生态浮岛修复关键技术研究进展

摘要：指出了生态浮岛修复是一种将水生植物种植在具有浮力的装置上，通过水生植物吸收并净化水中污染物的技术，在污染河流、湖泊、水库的治理中应用广泛。对生态浮岛修复的分类、发展历程、关键技术进行了总结与分析，并进行了生态浮岛修复技术发展的展望，提出了植物越冬、浮床材料、植物残渣处理是生态浮岛修复技术未来的研究重点。

关键词：生态浮岛；水体修复；技术进展；展望

中图分类号：X171.4

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）16-0035-02

1 引言

随着国民经济快速发展、城镇化加速以及人口膨胀，我国面临着十分严峻的环境形势，水污染问题尤其突出。当前，我国10大主要河流流域中，国家控制断面Ⅳ类～劣Ⅴ类水质的比例达到28.3%，国家控制重点湖泊（水库）污染率接近39.3%[1]，污染形势非常严重。传统的水体修复技术多采用物理或化学的方法进行处理，存在投资大、处理效率低，容易破坏水体生态系统并造成二次污染等问题，很多时候治理效果并不理想。

生态浮岛修复技术又名“人工生物浮床”、“人工浮岛”、“水面种植”以及“浮床无土栽培”[2]，在各种污染水体的治理中应用广泛，具有操作简便、成本低、净化效率高、治理效果好及环境风险低等优点[3，4]。

2 生态浮岛的种类

2.1 干式生态浮岛

按照植物与水是否接触，可以将生态浮岛划分为干式和湿式两种类型[5]。干式生态浮岛上的植物与水体不直接接触，而是通过植物与水体间的介质对植物进行固定及营养传输。这种浮岛的浮力比较大，上面可以栽种大型植物，能够为鱼类和鸟类提供更大的栖息空间，但这种浮岛上的植物由于没有直接与水体接触，因而净化能力有限。此外，这种浮岛由于承载的重量巨大，使用的材料及制造技术较为复杂，成本很高，故其一般不以净化水体为主要目的，而是主要用于改善景观、提供鱼类产卵场所和鸟类栖息地。

2.2 湿式生态浮岛

湿式生态浮岛上的植物直接与水体接触，通过根系吸收水中的营养物质。湿式生态浮岛发展到如今一共经历了4代技术：第一代，以竹子、木材等搭建，此种生态浮岛造价低廉，但净水效果差，寿命短，并且难以维护；第二代，是泡沫板材或泡沫板材加金属固定件产品，此种生态浮岛制造工艺简单、造价低，但强度不足，在水面一旦遇到大风会造成金属固件与泡沫分离，而且泡沫本身属于白色污染，如果脱落到水中会造成二次污染，所以目前已基本停用；第三代，是PE产品，这种浮岛面积在10～20 m2左右，有环形漂浮装置和植物种植篮，此种生态浮岛虽然能够克服第一代、第二代的缺点，但是不同制造商生产的浮岛产品质量和寿命不一，行业标准有待建立；第四代，是新材料浮岛，使用生态环境友好型材料建造，这种材料本身为中空管状结构，能够形成很好的水体微动力循环，且植物根系还可和浮岛材料融为一体，但由于材料专利壁垒，在国内极少应用，售价很高。

3 生态浮岛修复技术的发展历程

3.1 国外发展历程

生态浮岛技术雏形在1950年代就已经产生了，当时被用来为鱼类产卵提供礁石。最早的生态浮岛是德国于1979年制造[6]，随后在日本及欧美发达国家推广使用，并进行了深入的科学研究和工艺改进，取得了一定的成果。例如：1982年开始，日本慈贺县琵琶湖建造生态浮岛[7]。1995 年日本研究者在土浦市大岩田进行一次隔离水域试验，试验结果表明，在生态浮岛占有率只有25%的条件下，削减了94%的浮游植物细胞数，而且有浮岛的水域COD 浓度比对照水域减少50%[8]。到20世纪90年代中期生态浮岛已被日本科学家广泛认可[9]。

3.2 国内发展历程

我国学者自20世纪80年代起对生态浮岛技术开展了一系列研究。宋祥甫[10]等人将水稻种植在生态浮岛上，稻谷产量可观，不仅收获了农产品、美化了水域景观，还能去除水体中导致富营养化的氮、磷元素。马立珊[11]、郭蔚华等人的实验也证明了生态浮岛可以有效去除富营养化水体的氮、磷。生态浮岛技术在我国也有了实际应用的例子，例如：湖北省最大的淡水湖泊梁子湖治理过程中，共建造了3个旋转嵌入式生态浮岛，利用水体运动和空气流动的能量推动生态浮岛旋转而提高植物、动物与微生物修复水体的效率，经过一段时间发现工程区内水体的浊度逐渐降低，营养盐的浓度大幅下降，而且植物的根系变大，形成微生物膜吸附了大量的污染物。生态浮岛工程可显著改善工程区内的水环境。云南在滇池草海生态修复工程中应用生态浮岛技术，达到净化水体水质、清除蓝藻、提高生物多样性和改善滇池自然生态景观自身的生态修复功能。自20世纪90年代以来，国内利用生态浮岛技术在大型水库、湖泊、河道、运河等不同水域，成功种植46个科的130多种陆生植物[12，13]，美人蕉、旱伞草等花卉比在陆地种植取得了更好的群体和景观效果。

4 生态浮岛修复关键技术

4.1 浮床材料选择和制作技术

浮床材料选择和制作技术决定了生态浮岛是否具有耐久性、经济性等特点，还要兼顾浮力、环境敏感性、稳定及灵活性。通过多年发展，已经发展出了四代浮床，从最初的竹子加木板浮床到泡沫浮床，再到PE材质浮床以及最近开发的可以和植物根系融为一体的新材料浮床[14]，浮床的制作材料及工艺朝着降低成本的方向发展，同时也朝着建设生态文明所倡导的方向发展。

4.2 植物遴选技术

种植什么植物对生态浮岛净水功能起着决定性作用，所选择的植物必须具有生物量大的特点，同时又要能适应浮岛周围环境，从而可以吸收更多的水体污染物，改善水质。目前，各国技术人员经过长期植物筛选及育种研究，已经选育出一批可以适宜于不同地区、不同季节、不同水体、不同功能及不同需求的生态浮岛植物品种[15]，并对植物进行季节搭配、种属搭配、景观搭配、确保生态浮岛全年都能发挥作用。

4.3 植物栽培技术

作为生态浮岛的关键技术之一，植物栽培技术经各国技术人员长期深入的研究，已经取得了一系列成果。针对浮床的特点，可以选择与之相适应的植物。植物的种植方式上，可以混合种植、四季搭配种植，将对水体的修复和美化效果发挥到极致。

4.4 植物残渣处理技术

由于植物季节性枯萎及落叶，生态浮岛每年都会产生大量植物残渣，如果不及时处理，就会在水中腐烂分解，植物吸收的营养物质和污染物又会重新回到水体，造成二次污染。各国技术人员对植物残渣处理技术进行了深入研究，研究主要从两个方面进行：第一，通过饲料深加工技术将生态浮岛产生的植物残渣转化为富含蛋白质和糖类的动物饲料；第二，通过微生物发酵技术将植物残渣分解转化成富含腐殖质和氮、磷、钾等营养元素以及铁、硼、锰、铜、锌、钼等微量元素的有机肥。

5 生态浮岛修复技术展望

生态浮岛修复技术相对于传统的水处理方法具有显著优势，进一步推广这项技术有利于我国“生态文明”建设，但这项技术也存在一些问题，逐步解决这些问题，使生态浮岛修复技术更加完善是这一技术未来发展的重点。

（1） 植物越冬问题。生态浮岛的实际应用多在春季到秋季之间，越冬浮岛植物的种类比较少，因此，必须加强越冬浮岛植物的遴选工作，采用作物育种技术培育出更多可以越冬、净化能力强的浮岛植物。

（2） 浮床材料问题。虽然浮床材料现在已经发展到了第四代，但依然有很大的改进空间，特别是当今材料科学日新月异，完全可以引进更多新材料进行试验，寻找更耐用、生物适应性更强、综合成本更低的第五代甚至第六代浮床材料。

（3） 植物残渣处理问题。当前的植物残渣处理技术人工成本较高，未来可以着力提高植物残渣处理的自动化程度，开发对应的机械进行集中收集处理。

参考文献：

[1]张 晓. 中国水污染趋势与治理制度[J]. 中国软科学， 2014（10）： 11～24.

[2]张莹琦， 贺菊花， 程刚. 生态浮岛技术用于河湖污染修复研究进展[J]. 环境科学与管理， 2015， 40（6）： 138～142.

[3]唐艺璇. 杭州市富营养化河道生态浮岛修复的植物选择与示范[D]. 杭州： 浙江大学， 2011.

[4]吴 芳， 王 晟. 富营养化湖泊原位生物治理技术研究进展[J]. 环境科学导刊， 2010， 29（1）： 49～52.

[5]黄 薇， 张 劲， 桑连海. 生物浮岛技术的研发历程及在水体生态修复中的应用[J]. 长江科学院院报， 2011， 28（10）： 37～42.

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[8]Nakamura K， Shimatani Y. Water Purification and Enviromental Enhancement by the Floating Wetland[C]∥Proceedings of the 6th IAWQ Asia-Pacific Regional Conference in Korea. Korea，1997.

[9]张 晋. 人工浮岛技术对微污染水源水净化作用的试验研究[D]. 重庆， 重庆大学， 2010.

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[11]马立珊， 骆永明. 浮岛香根草对富营养化水体氮磷去除动态及效率的初步研究[J]. 土壤， 2000， 35（2）： 99～101.

[12]朱联东. 人工浮床栽培植物生长特性及吸收氮磷能力研究[D]. 武汉： 湖北大学， 2010.

[13]卢进登， 帅方敏等. 人工生物浮岛技术治理富营养化水体的植物遴选[J]. 湖北大学学报（自然科学版）， 2005， 27（4）： 402～404.

[14]杨凤娟. 不同工艺生态浮床技术对污染水体的净化效果、机制及示范研究[D]. 广州： 暨南大学， 2011.

[15]由文辉， 刘淑媛， 钱晓燕. 水生经济植物净化受污染水体研究闭[J]. 华东师范大学学报（自然科学版）， 2000， 34（1）： 99～102.

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