水生植物修復亦面臨諸多問題,如:水位升高或水華導致水體光照不足影響沉水植物生長。水生植物修復初期,新建立的生態系統相當脆弱,如何使之適應環境變化及環境災變并逐步趨于穩定,是水生植物修復的關鍵,尤其植物生長初期,在生存競爭中與藻類相比,難以取得競爭優勢,常導致修復失敗。
近年來,鑒于沉水植物在富營養化湖泊修復中的重要作用,人們將沉水植物引種至網箱中,離開底泥,懸浮在水中生長,以彌補富營養化水體光照不足等缺點,并利于管理、收獲。同時依據季節、處理程度的要求,借助網箱沉子、浮子的隨意移動,充分利用距離優勢,及時調整光照,隨時控制植物數量、種類,使凈化效率最大化,即“網箱養草”技術。
網箱中的鳳眼蓮
“網箱養草”凈水技術具有良好的應用前景,但仍有尚需解決的問題,如:
(1) 網箱特有的距離優勢雖然提高了植物光合作用的速度與效率,但持續高的光合速率是否會導致無機碳源的匱乏,尤其是由于游離CO2消耗,使表層水pH過高,造成其偏離植物光合作用最適pH,致使光合速率下降,廢水中對植物體有毒害作用的非離子氨比例增大,因此,網箱內水體pH值的大小及變化規律需進一步研究;
(2) 植物的“向重性”尚不清楚,其關系到網箱中植物的栽培方式(平臥栽培、豎直栽培);
(3) 工程實施中網箱的制作、工程預算及其可操作性等問題都未有詳細論證。
水生植物的選型和管理
1、水生植物的選型
一種植物一般只能吸收降解一種或有限幾種污染物,而對其他污染物則可能產生促進效應。同一大型水生植物對不同藻類有不同作用,且大型水生植物根系分泌物有濃度效應,即在不同的分泌物濃度下對藻類有不同的他感效果門。因此,在修復凈化富營養化水體時,應針對不同環境,從凈化能力、抗逆性、綜合利用價值及美化景觀等方面綜合考慮水生植物類型的選取,盡量做到多種植物合理搭配,形成一定的凈化層次,提高并穩固修復效果,最終達到持久穩定的凈化、修復水體的目的。
水生植物的選擇應用原則:
(1)選擇適應能力強的植物
因地制宜地選擇不同習性的物種,最起碼要使所選植物能在該地區正常生長,適合當地的地理、氣候條件。盡量選擇本地種,以免造成外來物種入侵。選擇抗病蟲害能力強的品種。在實際工程應用中篩選植物時,還需要考慮水體的理化性質,包括透明度、溫度、光照條件、水色、水深、湖流以及波浪、氧化還原電位、水體化學成分,PH值、水中營養鹽含量、溶解氧和底質條件等,以及植物長勢、生長期及自身特點和生理機制等。
(2)選擇凈化能力強的植物
植物凈化能力包含植物對浮游植物的化感抑制作用和對氮磷等營養物質吸收。一般通過室內、室外試驗及工程應用效果篩選凈化能力強的植物。
(3)合理搭配物種
根據環境條件和植物群落的特征,按一定比例在時間分布和空間分布方面進行安排,使整個生態系統高效運轉,最終形成穩定可持續利用的生態系統。利用水生植物及周圍生物組成的人工復合生態系統的群體效應,充分發揮水生植物對光、營養、空間等資源的競爭優勢。
多種植物組合比單種植物能更好地對水體凈化,不同水生植物不同時期的生長速率及代謝功能不同,其凈化優勢不同,對營養物質吸收特性不同。由此導致附著于植物體的微型生物群落也會發生變化。多種植物的組合具有合理的物種多樣性,從而更容易保持長期的穩定性,而且也會減少病蟲害。
(4)所選的植物最好有廣泛的用途或經濟價值高
以往植物的選擇主要側重于凈化效果,較少顧及經濟效益和植物的觀賞價值,故所選用的植物多局限于鳳眼蓮、喜旱蓮子草和寬葉香蒲等。近年來有關學者開始進行無土栽培陸生蔬菜、油料作物等經濟作物凈化受污染水體的研究。且發達國家的水體修復在治污的同時還引入園林設計的理念,將治污與營造生態景觀融為一體。
2、水生植物管理
水生植物有人工栽培,也有自然生長,但不能任其自由發展。若管理上控制不當,則會導致二次污染。因此必須加強管理,對生長旺盛的水生植物要及時收獲;對于不能越冬的植物,要選種貯存;對枯死的植物要及時清除;做好水質監測、氣溫及植物生長等觀察記錄,以便隨時改進,從而提高凈化效果。
3、水生植物重建、恢復
實踐表明,治理富營養化水體應著眼于以高等水生植物為主的生態系統,并維持其自身的良性循環。20世紀90年代開始對富營養化水體中水生植物的重建和恢復進行研究。例如:武漢東湖和昆明滇池經水生植物修復后,水質明顯改善,透明度也有提高。可見,水生植物的重建、恢復是水質凈化和生態系統恢復的重要措施。
生物浮島水生植物選擇原則:
1、選擇的植物應為適宜水系水質條件生長的多年生水生植物;
2、以耐污抗污、且具有較強的治污凈化潛能的植物為主;
3、根系發達、根莖分蘗繁殖能力強,即個體分株快;
4、植物生長快、生物量大;
5、選擇冬季常綠的水生植物或馴化后的具有景觀價值的陸生植物;
6、滿足景觀空間形態的需求,綜合岸線景觀和湖面倒影、水面植物進行適當的景觀組織。
常用水生植物:
一般的水生植物都適合在生物浮島上種植,即使是陸生植物經馴化后也可以在浮島上種植。但考慮到浮島的凈水作用及成本控制,一般選擇種植:美人蕉、旱傘草、香蒲、石菖蒲、鳳眼蓮、大漂、浮萍、紫萍、槐葉萍等。
下表是幾種典型的水生植物干重體內氮、磷、鉀的含有率及對營養物質的吸收量:
項 目 | TN | TP | TK | |||
干重含量 (%) | 吸收量 (g/㎡) | 干重含量 (%) | 吸收量 (g/㎡) | 干重含量 (%) | 吸收量 (g/㎡) | |
美人蕉-G | 2.71 | 23.464 | 0.358 | 3.10 | 3.27 | 28.33 |
美人蕉-Z | 2.69 | 24.636 | 0.340 | 3.11 | 4.35 | 39.86 |
旱傘草 | 3.16 | 40.424 | 0.401 | 5.12 | 3.05 | 38.97 |
鳶尾 | 25.61 | 0.351 | 3.24 | 3.76 | 36.81 | |
睡蓮 | 3.26 | 41.84 | 0.450 | 5.27 | 3.89 | 39.17 |
荷花 | 3.15 | 39.16 | 0.413 | 4.91 | 3.64 | 37.08 |