蘇州農(nóng)村中小河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用及其評估

王振華

（蘇州市吳中區(qū)河道管理所，江蘇 蘇州 215100）

0 引言

蘇州地處東部平原地區(qū)，河網(wǎng)分布較緊密，具有典型的區(qū)域地理地貌特征，隨著近幾年的經(jīng)濟(jì)和社會迅速發(fā)展，大量污染物被排入到河道中，造成河道受到不同程度的污染，河道普遍出現(xiàn)“黑臭”現(xiàn)象，如何修復(fù)受污染水環(huán)境已成為當(dāng)前環(huán)境治理的焦點(diǎn)。目前河道水環(huán)境的修復(fù)技術(shù)主要以物理、化學(xué)、生物修復(fù)為主，但物理修復(fù)所需要的能耗較高，去除污染的同時，破壞了河道生態(tài)環(huán)境；化學(xué)修復(fù)通過投加藥劑與污染物反應(yīng)，達(dá)到去除污染物的目的，但是副作用較大，不適合長期和大范圍使用，針對以上2種治理方式所存在的弊端，生態(tài)修復(fù)技術(shù)[1-3]被認(rèn)為是較為經(jīng)濟(jì)、綠色的治理方式。目前以生態(tài)護(hù)岸、生態(tài)濕地，生態(tài)浮床為主的生物修復(fù)方式應(yīng)用較多，但是實(shí)施單一的生態(tài)修復(fù)方式難以治理污染日益加重的河道，聯(lián)合修復(fù)技術(shù)已成為當(dāng)前水環(huán)境治理的重要方向。

本文針對目前應(yīng)用于蘇州農(nóng)村中小河道的修復(fù)方式，以蘇州橫涇街道南片區(qū)為主要研究區(qū)域，選取具有代表性的10條河道，針對不同生態(tài)修復(fù)技術(shù)對各河道的水質(zhì)指標(biāo)及浮游生物指標(biāo)的影響進(jìn)行研究分析；進(jìn)而根據(jù)河道不同程度污染情況，擬定合適的聯(lián)合修復(fù)方案；不僅為實(shí)施各生態(tài)修復(fù)方案后的水質(zhì)預(yù)測提供取值參考，也對其它平原地區(qū)不同情況河道的修復(fù)具有指導(dǎo)意義。

1 研究內(nèi)容及方法

1.1 研究區(qū)域概況

蘇州市橫涇街道位于蘇州市吳中區(qū)西南部，面積53.23 km2，北連木瀆，東接越溪，南臨東太湖，西與浦莊相鄰，地理位置優(yōu)越，河道分布密集，產(chǎn)業(yè)特色鮮明，具有典型的江南水鄉(xiāng)特色。但隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，河道水環(huán)境的水質(zhì)惡化情況也日益突出，橫涇街道等平原地區(qū)的農(nóng)村中小河道均受到不同程度的污染。河道的概況見表1，采樣點(diǎn)的位置見圖1。

圖1 采樣點(diǎn)位置圖

1.2 樣品采集與分析方法

1.2.1 水質(zhì)指標(biāo)的檢測

樣品采集完后立即轉(zhuǎn)入室內(nèi)利用國標(biāo)法進(jìn)行分析檢測，未被分析的樣品經(jīng)相應(yīng)的預(yù)處理，1～5℃保存。水質(zhì)監(jiān)測的指標(biāo)包括：化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD5）、總氮（TP）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、硝態(tài)氮（NO3-N）、溶解氧（DO）、濁度等指標(biāo)。

表1 監(jiān)測的河道及采樣點(diǎn)

1.2.2 浮游生物量的檢測

針對橫涇街道片區(qū)的河道的浮游生物量進(jìn)行定性和定量分析，主要的分析檢測項(xiàng)目有浮游生物種群數(shù)、浮游生物密度、浮游生物多樣性等指標(biāo)。

定性分析：采用25”浮游生物網(wǎng)，在水深0.2～0.5 m處呈“優(yōu)”型，以0.5 m/s的速度拖取5 min，在10×10～10×100倍顯微鏡下觀察。

定量分析：采用采水器于水深0.5 m處采1000 ml水樣，加人5 ml Lugol’S液經(jīng)24 h沉淀濃縮后，用0.1 ml計(jì)數(shù)框在10×10～10×40倍顯微鏡下計(jì)數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同生態(tài)修復(fù)方法對水質(zhì)指標(biāo)的影響

針對目前河道水質(zhì)狀況，選擇具有代表性的理化指標(biāo)，如COD、BOD5、TP、NH3-N、DO、濁度等進(jìn)行檢測分析，根據(jù)理化指標(biāo)的數(shù)值及變化趨勢來分析各生態(tài)修復(fù)技術(shù)的修復(fù)效果，詳見圖2。

圖2 不同修復(fù)方法對水體基本指標(biāo)的影響

各河段水體的COD值處于26～45 mg/L之間，BOD5值處于4.0～9.0 mg/L之間，均符合Ⅳ和Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，通過對COD及BOD5值在各個生態(tài)修復(fù)技術(shù)下的變化趨勢分析，發(fā)現(xiàn)兩者具有相似的變化趨勢，與其他生態(tài)修復(fù)技術(shù)相比，實(shí)行生態(tài)濕地修復(fù)技術(shù)的河道的COD及BOD5均低于其他修復(fù)技術(shù)的數(shù)值，表明生態(tài)濕地能夠有效的降低水體中有機(jī)物污染物的含量，兩者數(shù)值降低的原因可能是水體中植物的吸收以及微生物的降解[5-6]。

NH3-N值處于0.6～2.5 mg/L之間，TP值處于0.11～0.36mg/L之間，均屬于Ⅲ～Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，通過對NH3-N及TP值在各個生態(tài)修復(fù)技術(shù)下的變化趨勢分析，發(fā)現(xiàn)NH3-N及TP修復(fù)效果：底泥疏浚＞生態(tài)濕地＞生態(tài)浮床＞砌塊護(hù)岸＞未治理，原因?yàn)榈啄嗍杩Ｍㄟ^清除底部污泥，削減了內(nèi)源污染，減少了底泥中營養(yǎng)成分的釋放[7]，生態(tài)浮床和濕地中的植被能夠一定程度的將營養(yǎng)元素吸收固定，從而達(dá)到降低TP、NH3-N的效果。

DO值處于2.0～6.0 mg/L之間，屬于Ⅲ～Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，通過對DO值在各個生態(tài)修復(fù)技術(shù)下的變化趨勢分析，發(fā)現(xiàn)生態(tài)濕地和生態(tài)浮床對于DO值的提升效果較好，原因?yàn)樯鷳B(tài)濕地和生態(tài)浮床不易受外界影響較小，植被自身能夠形成一套完整且獨(dú)立的生態(tài)體系，其自身光合作用能夠提高水體中的含氧量。底泥疏浚的效果僅次于生態(tài)濕地和生態(tài)浮床，對溶解氧的含量也有一定的提升，原因?yàn)殡S著底泥的清除，微生物的含量也隨之降低，從而降低了溶解氧的消耗。

濁度值處于4.0～57.0NTU，從濁度值在各個生態(tài)修復(fù)技術(shù)下的變化趨勢分析，相對于其他生態(tài)修復(fù)技術(shù)，底泥疏浚的濁度值最小，底泥疏浚通過清除底泥減少再懸浮的作用，因此，生態(tài)浮床和濕地具有類似于“濾網(wǎng)”的生態(tài)植被系統(tǒng)，對于懸浮物起到吸附截留作用，所以其濁度值也相應(yīng)較小，但濁度的檢測所受因素很多，與天氣及周邊環(huán)境等因素有關(guān)[8]。

2.2 各代表河段水體的浮游生物量比較

2.2.1 浮游生物種群分析

由表3可知，由于生態(tài)浮床所形成的生態(tài)植物系統(tǒng)能夠吸附降解河道中的有機(jī)污染物，改善水體水質(zhì)，有利于浮游生物的生存繁殖，因此以生態(tài)浮床為主要修復(fù)技術(shù)的河道，浮游生物種群類別數(shù)最多；相比較而言，以木樁+自然護(hù)岸和生態(tài)護(hù)岸為主要修復(fù)技術(shù)的河道中的浮游生物種群類別數(shù)相近，前者能夠很好的改善并保持河道水環(huán)境，而生態(tài)護(hù)岸則是利用的親水性材料能夠形成有利于微生物生存繁殖的生態(tài)環(huán)境；而砌塊護(hù)岸能夠穩(wěn)固岸坡，但對于其他指標(biāo)的修復(fù)效果并不明顯；底泥疏浚雖然能夠減少內(nèi)源污染的產(chǎn)生，但以底棲動物為主的大量微生物會隨底泥一同被去除，導(dǎo)致水體中浮游生物種類最少。

2.2.2 浮游生物密度分析

選取5個代表河段的水樣進(jìn)行分析，得到的各河道浮游生物密度見表4。

從表4可知，走馬塘流速較大，淤泥堆積量低，采用木樁和自然的結(jié)合，能夠不改變其生態(tài)環(huán)境的前提下，同時穩(wěn)定岸坡和保留河道原始面貌，因此走馬塘的浮游生物密度遠(yuǎn)大于其他河道。

表3 各河道浮游生物的種類

表4 各河道浮游生物密度

對于采用生態(tài)浮床的石路浜河段，主要是利用植被形成的生態(tài)體系，能夠?qū)λw中的有機(jī)污染物及營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行有效的吸附和截留，起到改善水質(zhì)的效果。姚東方等[9]研究發(fā)現(xiàn)與對照區(qū)相比，生物浮床實(shí)驗(yàn)區(qū)浮游生物的密度更高，因此實(shí)施生態(tài)浮床能夠在一定程度上促進(jìn)浮游生物密度的增加。

對于分別實(shí)施生態(tài)護(hù)岸和砌塊護(hù)岸的堯太河和蘇東河，兩者皆能穩(wěn)定岸坡，但生態(tài)護(hù)岸能更好地實(shí)現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)和岸坡生態(tài)系統(tǒng)的交互，從而使結(jié)構(gòu)上更加完整，因此堯太河的浮游生物密度較大一些。

采用底泥疏浚生態(tài)修復(fù)技術(shù)，雖然能在一定程度上消減內(nèi)污染源，但浮游生物量會隨底泥一起被清除，浮游生物量直接減少[10]，而且疏浚工程降低了底泥的營養(yǎng)鹽的濃度，減少了底泥中的營養(yǎng)鹽向水體釋放，浮游生物量會隨著時間緩慢增長。另外，由于環(huán)境因素的不同對不同的浮游生物影響也不同[11]，需要根據(jù)河道底泥的情況，選擇恰當(dāng)?shù)臈l件進(jìn)行修復(fù)（如底泥疏浚深度和氣候季節(jié)）。

2.2.3 浮游生物多樣性分析

分別選取5個代表性河段的水樣進(jìn)行分析，得到的各河道的Margalef 多樣性指數(shù)[12]見表5。

表5 各河道浮游生物多樣性指數(shù)

由表5可以看出，石路浜河段采用生態(tài)浮床，能夠有效改善水質(zhì)狀況，為浮游生物提供良好的生存環(huán)境，從而促進(jìn)浮游生物種類多樣性的提高；蘇東河、走馬塘、堯太河分別采用了3種不同的護(hù)岸類型，其中走馬塘和堯太河的水體Margalef 多樣性指數(shù)相似，在1.50左右，而蘇東河的水體Margalef 多樣性指數(shù)為1.19。堯太河采用生態(tài)護(hù)岸，既防止泥沙流入河體，又能為植物及昆蟲及水生植物提供生存繁殖的場所，因此其 Margalef多樣性指數(shù)比其它2種更大。以底泥疏浚為主的涇新河的Margalef多樣性指數(shù)為1.09，相比于其他幾種生態(tài)修復(fù)技術(shù)，底泥疏浚處理后的水體水體的Margalef多樣性指數(shù)最低。究其原因，主要為原有生物群落被破壞，大量的浮游生物隨底泥被一同清除，所以在對河道進(jìn)行底泥疏浚修復(fù)時，需要綜合考慮水域的具體情況。

2.3 水環(huán)境生態(tài)修復(fù)對策

根據(jù)目前蘇州農(nóng)村中小河道的現(xiàn)狀，針對性地提出了各生態(tài)修復(fù)技術(shù)，并從水質(zhì)理化指標(biāo)及浮游生物量兩個方面對各生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了比較分析，發(fā)現(xiàn)各生態(tài)修復(fù)技術(shù)在水質(zhì)改善，增加浮游生物量方面具有各自的優(yōu)勢及缺點(diǎn)，實(shí)施單一的生態(tài)修復(fù)技術(shù)難以滿足日益惡化的河道水環(huán)境全面修復(fù)的需求，因此，根據(jù)河道的具體情況，對比各生態(tài)修復(fù)技術(shù)的特點(diǎn)，擬定生態(tài)修復(fù)技術(shù)聯(lián)合實(shí)施方案。

（1）生態(tài)護(hù)岸+底泥疏浚

根據(jù)以上的研究結(jié)果，針對底泥疏浚后浮游生物量的大幅度降低的現(xiàn)象，生態(tài)護(hù)岸材料良好的親水性及其形成的有利于微生物生長繁殖的空間，完全彌補(bǔ)了底泥疏浚后浮游生物量緩慢增長的劣勢，起到優(yōu)勢互補(bǔ)的作用。

（2）生態(tài)濕地+木樁+自然護(hù)坡

根據(jù)以上的研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)生態(tài)濕地與木樁+自然護(hù)坡都能夠有效的降解有機(jī)污染物，改善水質(zhì)環(huán)境，兩者相結(jié)合，協(xié)同修復(fù)生態(tài)水環(huán)境。在改善水環(huán)境的同時，綠化環(huán)境，美化景觀。

（3）生態(tài)浮床+生態(tài)護(hù)岸

根據(jù)以上的研究結(jié)果，生態(tài)護(hù)岸及生態(tài)浮床均能改善水質(zhì)環(huán)境，生態(tài)護(hù)岸對于水體中氨氮的修復(fù)效果優(yōu)于其他生態(tài)修復(fù)技術(shù)，但總磷的修復(fù)效果不佳；而生態(tài)浮床對于總磷的修復(fù)效果最佳，但氨氮的修復(fù)效果較差，針對目前蘇州地區(qū)農(nóng)村中小河道中氮、磷較高的現(xiàn)狀，實(shí)施生態(tài)浮床+生態(tài)護(hù)岸聯(lián)合修復(fù)方案，形成優(yōu)勢互補(bǔ)，能夠有效的降低水體中氮磷的含量，改善水質(zhì)。

3 結(jié)論

本文以蘇州橫涇街道為研究目標(biāo)，通過理化指標(biāo)的檢測分析，發(fā)現(xiàn)不同的生態(tài)修復(fù)技術(shù)對于水環(huán)境的修復(fù)具有各自的優(yōu)勢及不足，底泥疏浚能夠有效改善水質(zhì)，但浮游生物量會大幅減少，且恢復(fù)緩慢；生態(tài)護(hù)岸有利于浮游生物量的提升但對于含氮量較高的河道修復(fù)效果較差；生態(tài)浮床能夠有效的提升生物多樣性，但是對含磷量較高的河道修復(fù)效果較差。實(shí)施單一的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，難以滿足河道的全面修復(fù)需求。為達(dá)到河道全面修復(fù)的需求，針對底泥疏浚后浮游生物量的大幅度降低的現(xiàn)象，實(shí)施生態(tài)護(hù)岸+底泥疏浚修復(fù)技術(shù)，利用生態(tài)護(hù)岸材料良好的親水性及其形成的有利于微生物生長繁殖的空間，完全彌補(bǔ)了底泥疏浚后浮游生物量緩慢增長的劣勢；生態(tài)濕地+木樁+自然護(hù)坡的修復(fù)方案能夠有效的改善水質(zhì)，同時綠化環(huán)境，美化景觀；生態(tài)浮床+生態(tài)護(hù)岸的修復(fù)方案，完全彌補(bǔ)了兩者對于含氮量高、含磷量高水體修復(fù)效果較差的不足，達(dá)到水質(zhì)及水生態(tài)全面修復(fù)的目的。

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