the role of artificial plant floating island in the governance of Jinjiang river，to find out the purifying effects of artificial floating plant islands in Jinjiang river. Phytoplanktons，zooplanktons and other water quality index were detected five months later. The results showed that the density of both phytoplanktons and zooplanktons in floating plant islands area decreased significantly，upstream of the floating plant islands areaKey words：Jinjiang River；Artificial floating plant islands；Plankton；Purification

錦江河國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)位于貴州省銅仁市境內(nèi)，其所處的錦江河發(fā)源于貴州省梵凈山南麓，屬沅水一級(jí)支流，途經(jīng)麻陽郭公坪、錦和、高村、呂家坪等13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，河流呈南北走向，南高北低，河流寬度在50～100m之間，深度在30～50m，2009年被評為特有魚類國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)，是銅仁市人民的母親河。一段時(shí)間以來，由于各方面的原因，造成錦江河水質(zhì)逐漸變差，為此銅仁市投入了大量的經(jīng)費(fèi)進(jìn)行截污溝維護(hù)、改造及沿岸生活污水的治理，并通過增殖放流投放鰱、鳙魚，設(shè)置人工植物浮島等進(jìn)行水生態(tài)治理，以改善錦江河的水環(huán)境狀況。

人工植物浮島又稱水生植物生態(tài)浮島、人工浮床，是一種長有水生植物或陸生植物、可為野生生物提供暫時(shí)棲息的飄浮島[1]。在水體中設(shè)置人工植物浮島，浮島上的水生植物利用表面積很大的植物根系吸附水體中的氮、磷等物質(zhì)，凈化被污染水體水質(zhì)；其中，部分浮島植物如風(fēng)眼蓮、水花生、金魚藻、石菖蒲等在生長過程中能分泌克藻化學(xué)物質(zhì)[2]，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)[3]。近年來，國內(nèi)外學(xué)者利用人工浮導(dǎo)對河道污染治理、城市污染水體修復(fù)和營造城市水上生態(tài)景觀進(jìn)行了許多研究，如王鶴霏、張騰飛分別利用人工浮島對城市景觀用水水質(zhì)凈化效果和在河道治理中的研究[4-5]；Tanner等通過對人工浮島去除微粒、銅和鋅的研究發(fā)現(xiàn)，人工浮島對Cu和Zn的去除率大約分別為3.8～6.4mg/（m2·d）和25～88mg/（m2·d）[6]；宋思銘等在利用植物人工浮島處理濕地污染水質(zhì)，發(fā)現(xiàn)長有植物的人工浮島對水體中的總磷、磷酸鹽、總氮、硝酸鹽和COD去除效果較好，其去除率分別為75.0%、72.7%、7.2%、95.8%、32.5%，浮島周圍的藻類幾乎沒有[7]。本試驗(yàn)綜合氮磷指標(biāo)及浮游生物變化，研究了人工植物浮島對錦江河水質(zhì)及浮游生物變化的影響，以探討人工植物浮島在自然水域中的作用，旨在為錦江河的水質(zhì)治理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 浮島組裝及采樣點(diǎn)設(shè)置 錦江河人工植物浮島屬水質(zhì)凈化類型，浮體為高密度聚乙烯，正方形，邊長33cm，高20cm，浮體間通過專用鏈接扣相連，在浮體內(nèi)裝進(jìn)一個(gè)放有基質(zhì)的塑料花盆，浮體外框架結(jié)構(gòu)是以高分子化合物聚氯乙烯制成的塑料管（直徑15cm左右）制成，浮島整體組裝完成后，四周用PCV管固定，就構(gòu)成了人工植物浮島。浮島上的植物主要有美人蕉、空心菜、菖蒲等。該人工浮島系于2016年采用浮體組裝的，構(gòu)成框架式浮島，能隨著水位變化上下浮動(dòng)，浮島兩端用繩索固定，使浮島浮游于錦江河市區(qū)河道曹洪渡口水域沿岸。根據(jù)錦江河河流情況，在錦江河銅仁市城區(qū)的曹洪渡口，按照浮島區(qū)上游、浮島區(qū)和浮島區(qū)下游共設(shè)5個(gè)采樣點(diǎn)。其中，浮島區(qū)上游設(shè)立1個(gè)點(diǎn)，浮島區(qū)設(shè)立3個(gè)點(diǎn)，浮島區(qū)下游1個(gè)點(diǎn)（如圖1所示），2016年2—6月對采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣。

1.2 樣品采集與處理 （1）浮游生物測定定性樣品用25號(hào)浮游生物網(wǎng)在樣點(diǎn)區(qū)采集，然后裝入采樣瓶固定，帶回實(shí)驗(yàn)室在10×40倍光學(xué)顯微鏡下觀察分類；定量樣品用2 000mL有機(jī)玻璃瓶采水器在水域上層、中層、下層采樣，浮游植物樣品采集時(shí)，分別采取各層河水2 000mL，倒入桶內(nèi)混勻，取出其中1 000mL固定后帶回實(shí)驗(yàn)室后，靜置沉淀24h后濃縮至50mL供鏡檢。然后搖勻取出水樣，取出0.1mL樣品，利用浮游植物分析框在10×40倍光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行，浮游植物分類鑒定均依照《淡水浮游生物研究方法》[8]和《中國淡水生物圖譜》[9-11]。（2）水質(zhì)主要理化指標(biāo)的測定：TN采用過硫酸鉀氧化，紫外分光光度法測定；TP采用鉬銻抗分光光度法測定；NH4-N采用納氏試劑比色法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物組成及密度變化 在錦江河人工植物浮島實(shí)驗(yàn)區(qū)共鑒定出浮游植物79種，隸屬于6門15目28科37屬，其中硅藻門13屬31種，綠藻門15屬25種，藍(lán)藻門4屬9種，裸藻門3屬7種，甲藻門1屬5種，隱藻門1屬2種。以小環(huán)藻和顫藻、脆桿藻為優(yōu)勢種。秋季，采樣區(qū)均以硅藻門最多，其次是藍(lán)藻門。但不同采樣區(qū)浮游植物的密度不同，其中，以浮島區(qū)上游密度最大（硅藻門為14.92×104cell/L，藍(lán)藻門為8.93×104cell/L）；其次是浮島區(qū)（硅藻門為12.18×104cell/L，藍(lán)藻門為5.48×104cell/L），浮島區(qū)下游的密度最小（硅藻門為12.07×104cell/L，藍(lán)藻門為4.97×104cell/L）。春季，錦江河3個(gè)采樣區(qū)藻類組成發(fā)生了變化，浮島區(qū)上游以硅藻門的密度最高，為11.21×104cell/L，甲藻門次之，為5.82×104cell/L；浮島區(qū)以硅藻門最高，為10.18×104cell/L，甲藻門次之，為6.28×104cell/L；浮島區(qū)下游也以硅藻門最高，為9.31×104cell/L，甲藻門次之，為6.71×104cell/L（表1）。

2.2 浮游動(dòng)物組成及密度變化 在錦江河人工植物浮島實(shí)驗(yàn)區(qū)共鑒定出浮游動(dòng)物39種，隸屬于原生動(dòng)物、輪蟲類、枝角類、橈足類4大類。其中原生動(dòng)物12種，輪蟲類19種，枝角類4種，橈足類4種。秋季，錦江河不同采樣區(qū)浮游動(dòng)物的密度不同，其中，以浮島區(qū)上游密度最大，原生動(dòng)物類為61個(gè)/L；其次是浮島區(qū)，輪蟲類為23個(gè)/L，浮島區(qū)下游的密度最小輪蟲類為17個(gè)/L。春季，錦江河不同采樣區(qū)浮游動(dòng)物組成發(fā)生了變化，均以輪蟲類最多，其中，以浮島區(qū)上游密度最大，輪蟲類為37個(gè)/L；其次是浮島區(qū)下游，輪蟲類為21個(gè)/L，浮島區(qū)的密度最小輪蟲類為19個(gè)/L。

2.3 水質(zhì)變化 錦江河春季3個(gè)區(qū)域水溫為18.5℃，浮島區(qū)上游、浮島區(qū)、浮島區(qū)下游的透明度分別為172cm、184cm、187cm，pH值分別為6.43、6.87、6.12；秋季3個(gè)區(qū)域水溫為3 討論

3.1 人工植物浮島設(shè)置對浮游生物的抑制作用 浮游生物由浮游植物和浮游動(dòng)物組成，是水生生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。浮游植物是水域的初級(jí)生產(chǎn)者，而浮游動(dòng)物作為水域生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中的次級(jí)生產(chǎn)者，其種類和數(shù)量的變化均會(huì)影響水生生物的分布和豐度產(chǎn)生。不同類群對水環(huán)境變化的敏感性和適應(yīng)能力各不相同，因此，利用浮游、動(dòng)植物群落結(jié)構(gòu)和生物量變化以及優(yōu)勢種分布情況監(jiān)測評價(jià)水環(huán)境具有重要的應(yīng)用價(jià)值[12]。2016年2—6月的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，錦江河浮島試驗(yàn)區(qū)的浮島區(qū)上游、浮島區(qū)及浮島區(qū)下游的浮游生物的密度由低到高均為：浮島區(qū)上游>浮島區(qū)>浮島區(qū)下游。可見，人工植物浮島的設(shè)置在一定程度上抑制了浮游生物的生長、繁殖，這與李鋒民等[2]的研究相一致。因此，人工植物浮島的設(shè)置具有防止和緩解水體富營養(yǎng)化的功能。

3.2 人工植物浮島在錦江河試驗(yàn)區(qū)水體的作用 人工植物浮島類似于水上花園，通過不同植物的搭配，營造水上景觀，達(dá)到水上種花、水下養(yǎng)魚的觀光模式。人工植物浮島在水體中不僅具有景觀的作用，更重要的是對浮島下水質(zhì)的凈化作用，即通過人工浮島根系的吸收和吸附作用，富集水中的N、P等元素，降解、富集其他有毒有害物質(zhì)，使得水中總氮、總磷含量有所降低。當(dāng)植株可以收割時(shí)，且以收獲植物體的形式將其搬離水體，從而達(dá)到變廢為寶、凈化水質(zhì)、保護(hù)水域的目的。另外，選用作為人工浮島的沉水植物可釋放氧氣，水生植物為了滿足淹沒于水中的根部的呼吸需要，通過體內(nèi)發(fā)達(dá)的通氣系統(tǒng)使氧氣從莖葉向根處轉(zhuǎn)移，呼吸消耗剩余的氧氣就會(huì)直接釋放到水中，從而增加水體中溶解氧的含量，形成良好的根際微生態(tài)環(huán)境和葉片微生態(tài)環(huán)境。同時(shí)，根系也可以作為微生物附著的良好界面，水生植物與微生物協(xié)同凈化[13]，再加上浮島中底棲動(dòng)物的濾食作用，可以從多個(gè)方面起到凈化作用。因此，建設(shè)人工植物浮島作為一種廉價(jià)的污水處理手段，極具應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]李英杰，金相燦，年躍剛，等.人工浮島技術(shù)及其應(yīng)用[J].水處理技術(shù)，2007，33（10）：49-51.

[2]李鋒民，胡洪營.蘆葦抑藻化感物質(zhì)的分離及其抑制蛋白核小球藻效果研究[J].環(huán)境科學(xué)，2004，25（5）：89-92.

[3]武琳慧，吳林林，黃民生.人工浮床及其在污染水體治理中應(yīng)用進(jìn)展[J].凈水技術(shù)，2006，25（4）：8-9.

[4]王鶴霏，賈艾晨，張曉東，等.人工浮島對城市景觀用水水質(zhì)凈化效果的研究[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2013，39（5）：14-17.

[5]張騰飛，陳勤.生態(tài)基和人工浮島在杭州河道治理工程中的應(yīng)用[J].廣東化工，2012，40（4）：132-135.

[6]TANNER，C.C.，TOM，H. Floating treatment wetlands-an innovative solution to enhance rem oval of fine particulates，copper and zinc[C]//In Stormwater Conference，National Institute of Water&Atmospheric Research，2008.

[7]宋思銘，張振明，余新曉，等.植物人工浮島對濕地污染物凈化效果研究[J].水處理技術(shù)，2011，37（6）：121-124.

[8]章宗涉，黃祥飛.淡水浮游生物研究方法[M].北京：科學(xué)出版社，1991.

[9]韓茂森，束蘊(yùn)芳.中國淡水生物圖譜[M].北京：海洋出版社，1995.

[10]鄧堅(jiān)，李怡庭，林祚頂，等.中國內(nèi)陸水域常見藻類圖譜[M].武漢：長江出版社，2012.

[11]陳櫞，龍勝興，宴妮，等.貴陽市（兩湖一庫）浮游生物多樣性及常見種圖集[M].貴州：貴州科技出版社，2011.

[12]姜作發(fā)，唐富江，黃崇智，等.黑龍江水系主要江河浮游動(dòng)物種群結(jié)構(gòu)特征[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，34（4）：64-66.

[13]李金中，李學(xué)菊.人工沉床技術(shù)在水環(huán)境改善中的應(yīng)用研究進(jìn)展.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，25（增刊）：825-830.

（責(zé)編：張宏民）