本發(fā)明涉及生態(tài)凈化領(lǐng)域，尤其涉及一種蔬菜植物浮床凈化城市河道水的方法。

背景技術(shù)：

隨著我國城市化和現(xiàn)代化進程的加快，城市河道承受的壓力越來越大，部分城市出現(xiàn)了水循環(huán)障礙、水資源短缺、水安全威脅，水生態(tài)惡化等問題，極大地影響了城市水環(huán)境的可持續(xù)利用，嚴重地制約著經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。從環(huán)境的角度看，城市河道水污染的主要原因是由于水體中氮、磷等營養(yǎng)元素過度富集而導致的水生生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力增高的異?，F(xiàn)象；但從資源的角度來看，水體富營養(yǎng)是一種不可多得的農(nóng)業(yè)資源，我國湖泊眾多，水體富營養(yǎng)化問題普遍而嚴重，也可以說水體富營養(yǎng)資源豐富。

植物浮床技術(shù)是利用高等水生植物或經(jīng)改良的陸生植物，運用無土栽培技術(shù)，采用可漂浮材料為基質(zhì)或載體，將植物種植在污水中，通過植物根系對污水中營養(yǎng)元素的吸收、對懸浮顆粒的吸附和微生物的分解等作用，降低污水中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)和有機污染物的含量，最終以植物采收的形式將污染物從水體移出，從而達到凈化水體的效果，同時也可營造良好的水上景觀、生態(tài)效果，并取得一定的經(jīng)濟效益。

然而目前的植物浮床在植物的選擇上存在諸多問題，如植物全年栽種適應性差，植物與水體污染的匹配性差，并且監(jiān)測結(jié)果也不準確，因此這一技術(shù)仍具有廣闊的發(fā)展空間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種蔬菜植物浮床凈化城市河道水的方法，通過城市河道水質(zhì)的全年監(jiān)測選擇設(shè)計所栽培的植物，對城市河道水進行凈化，并且通過栽培過程中各項指標的監(jiān)測調(diào)整植物的種類。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

一種蔬菜植物浮床凈化城市河道水的方法，其特征在于：具體包括以下步驟：(1)進行城市河道水污染狀況全年監(jiān)測；

(2)根據(jù)步驟(1)中的監(jiān)測結(jié)果進行靜態(tài)試驗，預選出優(yōu)勢蔬菜植物；

(3)構(gòu)建蔬菜植物浮床，將蔬菜植物浮床置于城市河道水中，進行優(yōu)勢蔬菜植物的栽植和城市河道水的凈化；

(4)對蔬菜植物浮床邊緣水質(zhì)和蔬菜植物浮床上游河道水質(zhì)進行斷面監(jiān)測；

(5)根據(jù)步驟(4)中的監(jiān)測結(jié)果、季節(jié)變化以及蔬菜的成熟度進行蔬菜植物的移除與再種植；

(6)對被移除蔬菜進行食品安全檢測。

進一步地，所述步驟(1)中城市河道水污染狀況全年監(jiān)測指標包括水樣中的tn、tp、cod、nh4⁺-n、do和ph。

進一步地，所述步驟(2)中預選的蔬菜植物具有以下特點：①預選的蔬菜植物自身硝酸鹽、亞硝酸鹽及重金屬含量不得超出國家衛(wèi)生指標；②預選的蔬菜植物可改善水樣中的tn、tp、cod、nh4⁺-n、do和ph指標中的任意一種或幾種；③預選的若干種蔬菜植物可適應不同的栽種季節(jié)，滿足全年栽種不間斷的需要。

進一步地，所述步驟(3)中蔬菜植物浮床的規(guī)格為：寬2-5米，長20-30米，由100cm*50cm*5cm的聚苯乙烯泡沫板組成，所述聚苯乙烯泡沫板通過木條連接而成；所述蔬菜植物浮床采用木條作框架，所述木條與所述蔬菜植物浮床通過交叉纏繞的鐵絲固定。

進一步地，在每塊聚苯乙烯泡沫板上打種植孔，種植孔徑為2-4cm，種植孔間距為10-20cm。

進一步地，每塊聚苯乙烯泡沫板上栽種優(yōu)勢蔬菜15-20株，用固定海綿把苗株固定于孔內(nèi)。

進一步地，所述步驟(4)中水質(zhì)監(jiān)測點為水面10cm以下。

進一步地，所述步驟(5)中蔬菜植物種植之后根據(jù)蔬菜植物生長狀況確定水質(zhì)取樣時間間隔，水質(zhì)取樣時間間隔設(shè)置為3-7天；取樣后測定水樣中的tn、tp、cod、nh4⁺-n、do和ph六項指標，并對植物地上部分和地下部分氮、磷、干重和鮮重指標進行檢測；在蔬菜植物進入衰老期之前及時將蔬菜植物移除，并在移除后的空缺處栽植新的適應季節(jié)及水體污染情況的蔬菜植物。

進一步地，所述步驟(6)中對移除后的蔬菜進行食品安全檢測，具體根據(jù)國家關(guān)于農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無公害蔬菜安全要求和食品中污染物限量標準檢測蔬菜自身重金屬含量及有害物質(zhì)含量，對合格的蔬菜進行保鮮包裝，并進行銷售或食用。

本發(fā)明的有益效果是：采用生物-生態(tài)修復法中的植物浮床技術(shù)對城市河道水進行凈化，通過對水體的全年監(jiān)測選擇季節(jié)及凈化指標的適應性植物進行浮床栽植，栽植過程中對各指標進行斷面監(jiān)測，以對后續(xù)植物的采收、更換品種提供指導。本發(fā)明方法監(jiān)測結(jié)果準確，適應性強，應用靈活，不僅凈化了城市河道水的污染物，而且對污水中的營養(yǎng)資源有效利用，具有較高的實用價值。

附圖說明

圖1為靜態(tài)試驗中tn的變化情況；

圖2為靜態(tài)試驗中nh4⁺-n的變化情況；

圖3為靜態(tài)試驗中tp的變化情況；

圖4為靜態(tài)試驗中cod的變化情況；

圖5為靜態(tài)試驗中五種蔬菜植物對污水的凈化能力示意圖。

具體實施方式

為了更好的展現(xiàn)本發(fā)明的多功能性，結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步解釋。

實施例：

一、城市河道水污染狀況監(jiān)測

對河道水的水質(zhì)進行污染狀況全年監(jiān)測，設(shè)置兩個水質(zhì)監(jiān)測斷面，兩個斷面之間選取三個取樣點進行水質(zhì)檢測。水樣的采集選擇在每個月的8號早上八點到十點，采集樣品的容器為透明質(zhì)玻璃瓶。樣品取回后當天測定，當天未檢測完的水體放入4℃冰箱冷藏，防止待測樣品發(fā)生生理變化。樣品的分析方法采用《水和廢水分析方法》(第四版)，水樣采集統(tǒng)一以河道水面下0.2-0.3米為標準。

待測樣品檢測指標分別為總氮(tn)、總磷(tp)、氨氮(nh4⁺-n)、化學需氧量(cod)、溶解氧(do)、ph。ph、do采用sx825型便攜式ph、do測定儀進行現(xiàn)場測定：cod、nh4⁺-n采用連華科技生產(chǎn)的5b-3c(v8)快速測定儀；tn采用堿性過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法進行測定；tp采用過硫酸鉀消解-鉬酸銨分光光度法進行測定。對監(jiān)測結(jié)果進行分析，得出以下結(jié)論：

(1)秋冬季do值較高，夏季do值較低：其中，8月份溫度達到峰值，水體層化作用明顯，垂直交換受阻，因此do濃度達到最低值；秋冬季隨著氣溫的不斷下降，水體的層化作用被打破，do濃度逐漸升高，1月份達到最高。

(2)夏、冬季ph值較高：夏季持續(xù)高溫天氣使水體出現(xiàn)明顯分層，表面水溫逐漸增加，使一部分二氧化碳溢出水面，導致水中oh^-增多，進而ph值增大；隨著季節(jié)變化，氣候變冷，水溫下降，ph又恢復正常，但由于ph值與溫度呈負相關(guān)性，溫度越低，ph值越高，在ph值又恢復正常的情況下，隨著冬季溫度的降低，ph值升高。

(3)全年nh4⁺-n變化幅度較大，忽高忽低：自然狀態(tài)下nh4⁺-n濃度的降低主要與氨揮發(fā)、氨化、硝化反應有關(guān)，氨揮發(fā)由水中的ph值、nh4⁺-n濃度、溫度、風速、太陽輻射、水生植物種類、狀態(tài)和數(shù)量以及系統(tǒng)的ph值日變化等多種因素來綜合決定；硝化反應受溫度、ph、do濃度、碳氮比及微生物數(shù)量等影響；氨化作用將有機氮轉(zhuǎn)化為無機氮，尤其是nh4⁺-n，有氧時利于氨化，而厭氧時氨化速度降低，故8月份do濃度低，氨化作用不明顯。

(4)1、7、11月份，河道tn濃度較高，污染最為嚴重，3-5月份和8-10月份，tn濃度較低，基本趨于穩(wěn)定：秋、冬季do濃度含量較高，反硝化作用不明顯，硝態(tài)氮含量較高，因此河道tn濃度整體較高。7月份生活污水增加，導致tn濃度增加。8月份降水量增多，河道水被稀釋，do濃度較低，反硝化作用明顯，故其tn濃度低于7月份。

(5)tp濃度全年變化不穩(wěn)定：夏季河道出現(xiàn)冷熱分層，造成底層缺氧，在缺氧狀態(tài)下，導致底泥中磷的釋放，底泥磷的釋放，必然導致水體整體磷濃度的增加；雖然表層水中的磷濃度由于夏季藻類生長吸收有所降低，再經(jīng)過秋季水體對流沉積在河底，但經(jīng)過春季水體對流，又將底泥釋放的磷帶到表層水體。所以，水體總磷年內(nèi)變化主要受季節(jié)變化影響，溫度較高時，促使水體中磷的轉(zhuǎn)換，溫度較低時轉(zhuǎn)換速度減緩。

(6)cod濃度變化幅度較大，無明顯規(guī)律：cod濃度主要受cod沉降作用影響，不同物理形態(tài)cod含量變化不同，并且cod與ss呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。

二、靜態(tài)試驗預選出優(yōu)勢蔬菜植物

植物是浮床技術(shù)中凈化污水的重點，所以選擇合適的植物對水體的凈化效果存在顯著差異。蔬菜植物品種選擇應注重對所監(jiān)測水質(zhì)中各指標的凈化效果，選用經(jīng)濟效益高，能適應高溫和低溫生長條件且自身硝酸鹽、亞硝酸鹽及重金屬含量符合國家衛(wèi)生指標的蔬菜植物。預選的試驗蔬菜植物與城市河道水污染狀況監(jiān)測結(jié)果相對應，通過以上選擇植物的要求，本發(fā)明綜合各影響因素，挑選出以下幾種試驗陸生經(jīng)濟蔬菜植物：(1)紫背天葵(2)生菜(3)茼蒿(4)水芹(5)紅甜菜。

具體的實驗方法如下：

以劣v類水質(zhì)城市河道水體為試驗水體。試驗在水箱中進行，水箱尺寸為：長×寬×高＝55cm×40cm×30cm，水箱中盛放試驗河水，水深23cm，水樣體積為50l。每個水箱水面上放置一塊50cm×35cm，厚2cm的可降解聚苯乙烯泡沫板作為浮床。浮床上以5cm×10cm的間距開16個φ為3cm的定植孔，每個定植孔中定植1棵植物，并用固定海綿固定。栽培前用蒸餾水將植株根部的泥土洗凈，減少對試驗水體的影響。另外，設(shè)置對照組，對照組定植孔內(nèi)不進行植物定植。試驗周期為49天，試驗中每隔7天取樣一次，測定水樣中的tn、nh4⁺-n、tp、cod、do和ph六項水質(zhì)指標，水質(zhì)指標測定參考《水和廢水監(jiān)測分析方法》，同時對植物的根長、株高、鮮重進行測定。試驗期間水溫18-25℃，平均水溫21.5℃，水溫適合植物生長。為防止試驗水體因蒸發(fā)以及植物蒸騰作用而引起的損失，每天及時補給蒸餾水以保持水箱內(nèi)水體體積恒定。所有水箱為不透明水箱，防止因光照導致藻類生長而影響試驗結(jié)果。試驗在室外進行，水箱上方搭建遮陽網(wǎng)，防止強光曬傷植物。

經(jīng)過49天的污水培養(yǎng)，茼蒿鮮重增加最大，較初始值增加了3.64倍，其次是生菜和水芹。茼蒿株高變化最大，其次是生菜和紫背天葵。水芹根長增長率最大，較初始值增加了2.75倍，其次是生菜和茼蒿，較初始值增加了1.51和1.15倍。從五種植物鮮重、株高、根長的變化情況分析，茼蒿變化最快，其次是生菜和水芹，紅甜菜和紫背天葵較慢。但從植物的生長態(tài)勢來看，這五種植物在水中根系發(fā)達，尤其水芹最發(fā)達，均能適應污染水體，并保持旺盛生命力，具備凈化污染水體的客觀條件。

根據(jù)圖1-5可知，五種植物對tn、nh4⁺-n、tp和cod的凈化能力差異很大，依次排序為：生菜>水芹>紅甜菜>茼蒿>紫背天葵。方差分析結(jié)果表明，生菜的凈化能力與紫背天葵、茼蒿組差異顯著(p<0.05)，與水芹、紅甜菜組差異不顯著(p>0.05)。水芹與生菜、紅甜菜組差異不顯著(p>0.05)，與茼蒿、紫背天葵組差異顯著(p<0.05)。

三、構(gòu)建優(yōu)勢蔬菜植物浮床

浮床整體寬2米，長25米，由100塊規(guī)格為100cm*50cm*5cm的聚苯乙烯泡沫板組成；泡沫板通過木條連接而成，浮床采用木條作框架，在浮床上交叉纏繞鐵絲進行固定；每塊泡沫板上打孔，孔徑為2cm，孔間距為15cm。

取生長良好、無病蟲害的植株于實驗室預培養(yǎng)7d，實驗期間不施加任何肥料和農(nóng)藥，植株營養(yǎng)完全來源于實驗水體。預培養(yǎng)后將種苗定植于泡沫浮床上，每板15-20株，用固定海綿把苗株固定于孔內(nèi)，整板漂浮于水面上。

所選擇的蔬菜植物根據(jù)水體各指標情況、栽種季節(jié)、具體栽種蔬菜的市場需求確定。

其中，茼蒿長勢快，但不耐高溫，不耐長日照，適于春秋季節(jié)短期種植；

水芹于短日照下利于根葉生長，于長日照下利于匍匐莖生長和開花結(jié)實，并且根系發(fā)達，tn凈化效果佳，因此，適于春末夏初種植；

紫背天葵耐熱性強，且tn、nh4⁺-n、cod凈化效果較佳，適于夏季種植；

生菜生育期長，為90-100天，耐寒頗強，且綜合凈化效果最好，正適于秋冬季節(jié)；

紅甜菜適應相強、耐寒耐熱，且cod凈化率較高，可用于夏冬季節(jié)的栽植。

四、監(jiān)測與分析

取樣時間根據(jù)植物生長狀況確定，測定水樣中的tn、nh4⁺-n、tp、cod、do和ph六項水質(zhì)指標，同時，浮床種植過程中隨機選取浮床上植物，對植物地上部分、地下部分氮、磷、鮮重和干重分別進行測定。試驗結(jié)束時，分別選取浮床上植物，測定其地上部分、地下部分氮、磷、鮮重、干重，并且測定植物衛(wèi)生品質(zhì)指標、營養(yǎng)品質(zhì)指標含量，檢驗是否達到食用標準。

每次取樣在設(shè)定位置取水樣進行水質(zhì)分析，由于雨季的影響以及河道內(nèi)連通的污水管道污水匯入，河道水質(zhì)處于動態(tài)變化，因此，選擇浮床邊緣進行三點采樣監(jiān)測；三點均衡地分布在25m長的浮床邊緣，水面以下10cm；所述三點水質(zhì)受植物生長影響較大，而河道上游的水質(zhì)可忽略浮床的影響。對比上述三點與河道上游的水質(zhì)差異，分析蔬菜植物浮床對河道水質(zhì)的改善效果；水樣分析時，取上述三點的水樣混合后分析，代表蔬菜植物浮床的水質(zhì)，每個水樣均重復測定三次。由此方法得到的監(jiān)測結(jié)果準確可靠。

具體測試項目和方法如下：

(1)植物鮮重采用jj500型電子天平現(xiàn)場稱量。干物質(zhì)生物量測定時，先將鮮樣稱重后，放入烘箱，105℃殺青15分鐘，75℃烘干至恒重。

(2)檢測的水質(zhì)指標包括tn、nh4⁺-n、tp、cod、do和ph六項水質(zhì)指標。

(3)植物組織氮、磷含量的測定及植物衛(wèi)生品質(zhì)指標包括重金屬、硝酸鹽和亞硝酸鹽。

(4)植物莖葉中的可溶性蛋白采用試劑盒考馬斯亮藍法測定，維生素c采用試劑盒紫外分光光度法測定。

(5)植物莖葉中的可溶性糖采用蒽酮法測定。

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可適時調(diào)整蔬菜品種，以適應凈化需求，或?qū)σ殉墒斓氖卟诉M行及時采收。

五、蔬菜的移除與再種植

植物浮床凈化污水的工作中，需要一年四季都在污染水體中種植植物，而當植物生長到衰老期之后，脫落的葉片落入水中，部分根系腐爛，會將吸收的氮、磷重新釋放到水中，造成二次污染。因此，根據(jù)監(jiān)測信息在植物進入衰老期之前將其從水中移除，收獲植物，并種植新的適應季節(jié)及污染水體的植物。

六、對被移除蔬菜進行食品安全檢測

植物采收后進行食品安全檢測，保證重金屬及有害物質(zhì)含量不超過國家關(guān)于農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無公害蔬菜安全要求(gb18406.1-2001)和食品中污染物限量標準(gb2762-2005)。

本發(fā)明采用生物-生態(tài)修復法中的植物浮床技術(shù)對城市河道水進行凈化，與物理修復法和化學修復法相比，植物浮床不會產(chǎn)生二次污染物、成本低、效果好，在凈化水體的同時可營造良好的水上景觀、生態(tài)效果，不僅凈化了城市河道水的污染物，而且對污水中的營養(yǎng)資源加以利用，并且種植出的蔬菜達到了無公害蔬菜的質(zhì)量要求，取得一定的經(jīng)濟效益。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。