水下森林在華亭市汭河安口段城市河道生態(tài)修復中的應用

單鵬宇 何苗

摘 要 在面對河道水質富營養(yǎng)化污染時，水下森林可以有效降低水中的氮磷含量，提升河水水質。目前國內已有眾多水下森林生態(tài)修復的成功案例，基于相關研究，采用一種植物搭配形成水下森林對華亭市汭河安口段的河道進行修復，去除河水中超出的氨氮、總磷含量，優(yōu)化河水水質。

關鍵詞 水下森林；城市河道；生態(tài)修復；汭河

中圖分類號：S181 文獻標志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.14.067

隨著工業(yè)的發(fā)展，越來越多的廢水排放造成水資源污染，同時生活污水、生活垃圾不斷增加，這些都對水資源造成很大的影響。在城鄉(xiāng)河道區(qū)域，工業(yè)廢水、生活廢水被大量排入水中，垃圾沒有統(tǒng)一處理，很多生活垃圾被丟到河里，長期的積累對河道造成嚴重的污染。此外，由于地理原因導致監(jiān)管困難，加上部分地方的水資源保護意識不強，水污染問題也難以引起人們的重視，很多地區(qū)的河道水質非常差，只在Ⅴ類和劣Ⅴ類。

城市河流作為城市景觀重要的組成部分，自古承載了城市建設與文明傳播的重要使命，但隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，河流水質遭到一定程度的破壞，不僅造成了河道水體缺氧、水中生物難以生存、氨氮污染嚴重、污染磷量超標、化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）超標、生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD）超標等問題，還有很多生活垃圾漂在水面，影響城市的景觀和形象。相關數(shù)據(jù)顯示，目前我國黑臭的污染河道非常多，并且數(shù)量仍在持續(xù)增加。水污染問題無法得到有效處理，越來越嚴重的污染導致生態(tài)失衡，河中的魚類大量死亡，不僅散發(fā)出難聞的氣味影響人們的生活，也對河流整治造成較大的困難。

水下森林技術是指利用在水底生活的沉水植物群落的生物同化作用，把水域中過剩的營養(yǎng)元素加以吸收從而提高水質的技術。大型沉水植物在水底生長迅速，其莖、葉、表皮、根均具有同化功能，這些結構都可以直接迅速地對周圍水體的污染物進行吸附同化。該項技術的提出，給各地河道生態(tài)修復提供了一些有實踐價值的方法。例如，可以利用河流中以水茅為主的各類水草凈化水體、控制藍藻繁殖、固定超臨界二氧化碳等功效，改變水文地質條件和河流地貌學特性，以恢復已被嚴重破壞的水生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)群體功能和內部結構，重建健康的水體生態(tài)系統(tǒng)，恢復和完善地下水體自然生態(tài)體系。據(jù)此，本文主要針對水下森林對水質富營養(yǎng)化的改善及對氮、磷的吸收，研究其對華亭市汭河安口段水質提升的作用，旨在為整個自然生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)整體和諧、自我保護、自我演替的良性循環(huán)提供一定的參考。

1 河道生態(tài)修復應用水下森林技術的案例

1.1 蘇州消夏灣濕地生態(tài)安全緩沖區(qū)修復

為滿足《蘇州市城市總體規(guī)劃（2040）》的有關規(guī)定，蘇州生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展實驗區(qū)中消夏灣濕地生態(tài)安全緩沖區(qū)選擇“控源+生態(tài)建設凈化”實施功能開發(fā)利用的技術發(fā)展路徑，如圖1所示，消夏灣濕地生態(tài)安全緩沖區(qū)通過修建15.5 hm2強化型水下樹林和1 km清水回用廊道等，建立面源污染物截留系統(tǒng)，綜合治理約4 km2地區(qū)的環(huán)境污染，完善地區(qū)生態(tài)環(huán)境，采用荷花、菖蒲、蘆葦、雨久花、伊樂藻和密刺苦草的植物組合，構成“消夏灣生態(tài)建設空氣凈化濕地環(huán)境”園區(qū)。

消夏灣濕地生態(tài)安全緩沖區(qū)的水下森林工程建設完工后，通過森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能實物量對其進行評估計算得出，該區(qū)域預測在未來每年將減少臨近地區(qū)排入太湖中的總氮約100 t，總磷約10 t[1]。

1.2 鄞州院士公園生態(tài)修復

鄞州院士公園位于浙江省寧波市鄞州區(qū)高教園區(qū)，其在2014年嘗試建設水下森林工程，利用微生物凈化原理和沉水植物實現(xiàn)水體循環(huán)凈化，重構水底生態(tài)鏈，形成了水下生態(tài)豐富多樣的生態(tài)系統(tǒng)。截至2023年6月，河川流域總量約為66 640.56 m2，土質河床區(qū)域為55 000 m2。

經(jīng)統(tǒng)計可知，截至2023年，該園區(qū)沉水植物栽植面積占土質河床總量的70%以上，占流域總量的60%以上。園區(qū)的沉水植物有苦草、輪葉黑藻和伊樂藻等，其中又以苦草為重要物種，共33 600 m2，約占總量的80%；輪葉黑藻、伊樂藻的種植面積均為4 200 m2。有關資料表明，由于水下森林的建設，院士公園的水質由劣Ⅴ類提高到Ⅱ類，其氨氮和總磷兩個指標更是明顯降低，分別達到了Ⅰ類水、Ⅱ類水的標準[2]。

2 華亭市汭河安口段河道生態(tài)概況

2.1 汭河概況

汭河為涇河的一級支流，發(fā)源于六盤山、隴山的分水嶺東麓，發(fā)源地平均海拔2 666 m，在甘肅省平?jīng)鍪袥艽h的西王母宮山前地匯入涇河，全長119 km，流域總面積1 670 km2，年均比降為2.71‰。汭河流域形態(tài)呈手掌狀，上游位于六盤山土石峰區(qū)，水系發(fā)達，雨量較多，兩岸有次生林、灌叢和草類覆蓋，植被條件較好，但河流含沙量較低；中下游則是狹長段峽谷，兩側黃土裸露，河道較開闊，形成游蕩式河流，每逢大雨，便有大批淤泥流入河道，水土流失嚴重。

2.2 水質狀況

經(jīng)過調查評估，汭河流域的環(huán)境惡劣，汭河安口斷面為Ⅴ類水質，超標項目為氨氮、總磷，其中氨氮超標2.8倍、總磷超標0.07倍。依據(jù)《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838—2002）的單因素評估方法對環(huán)境進行了評估，超標項目與超標倍數(shù)以Ⅲ類水標準確定[3]。由此得知，汭河流域內氨氮含量為2.8 mg·L-1，總磷含量為0.214 mg·L-1。

2.3 河道存在的問題

2.3.1 河道硬質化

走訪觀察發(fā)現(xiàn)，受河道取礦的影響，目前華亭市汭河安口段沿河植物、因水而興生物的棲息環(huán)境受到破壞，進而打破了濱水自然環(huán)境的穩(wěn)定性。與此同時，華亭市汭河安口段河道部分地段鋪裝呈現(xiàn)出較為嚴重的人工化問題，進而造成河道土壤硬質化的現(xiàn)象更加突出，直接損害了河流生態(tài)系統(tǒng)的自然進化結構。

2.3.2 植物單調，功能單一

通過對華亭市汭河安口段河道多次走訪觀察發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域不僅雨污分流設施較少、管網(wǎng)覆蓋率低，而且管網(wǎng)管護力度不夠，沒有為植物提供一個適合生長的環(huán)境。雖然當?shù)卣e極引入相關植物并加以栽培，但是由于栽培設施不健全，以及引入植物的適應能力偏低，造成了河道水草稀疏、灘涂裸露的現(xiàn)狀。雖然目前該區(qū)域在配套設施建設上已經(jīng)達到了防洪條件，但卻沒有完善的自然環(huán)境、親水空間和植被景觀。

2.3.3 與周圍的建筑景觀要求不適應

作為華亭市重要的水資源集散地，汭水流域已成為當?shù)刂匾某鞘芯坝^帶和生態(tài)廊道，然而在植物造景和建筑景觀構筑物的配置方面，雖然功能尚可，但在美觀方面仍有不足，從而導致景觀現(xiàn)狀條件和城市規(guī)劃中的要求極不相稱，無法讓城市居民在解決一日生活需求（人均日生活用水量、人均生態(tài)足跡）的基礎上，提升其對于生態(tài)美學的感受，進而提升市民生活質量與幸福感。因此，華亭市汭河安口段景觀急需加以整治與恢復。

3 華亭市汭河安口段水下森林生態(tài)系統(tǒng)建設

3.1 水下森林生態(tài)系統(tǒng)建設原則

3.1.1 因地制宜原則

經(jīng)過實地考察調研，華亭市汭河安口段的植物配置存在過多引入外地植物的現(xiàn)象，造成部分植物雖然具備觀賞價值，但在缺乏適宜生長環(huán)境的情況下，很難發(fā)揮其凈化環(huán)境污染的生態(tài)價值。因此在本次改造設計中，基于因地制宜原則，充分利用當?shù)刂参镞M行環(huán)境填充，如菖蒲、香蒲、輪葉黑藻、金魚藻、茭白、慈姑、水芹、睡蓮、蘆葦及赪桐等。華亭市汭河安口段可以通過選取當?shù)刂参?，按照多個本土植株的科學搭配，提升當?shù)睾拥牢廴疚锶コ芰Α?/p>

3.1.2 生態(tài)性原則

目前，華亭市汭河安口段河道污染物缺乏合理的處理裝置，因此華亭市汭河安口段可以基于生態(tài)性原則加強生態(tài)治理，采取多植物搭配的方式，針對氮、磷等元素進行針對性去除，并合理利用不同的植株搭配多方位消除污染物，使其相互聯(lián)系，形成一個整體，提升污染物綜合去除效果。

3.1.3 生物多樣性原則

華亭市汭河安口段氣候溫濕，雨熱同期，因此植物生長旺盛，生物多樣性豐富。在華亭市汭河安口段改造設計過程中，可以針對汭河流域水體中的氨氮廢水、總磷的濃度，將選取相關研究中關于氨氮消除效果較優(yōu)的植物組成。蘇軍民指出，菖蒲+香蒲+金魚藻+輪葉黑藻的組合對于氨氮的去除率高達97.74%，對總磷的去除率為95.05%[4]。

菖蒲、香蒲、輪葉黑藻、金魚藻4種植物（見圖2）在華亭市較為常見，且生存環(huán)境優(yōu)渥，因此可以對其加以利用。本文對當?shù)睾拥肋M行充分調研后設計出如下種植密度，旨在充分發(fā)揮以上4種植物的特性。

1）菖蒲。菖蒲根橫走，略扁平，分枝，長1.3～2.0 m，外皮為黃棕色，芳香，肉質根較多，長50～60 mm，有毛狀須根。冬季以地下莖徒涉泥中過冬。喜冷涼濕潤的天氣，陰濕條件下生長較好，抗寒，忌干旱。種植密度為25株·m-2。

2）香蒲。屬多年生水生或沼生草本植物，根狀莖為乳白色。地上莖粗壯，走向漸細，高1.2～2.4 m。葉線形，長40～70 mm，寬4～9 mm，在越冬期間能耐-9 ℃以下低溫。種植密度為25株·m-2。

3）輪葉黑藻。輪葉黑藻為多年生的沉水草本植物，根莖為圓柱狀，表層有縱細的棱紋，質較脆。休眠芽細長橢圓形；總苞葉極多，螺旋狀密集布置，潔白至淡黃翠綠，狹披針形或披針形。性喜溫暖，耐寒。種植密度為50株·m-2。

4）金魚藻。為多年生的沉水草本植物，根莖長度40～150 cm，表面光滑，有分枝。溫度逐漸降低后，沉在泥土中休眠過冬，第二年春天再萌芽形成新株。在成熟期內，已斷裂的老植株也可隨時生長為新株。種植密度為50株·m-2。

3.2 水下森林生態(tài)系統(tǒng)駁岸處理

在水域與陸地的過渡地帶，即水深不大于0.3 m的水邊地帶采用叢植、分片種植的方式，在植物種類的選擇上，利用華亭市汭河安口段當?shù)氐臐竦刂参锶巛牌?、香蒲、輪葉黑藻、金魚藻等進行裝飾，在豐富河道景觀的同時，形成良好的水下森林生態(tài)系統(tǒng)。

在水深0.3～0.5 m的區(qū)域，利用植物自我修復功能處理渠內水體的環(huán)境污染，增強水體自我凈化能力，破壞渠道原始構造，還原天然蜿蜒的河道形狀，并在河道單側或兩側形成綠道花境或是寬葉型的浮葉植物景觀，在豐富水下森林生態(tài)系統(tǒng)的同時，營造河道水上植物群落景觀。同時，要考慮覆蓋水體的區(qū)域與水體景觀相協(xié)調，兼顧景觀效果。

在水深0.9～2.5 m的區(qū)域，采用深水植物（如金魚藻、狐尾藻等）與部分漂浮植物（如睡蓮、菖蒲、滿江紅等）相結合的種植方式，既能滿足視覺景觀效果，又能延緩水流，使微生物、水生動物等可以在此定居[5]。在水下森林生態(tài)系統(tǒng)駁岸處理上，改建之前當?shù)厮囫g岸構造，以石籠、壘石、杉木樁等方法創(chuàng)建多孔性的駁岸構造，為兩棲類哺乳動物與淡水魚等提供了較為平緩的水體和生長環(huán)境。

3.3 水下森林生態(tài)系統(tǒng)面源污染控制

面源污染主要是指城市河道土壤泥沙、含氮磷的生活污水、侵入河道的農(nóng)藥，以及城市上空各種大氣顆粒物對河道造成的污染。本文認為在華亭市汭河安口段建立水下森林生態(tài)系統(tǒng)，可以凈化當?shù)厮Y源，同時對大面積的液態(tài)污染源進行控制。在建立水下森林生態(tài)系統(tǒng)的過程中，需要注意部分固體垃圾濾液的滲入問題，要在駁岸及水下進行深入控制，建立濾液處理設施和垃圾中轉站，并將污染濾液處理后排入市政管網(wǎng)，在保證水下森林系統(tǒng)中的動物得以健康生長的同時，協(xié)助水下森林系統(tǒng)緩解除污壓力。

3.4 凈化結果

通過搜集2022年6月—2023年5月統(tǒng)計數(shù)據(jù)可求得，目前該河段氨氮含量每月穩(wěn)步下降約0.086 mg·L-1，總磷含量穩(wěn)步下降約0.01 mg·L-1。預計未來1個月，其氨氮和總磷的含量都將達到Ⅰ類水標準。

4 結語

水下森林對于河流中的污染物有著顯著的清除效果，華亭市汭河安口段的水質在通過水下森林的建設后氨氮和總磷的含量可以達到Ⅰ類水質的標準。水下的森林生態(tài)景觀在城市河流整治施工中更能發(fā)揮對自然的吸引力與資源優(yōu)勢，不但美化了城市環(huán)境，還促進了人與自然的和諧。在未來建設城市的整體生態(tài)系統(tǒng)時要注意不可忽視了城市中河流治理的重要意義，河流景觀已經(jīng)成為城市自然環(huán)境的一份子，也是所有市民必須共同保護的自然財富。總之，應積極發(fā)展綠色河流體系，給居民提供一個從城市市中心到水下森林生態(tài)區(qū)的便捷途徑，從而營造一種綜合性的城市生態(tài)景觀空間。

參考文獻：

[1] 徐云龍，莫建剛，曹盤紅.水下森林在城市河道修復中的價值探索：以蘇州消夏灣生態(tài)安全緩沖區(qū)為例[J].農(nóng)業(yè)與技術，2021，41（17）：115-118.

[2] 童蕾，葉立飛.淺談沉水植物凈水功能的應用：以鄞州院士公園打造“會呼吸的水下森林”為例[J].浙江園林，2018（4）：66-68.

[3] 張強華，陳繹捷.平?jīng)鍪悬S河流域涇、渭河水系水質變化趨勢要點分析[J].農(nóng)業(yè)科技與信息，2020（24）：29-31.

[4] 蘇軍民.對汭河流域水環(huán)境修復措施的探討[J].南方農(nóng)機，2018，49（8）：201.

[5] 湯鵬.不同水生植物配置對微污染水體的凈化效果及相關機理研究[D].鄭州：鄭州大學，2021.