專利名稱：利用中華萍蓬草治理富營養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水體污染治理和生態(tài)修復(fù)的方法，具體涉及一種利用中華萍蓬草進行富營養(yǎng)化水體治理的生態(tài)修復(fù)方法。
背景技術(shù)：
近十多年來，隨著地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展和城市化進程的加快，排入水體，如湖體內(nèi)的工業(yè)廢水和生活污水的數(shù)量不斷增加，湖水中植被大面積消失，藻類大量繁殖，透明度降低。造成生物多樣性下降和湖泊生態(tài)系統(tǒng)退化，影響了水資源的利用及其功能的發(fā)揮。水域生態(tài)系統(tǒng)是長期演化與發(fā)展的結(jié)果，在一定時期內(nèi)均有相對穩(wěn)定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和協(xié)調(diào)的生態(tài)功能，這也是生態(tài)系統(tǒng)維持相對穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。湖泊等水體污染與富營養(yǎng)化實質(zhì)就是生態(tài)失衡的體現(xiàn)，若水體生態(tài)系統(tǒng)的耦合在結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系上的錯位和失諧，削弱或阻滯了該生態(tài)系統(tǒng)中物流的輸入、遷移、轉(zhuǎn)化、輸出、循環(huán)的途徑，形成物質(zhì)在時間、空間上的滯留或耗竭，而且其量超越生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)的能力，就產(chǎn)生水域生態(tài)系統(tǒng)諸多的生態(tài)問題。水生高等植物是淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅具有較高的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟價值，而且具備很強的環(huán)境生態(tài)功能。它維系著生態(tài)系統(tǒng)良好的水質(zhì)和復(fù)雜多變的環(huán)境條件，為魚類、鳥類等水生動物的棲息和繁殖提供豐富多彩的生境條件；更為重要的是它們吸收、同化湖中大量的氮、磷等污染物質(zhì)，在保持湖泊營養(yǎng)平衡和防止富營養(yǎng)化方面有突出的功效。據(jù)野外長期觀察，中華萍蓬草(Nuphar sinensis Hand-Mazz)在我國分布較廣，北自黑龍江、吉林，南至廣東，東起遼寧，西至新疆都有分布。中華萍蓬草生長于池沼、河流、湖泊的淺水中，栽培容易，不需特殊管理。每年3月出水，葉伸出或浮于水面，花期5 7月份，開黃花。果期7、月份，果實近球形，內(nèi)有種子多粒，粟米狀。根狀莖肥大、橫臥，根系較發(fā)達，生長適宜溫度為15 32°C，生長期相對較長在3 11月份均可生長，植物體生長期內(nèi)在水面保持較高生物量，可形成對藻類的競爭優(yōu)勢，對水體污染物的去除效率較高；耐低溫，冬季可在露地水池自然越冬，種植后管理方便；另外由于其自身浮葉亮綠，花色鮮黃，是點綴河川的良好景觀材料，適用于公園池塘及城市湖泊及河道水面配景；同時自身種子富含淀粉，種子及根狀莖可食用或釀酒，又具有較高的經(jīng)濟價值。在自然條件下，水生高等植物可以通過種子或營養(yǎng)繁殖體進行自動繁殖，并以營養(yǎng)繁殖較為普遍。但在富營養(yǎng)化湖泊治理過程中，由于缺乏種源和水下光照、氧氣供給等環(huán)境條件不適宜，不可能實現(xiàn)水生植被的自動恢復(fù)。據(jù)研究，全湖的水草覆蓋面積不少于60%時，才能維持良好的水質(zhì)環(huán)境，湖泊生態(tài)系統(tǒng)才能保持平衡
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對富營養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)中現(xiàn)有植物材料修復(fù)技術(shù)的不足，利用原生態(tài)的浮葉植物系統(tǒng)修復(fù)富營養(yǎng)化水體，特別是城市公園湖泊及大型富營養(yǎng)化的淺水湖泊湖濱帶，提供一種兼具生態(tài)環(huán)境功能和景觀經(jīng)濟功能的生態(tài)修復(fù)方法。為實現(xiàn)本發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案
一種利用中華萍蓬草治理富營養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于在富營養(yǎng)化水體的淺水區(qū)和/或水岸帶選擇生態(tài)修復(fù)區(qū)域，采用地下莖繁殖體或幼苗分株繁殖的方式種植中華萍蓬草，植株群叢以斑塊分布形式布局，成株后的群叢在修復(fù)水域的蓋度為25 30% ；在中華萍蓬草生長第2年按照“向心輻射壓苗法”實現(xiàn)植物群從擴張，采用分株繁殖方法分株移栽中華萍蓬草，成株后形成環(huán)形植株群叢，在植株群叢內(nèi)部水體形成核心修復(fù)區(qū)域，在植株群叢外圍水體形成輻射修復(fù)區(qū)域；在生態(tài)修復(fù)區(qū)域種植沉水植物，使得植株蓋度最終達到60%以上。所述的生態(tài)修復(fù)區(qū)域，可根據(jù)中華萍蓬草種植水域環(huán)境進行選擇。中華萍蓬草生長水深一般為10飛0 Cm，以不超過80cm為上限，生長底泥厚度大于10cm。當水體透明度 < 20 cm時，可采用附加的水質(zhì)強化措施來提高種苗成活率，如投加絮凝劑來提高水體透光率，增強水下光強。在中華萍蓬草生長初期，為防止來自湖泊敞水區(qū)風(fēng)浪沖刷對濱岸帶植被的物理損傷，可構(gòu)建物理防護措施，在湖濱帶植被恢復(fù)區(qū)外圍構(gòu)建消浪帶來進行消浪。按照“向心輻射壓苗法”擴張植物群從，分株繁殖可在生長期6 7月份進行，每個環(huán)形植株群中叢繁殖體數(shù)目以4飛個為宜，形成的環(huán)形群叢面積為3 4 m2。所述的沉水植物包括但不限于植菹草、輪葉黑藻、馬來眼子菜、伊樂藻等沉水植物中的一種或幾種，采用粘土包衣幼苗方法或播種植物幼芽的方法定植，種植密度通常為2 5植株/m2。本發(fā)明方法在水生植被恢復(fù)過程中，考慮到中華萍蓬草具有較強的種群競爭力、抗風(fēng)浪能力和水體自凈能力，選擇作為湖濱帶水生植被恢復(fù)的先鋒物種來進行栽培，在短期內(nèi)建成大面積的密集植物群落，以便形成對藻類的竟爭優(yōu)勢，待水體水質(zhì)良好且水體透明度提高后，再引種沉水植物，實現(xiàn)水域生態(tài)系統(tǒng)的群落穩(wěn)定性。有益效果本發(fā)明涉及的中華萍蓬草具有較強的種群競爭力、抗風(fēng)浪能力和水體自凈能力，作為水岸帶水生植被恢復(fù)的先鋒物種進行栽培，結(jié)合抗風(fēng)浪物理防護技術(shù)和植株群叢快速擴繁技術(shù)，在短期內(nèi)建成大面積的密集植物群落，最終實現(xiàn)水域生態(tài)系統(tǒng)的群落穩(wěn)定性?！跋蛐妮椛鋲好绶ā奔夹g(shù)實現(xiàn)植物群從的快速擴張，提高修復(fù)效率可達5 10倍。與傳統(tǒng)植物材料修復(fù)技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有水質(zhì)凈化效果佳、管理簡單、經(jīng)濟價值高的特性，兼具生態(tài)性、景觀性和經(jīng)濟性的優(yōu)勢，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。下面結(jié)合具體實施實例對本發(fā)明進行詳細描述。本發(fā)明的保護范圍并不以具體實施方式
為限，而是由權(quán)利要求加以限定。


圖I湖濱帶消浪竹排分布示意圖。圖2湖濱帶中華萍蓬草斑塊狀植株群叢“向心輻射壓苗法”分布示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明涉及一種利用中華萍蓬草進行富營養(yǎng)化水體治理的生態(tài)修復(fù)方法，按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所采用的原生態(tài)植物進行生態(tài)修復(fù)的方法具體包括以下步驟
(I)物理防護措施消浪帶構(gòu)建。在中華萍蓬草生長初期，為防止來自湖泊敞水區(qū)風(fēng)浪沖刷對濱岸帶植被的物理損傷，在湖濱帶植被恢復(fù)區(qū)外圍構(gòu)建竹排來進行消浪，其雙層竹排消浪帶布局按照圖I所示進行設(shè)置。為達到有效削減風(fēng)浪沖擊破壞力，雙層竹排的間距應(yīng)小于相鄰兩個波峰之間距離。當用于消浪竹排間距d小于風(fēng)浪波長λ時，在背風(fēng)的竹排間水域內(nèi)不能形成二次風(fēng)浪，可大大削弱湖流及風(fēng)涌流對竹排和植被的直接沖擊造成的物理損傷。另外，為減少風(fēng)浪直接正面沖擊，竹排排列方向與常年盛行主風(fēng)向夾角為45飛0°為宜。(2)中華萍蓬草定植。 為提高中華萍蓬草成活率和成本-效益比，其具體種植按照以下方式進行。a.中華萍蓬草定植水域環(huán)境的選擇。中華萍蓬草生長水深一般為1(T60 cm，以不超過80cm為上限，生長底泥厚度大于10cm。在年初3 4月間，當水體透明度較低(< 20cm)，可采用附加的水質(zhì)強化措施來提高種苗成活率，如采用投加絮凝劑，如高嶺土、凹凸棒土等粘土礦物、聚合氯化鋁(PAC)等來提高水體透光率，增強水下光強。中華萍蓬草萌發(fā)、生長時對水體透明度要求不高，這是因為其營養(yǎng)豐富的塊莖可以使幼葉異養(yǎng)生長(不需要光)至水面。b.中華萍蓬草定植方法。中華萍蓬草種植時間選在3月 4月開始種植，可采用地下莖繁殖體及幼苗分株繁殖方式進行栽培，其形成的植株群叢以斑塊狀在湖濱帶或淺水區(qū)進行分布，具體方法如下
幼苗分株繁殖方法在9 10月期間收集中華萍蓬草果莢中的種子，低溫保存(2飛。C)至來年2月中旬。用O. 05%的HgCl2浸泡15 min進行消毒處理，然后在溫度2(T30°C下進行種子萌發(fā)培養(yǎng)，按照該方法處理種子萌發(fā)率大于75%。待3月 4月間，選擇種苗高度約5cm的幼苗采用粘土包衣法(也即在種苗根部采用粘土包裹成球形，粘土包衣直徑3 5cm，球形粘土粘結(jié)性以拋灑在水中24h不分散為宜)在湖泊淺水域(水深10-60cm)進行拋灑。地下莖定植方法在年初的3 4月份進行定植，收集中華萍蓬草生長健康的地下莖，用刀切取帶主芽的塊莖6 8厘米長，或帶側(cè)芽的塊莖3 4厘米長，作繁殖材料，埋于有機質(zhì)較豐富的底泥中，埋藏深度以5 IOcm為宜，水溫彡15°C時開始萌發(fā)生長。c.中華萍蓬草群叢的分布。為提高植被利用率，中華萍蓬草在水域蓋度以25 30%為宜。植株定植方式具體可根據(jù)湖泊現(xiàn)場水下地形地貌特征以斑塊狀分布方式進行種植。(3)中華萍蓬草種群快速擴張及種群建立。在中華萍蓬草生長第二年，采用分株方式按“向心輻射壓苗法”快速繁育技術(shù)來實現(xiàn)植物群叢的快速擴張。分株繁殖可在生長期6 7月份進行，從泥土中挖出植株，露出地下莖，切取帶主芽或有健壯側(cè)芽的地下莖，除去老葉，留出心葉及幾片功能葉，保留部分根系，移栽至營養(yǎng)充足的泥土中，具體布局如圖2 所示。所分的新株與原株很快又進入生長階段，成株后形成環(huán)形植株群叢，每個環(huán)形植株群中叢繁殖體數(shù)目以4飛個為宜，形成的環(huán)形群叢面積為:Γ4 m2。該方法每個植株群叢形成了外部和內(nèi)部兩個水體生態(tài)修復(fù)區(qū)域。在植株群叢內(nèi)部同心圓區(qū)域形成了水體的核心修復(fù)區(qū)域，在群叢外圍形成了植株群叢的輻射修復(fù)區(qū)域。每叢修復(fù)水域面積可達20-30 m2，遠高于傳統(tǒng)點狀分布的2-5m2。可節(jié)省大量人力和種苗，也顯著提高植物修復(fù)效率。
待中華萍蓬草恢復(fù)后第二年2、3月，利用粘土包衣幼苗或撒播幼芽方法，及時在生態(tài)修復(fù)區(qū)域定植輪葉黑藻、菹草和馬來眼子菜等沉水植物，使得植株蓋度最終達到60%，以期達到可穩(wěn)定水生生態(tài)系統(tǒng)的目的。建成后的以中華萍蓬草為優(yōu)勢種的生態(tài)系統(tǒng)，其植株形成的群叢在水面長期保持較高的生物量，可形成對水體生長的藻類較強的競爭優(yōu)勢，使水體長期保持湖濱帶清水狀態(tài)，水體透明度保持在50cm以上，水體氮磷污染物顯著下降。中華萍蓬草自身浮葉點綠，花色鮮艷，在水面形成較好的景觀效果。
在城市公園小型湖泊和大型淺水湖泊迎風(fēng)湖濱帶的兩種水體類型下，采用本發(fā)明進行生態(tài)修復(fù)的實施方案，下面分別以實施案例進行詳細描述。實施例I :大型淺水湖泊迎風(fēng)湖濱帶生態(tài)修復(fù)方法，具體包括以下步驟
(O以毛竹為材料，在湖泊湖濱帶淺水區(qū)擬種植中華萍蓬草區(qū)域的外沿迎風(fēng)面構(gòu)建消浪帶。毛竹消浪帶包括平行布置的雙層消浪竹排，分布按圖I所示排列，毛竹露出水面部分高度以3(T50 cm左右為宜。如夏秋季節(jié)常年水位波動較大的湖泊，毛竹消浪帶構(gòu)建過程中露出水面的高度要根據(jù)當年水位波幅適當增高，至少高于常年平均水位平均波幅20 cm左右為宜。(2)在3月 4月間，在池塘、河道及湖濱帶區(qū)域常年生長中華萍蓬草地區(qū)收集其地下莖。挑選生長健康的地下莖，將其切割成3 8 cm左右小段，每段至少帶一個主幼芽或側(cè)芽，然后以此地下莖為繁殖體種植。(3)在湖濱帶區(qū)域，若水體透明度小于20 cm，采用高效絮凝劑PAC凈化水體，提高其透明度。具體方法為將工業(yè)PAC (Al2O3含量大于29%)與常溫水按1:2 (質(zhì)量比)混和攪拌，等藥品完全溶解后，按照水體最終PAC的濃度為l(T50mg L—1投加，進行絮凝沉淀水體懸浮物。待水體透明度提高且湖面相對平靜的時期，及時定植中華萍蓬草。(4)中華萍蓬草的定植。在中華萍蓬草植株定植時，利用附帶幼芽的地下莖繁殖體按照斑塊狀在水面種植繁殖體，其中地下莖繁殖體埋藏于底泥深度以5 10cm深為宜。或者利用粘土包衣的幼苗采用在水面拋灑的方式進行種植，種植水域水深不超過80cm為上限。(5)向心輻射壓苗法擴張植物群叢。在植被恢復(fù)后第二年的6、7月份，選擇生長旺盛的植株群，采用分株繁殖方法分株移栽中華萍蓬草，具體移栽方式按照圖2所示的“向心輻射壓苗法”方式以斑塊狀為基本單元進行植株群叢的移栽，以成株后形成的圓環(huán)形群叢方式進行種植。每個群叢繁殖體數(shù)目以4飛個為宜，形成圓形群叢面積為:Γ4 m2為標準。(6)為提高生態(tài)系統(tǒng)的群落穩(wěn)定性，在中華萍蓬草修復(fù)的水域，水體透明度提高情況下(大于40 cm)，在水深小于120 cm的湖濱帶淺水區(qū)采用粘土包衣幼苗方法或播種植物幼芽的方法，及時種植菹草、輪葉黑藻、馬來眼子菜等沉水植物，種植密度按2飛植株/m2進行生態(tài)恢復(fù)，使得植株蓋度最終達到60%。實施例2 :城市公園湖泊的生態(tài)修復(fù)方法，具體實施步驟如下
(I)湖濱帶水域生境條件。選擇坡度相對平緩的水岸帶，水深在l(T60cm水域作為首期恢復(fù)水域?；装l(fā)育相對良好，底泥厚度大于10cm。(2)中華萍蓬草定植。在3月上旬，于常年生長中華萍蓬草水域收集其生長健康地下莖，用刀切取帶主芽的地下塊莖分割為6厘米左右小段，或帶側(cè)芽的塊莖3厘米左右，作繁殖材料，埋于有機質(zhì)較豐富的底泥中，埋藏深度以8 cm為宜。種植后形成的植株群叢以斑塊狀進行布局，群叢實際分布依據(jù)湖濱帶實際水下地形地貌特征進行統(tǒng)籌安排。(3)湖濱帶中華萍蓬草植株群叢蓋度。在湖濱水岸帶恢復(fù)水域內(nèi)，中華萍蓬草植株密度以30%的總蓋度為標準，進行總量控制。
(4)中華萍蓬草植株群叢快速擴張。在自然生長過程中，植株群叢在水域擴張緩慢且易受外界生境條件波動的影響。在生態(tài)恢復(fù)的第二年6、7月份，采用分株移苗法按照“向心輻射壓苗法”方式人為干預(yù)中華萍蓬草種群發(fā)展過程，成株后形成環(huán)形植株群叢，每個環(huán)形植株群中叢繁殖體數(shù)目以4飛個為宜，形成的環(huán)形群叢面積為3 4 m2。(5)穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建。在生態(tài)恢復(fù)后第二年，中華萍蓬草蓋度達到40%以上，水質(zhì)有所改善，常年水體透明大于40cm，可在水深2(Tl20Cm的水域于2、3月份及時種植菹草、馬來眼子菜、伊樂藻等沉水植物，進一步提高群落的物種多樣性，使得植株蓋度達到60%。
權(quán)利要求
1.一種利用中華萍蓬草治理富營養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于在富營養(yǎng)化水體的淺水區(qū)和/或水岸帶選擇生態(tài)修復(fù)區(qū)域，采用地下莖繁殖體或幼苗分株繁殖的方式種植中華萍蓬草，植株群叢以斑塊分布形式布局，成株后的群叢在修復(fù)水域的蓋度為25^30% ;在中華萍蓬草生長第2年按照“向心輻射壓苗法”實現(xiàn)植物群從擴張，采用分株繁殖方法分株移栽中華萍蓬草，成株后形成環(huán)形植株群叢，在植株群叢內(nèi)部水體形成核心修復(fù)區(qū)域，在植株群叢外圍水體形成輻射修復(fù)區(qū)域；在生態(tài)修復(fù)區(qū)域種植沉水植物，使得植株蓋度最終達到60%以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的治理富營養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于所述的生態(tài)修復(fù)區(qū)域水深為10 80cm,底泥厚度大于10cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的治理富營養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于所述的生態(tài)修復(fù)區(qū)域當水體透明度< 20 cm時，種植中華萍蓬草前向生態(tài)修復(fù)區(qū)域水體中投加絮凝劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的治理富營養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于所述的生態(tài)修復(fù)區(qū)域外圍構(gòu)建消浪帶來進行消浪。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的治理富營養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于所述的消浪帶包括平行布置的雙層消浪竹排，消浪竹排間距d小于風(fēng)浪波長λ，竹排排列方向與常年盛行主風(fēng)向夾角為45 60°。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的治理富營養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于，中華萍蓬草在3月 4月間種植，采用地下莖繁殖體或幼苗分株繁殖的方式，具體方法是 (1)幼苗分株繁殖方法將收集的中華萍蓬草種子用O.05%的HgCl2浸泡15 min進行消毒處理，然后在溫度2(T30°C下進行種子萌發(fā)培養(yǎng)；待3月 4月間，選擇種苗采用粘土包衣法以斑塊狀在生態(tài)修復(fù)區(qū)域進行拋灑； (2)地下莖定植方法在3 4月份間進行定植，收集中華萍蓬草生長健康的地下莖，切取帶主芽的塊莖6 8厘米，或帶側(cè)芽的塊莖3 4厘米，作繁殖材料，以斑塊狀在生態(tài)修復(fù)區(qū)域內(nèi)埋于有機質(zhì)豐富的底泥中，埋藏深度5 10cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的治理富營養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于按照“向心輻射壓苗法”分株移栽中華萍蓬草，分株繁殖在第2年的6 7月份進行。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的治理富營養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于所述的環(huán)形植株群中，叢繁殖體數(shù)目為4飛個，形成的環(huán)形群叢面積為3 4 m2。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的治理富營養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于所述的沉水植物包括植菹草、輪葉黑藻、馬來眼子菜或伊樂藻中的一種或幾種。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的治理富營養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于所述的沉水植物采用粘土包衣幼苗方法或播種植物幼芽的方法定植，種植密度為2飛植株/m2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用中華萍蓬草治理富營養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)方法，特別適用于對水域有景觀需求的城市公園湖泊及大型富營養(yǎng)化的淺水湖泊湖濱帶的生態(tài)修復(fù)。本發(fā)明方法采用中華萍蓬草作為水生植被恢復(fù)的先鋒物種，在淺水區(qū)和/或水岸帶采用采用地下莖繁殖體或幼苗分株繁殖的方式，以斑塊分布形式定植中華萍蓬草；第二年利用“向心輻射壓苗法”實現(xiàn)植物群從的快速擴張，形成環(huán)形植株群叢；然后在修復(fù)區(qū)域種植沉水植物，使得植株蓋度最終達到60%以上。與傳統(tǒng)植物材料修復(fù)技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有水質(zhì)凈化效果佳、管理簡單、經(jīng)濟價值高的特性，兼具生態(tài)性、景觀性和經(jīng)濟性的優(yōu)勢，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。
文檔編號C02F3/32GK102633367SQ20121014738
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者古小治, 柏翔, 范成新, 陳開寧, 黃蔚 申請人:中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所