浅谈“水下森林”在景观池塘中的应用

中文科技期刊数据库(全文版)工程技术2016年71期169浅谈“水下森林”在景观池塘中的应用林饶1曾妍锋2邵磊2王宋涛21.北京土人景观与建筑规划设计研究院，北京1001422.北京市园林绿化工程质量监督站，北京100142摘要：以雨水为主要水源的景观水体，由于大气沉降和面源污染等因素，水体容易富营养化，存在大规模水华爆发的危险。本设计利用食藻虫进行控藻，引导抗污染高温季沉水植物和低温季沉水植物的种植，构建四季具有净化水质功能的“水下森林”生态系统。通过实验结果表明：以食藻虫引导的“水下森林”湿地净化体系对大型水体如景观湖、池塘等有较好的净化效果。关键词：景观池塘；食藻虫；高温季沉水植物；低温季沉水植物中图分类号：S795文献标识码：A文章编号：1671-5519（2016）71-0169-02引言雨水资源化是解决水资源短缺的有效措施之一。天津海河教育园区（北洋园）一期基础设施环境绿化工程以雨水收集利用为基础，构建了多塘——湿地耦合生态系统。虽然雨水水质的污染程度不高，但由于场地情况，大气沉降和面源污染等因素，水体容易富营养化，存在大规模水华爆发的危险。控制雨水水质条件下的水华藻类生长，成为保障北洋园水质的关键问题和技术难点。沉水植物具有较好的水体净化功能，但是目前对湿地植物的研究报道多集中在大型挺水植物的污水净化功能上，对沉水植物特别是低温季沉水植物研究较少[1]。底泥营养盐的释放是宽阔水体富营养化的原因之一。景观池塘能够有效的沉降悬浮颗粒污染物，经过长年的积累，底泥富营养化物质也会逐年增长，如不加以控制会加剧水体的富营养化。有研究表明水生植物尤其是沉水植物能有效吸收和控制底泥营养盐的释放，降低水中营养盐浓度[2]。另外，天津属温带季风气候，冬季寒冷，大部分植物都很难生长，不能发挥净化污水的作用，因此选用一些具有高效脱氮去磷的高温季和低温季沉水植物，构建“水下森林”系统，使其在四季发挥净化水体的有效作用，避免因季节的变化导致水体水质出现明显波动，具有重大的理论意义和现实意义。1水质保持设计中存在的难题1.1水质及富营养来源分析天津海河教育园区（北洋园）一期基础设施环境绿化工程中景观用水以雨水作为主要水源，周边过境河为备用水源，地下水为潜在水源。除地下水外，雨水和过境河都存在不同程度的污染。1.1.1雨水径流现状水质分析雨水作为一种自然资源，一般认为污染轻，处理容易。根据《天津市区不同土地利用类型地表径流污染特征及治理对策》[3]和《天津市区道路地表径流污染特征研究》[4]所共同引用的天津市环境监测中心于2004年-2005年间对城区四场雨水径流本底的随机性检测结果以及相关论述，多数雨水能达到地表水Ⅳ类标准，可直接利用。但各场降雨的数据有一定起伏变化，部分雨次雨水径流污染较为严重，甚至低于《地表水环境质量标准》（GB3838－2002）中一般景观要求水域（V类）的要求，并以化学需氧量、生化需氧量、氨氮、总氮为主要污染特征。以总氮作为主要考察指标，天津市区道路地表径流常年平均值总氮达到5.14毫克/升，即劣五类水，雨水水质不容乐观。1.1.2周边过境河流水质分析通过现场采样监测的水质数据可见，周边过境河道水质较差，各条河流基本都是超劣五类水，虽然此次园区以雨水补充作为主要补给水源，但天津雨季分布不均，干旱季节和干旱年份河水补充量会较大，由于河水富营养含量较高，可能会造成整个水系大规模爆发藻华等现象。1.1.3其他形式的富营养积累分析除了以上形式的富营养积累外，还包括大气沉降和湿地周边面源污染汇集增加的富营养物质，部分水生植物腐烂在水中造成的二次污染带来的富营养积累，饲养观赏鱼鱼类粪便及饵料带来的富营养积累等。1.2景观池塘的制约园区内的多塘——湿地耦合生态系统由水道和景观池塘组成。水道的平均水深在1.5m左右，挺水植物和浮水植物的生长基本能满足水体的净化。景观池塘水量大，沉降悬浮颗粒污染物大，并且游人活动比较集中，景观要求高，净化需要的水生植物量也大。有报道表明挺水及浮水植物常以30～100cm为适，而沼生、湿生植物种类只需20～30cm的浅水即可[5]。漂浮植物虽然生长不受水深的影响，但不利于水上活动的开展，有些植物品种还会带来新的危害，如水葫芦。园区内景观池塘水深在2m到6m之间，挺水植物和浮水植物只能分布在水体的周边，严重制约了水体的保持和净化。1.3沉水植物的特点沉水植物长期生长在水下环境，在形态学上和生理机制上已适应水体中迅速衰减的光照条件。但是水体光强是沉水植物生长的必需环境因子。一般认为，水底光强不足入射光的1%时，沉水植物就不能定居[6]。景观池塘由于水体溶解物、悬浮颗粒以及水深的影响，源自太阳的光能迅速衰减，加之在空气与水交界处的损失，光照不足的现象最易发生。因此早期保证景观池塘水底的入射光，是构建“水下森林”生态自净系统的关键。2“水下森林”生态自净系统的构建2.1食藻虫的引入在藻型富营养化浅水湖泊内，沉水植物恢复的主要制约因素之一是水体透明度低下，由于得不到充足的光照，水下的沉水植物难以正常生长；而其顶冠层上的藻类能够得到充足的光照，处于竞争优势；藻类大量生长又制约了沉水植物恢复。只有当沉水植物生长旺盛时，它才能有效控制藻类、改善富营养化湖泊水质。因此，要保证沉水植物引种成功、并健康地生长发育，首先必须改善水体透明度[7]。水华现象一般会导致水体透明度的降低。水体中单细胞藻类实际上包括蓝藻、绿藻、硅藻、黄藻、隐藻﹑甲藻等几大门类。其中蓝藻（特别是铜绿微囊藻）具有特殊的蓝藻胶和多糖类物质，一般难以被鱼类所消化、吸收、利用。“食藻虫”一名来源于对一种枝角类大型溞（Daphniamagna）咸水种食蓝藻习性的有效驯化，能摄食消化水体蓝藻，并产生弱酸性的排泄物，降低水体中的PH值，并抑制水体蓝藻的生长（水体蓝藻暴发需要较高PH值）。水体蓝藻减少消失后水体透明度增加，阳光可进入水底，促进水体水底沉水植被的生长，沉水植被与食藻虫可形成良好的共生关系。沉水植被替代蓝藻进行水下光合作用，释放出大量的溶解氧，吸收掉水体中过多的氮、磷等富营化物质，形成水域生态自净，并产生它感作用进一步抑制蓝藻。水生植被恢复后，由食藻虫携带有益微生物向底泥扩散，促进底泥氧化还原电位升高，有利于水生昆虫和水生底栖生物的大量滋生，在水生植被共生作用下，形成底泥营养物质的封存和生态链自净（物质能量的逐步吸收转化）。最后食藻虫和水生植被可以被鱼、虾、螺、贝等高级水生动物吃掉，通过食物链把水体水中的氮、磷营养物市政园林1702016年71期质从水体中转移出，彻底降低水体水中的富营养化程度（食藻虫由九源清北京水生态科技有限公司公司提供）。因此，食藻虫在早期“水下森林”的构建中发挥着重要的作用，也是保证沉水植物成活，形成具有生物多样性的水体自净生态系统的关键。2.2“水下森林”在景观池塘中的构建2.2.1各类型水生植物的分区园区绿廊由15个区域组成，每个水系既相互联系，又互相独立。各区水系由涵管连接，每个区的水系都由水道和景观池塘组成。选择其中一个区域作为试验先锋，构建“水下森林”，其他区域先种植挺水植物和浮水植物。如图1-1所示，该区域水体面积40680平方米，其中景观池塘的面积为35204平方米；根据水体的深度，由浅至深依次分为挺水植物区、高温季沉水植物区和低温季沉水植物区三个水生植物区。挺水植物区水深在0～50cm，高温季沉水植物水深在50～300cm，低温季沉水植物水深在300～550cm。后期为了增加水体景观的观赏性，部分区域增加了浮水植物的种植（如睡莲），水深控制在0～100cm。2.2.2水生植物品种和数量的确定水生植物分布区确定之后，就要根据不同种植区域选择不同的水生植物，确定其种植数量、密度和规格，如表2-1所示。挺水植物区主要选择一些具有一定观赏价值和净化能力的品种。品种可根据景观要求做相应的变化。该区域主要选用了芦苇、红蓼、黄菖蒲、水葱和荷花，种植种面积为8604平方米，占总水体面积的21%。沉水植物主要针对不同季节的需要，设计高温季和低温季沉水植物。高温季沉水植物是维持夏季水体自净的主体，也是保证秋季和冬天沉水植被自行修复的必要条件。设计中选用了春夏净化能力较强的品种竹叶眼子菜、苦草、小茨藻和狐尾藻，按2：2：1：4的比例进行种植，形成以狐尾藻为优势种的高温季沉水植物净化体系。高温季沉水植物种植总面积16000平方米，占水体总面积的39%，占景观池塘总面积的45.4%。低温季沉水植被是维持冬天水体自净的主体，也是促进来年春天和夏天沉水植被自行修复的必要条件。设计中选用了在秋冬能发挥净化作用的品种耐寒小黑藻、菹草和龙须眼子菜，按3：6：4的比例进行种植，形成以菹草为优势种的低温季沉水植物净化体系。有研究表明，同一湖泊水深越大，菹草在相同月份的萌发率越低，水深的增加能显著推迟萌发起始时间，但不改变其最终萌发率；较强的光照和较高的水温对菹草生长有明显抑制甚至伤害作用。因此菹草可用于景观池塘的深水区，并在北方冬季发挥作用。低温季沉水植物种植总面积13000平方米，占水体总面积的32%，占景观池塘总面积的37%。“水下森林”的建立，是整个水生态系统中的“生产者”，既要考虑生态平衡自净，也要考虑本系统对外来污水量的净化效力及景点的分布，一般水下森林的覆盖率达到池塘的80%以上，代表整个水生态系统的稳定和水生态自净能力的形成，在系统稳定的情况下，还可以处理一部分多余的污染。本设计中高温季和低温季沉水植物的种植总面积29000平方米，占景观池塘总面积的82.4%。表1水生植物种植苗木表编号植物名称规格数量（平方米）种植密度1挺水植物芦苇8-12芽／丛470016丛／平方米红蓼8-12芽／丛207616丛／平方米黄菖蒲8-12芽／丛31016丛／平方米水葱8-12芽／丛26216丛／平方米荷花12566株／平方米2低温季沉水植物耐寒小黑藻0.25kg／丛300012丛／平方米菹草长30cm600012丛／平方米龙须眼子菜长30cm400012丛／平方米3高温季沉水植物竹叶眼子菜长30cm400012丛／平方米苦草长10-15cm400040株／平方米小茨藻0.05平方／块200012丛／平方米狐尾藻长30cm800012丛／平方米3结论高温季沉水植物和低温季沉水植物具有较好的水体净化作用。通过对比实验，结果表明：（1）景观池塘处理后比处理前透明。处理前水色为混黄色，处理后水色明显得到改善，呈淡淡的蓝绿色，水体透明度增加。（2）对同一建设项目、不同区域景观池塘的水体透明度进行比较，挺水植物和浮水植物相结合处理的方式不如沉水植物为主，挺水植物为辅的处理方式。（3）以食藻虫引导的“水下森林”湿地净化体系对大型水体如景观湖、池塘等有较好的净化效果。（4）挺水植物、浮水植物和沉水植物三种类型植物相结合的水生植物水体净化体系，在园林景观水体中不仅能形成良好的自净体系，还满足了景观美的需求。参考文献[1]胡彦春，魏铮，洪剑.低温下几种沉水植物对生活污水深度处理效果的研究[J].安徽农业科学，2008，36（4）：1573-1575.[2]童昌华，杨肖娥，濮培民.水生植物控制湖泊底泥营养盐释放的效果与机理[J].农业环境科学学报，2003，22（6）：673-676.[3]张淑娜，孙韧.天津市区不同土地利用类型地表径流污染特征及治理对策[J].干旱环境监测，2007，21（1）：14-17.[4]张淑娜，李小娟.天津市区道路地表径流污染特征研究[J].环境科学与管理，2008，33（2）：25-28.[5]柳骅，夏宜平.水生植物造景[J].中国园林，2003（3）：59-62.[6]许木启，黄玉瑶.受损水域生态系统恢复与重建研究[J].生态学报，1998，18（5）：547-558.[7]成小英，王国祥，濮培民，等.冬季富营养化湖泊中水生植物的恢复及净化作用[J].湖泊科学，2006，14（2）：139-144.