苏北农村地区枯竭河床生态恢复方法研究

赵梦娴，董 桥，陈泽雨，肖 扬

（徐州工程学院，江苏 徐州 221000）

农村土地利用方式的改变和工业化规模的扩大，导致农村需水量激增，降低了水资源承载能力和水环境承载能力，严重损害了农村河流生态健康，导致农村河流濒临枯竭。在社会经济发展及人们的生产生活过程中，农村已经枯竭的河床的整治，成为了整治农村生态环境的重点部分[1]。河流生态系统在生物圈物质循环过程中担任着重要角色，承担着调节气候、改善生态环境及维护生物多样性等众多功能，因此对河流生态系统的各种恢复措施进行可行性研究，具有重大意义。

恢复河流生态系统的健康，是指通过生物技术工程等手段对正逐渐干涸或已枯竭的河流进行修复或重建。采用微生物技术修复污染水体，可以最大程度地克服传统物化方法的缺点，且微生物具有资源丰富、实地操作性强等优点，成为水污染修复的研究热点。

随着研究的扩展与深入，人们发现植物也具有很好的修复效果，并且植物物种优势更为明显：来源丰富、易培养、具有观赏价值及可用于制备饲料或沼气发电等。本文将植物-微生物联合修复技术应用于实验室模拟河床生态恢复，并初步应用于所选河道，验证其实用性。

1 农村河流现状

近年来，国民经济迅速发展，人口急剧增长，国家政策支持乡镇企业大规模发展，在环保方面未给予足够重视，更由于技术原因，污水处理能力薄弱，污水排放难以达到地标乃至国标，导致农村地区河流污染现象较为严重，部分河流呈现富营养化状态。河流中氨氮、生化需氧量、化学需氧量、氟化物、总磷和挥发性物质等参数超标，且有明显恶化趋势。另外，各项水利工程的建设，造成了生态流量不足，河流形态表现出不连续性，部分河流甚至出现断流的情况。农村生活废弃物处理不及时，垃圾倾倒，导致河床发生变化，加速河流枯竭。

2 生态恢复方法

结合农村河流枯竭现状，通过对半枯竭河床生态恢复问题进行实际分析验证，本文提出以下解决方式。

2.1 固废处理

针对农村生活废弃物处理不及时，导致垃圾堆积，导致河床发生变化，加剧河流枯竭这个严重的问题，需要重视城市和农村固体废弃物的处理。河流在参与生态循环过程中，由于人们环保意识的淡薄，生产生活中产生的固体废物倾倒到水体中，影响水生生物的生长。根据《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》的分类，固废分为城市生活垃圾、工业固体废物、危险废物。在农田生态系统中，农业生产生活产生的农药固废排入水体，超出水体自身净化能力，造成水体富营养化，BOD、COD显著增高，水生动物死亡，水体恶臭，失去生态循环功能。因此，在恢复水体生态之前，首先对固废进行处理，使得该河床处于生态恢复过程中，不受固废处理影响。

2.2 土壤检测

由于水体与土壤底泥之间存在着动态平衡，所以本项目采用土壤检测确定该河道原有底泥是否适合进行生态再生，如果不适合，对河道进行底泥覆盖。对该项目河床土壤土质环境进行检测，检测结果显示，土壤的酸碱度、矿物质含量等指标均在生态再生恢复范围内，因此无需进行重新覆土。

2.3 水体恢复

枯竭河床生态恢复最重要的问题是水体恢复，而植物和微生物在水质环境修复枯竭河床生态恢复中起着重要作用。植物修复是指利用植物及其根际圈微生物体系的吸收、挥发、转化和降解等作用机制，清除环境中污染物质的一项新兴污染环境治理技术。植物在生长过程中将有机物吸收到其体内进行降解，或通过根分泌物直接或间接地在根部将其降解，利用根际圈微生物，比如菌根、根际圈细菌等将其降解。作物根系广泛地分布蔓延在土壤中，形成特殊的根际微生物生境，把土壤分为根际土壤和非根际土壤，并且发现根际土壤耗氧量要显著高于非根际土壤[4]。借助植物治理富营养化水体具有多重优点，治理效果明显，是环境修复的重要手段。但该方法也存在一些缺陷，比如植物生长周期短，对气候的依赖性较强，植物体死亡后需要进行人工收割，否则腐烂后产生的有机物可能会造成水质的进一步恶化。

与植物修复类似，微生物在水体修复过程中亦存在一些不足，微生物在生长发育过程中，对温度、pH等周围环境因素有严格要求，并且在微生物发挥作用过程中存在周期性生长等现象，修复效率不高、需菌量大，还有部分菌有致病性或会产生某些有毒有害物质。综合分析植物与微生物在水体生态修复中的优、缺点，本实验采取植物-微生物共代谢的方式进行。在植物生长过程中，通过根系为微生物提供必要的生活场所；同时，微生物旺盛生长，增强了对污染物的降解，使植物有更加优越的生长空间，植物-微生物共代谢促进污染物的快速降解、转化。

因此本文从植物-微生物共代谢系统角度出发，综述植物-微生物共代谢系统对水体环境的净化效果及机理。对于植物生态修复，根据其在水体中的生长层位将植物分为挺水植物、浮游植物和沉水植物。而沉水植物作为主要初级生产者，在水生生态系统中有着不可替代的作用。当沉水植物丰富时，水体表现为水质清澈、溶解氧高、藻类密度低、生物多样性高等特点，比如菹草、苦草、金鱼藻、眼子菜、狐尾藻和黑藻等。

在净化水质的过程中，沉水植物通过吸附水体中生物性和非生物性悬浮物质，提高水体透明度，改善水下光照条件，增加水体溶解氧，以及吸收固定水体和底泥中的N、P等营养素。为了适应水中的生活，沉水植物的茎、叶都具有很强的吸收功能，能明显地去除水体中N、P等营养物质。在4种生态型水生植物中，沉水植物对富营养化湖水的净化能力最强。沉水植物可以增加水体中的溶解氧，促使水体形成弱碱环境。中小型河流中恢复沉水植物前，一般要控制草食性鱼类的数量，以使种植的沉水植物能迅速定居，并扩大种群规模。目前恢复沉水植物时，通常选用易存活、生长快、繁殖能力强的种类作为先锋植物。但沉水植物过度生长也会产生一些较为严重的后果，应进行合理调控。调控时，可采取适当措施抑制先锋物种的生长和扩散，促进后来物种的生长与繁殖，改善群落结构，丰富物种多样性。根据水质情况与沉水植物的恢复情况，引入草食性动物，促使水体生成以生物调控为主、能基本自我维持平衡的生态系统。

最后再引入水源，该水源能够达到实验水质要求，引入模拟生态河床进行第二阶段的生态恢复，分析实验数据进行改进，形成河床生态恢复可持续发展方案。

2.4 其他辅助措施

此外，在陆生生物和水生生物的过渡区，可以种植一些比较适合在当地生长的灌木及各类花草。结合乔灌草分层排布方法，合理地配置乔灌草之间的比例，形成更多自然的河流生态空间，真正发挥当地居民生活活动的场地的功能。

3 实验室模拟河床

本文通过实地考察及实验室模拟枯竭河道的初步生态恢复[2-3]，设计农村枯竭河床生态恢复的主要方案及其包含的各种所需条件，包括所用生态的各种基数。对一个枯竭河床进行生态改造时，外在影响因子的数量决定实验的严谨性，我们在前人的基础上利用外来水源、投入实验菌种植物，并将实验结果推广到实际河流。

3.1 实验材料及设备

实验水体：于徐州市新城区新元大道附近河流采样。

沉水植物的选择：根据河流的现状、河流的功能、植物的适应力、净化功能、观赏和渔业价值而定。

土著种；

生长速度快、耐污性强：例如黑藻、五刺金鱼藻、苦草、菹草；

易采购；

可利用：从饲料、绿肥、药用等方面考虑；

季节性：要进行季节间搭配，菹草和伊乐藻为冬季种；景观效果。

根据该河的特点，将苦草、狐尾藻、菹草作为试验植物。

光合细菌：通过市场购置，每毫升菌液含菌体数为8亿～10亿个。

实验设备：水质分析仪、便携式溶解氧、温度测量仪、化学耗氧量速测仪等。

3.2 实验方法

植被恢复/重建初期的主要问题：植物群落结构简单，抗干扰能力强；易形成优势群落，稳定性差。

应对方法：丰富物种，达成多样性与复杂性，即冬季种与夏季物种搭配；多年生与一年生物种搭配；空间结构优化，兼顾景观美化性。

3.3 测定项目与方法

水体中总氮、总磷、COD和BOD的值，其测定的具体步骤和方法详见《水和废水监测分析方法》第4版。

3.4 实验结果

3.4.1 水温

试验期间对水温实施同步监测，在全过程中，水池的平均水温为25℃，其变化范围为19～27℃。

3.4.2 溶解氧

池塘溶解氧的平均值为2.89 mg/L，变化范围在0.756～

5.243 mg/L之间，溶解氧的变化较大。在实验过程，实验初期有下降趋势，之后溶解氧逐渐上升。

3.4.3 氨氮

测得实验中池塘氨氮不断降低，从初始的1.57 μg/L逐渐下降至0.83 μg/L，结果表明对水质有较强的修复功能。

3.4.4 亚硝酸盐

实验中，亚硝酸盐降解浓度从0.91 μg/L下降至0.57 μg/L。

3.4.5 COD

实验结果显示，COD从最初的23.1 mg/L逐渐下降至18.7 mg/L。

综上所述，本实验对水温影响不显著，对溶解氧量的增长有长期性的促进作用，且能起到降低COD、氨氮和亚硝酸盐的作用。与其他实验方法相比，植物-微生物共代谢系统的修复效果更显著，可将实验结果推广到实际河流。

4 结论

本文通过研究导致苏北农村地区河床枯竭的原因，提出通过土壤检测、固废处理等有针对性的解决方式，减轻周边环境对河流的污染。通过分析植物、微生物各自的优缺点，提出植物-微生物共代谢系统。通过实验室模拟河床，在前人的基础上利用外来水源、投入实验菌种植物，结果表明，植物-微生物共代谢系统对河床有较为理想的修复效果，可将实验结果推广到实际河流，形成河床生态恢复可持续发展方案。

参考文献：

［1］熊文，黄思平，杨轩.河流生态系统健康评价关键指标研究［J］.人民长江，2010，41（12）：7-12.

［2］施安辉，卞建平，韩璠修，等.高效水质净化剂菌种的选育、制剂研制及应用［J］.中国酿造，2010（02）：54-56.

［3］张文东，刘鹏，李二飞，等.生物技术在环境治理中的应用［J］.重庆工商大学学报（自然科学版），2011，28（04）：401-405.

［4］叶征宇，刘孜，甘家洪，等.有机肥施用对烟草根际微生物影响的研究［J］.徐州工程学院学报（自然科学版），2014（3）：80-84.