專利名稱：一種利用水生植物配置控制湖泊富營(yíng)養(yǎng)和沼澤化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，具體涉及ー種利用幾種水生植物配置調(diào)控富營(yíng)養(yǎng)化水體的方法，能夠 經(jīng)濟(jì)高效減緩湖泊富營(yíng)養(yǎng)化和沼澤化進(jìn)程。
背景技術(shù)：
伴隨經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化程度日益嚴(yán)峻，近幾年來，由于湖泊富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致飲用水受限，影響到人類的正常生活的例子比比皆是，湖泊富營(yíng)養(yǎng)化已經(jīng)成為嚴(yán)重威脅我國(guó)生態(tài)環(huán)境最重要的社會(huì)和環(huán)境問題之一。據(jù)文獻(xiàn)，我國(guó)經(jīng)過調(diào)查的200多個(gè)湖泊中75%富營(yíng)養(yǎng)化，太湖、巢湖、滇池等藍(lán)藻頻繁暴發(fā)。已發(fā)生和具備富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生條件的湖泊面積共達(dá)14000多km2，有近3/4的湖泊已達(dá)富營(yíng)養(yǎng)程度，所占的面積接近總湖泊面積的2/3。當(dāng)前我國(guó)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化問題十分突出，對(duì)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)行有效控制迫在眉睫。同時(shí)部分湖泊出現(xiàn)沼澤化。沼澤化的水體表現(xiàn)為，生物殘?bào)w積累，湖泊沉積層加厚，最終導(dǎo)致湖泊面積減少，湖泊消亡。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用化學(xué)、物理及生物的方法來緩解湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化問題，但鮮有能同時(shí)有效控制富營(yíng)養(yǎng)化及沼澤化的方法。公開號(hào)為CN102070218A的專利，利用天然沸石粉末直接吸附湖泊富營(yíng)養(yǎng)化水體，核心應(yīng)用沸石物理特性，但從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度分析，沸石成本較高，且需要定時(shí)更換，只能暫時(shí)緩解富營(yíng)養(yǎng)化的情況。公開號(hào)為CN101805062A的專利，采樣鋼渣和大型海藻相結(jié)合處理富營(yíng)養(yǎng)化，將廢鋼渣變廢為寶，是ー種低能耗，低成本的方法，但鋼渣有可能會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生二次污染，具有潛在的危害。公開號(hào)為CN102126792A的發(fā)明專利涉多種蔬菜，配置漂浮種植床，利用植物自身代謝的特征，去除水體中的氮、磷，該發(fā)明采用生物浄化的方法有效改善富營(yíng)養(yǎng)化水體，與物理、化學(xué)手段治理富營(yíng)養(yǎng)化水體相比，效果更明顯，投資成本低、便于推廣和規(guī)模種植，但只能降低營(yíng)養(yǎng)物含量，無法減緩沼澤化。公開號(hào)為CN101962227A的發(fā)明公布了一種處理水體富營(yíng)養(yǎng)化的方法，步驟包括調(diào)查水體中水生生物的群落結(jié)構(gòu)，依據(jù)該調(diào)查結(jié)果，找出食物鏈中缺環(huán)或斷鏈環(huán)節(jié)；在水體中放養(yǎng)肉食性魚類、采取藥物方式或人工捕撈方式，清除水體中的小雜魚和草食性魚類，調(diào)整水體魚類群落結(jié)構(gòu)；在0-1. 5m水深的水底種植沉水植物、浮葉植物和挺水植物；在水體中放養(yǎng)濾食性魚類、濾食性貝類、碎屑食性底棲動(dòng)物及草食性魚類,但其調(diào)整方式較為復(fù)雜,受風(fēng)浪等影響較大，且其規(guī)模尺度效應(yīng)未見證明，在大型水體難以進(jìn)行上述操作。因此，針對(duì)淡水湖泊同時(shí)富營(yíng)養(yǎng)化和沼澤化的特點(diǎn)，通過研究土著水生植物生長(zhǎng)特性，選擇和使用優(yōu)化配置和密度調(diào)控手段控制不同水生植物的密度和組合及沿岸坡線的梯度配置，并根據(jù)植物生長(zhǎng)習(xí)性特征，在不同的時(shí)間進(jìn)行平衡收割，可以有效的降低湖泊水體中的氮、磷含量，并減少水生植物的腐爛導(dǎo)致的生物填平作用，需要有較好的可操作性和廣泛的應(yīng)用性。同時(shí)也要避免了二次污染的產(chǎn)生和沼澤化，對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)恢復(fù)具有重要作用
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出ー種利用水生植物配置控制湖泊富營(yíng)養(yǎng)和沼澤化的方法，利用不同水生植物種類生物量配比來調(diào)控水質(zhì)指標(biāo)濃度，從而實(shí)現(xiàn)治理湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的無
害治理。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的利用水·生植物配置控制湖泊富營(yíng)養(yǎng)和沼澤化的方法，考察水體污染程度、水生植物種類及蓋度，同時(shí)結(jié)合歷年水質(zhì)指標(biāo)變化情況和植物種類差異，選擇水生植物的配比及種植的位置，同時(shí)通過水生植物的收割減少生物沉積，減緩沼澤化進(jìn)程。所述的方法中，水生植物的種類是指適合淡水淺水湖泊條件的挺水-浮水-沉水水生植物群叢，利用組合的穩(wěn)定優(yōu)勢(shì)及自身浄化水體能力，加速水體中氮磷的代謝循環(huán)，吸收水體中的氮、磷，降低其在水體中的濃度，同時(shí)組成穩(wěn)定的水生植物群落結(jié)構(gòu)，持續(xù)穩(wěn)定的改善水環(huán)境。所述的方法中，水生植物中的挺水植物為蘆葦、香蒲；浮水植物為荷花；沉水植物為輪藻。所述的方法中，蘆葦、香蒲、荷花及輪藻的蓋度配比分別為所述的方法中，對(duì)蘆葦和香蒲進(jìn)行冰面以上部分收割，未收割部分繼續(xù)吸收氮磷，減少植物腐爛沉積；荷花收割部位在根部以上20-30cm，減少植物腐爛沉積；輪藻每?jī)稍率崭钜淮?，每次收割面積占輪藻群叢面積的20 %，提高現(xiàn)存輪藻的生長(zhǎng)速率，減少輪藻腐爛沉積。本發(fā)明提供了一種高效、無害化治理湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的方法，巧妙的利用不同水生植物種類生物量配比來調(diào)控水質(zhì)指標(biāo)濃度，從而實(shí)現(xiàn)治理湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的無害治理。通過不同水生植物的配比，結(jié)合其自身吸附氮、磷能力的特性，來促使水體中氮、磷元素含量的降低，從本質(zhì)上降低富營(yíng)養(yǎng)化水體形成的可能性，同時(shí)通過針對(duì)所選植物的生長(zhǎng)特點(diǎn)，采用有效的收割策略減少生物腐爛堆積，該方法對(duì)于治理湖泊富營(yíng)養(yǎng)化和防止沼澤化起到了積極作用。本發(fā)明與傳統(tǒng)富營(yíng)養(yǎng)化治理方法相比較，其益處在于立足于土著植物本身生長(zhǎng)特性，構(gòu)建挺水-浮水-沉水植物的不同群叢，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而減少僅僅栽種沉水植物導(dǎo)致的系統(tǒng)不穩(wěn)定，同時(shí)也不引入外源污染，起到了保護(hù)生境的作用，對(duì)于維持湖泊穩(wěn)態(tài)具有重要意義。此外，對(duì)水生植物的進(jìn)行優(yōu)化配置和密度調(diào)控，根據(jù)水生植物的生長(zhǎng)特征進(jìn)行收割減少植物腐爛和生物填平作用，減緩沼澤化，這對(duì)于延長(zhǎng)淺水湖泊壽命有重要作用。水生植物調(diào)控水質(zhì)是ー種高效、無害、低成本、推廣性強(qiáng)的生物治理富營(yíng)養(yǎng)化的方法，可以從本質(zhì)上解決富營(yíng)養(yǎng)化問題。


圖I是本發(fā)明的水生植物梯度配比俯視示意圖。圖2是本發(fā)明的水生植物配比示意圖。
具體實(shí)施例方式以下詳細(xì)說明本發(fā)明的原理和實(shí)施方式開展湖區(qū)實(shí)地調(diào)研，在近岸的富營(yíng)養(yǎng)化水域應(yīng)用該技木?？疾煸搮^(qū)域的水體污染程度、水生植物種類及蓋度，同時(shí)結(jié)合歷年水質(zhì)指標(biāo)變化情況和植物種類差異，選擇水生植物的最佳配比及種植的最佳位置。水生植物若該地區(qū)沒有上述水生植物，則需移植栽種，一般情況下，四種水生植物均為湖泊常見土著植物，將四種植物按不同蓋度配比即可。I)四種水生植物水深梯度配置方法(I)四種植物及特點(diǎn)蘆葦禾本科，蘆葦屬，多年生草本植物，適宜淺水區(qū)的挺水植物，適宜種植于岸堤邊。吃水深度一般不超過O. 5m。有較好的擋風(fēng)能力，可以有效的為荷花和其他水生植物的種植創(chuàng)造防風(fēng)條件。蘆葦對(duì)氮元素有極高的利用能力，在自然條件下，其利用率可以到達(dá)20 40%，對(duì)總磷的利用率最高可以達(dá)到30%。香蒲香蒲科，香蒲屬，多年生挺水植物，吃水深度較蘆葦深，一般能達(dá)到lm，可以 在靠近蘆葦?shù)乃钐幏N植。香蒲對(duì)總氮及總磷的利用率與蘆葦相似，在自然條件下，其単獨(dú)對(duì)總氮的去除率在15% 27%之間，總磷去除率為10 25%。荷花屬睡蓮科，浮葉植物，多年生，3 4月萌發(fā)長(zhǎng)葉，5 8月相繼開花，單朵花期為2 5天。花后結(jié)實(shí)。10 11月莖葉枯萎。翌年春季又重新萌發(fā)，適應(yīng)生存環(huán)境能力強(qiáng)，可順次在香蒲下方種植。荷花根吸附重金屬能力強(qiáng)，對(duì)鋅、鉻、鉛吸附效果顯著，其地面莖利用氮、磷的能力分別為16% 25%，17% 27%。輪藻輪藻綱，輪藻目，多年生沉水植物，繁殖能力強(qiáng)。輪藻凈化水質(zhì)效果明顯，其能有效吸收氣、憐，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，對(duì)總憐的去除率最聞可達(dá)25 %,對(duì)總憐的去除率最聞可達(dá) 26%。(2)具體配置方法參閱圖I所示(圖中從上至下依次為蘆葦、香蒲、荷花、輪藻，代表從岸邊到深水的梯度配置)。2)四種水生植物配比蓋度(參閱圖2)四種水生植物按著不同梯度進(jìn)行配比，其每種植物的蓋度值不同，浄化效果不同。根據(jù)湖泊長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其蘆葦、香蒲、荷花及輪藻的蓋度最佳配比分別為10%，10%,20%,30% ；在湖泊中種植水生植物，加速湖泊自浄能力，可以有效降低水體中氮、磷濃度，遏制了湖泊富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程，對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展起到了積極的作用。3)水生植物的收割時(shí)機(jī)和數(shù)量蘆葦和香蒲在毎年11-12月進(jìn)行冰面部分100%收割，未收割部分繼續(xù)吸收氮磷，減少植物腐爛沉積；荷花葉子毎年8月份收割作為天然包裝物外賣，莖毎年11月份進(jìn)行收害わ收割部位在根部以上20-30cm，減少植物腐爛沉積；輪藻生長(zhǎng)速度快，11月-來年4月合計(jì)收割一次，在5-10月份，每?jī)稍率崭钜淮危看问崭蠲娣e占輪藻群叢面積的20%，提高現(xiàn)存輪藻的生長(zhǎng)速率，減少輪藻腐爛沉積。本發(fā)明的特點(diǎn)是利用水生植物自身特性，選擇蘆葦、香蒲、荷花及輪藻作為目標(biāo)植物。這四種植物都是土著種，對(duì)水體氮、磷利用效果顯著。其中，蘆葦對(duì)氮的利用率較高，而香蒲對(duì)磷有較好的吸收效果，荷花能吸收氮磷的同時(shí)還可以分泌化感物質(zhì)，對(duì)藻類有抑制效果，荷花根系吸附重金屬能力強(qiáng)，且荷花為常見的景觀植物，輪藻擴(kuò)增速度快，吸收氮、磷能力強(qiáng)，且在秋末冬初進(jìn)行收獲可以有效減少沉積物。這四種植物的組合可以有效的降低水體中氮、磷含量，并且沒有二次污染。實(shí)施例I針對(duì)白洋淀湖區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化和沼澤化的問題，利用本發(fā)明對(duì)湖區(qū)進(jìn)行水質(zhì)調(diào)控，減少富營(yíng)養(yǎng)化減緩沼澤化。土著優(yōu)勢(shì)水生植物為挺水植物蘆葦，香蒲、慈姑等，浮游植物荷花、菱角等，沉水植物為輪藻、眼子菜等。水深I(lǐng) 2m。根據(jù)室內(nèi)栽種觀察，選擇蘆葦、香蒲、荷花、輪藻等按不同配比種植于白洋淀圍隔實(shí)驗(yàn)區(qū)域。在相同水域，每隔15m處圍ー圍格，與外界隔離，便于觀察浄化水質(zhì)效果，植物配比不同，共布設(shè)20個(gè)圍格進(jìn)行比較，并設(shè)置空白對(duì)照。監(jiān)測(cè)水質(zhì)的頻率為每月一次，監(jiān)測(cè)周期為5月 9月，氮磷去除率見表I。采用收割策略的植物年腐解沉積降解速率見表2。表I白洋淀實(shí)驗(yàn)區(qū)不同時(shí)期水生植物氮、磷去除率

權(quán)利要求
1.ー種利用水生植物配置控制湖泊富營(yíng)養(yǎng)和沼澤化的方法，考察水體污染程度、水生植物種類及蓋度，同時(shí)結(jié)合歷年水質(zhì)指標(biāo)變化情況和植物種類差異，選擇水生植物的配比及種植的位置，同時(shí)通過水生植物的收割減少生物沉積，減緩沼澤化進(jìn)程。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，水生植物的種類是指適合淡水淺水湖泊條件的挺水-浮水-沉水水生植物群叢，利用組合的穩(wěn)定優(yōu)勢(shì)及自身浄化水體能力，加速水體中氮磷的代謝循環(huán)，吸收水體中的氮、磷，降低其在水體中的濃度，同時(shí)組成穩(wěn)定的水生植物群落結(jié)構(gòu)，持續(xù)穩(wěn)定的改善水環(huán)境。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，水生植物中的挺水水生植物為蘆葦、香蒲；浮水水生植物為荷花；沉水水生植物為輪藻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，蘆葦、香蒲、荷花及輪藻的蓋度配比分別為10%、10%、20%、30%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，對(duì)蘆葦和香蒲進(jìn)行冰面以上部分收割，未收割部 分繼續(xù)吸收氮磷，減少植物腐爛沉積；荷花收割部位在根部以上20-30cm，減少植物腐爛沉積；輪藻每?jī)稍率崭钜淮危看问崭蠲娣e占輪藻群叢面積的20 %，提高現(xiàn)存輪藻的生長(zhǎng)速率，減少輪藻腐爛沉積。
全文摘要
一種利用水生植物配置控制湖泊富營(yíng)養(yǎng)和沼澤化的方法，考察水體污染程度、水生植物種類及蓋度，同時(shí)結(jié)合歷年水質(zhì)指標(biāo)變化情況和植物種類差異，選擇水生植物的配比及種植的位置，同時(shí)通過水生植物的收割減少生物沉積，減緩沼澤化進(jìn)程。本發(fā)明可有效降低湖泊治理的經(jīng)濟(jì)成本，就地取材，簡(jiǎn)便可行，具有較強(qiáng)的可操作性和廣泛的應(yīng)用性，技術(shù)的實(shí)施不影響湖泊生態(tài)系統(tǒng)原有生態(tài)功能，對(duì)長(zhǎng)期維護(hù)湖泊生態(tài)健康具有重要意義。
文檔編號(hào)C02F3/32GK102730836SQ201210227639
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月2日
發(fā)明者何連生, 刁曉君, 劉增超, 孟睿, 孟繁麗, 宋博宇, 席北斗, 李一葳, 王鵬騰 申請(qǐng)人:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院