文献综述
摘要：目前，人工浮岛逐渐受到人们的重视，这种技术利用其上栽培的植物能较好的去除水中的氮、磷等污染物，同时还有美化水体景观，成本低，占地小的优点。美国生态学家 Gurney在1971 年发表加拿大雁的水上漂浮式人工巢论文 , 成为人工浮岛研究的先锋。美国德裔植物学家豪格概括了人工浮岛的六大功能:防止堤岸侵蚀和保护海岸线、为野生动物提供栖息地、美化景观、水质对水质净化和过滤、生物消毒作用。日本公共工作研究所建造部的两位学者Nakamura与Shimatani发现人工浮岛的特征是改变生态系统的形状,并非把营养成分搬出系统之外。我国早期的生物浮岛研究始于80年代,李止正等20世纪80年代初结合太湖治理在太湖大水面无土栽培了39种高等陆生植物，所试植物均能正常生长，在改善水环境的同时，获得了一定的经济效果。安曼归纳了人工浮岛的种类，为：复合型人工浮岛、立体式生态浮岛、微曝气生态浮岛、生物岛栅。吕家展等发现若要对水质整体有较好的改善效果，可以选择美人蕉、鸢尾、芦竹混合种植。陶陪等设计了一直组合式生态浮岛，是由各浮岛单体通过连接件连接组合而成，呈辐射状布置，分为陆生植物区、挺水植物区和沉水植物区。目前的生态浮岛多以水上漂浮形式，较少有悬浮岛设计形式，就造成了植物种植的单一性。
关键词：人工浮岛、六大功能、浮岛特征、浮岛种类。
一、文献综述
近年来，江河、湖泊、水库、池塘等水体受到环境污染，造成水体富营养化，破环了水体的生态平衡。目前，人工浮岛逐渐受到人们的重视，这种技术利用其上栽培的植物能较好的去除水中的氮、磷等污染物，同时还有美化水体景观，成本低，占地小的优点。
最早研究浮岛技术的学者是美国生态学家 Gurney ,他以研究加拿大雁获得“雁爸爸” 称号而著名 。早在 1951 年他就提出, 加拿大雁种群灭绝的主要原因是栖息地不够。为此 ,他在科罗拉多州西北部建造野生水鸟庇护场, 将 38 只加拿大雁繁殖成为 2000 多只 。 1971 年发表加拿大雁的水上漂浮式人工巢论文 , 成为人工浮岛研究的先锋。在德国,美国德裔植物学家豪格(SvenHoeger)于1988年发表了在人工浮岛上著名的论文《Schw imm kam pen-Germanyrsquo;s artificial floating islands》,在文中,他概括了人工浮岛的六大功能:防止堤岸侵蚀和保护海岸线、为野生动物提供栖息地、美化景观、水质对水质净化和过滤、生物消毒作用。 在日本,人工浮岛作为水质净化技术一直受到重视。1997年日本公共工作研究所建造部的两位学者Nakamura与Shimatani在Kasumigaura湖的Tsuchiura的港口建造了长92m,宽915m,40个单元组成的人工浮岛。他们发现:人工浮岛的特征是改变生态系统的形状,并非把营养成分搬出系统之外。在夏季,人工浮岛能有效的净化水质,对于夏季水华现象的湖泊,人工浮岛是一个有效的净化水质的方法[1]。我国早期的生物浮岛研究始于80年代,中科院南京湖泊与地理研究所、福建农科院等单位，以聚苯乙烯发泡板作为浮岛载体，铺上泥后种植水稻，或以聚苯乙烯作为浮体主材料，铺以竹条、丙烯袋、塑料薄膜等构成了浮体栽培床种植各种植物，为自然水域植物栽培做了有益的尝试。同期，李止正等20世纪80年代初结合太湖治理在太湖大水面无土栽培了39种高等陆生植物，所试植物均能正常生长，在改善水环境的同时，获得了一定的经济效果，这为水上种植技术的推广提供了强有力的依据[2]。
Hsiao-Ling Lu等[3]通过实验得出人工浮岛可以有效地将分层的水分解成均匀的水，抑制藻类的生长。当使用人工浮岛时，溶解氧和氧还原电位升高，NH3-N、NO3-N和NO2-N有效降低。由于人工浮岛可以迅速提高水质，因此在未来推广应用水景观和环境保护是值得的。王劼等[1]说人工浮岛技术有施工简单、工期短、周围环境影响小、材料费用与施工费用低、供试植物和浮床载体材料来源广、结构组装方便、载体可移动拼装等特点。在净化城市内河水质方面，人工浮岛技术具有独特优势和可操作性，为处理污水、净化水质提供了另一条有效途径。其次,在水资源日益缺乏的今天，水资源再生利用显得越来越重要。由于城市污水处理厂的出水水质与景观用水要求有一定差异，污水处理厂出水不能直接作为景观用水。但人工浮岛可以作为污水处理厂出水和景观用水之间的过渡处理时期来，净化水质，使之达到景观用水标准。第三,当前,环境问题越来越突出，国内外特别重视城市生态建设，而城市绿化是生态城市建设的一个重要部分。在水体中建造人工浮岛无疑是在水面上建造绿地，使水面成为绿化带，这对提高城市绿化面积，改善城市生态环境起着重要作用。Lanshing Hwang等[4]将七个浮动岛屿的安装在一个高度影响潮汐阿纳卡斯蒂亚河的一部分，虽然这七个浮动岛屿的表面积很小，面积略超过1600平方英尺，但在水柱中漂浮的根提供了相当于6英亩的湿地面积。这些漂浮岛屿可以每年将阿纳卡斯蒂亚河中的氮、磷和氨去除，分别是990、138和990磅。除了改善水质，这些浮岛还创造了宝贵的野生动物和水生生境。
安曼[5]归纳了人工浮岛的种类，为：复合型人工浮岛、立体式生态浮岛、微曝气生态浮岛、生物岛栅。其中复合型人工浮岛主要有以下三部分组成：浮岛载体、浮岛固定装置和浮岛植物。在对复合型植物人工浮岛进行设计时，需要对浮岛载体、载体植物、浮岛排放方式设置等参数进行选择。黄薇[2]研究得出植物的选择既要满足环境适应性要求，又要具有生物量大的特点，使之可以最大限度地吸取水中营养物，使水体得到改善。通过实验，其中水生竹叶菜的生物量最大，可接近30kg/m2。且氮磷去除效果最好的为水生竹叶菜和油菜，去除率均达到60%左右。吕家展[6]等通过实验比较了5种水生植物单独种植及混合种植对污染物的去除效果，实验初期水体的COD、TP、TN去除率迅速增加，水质改善。经过41 d实验处理,鸢尾、美人蕉 鸢尾、美人蕉对COD去除效果最好，去除率分别是89.4%、88.3%、86.5%；风车草、鸢尾、美人蕉 鸢尾对总磷去除效果最好，去除率分别是92.4%、91.1%、90.7%；花叶芦竹对总氮去除效果最好，去除率是60.5%。若要对水质整体有较好的改善效果，可以选择美人蕉、鸢尾、芦竹混合种植。方媛媛[7]探究不同比例混合植物对富营养化水体的净化效果，选取黄菖蒲和美人蕉组合混合植物人工浮岛在相同的条件下进行室外静态模拟试验，结果表明，在静态条件下，各人工浮岛对TN、TP、CODMn的平均去除率分别为83.23%、84.12%、67.76%；不同混合比例植物的浮岛中，以菖蒲:美人蕉=3∶1的去除效果最好。蒋立先[8]通过分析目前河道治理生态修复方法局限性,提出了一种新型植物岛的构建方法即太阳能增氧植物岛的建立。并将新型植物岛应用与河道治理当中，并且具有较好的效果。实验结果表明:灯笼状水草的去除总P和总N的能力最强，绒毛带状水草号的次之，空白对照组最差，经过将近40多天的静态实验，其中灯笼状水草对水质中的COD、总N、总P去除率分别可以达到30%、30%、55%左右。 汪松美[9]提出尽管多项室内实验结果均证明，包括水生植物、陆生植物等在内的多种浮床植物可通过植物吸收、根系微生物的降解等显著改善水质，然而当这些植物实际应用与河道时，由于重污染河道中氮磷等营养元素较高，往往导致植物地上部分生长旺盛，而根系生长短小，这直接影响到植物根系微生物的附着，进而影响到浮床系统对河道水质的净化效果，成为限制该技术应用的主要瓶颈。而仿生植物则可有效弥补这一瓶颈，其原理是通过各种纤维填料来模仿植物根系的功能，从而为污染水体中土著微生物提供适宜的栖息场所，促使微生物聚集、生长、繁殖、代谢，从而降解污染物，达到水质净化的目的。
而对于浮岛基质的研究，施亮亮等[10]对比研究了稻草填料、塑料球形填料作为浮岛基质时及纯植物浮岛中复合植物（美人蕉和菖蒲）的生长情况，氮素污染物、总磷和CODMn指数的修复效果。实验结果表明：稻草基质浮岛中的美人蕉和菖蒲株高增长最快，其次是塑料球形填料浮岛，均优于纯植物浮岛。其中稻草基质浮岛系统中CODMn出现负增长的原因是稻草组织细胞中过量的水溶性物质释放所导致。可见以填料作为生态浮岛的基质对提高浮岛系统启动和稳定速度是有益的。白少元等[11]设计的新型人工浮岛是通过两种不同透水能力基质材料的填充在系统内部形成2个不同水流与溶解氧浓度区域，两区域的过流能力及两者之间水流交换量对系统脱氮除磷效果具有较大的影响。上层填充颗粒状填料，如石英砂、生物陶粒、沸石和石灰石等；下层填充过水性好的填料，如悬挂纤维束组合填料、塑料球填料等。
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