水体生态浮岛修复技术研究进展作者：王珏 李玲宇 刘金涛 杨学福 黄毅 张治宏 赵平歌来源：《安徽农业科学》2021年第20期 摘要 人类的过度开发利用破坏了自然生态平衡，社会生产力快速发展与水环境有限承载力出现冲突，导致水体污染问题愈加突出。世界各国政府积极推行一系列水生态修复措施来解决水生态环境问题。原位生态修复技术因具有无须转移水体、运行维护成本低、能提高水体自净能力、不易造成二次污染等优点而成为当前的研究热点。生态浮岛修复技术是原位水生态修复技术的一种，主要通过植物根系及其周围所聚集的微生物来吸收和转化水体中过剩的氮、磷等营养成分及污染物。在综述了水生态浮岛修复技术的研究现状的基础上，着重介绍了其分类构成、植物选用、功能强化及对未来的发展前景等，以期为水体生态浮岛修复技术的发展、完善与创新提供参考。 关键词 生态浮岛;水体修复;植物修复
中图分类号 X 52 文献标识码 A
文章编号 0517-6611（2021）20-0010-04
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.20.003
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
生态浮床
Research Progress of Water Ecological Floating Island Restoration Technology
WANG Jue1， LI Ling-yu LIU Jin-tao2 et al （1.China Communications Third Highway Engineering Bureau Co.，Ltd.，Beijing 100304;2. School of Architectural Engineering， Xi’an Technological University，Xi’an，Shaanxi 710032）
Abstract The over exploitation and utilization of human beings destroy the natural ecological balance， and the rapid development of social productivity conflicts with the limited carrying capacity of water environment， which leads to the increasingly prominent problem of water pollution. Governments of all countries actively implement a series of water ecological restoration measures to solve water ecological environment problems. In-situ ecological restoration technology has become a research hotspot because it has the advantages of no need to transfer water， low operation and maintenance cost， improving the self purification capacity of water， and not easy to cause secondary pollution. Ecological floating island restoration technology is a kind of in-situ water ecological restoration technology， which mainly absorbs and transforms the e
xcess nitrogen， phosphorus and other nutrients and pollutants in water through plant roots and the microorganisms gathered around them.
Key words Ecological floating island;Water restoration;Phytoremediation
基金項目 国家重点研发计划（2019yfc0409205）。
作者简介 王珏（1978—），男，山西武乡人，教授级高级工程师，博士，从事路桥工程、工程材料和水环境修复技术研究。*通信作者，刘金涛，副教授，硕士，硕士研究生导师，从事水市政工程研究;杨学福，讲师，博士，从事水源水质污染与风险研究。
收稿日期 2021-01-22
在工业新型化、城镇一体化和农业现代化的快速发展中，由于对污水排放的控制没有跟上步伐，导致大量氮、磷等营养物质和其他类污染物以各种方式流入地表水体中，我国河湖水体出现了不同程度的污染。2015年4月国务院印发了《水污染防治行动计划》，提出到2030年，力争全国水环境质量总体改善，水生态系统功能初步恢复的目标。《2019年中国生态环境状况公报》显示，全国地表水1 931个水质监测断面中，Ⅳ类及以上断面仍高
达25.1%。水环境质量差和水生态受损重等问题严重影响和损害了众健康，不利于经济社会持续发展。
目前，水生态治理技术可分为物理技术、化学技术和生物修复技术三大类。其中，物理方面的治理措施有截污、清淤疏浚、引水冲污、充氧曝气等，该类方法短期见效快，但存在工程量大、处理费用高、破坏河湖生态环境或存在治标不治本等问题。化学方面的治理措施有化学除藻、化学固定等，通过添加化学药剂来氧化或沉淀水体污染物，尽管方法简单、见效快，但也存在投加的化学药剂易造成二次污染的潜在威胁。而生物-生态修复技术是利用植物和微生物等来对水体中的污染物质进行治理，进而增强修复水体的自净能力，是当前水生态修复技术领域的研究热点。生物-生态修复技术主要有生态浮岛、人工湿地、生物操纵和微生物修复等[1-2]，具有成本低、运行维护简单、能够恢复生态系统的优点。
生态浮岛，亦称为生物浮岛、人工浮岛和生态浮床，它通过载体和固定装置将水生植物和培育后的湿生、陆生植物在水面上固定，利用其植物根系与根系周围所聚集的微生物对水中过剩的营养物质及污染物的吸收来净化水体。其水面上的部分可作为野生鸟类的栖
息地，水面下的部分可为鱼类提供不受打扰的生活环境，兼具增加景观美化，提高物种多样性和促进生态系统恢复等功能[3]。生物浮岛的研究始于美国，生态学家Gurney为给加拿大雁增加栖息地，研究并发表了加拿大雁的水上漂浮式人工巢论文。随后国内外学者对生态浮岛进行了有益的探索研究，在河湖治理、黑臭水体、污水厂尾水、养殖水体等方面得到较为广泛的研究和应用[4-5]。
1 生态浮岛的分类、构成及机理
1.1 生态浮岛的分类
生态浮岛技术发展至今，研究人员从结构、净化机理等深入研究并不断强化性能，其种类颇多。总体上，从浮岛的植物是否与水直接接触可分为干式生态浮岛和湿式生态浮岛两种。其中，干式生态浮岛多是作大型景观及生物栖息地之用;湿式生态浮岛则主要用来净化水质，兼具美化景观的功效，应用比较广泛。从生态浮岛的结构和发展分类，可分为传统式生态浮岛和强化型生态浮岛等。强化型生态浮岛是在传统式生态浮岛的基础上通过增加填料、贝类生物、充氧曝气装置等来增强其水质净化效果，亦有组合式生态浮岛和立体式生态浮岛之称。
1.2 生态浮岛的构成 传统的生态浮岛由载体、植物和固定装置组成。
（1）生态浮岛载体主要作用是为植物和基质等提供浮力，其材料和制作直接影响浮岛的使用寿命和应用范围。根据生态浮岛载体的不同，干式生态浮岛可分为一体式和分体式两种，湿式生态浮岛也可分为有框式、无框式和成套商品式[6] ，如图1所示。其中，有框式和成套商品式湿式生态浮岛较为常用，具有抗风浪能力强，结构简单，使用时间长的优点，但是人工气息比较重;无框式浮岛与自然相融性高，相对景观效果更好，缺点是抗风浪能力弱，使用时间相对较短。
（2）生态浮岛的基质不仅有固定植物和微生物附着挂膜的作用，也有吸收、吸附营养盐辅助植物更好生长的作用。目前，已研究和应用的基质主要有陶粒、火山岩、轮胎颗粒、沸石、膨胀蛭石、活性炭、海绵、碳素纤维球、牡蛎壳、缓释碳源净水基质、水化碳酸钙、阿科蔓生态基、砾石。试验发现，沸石对总氮（TN）的去除存在明显优势，牡蛎壳、水化碳酸钙和轮胎颗粒对总磷（TP）的去除效果更好。相对单纯空心菜浮岛的平均增长倍数2.0而言，如以水化硅酸钙为基质时，在投加量800 mg/L、粒径6目及空心菜数量为2.5株/L时，水化硅酸钙强化空心菜浮岛的植株质量平均增长倍数为2.9[7]。在以空心菜为
种植植物，页岩陶粒、活性炭、膨胀蛭石为基质时，页岩陶粒截污能力较好，性价比最高，空心菜的生长情况最好，其空心菜株高增长量是膨胀蛭石的1.003 6倍，是活性炭的1.114 5倍[8-9]。
（3）生态浮岛的固定方式主要有锚固型、重物型和桩基型3种类型。锚固型是通过锚钩和绳索来固定浮岛的位置，优点是易移动，其稳定性较好。重物型是用绳索将生态浮岛与水底的重物相连使其稳定。优点是简单易操作，且可适应水位变化，缺点是生态浮岛会产生小幅度移动。桩基型则是将木桩在浮岛中间插到水体底泥中来稳定生态浮岛，其缺点是不美观。在水位变化较大、波动性强的水体适用锚固型固定方式，其他较为稳定的景观类水体和封闭性水体适用重物型和桩基型固定方式。
1.3 生态浮岛的机理及作用
生态浮岛的水质净化机理主要有以下几方面：①植物的吸收、吸附作用。通过植物的根茎吸收或吸附水中的氮、磷等营养物质，同化为己用，来降低水中的污染物质的含量。②植物与微生物的协同作用。具有巨大表面积的植物根茎是微生物的良好附着地，在其上形成生物挂膜，且植物根部会释放出氧氣和有机物，植物的根茎周围会形成有氧区域、缺
氧区域和无氧区域交叉，适合多种微生物的生存，加速微生物降解有机污染物的速率。微生物降解大分子物质，又进一步促进了植物对污染物质的吸收。③抑制藻类生长作用。生态浮岛上的高等水生植物会释放出抑制藻类增长的化感物质，减少水体中藻类。④基质的吸收和吸附作用。生态浮岛的基质会吸收或吸附一定的污染物质，基质表面也会附着聚集微生物形成生物膜来处理水中污染物。⑤减少藻类光合作用。生态浮岛在水面上的覆盖会使藻类减少一定的光合作用，使藻类的增长速度有一定程度的减慢[10]。
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