南京市内秦淮河水葫芦生态修复潜力分析.pdfVIP

南京市内秦淮河水葫芦生态修复潜力分析 高桂枝 卢海龙 陈 晨 刘士鑫 孔庆刚 南京信息工程大学环境科学与工程学院 江苏南京 210044 摘要 对内秦淮河水质污染及水葫芦的生态修复情况 结果表明 内秦淮河总体为 水质 以 BOD 总磷 总氮污染为主 而且总磷 总 氮严重超标 水体富营养化的趋势严重 在内秦淮河上游和排污口的适当地方用网隔引种水葫芦覆盖面积占水域总面积的 30 每年最 低可净去除所在水体中氮 11 2 t 磷 1 8 t 有机质 497 t COD 396 t 另外 水葫芦还可吸收水体中金属离子 过滤水体浮游颗粒物等 总 体上 水葫芦改善水质效果明显 如此连续种植数年 完全可以改善内秦淮河水体 建议在内秦淮河水体治理时 可采用生物 生态修 复相结合的技术 实现内秦淮河有效的自治能力 关键词 水葫芦 治理 水污染 内秦淮河 中图分类号 S 555 5 文献标识码 A 文章编号 0517 6611 2010 33 18945 03 PotentialAnalysis of Restoring the Ecology ofEichhornnia crassipe in InternalQinhuaiR iver inNanjing GAO Gui zhi et al School of Environment Treatmen t W ater pollution InternalQinhuaiRiver 基金项目 江苏省高校大学生创新实践课题 08cx0007 08cx0006 作者简介 高桂枝 1957 女 山西兴县人 教授 从事生物农药 环 境化学方面的研究 收稿日期 2010 08 30 直至 20世纪 50年代 秦淮河的水还是可以淘米 洗菜 和游泳的 然而近几十年 由于大量生活污水排入秦淮河 致 使水质恶化 BOD 氨氮 总磷等指标严重超标 昔日吸引全 国雅士的名水成为沿岸居民怨声载道的臭渠 南京市政府 在治理秦淮河工程上投过重资 花费过大量物力 然而一直 是使用疏挖底泥 引水冲淤等物理方法 虽然短期见效 却治 标不治本 只是人为治理 没有恢复生态自然功能和水体自 净能力 笔者在 2008 2009年 分 4季测定了内秦淮河段水 质污染指标 并根据秦淮河的特点 经过分析提出了秦淮河 治理工程中 控制外源污染负荷与生态修复相结合建议 以 期为国内旅游景区用生态方法水治理污染提供参考 也为相 关部门进行城市美化等提供科学依据 秦淮河是一条历史悠久的天然河流 全长 110 km 流域 面积达 2 631 km 2 秦淮河有内 外秦淮河之分 内秦淮河位 于南京市城南 城东地区 沿途流经秦淮 建邺 白下 玄武四 区 主 支流全长 25 2 km 汇水面积 24 7 km 2 内秦淮河主流 分为南段 中段 东段及北段 由东水关自护城河入南京城 流经夫子庙 中华门内 门东门西地区 从西水关流出 注入 长江 是南京最繁华之地 素有十里秦淮之称 也是著名风 景河流 内秦淮河的主要功能为饮用水 工业用水 航运 农 田灌溉和景观用水 1 1 材料与方法 1 1 采样 分别于 2008 2009年 3 5 7 10 12月中旬 在 南京秦淮河夫子庙段和浮桥段取水样 具体方法 在河中部 和距河边 1m远的两边河水中取样 深度为 0 5m 将取到的 3个点的水样等量混合后进行测量 监测项目有 pH 值 溶解 氧含量 生化需氧量 氨氮含量 总磷含量 1 2 分析方法 溶解氧 DO 生化需氧量 BOD5 氨氮 NH3 N 测定方法参照吴忠标的方法 2 总磷 TP 测定采 用韦进宝等的方法 3 1 3 评价方法 单因子评价法 采用单因子评价方法评价 水体污染状况 单因子指数评价法是以监测数值与相应评 价标准值之比作为单因子污染指数 通过对每个项目进行单 独评价 可以判断主要污染因子 4 污染指数 P ij Pij C C0 是 j断面 i项污染物的污染指数 对于溶解氧 Pij Cm C Cm C0 式中 Cm是实际监测的最大值 C 是实 际监测数值的平均值 C0是 类水评价对应的标准值 超 标倍数 B C C0 C0 式中 C和 C0同上 1 4 水环境质量评价标准 采用 地表水环境质量标准 GB T3838 2002 5 依据地表水水域环境功能和保护目 标 按 类水评价 根据调查研究需要 实际参加评价的参数 主要有 DO CODMn BOD5 NH3 N TP 2 结果与分析 2 1 水质现状 在 2008 2009年对内秦淮河水质测定结果 表明 两年来 各项污染指标相差不大 其平均值统计见表 1 表 1 内秦淮河水质指标测定结果 Table1 The determination results ofwater pollution indices in Inter nalQ inhuai River 月份 Month DO CODM nBOD5 NH3 N mg L TP mg L pH 34 745 8610 858 220 5406 47 54 687 299 6610 110 3586 63 72 619 258 6810 440 3986 53 103 368 948 9711 640 4786 37 124 555 8211 1812 530 5546 40 平均3 997 439 8710 590 4656 48 安徽农业科学 Journal of AnhuiA gr i Sc i 2010 38 33 18945 18947责任编辑 王淼 责任校对 况玲玲 由表 1可知 内秦淮河一年中 冬季污染严重 夏季较好 总体水质较差 偏酸性 表现为典型的城市污水污染特征 参照 地表水环境质量标准 GB T3838 2002 水质标 准 2008 2009年内秦淮河监测指标单因素评价结果见表 2 由表 2可知 总磷 总氮严重超标 有机污染物也是重要因 素 河流周边生活污水 含磷工业 食品加工企业 化肥生产 企业等工业废水都是内秦淮河水体污染的来源 表 2 内秦淮河水质监测指标单因素评价结果 Table 2 The single factor evaluation results of t hemonitoring indices ofwater quality indices in Internal QinhuaiRiver 项目 ItemDO CODMnBOD5NH3 N TP 类水质标准 3 生产力高 生产量大 能吸收 转化与存储更多营养盐和有机质等污染物 从环境中吸收 转化的污染物种类多 量大 净化能力强 植物本身有一定 的利用和经济价值 并易于收获 能促进人们收获它们 变废 为宝 能增加从水体中间接地输出营养盐和有机质等污染物 的途径和缓解 消除水体的生态阻滞 避免生产的植物留存 水中腐烂 造成二次污染 有利于根本上防治水体污染 植 物株形较好 花色美丽 生长期也较长 植物有一定的观赏价 值 用综合标准与其他多种植物比较选出 水葫芦是净化污 水的一种较好植物 2 2 1 水葫芦特性及净化水质能力 水葫芦的学名为 E ichhornnia crassipe 也叫凤眼莲 属于雨久花科水葫芦属 是 多年生宿根浮水草本植物 花为多棱喇叭状 花色艳丽美 观 在 0 40 的范围内均能生长 13 以上开始繁殖 20 以上生长加快 25 32 生长最快 35 以上生长减慢 43 以上则逐渐死亡 每年 4月底 5月初在历年的老根上 发芽 至年底霜冻后休眠 水葫芦作为一种水生植物用于污 水治理 多年来有褒贬不一之争 其实任何植物都有双重 性 主要取决于如何合理利用而已 水葫芦发达的根系如同 一部大功率的 吸尘器 专门吸附水中的氮和磷作为自己 的养料 同时它还会分泌出杀菌因子 令腐生菌 大肠杆菌 的数量大大降低 国外利用水葫芦治理污水成功的例子很 多 值得鉴赏 总体上水葫芦的有利作用如下 2 2 1 1 水葫芦对 N P K等的净化作用 最近研究表明 水葫芦的氮磷富集能力极强水葫芦耐肥耐污 适应性强 在 总氮 2 mg L以上 磷 0 1mg L的富营养化水体中快速生长 繁殖 能在水体中吸收大量氮 磷 钾等营养物质 对富营养 水体具有较强的净化作用 6 水葫芦的干物质含量为 6 7 其中氮 磷 硫的含量分别为 2 64 3 50 0 34 0 198 每生产与收获 1 t鲜水葫芦 就从其生长的环境水 中吸收 转化 积累和移出 1 58 2 1 kg氮 258 g磷 198 g 硫 按每公顷水葫芦能年产 900 t计 种植 1 hm 2水葫芦并及 时收获就可净去除所在水体 1 417 5 1 890 kg氮 232 3 kg 磷 178 2 kg硫 63 t有机质 7 陈留根和朱普平采用的自然 水体养殖和农田施用试验结果显示 8 9 水葫芦对 N P K的 富集系数分别达到 N 6 641倍 P 16 667倍 K 6 560倍 42 d 对 N P K的吸收量可高达 40 57 6 59 81 14 g m 2 据江苏 省农业科学院 2007年对太湖流域 5个试验点测定 水葫芦 植株干物质氮 磷 钾的平均含量分为 3 07 0 46 5 70 放养 1 hm 2水葫芦 1年可吸收氮 磷 钾的量分别为 1 8 0 27 33 3 t 张志勇等采用人工模拟试验方法 在 2007 年 11月至 2008年 10月期间比较研究了水葫芦对 4种不同 程度富营养化水体氮 磷的净化效果和去除能力结果显示 经过 21 d的净化 水葫芦对 4种富营养化水体的 TN 总 氮 NH3 N 铵态氨 TP 总磷 平均浓度分别由初始的 2 06 20 08 0 27 10 98和 0 14 1 43mg L降至 0 27 8 87 0 06 0 71和 0 03 0 47 mg L 10 2 2 1 2 水葫芦对有机质 重金属等的净化作用 据研究 水葫芦的水面覆盖度在 20 以上时 能有效降低水体中的 BOD 最适宜的覆盖度为 40 其次为 50 主要是通过抑制 水中内源性有机物生产量作用的 同时吸收营养盐抑制藻 类的生长 11 周春祥等实践证明 水葫芦在静态污水中 14 d 后对 COD降解率为 75 5 10 d BOD降解率为 90 对 悬浮物净化效果日平均为 39 嗅阈直径 10 d可由 35趋于 0 12 黄泱等静态模拟试验表明 在 20 d内 水葫芦数量增 加了 97 每增殖 1 g水葫芦可以去除氮 磷和 CODcr分别为 6 62 0 55和 55 84 mg 13 在 24 h内每千克水葫芦能从污 泥中除去铬 0 67mg 铅 0 176mg 汞 0 150 mg 银 0 65 mg 钴 0 57mg 锶 0 54mg 张燕燕等报道了两中水葫芦治理硝 态氮富营养水体 去除率分别为 66 和 57 14 由此看出 水葫芦是治污能手 不是害草 只要合理利用 就会很好地造 福于人类 2 2 1 3 水葫芦对微生物的作用 刘建武等报道水葫芦根 系对萘不仅具有吸附作用 而且还具有吸收根际微生物降解 等作用 15 水葫芦悬浮于水中的发达根系 却为固着微生 物扩大了固着基 促使水中分解有机质的微生物的种类 菌 株 数 现存量及生产量增加 同时 水葫芦光合作用所产生 的氧 有部分通过根系释放 为固着其根系上的一些微生物 改善生活条件 而微生物分解有机质所产生的营养盐 为水 葫芦吸收 促进其快速生长繁殖 在净化污水中 水葫芦与 这些微生物有协同 加成作用 形成互利共生亚系统 16 水 葫芦吸收水中大量营养物质 且其叶覆盖了大片水面 阻碍 阳光透入水体 减少了水中光通量 从而对浮游藻类的生长 繁殖产生竞争性的抑制作用 水葫芦克藻作用的另一机制 是其能分泌一些化学物质 抑制藻类生长繁殖 可以提高水 体透明度 改善水质 使长有水葫芦的水体成为不用电能或 18946 安徽农业科学 2010年 化石燃料能 主要靠太阳能为能源的天然污水处理厂 2 2 2 内秦淮河段种植水葫芦治污估算 内秦淮河段水流 速度极慢 几乎处于静止状态 适合种植水葫芦实施生态修 复 参考已有研究结果 在内秦淮河段上游和主要排污口附 近选取合适地段 用网隔离部分水域 每年春天引种水葫芦 秋季适时捞出 种植面积为河段总面积的 30 左右 种植水 葫芦面积为 7 89 hm 2 冬季种植其他植物 进行治理 参照颜京松 黄泱等研究结果 按每公顷鲜水葫芦能年 产 900 t计 种植 1 hm 2 水葫芦并及时收获就可净去除所在水 体 1 417 5 1 890 kg氮 232 3 kg磷 178 2 kg硫 63 t有机 质 估算出秦淮河流域种植水葫芦每年约可净去水体中氮 11 2 t 磷 1 8 t 有机质 497 t COD量 396 t 可以看出 在内 秦淮河段引种水葫芦对水质改善效果明显 另外 水葫芦还 可吸收水体中金属离子 过滤水体浮游颗粒物等 总体上 看 河流周边环境治理与水体生物修复相结合 估计每年可 提高水质指标 0 2 0 5级 如此连续种植数年 对富营养化 的内秦淮河水净化效果就更为显著 笔者研究了多位学者 的试验结果 各个学者之间研究角度都有一定不同 但结论一 致肯定了水葫芦的净水效果 说明了参考已有的研究结果是可 靠的 在估算过程中我们选取的是比较适中的参考值进行估 算 因此 估算出的结果比较保守 可以认为是符合实际的 2 2 3 水葫芦的不利因素评估及规避 许多资料报道水葫 芦的危害归纳起来如下 水葫芦在污染水体中生长迅速 甚 至疯长 形成优势物种时就会降低光线对水体的穿透能力 影响水底生物生长 导致其他水生植物减少甚至灭绝 水葫 芦生长量很大时由于腐烂造成水体流速下降 p H 值和溶解 氧浓度降低 水中 CO2浓度增高 使水体变黑变臭 水生动植 物大量死亡 另外 过多的水葫芦覆盖水面 为蚊类等害虫提 供适宜的滋生场所 加剧了生物污染和病菌传播 所有以上 危害 都是在大面积水域中 对水葫芦不进行有效管理 任其 泛滥所致 而对于内秦淮河而言 水域面积不大 又是景观 河流 有较好的管理措施 水葫芦种植面积小 又用网控在固 定位置 不让其随水飘逸 人为始终控制水葫芦覆盖面 到 秋天水葫芦死亡时 全部捞出 可作饲料或晾干作肥料等 投入成本不高 既净化了水体又不污染环境 而且水葫芦生 长开花还可供欣赏 两全其美 不会产生不好控制水葫芦疯 长造成的灾害的危险 许多已有实践证明 采用水生生态系 统可有效地提高现有水处理系统的处理效果 可以有效地去 除 C N P 重金属和微量有机物 能治理已富营养化的水体 有利于鱼类和鸟类的繁衍 保持生态平衡 从而产生巨大的环 境效益 同时水生生态系统操作管理简便 且可收获一定的鱼 类 水生植物等有价值的附加产品 产生一定的经济效益 3 结论及建议 秦淮河经过几十年的治理 虽修建了许多污水厂 也多 次清理过污泥 结果还是无明显效果 河流周边人口密度 高 污水分散难以全部回收 加之不好控制居民向河流倾倒 垃圾等造成二次污染 加之原来的治理方法缺乏杜绝二次 污染的有效措施 有短期治理效果 但长时期效果就不明显 甚至是没有效果 内秦淮河水域小 水流缓慢 又是旅游景 区 种植适当数量水葫芦治理污水效果好 成本低 效率高 将产生良好的生态 旅游效应 水葫芦有许多优良特性 符合生态修复法治理河水首选 水生植物的标准要求 用于水质污染治理 能够带来净化氮 磷 重金属 有机物 悬浮物等显著效果 具有积极的生态环 境效应 从物种学的角度来看 只要合理利用水葫芦 及时 管理控制 就会规避环境负效应 在用于治理城市小范围内 污水方面可起到良好作用 根据内秦淮河环境综合整治总目标 保持秦淮风光带 传统风貌 增加沿河开放空间 污水不下河死水变活水 恢复 河流城市景观用水要求 水质达到 地面水环境质量标准 GB3838 88 类水质标准要求 17 建议秦淮河的修复工 程应采取与水体的生物 生态修复技术相结合途径 短期效 应和长期效应相结合的原则 一方面切实遏制向秦淮河肆 意排污的行为 另一方面发挥污水处理厂的作用 这是短期 效应 重视生物 生态修复 有计划地在河道周边发展植物 绿化净化带和景点的建设 多种净化能力强植树木 花草 宜 用芦苇 柳树 秸秆 木桩等天然材料进行护岸 形成类似野 生的自然环境 开辟散步 自行车小路和木桥等 为市民提 供与水亲近的自然环境 同时 在河水上游和排污口适当位 置隔离种植去污能力强的水葫芦等水草 定期管理 既不会 形成二次污染又可净化水体 在治理达到一定效果时 再通 过生物的作用进一步强化水体 恢复河流自然生态 同时种 植菖蒲等植物 恢复鱼类栖息环境 适当投放合适鱼类 也为 白鹭 野鸭等禽类群落生存创造条件 按照自然界本身规律 去恢复水体原貌 使生物 生态法与绿化环境及改善景观完 美地结合 是治理污染景观水体 规避交叉污染影响的有效 途径 最终达到秦淮河 自治 的目的 长久有效改善景区生 态环境的效果 提升人居环境品质 参考文献 1 陈雁 冯效毅 田炯 内秦淮河水环境整治方案探讨 J 江苏环境科 技 2000 13 3 34 36 2 国家环境保护总局 地表水环境质量标准 GB3838 88 S 北京 中 国环境科学出版社 2002 3 吴忠标 环境监测 M 北京 化学工业出版社 2003 345 354 4 夏青 陈艳卿 刘宪兵 水质基准与水质标准 S 北京 中国标准出版 社 200