利用浮游生物变化分析人工植物浮岛在治理锦江河中的作用

梁正其 李明刚 巴家文

摘 要：目的：了解人工植物浮岛在锦江河中的净化效果，通过浮游生物变化分析人工植物浮岛在治理锦江河中的作用。方法：在铜仁市锦江河市区段以美人蕉、菖蒲、空心菜为材料设置人工植物浮岛，5个月后对浮岛区、非浮岛区的浮游动、植物及其他主要水质指标等进行检测。结果：水体经过浮岛区后，水质净化效果较明显，浮游生物数量明显下降，各区域浮游生物数量为：浮岛区下游<浮岛区<浮岛区上游，经浮岛处理后的水体，总氮（TN）和总磷（TP）的去除率分别为13.61%和14.29%，水体pH值和透明度上升。结论：人工植物浮岛明显改善了锦江河的水质状况，同时对于锦江河水体中浮游生物的群落结构有一定的调控作用。

关键词：锦江河；人工植物浮岛；浮游生物；水质净化

中图分类号 S964 文献标识码 A 文章编号 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

锦江河国家级水产种质资源保护区位于贵州省铜仁市境内，其所处的锦江河发源于贵州省梵净山南麓，属沅水一级支流，途经麻阳郭公坪、锦和、高村、吕家坪等13个乡镇，河流呈南北走向，南高北低，河流宽度在50～100m之间，深度在30～50m，2009年被评为特有鱼类国家级水产种质资源保护区，是铜仁市人民的母亲河。一段时间以来，由于各方面的原因，造成锦江河水质逐渐变差，为此铜仁市投入了大量的经费进行截污沟维护、改造及沿岸生活污水的治理，并通过增殖放流投放鲢、鳙鱼，设置人工植物浮岛等进行水生态治理，以改善锦江河的水环境状况。

人工植物浮岛又称水生植物生态浮岛、人工浮床，是一种长有水生植物或陆生植物、可为野生生物提供暂时栖息的飘浮岛[1]。在水体中设置人工植物浮岛，浮岛上的水生植物利用表面积很大的植物根系吸附水体中的氮、磷等物质，净化被污染水体水质；其中，部分浮岛植物如风眼莲、水花生、金鱼藻、石菖蒲等在生长过程中能分泌克藻化学物质[2]，除净化污染水质，防止水华功能外，人工浮床还为高等水生动植物及鸟类提供了良好的栖息地，有利于增加水体生物多样性，促进生态恢复[3]。近年来，国内外学者利用人工浮导对河道污染治理、城市污染水体修复和营造城市水上生态景观进行了许多研究，如王鹤霏、张腾飞分别利用人工浮岛对城市景观用水水质净化效果和在河道治理中的研究[4-5]；Tanner等通过对人工浮岛去除微粒、铜和锌的研究发现，人工浮岛对Cu和Zn的去除率大约分别为3.8～6.4mg/（m2·d）和25～88mg/（m2·d）[6]；宋思铭等在利用植物人工浮岛处理湿地污染水质，发现长有植物的人工浮岛对水体中的总磷、磷酸盐、总氮、硝酸盐和COD去除效果较好，其去除率分别为75.0%、72.7%、7.2%、95.8%、32.5%，浮岛周围的藻类几乎没有[7]。本试验综合氮磷指标及浮游生物变化，研究了人工植物浮岛对锦江河水质及浮游生物变化的影响，以探讨人工植物浮岛在自然水域中的作用，旨在为锦江河的水质治理提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 浮岛组装及采样点设置 锦江河人工植物浮岛属水质净化类型，浮体为高密度聚乙烯，正方形，边长33cm，高20cm，浮体间通过专用链接扣相连，在浮体内装进一个放有基质的塑料花盆，浮体外框架结构是以高分子化合物聚氯乙烯制成的塑料管（直径15cm左右）制成，浮岛整体组装完成后，四周用PCV管固定，就构成了人工植物浮岛。浮岛上的植物主要有美人蕉、空心菜、菖蒲等。该人工浮岛系于2016年采用浮体组装的，构成框架式浮岛，能随着水位变化上下浮动，浮岛两端用绳索固定，使浮岛浮游于锦江河市区河道曹洪渡口水域沿岸。根据锦江河河流情况，在锦江河铜仁市城区的曹洪渡口，按照浮岛区上游、浮岛区和浮岛区下游共设5个采样点。其中，浮岛区上游设立1个点，浮岛区设立3个点，浮岛区下游1个点（如图1所示），2016年2—6月对采样点进行采样。

1.2 样品采集与处理 （1）浮游生物测定定性样品用25号浮游生物网在样点区采集，然后装入采样瓶固定，带回实验室在10×40倍光学显微镜下观察分类；定量样品用2 000mL有机玻璃瓶采水器在水域上层、中层、下层采样，浮游植物样品采集时，分别采取各层河水2 000mL，倒入桶内混匀，取出其中1 000mL固定后带回实验室后，静置沉淀24h后浓缩至50mL供镜检。然后摇匀取出水样，取出0.1mL样品，利用浮游植物分析框在10×40倍光学显微镜下进行，浮游植物分类鉴定均依照《淡水浮游生物研究方法》[8]和《中国淡水生物图谱》[9-11]。（2）水质主要理化指标的测定：TN采用过硫酸钾氧化，紫外分光光度法测定；TP采用钼锑抗分光光度法测定；NH4-N采用纳氏试剂比色法测定。

2 结果与分析

2.1 浮游植物组成及密度变化 在锦江河人工植物浮岛实验区共鉴定出浮游植物79种，隶属于6门15目28科37属，其中硅藻门13属31种，绿藻门15属25种，蓝藻门4属9种，裸藻门3属7种，甲藻门1属5种，隐藻门1属2种。以小环藻和颤藻、脆杆藻为优势种。秋季，采样区均以硅藻门最多，其次是蓝藻门。但不同采样区浮游植物的密度不同，其中，以浮岛区上游密度最大（硅藻门为14.92×104cell/L，蓝藻门为8.93×104cell/L）；其次是浮岛区（硅藻门为12.18×104cell/L，蓝藻门为5.48×104cell/L），浮岛区下游的密度最小（硅藻门为12.07×104cell/L，蓝藻门为4.97×104cell/L）。春季，锦江河3个采样区藻类组成发生了变化，浮岛区上游以硅藻门的密度最高，为11.21×104cell/L，甲藻门次之，为5.82×104cell/L；浮岛区以硅藻门最高，为10.18×104cell/L，甲藻门次之，为6.28×104cell/L；浮岛区下游也以硅藻门最高，为9.31×104cell/L，甲藻门次之，为6.71×104cell/L（表1）。

2.2 浮游动物组成及密度变化 在锦江河人工植物浮岛实验区共鉴定出浮游动物39种，隶属于原生动物、轮虫类、枝角类、桡足类4大类。其中原生动物12种，轮虫类19种，枝角类4种，桡足类4种。秋季，锦江河不同采样区浮游动物的密度不同，其中，以浮岛区上游密度最大，原生动物类为61个/L；其次是浮岛区，轮虫类为23个/L，浮岛区下游的密度最小轮虫类为17个/L。春季，锦江河不同采样区浮游动物组成发生了变化，均以轮虫类最多，其中，以浮岛区上游密度最大，轮虫类为37个/L；其次是浮岛区下游，轮虫类为21个/L，浮岛区的密度最小轮虫类为19个/L。

2.3 水质变化 锦江河春季3个区域水温为18.5℃，浮岛区上游、浮岛区、浮岛区下游的透明度分别为172cm、184cm、187cm，pH值分别为6.43、6.87、6.12；秋季3个区域水温为3 讨论

3.1 人工植物浮岛设置对浮游生物的抑制作用 浮游生物由浮游植物和浮游动物组成，是水生生态系统的重要组成部分。浮游植物是水域的初级生产者，而浮游动物作为水域生态系统食物链中的次级生产者，其种类和数量的变化均会影响水生生物的分布和丰度产生。不同类群对水环境变化的敏感性和适应能力各不相同，因此，利用浮游、动植物群落结构和生物量变化以及优势种分布情况监测评价水环境具有重要的应用价值[12]。2016年2—6月的调查发现，锦江河浮岛试验区的浮岛区上游、浮岛区及浮岛区下游的浮游生物的密度由低到高均为：浮岛区上游>浮岛区>浮岛区下游。可见，人工植物浮岛的设置在一定程度上抑制了浮游生物的生长、繁殖，这与李锋民等[2]的研究相一致。因此，人工植物浮岛的设置具有防止和缓解水体富营养化的功能。

3.2 人工植物浮岛在锦江河试验区水体的作用 人工植物浮岛类似于水上花园，通过不同植物的搭配，营造水上景观，达到水上种花、水下养鱼的观光模式。人工植物浮岛在水体中不仅具有景观的作用，更重要的是对浮岛下水质的净化作用，即通过人工浮岛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质，使得水中总氮、总磷含量有所降低。当植株可以收割时，且以收获植物体的形式将其搬离水体，从而达到变废为宝、净化水质、保护水域的目的。另外，选用作为人工浮岛的沉水植物可释放氧气，水生植物为了满足淹没于水中的根部的呼吸需要，通过体内发达的通气系统使氧气从茎叶向根处转移，呼吸消耗剩余的氧气就会直接释放到水中，从而增加水体中溶解氧的含量，形成良好的根际微生态环境和叶片微生态环境。同时，根系也可以作为微生物附着的良好界面，水生植物与微生物协同净化[13]，再加上浮岛中底栖动物的滤食作用，可以从多个方面起到净化作用。因此，建设人工植物浮岛作为一种廉价的污水处理手段，极具应用价值。

参考文献

[1]李英杰，金相灿，年跃刚，等.人工浮岛技术及其应用[J].水处理技术，2007，33（10）：49-51.

[2]李锋民，胡洪营.芦苇抑藻化感物质的分离及其抑制蛋白核小球藻效果研究[J].环境科学，2004，25（5）：89-92.

[3]武琳慧，吴林林，黄民生.人工浮床及其在污染水体治理中应用进展[J].净水技术，2006，25（4）：8-9.

[4]王鹤霏，贾艾晨，张晓东，等.人工浮岛对城市景观用水水质净化效果的研究[J].环境保护科学，2013，39（5）：14-17.

[5]张腾飞，陈勤.生态基和人工浮岛在杭州河道治理工程中的应用[J].广东化工，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]宋思铭，张振明，余新晓，等.植物人工浮岛对湿地污染物净化效果研究[J].水处理技术，2011，37（6）：121-124.

[8]章宗涉，黄祥飞.淡水浮游生物研究方法[M].北京：科学出版社，1991.

[9]韩茂森，束蕴芳.中国淡水生物图谱[M].北京：海洋出版社，1995.

[10]邓坚，李怡庭，林祚顶，等.中国内陆水域常见藻类图谱[M].武汉：长江出版社，2012.

[11]陈橼，龙胜兴，宴妮，等.贵阳市（两湖一库）浮游生物多样性及常见种图集[M].贵州：贵州科技出版社，2011.

[12]姜作发，唐富江，黄崇智，等.黑龙江水系主要江河浮游动物种群结构特征[J].东北林业大学学报，2006，34（4）：64-66.

[13]李金中，李学菊.人工沉床技术在水环境改善中的应用研究进展.农业环境科学学报，2006，25（增刊）：825-830.

（责编：张宏民）