CN105256761A - 北方水源地低山丘陵区河流生物-物理生境***构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种北方水源地低山丘陵区河流生物-物理生境***的构建方法，其中，河道生物-物理生境生态***的构建为：河道布设不同大小的砾石，河中生长有底栖藻类，河道边栽植水生植物；水陆交错带生物-物理生境生态***的构建为：种植水生植物与草本植物，水生植物与草本植物的数量比为1:1.8～2.5；水生植物种植宽度为1～2m，草本植物种植宽度为4～6m；河岸生物-物理生境生态***的构建为：种植草本植物、灌木、乔木。本发明针对北方河流，尤其是因为挖沙造成的生态环境破坏进行了长期摸索和构建。按照本发明的设计，经过2-5年的近自然生长，获得稳定的生物-物理生境生态***，为水源地的保护提供强有力地植被措施，并能有效发挥各种生态功能。
Description
技术领域
本发明属于与河道有关的工程领域，具体涉及一种近自然理念确定北方水源地低山丘陵区河流生物-物理生境***的构建方法。
背景技术
在我国实施生态文明建设战略的背景下，流域河岸生态缓冲带建设、非点源污染物防控、河流水生态健康保障成为流域生态管理体系的科技需求、工程需求和国家需求。河岸生态缓冲带是流域内河流生物-物理生境“水-陆***”之间的生态交错带，具有独特的生态***结构和生态服务功能。水源地河流生物-物理生境***主要包括了河道生物-物理生境、水陆交错带生物-物理生境、河岸生物-物理生境3个子***。另一方面，生物-物理生境主要包括水生生物生境、藻类生物生境、底栖动物生物生境、陆生生物生境、河道鹅卵石物理生境。
流域“社会-经济-自然”复合***中，河流生物-物理生境***具有控制非点源污染物迁移、减少土壤侵蚀、维持水生生物栖息地的重要功能。由于自然环境的变化和人类活动强烈干扰等复合作用的影响，河流生物-物理生境***受到破坏，流域水生态健康受到严重威胁。北方地区冬季寒冷干燥，河流封冻期较长，河流径流量年内分配很不均匀，季节性变化较大，枯水期流量较小，丰水期流量动态变化大，流域上游具山溪性河流特性。由于北方河流自然条件的季节变化，水环境具有明显的时间动态特性，现有传统模式的河岸生态缓冲带结构设计不能满足北方流域特点和水环境特殊多变条件下河流生境***的多种综合功能。目前，河道生物-物理生境、水陆交错带生物-物理生境、河岸生物-物理生境3个子***受到了不同程度的破坏，其水源涵养、水土保持、削减非点源污染、物种保护、洪水调蓄、生境维持、景观保障等子***各项生态服务功能均削弱。水源地河道水生植物、藻类、底栖动物、陆生生物等生物多样性减退，水体自净能力减退，导致了水源地环境质量下降、水源地污染频有发生。因此，针对北方寒冷地区流域季节性动态变化特征，提出一种北方水源地河流生物-物理生境***构建方法，在河流上游构建生态型、多功能型的生物栖息地势在必行，加强水资源地保护，改善水源保护区的河道环境。然而，目前始终尚未形成一套***的、科学的、规范的、高效的构建北方水源地保护区河流上游生态型、多功能型的生物-物理生境的技术方法，不能满足生态流域充分发挥生态保育、生态调控、生态服务的功能，需要构建生态型、多功能型的生物-物理生境以确保生态流域发挥其重要的生态***服务功能。
发明内容
本发明的目的是针对北方流域特点和水环境多变条件下河流生境***非点源污染消减功能低、水源涵养与水文调蓄效能弱、水生生物生境不完整等问题，根据近自然河岸生态缓冲带理念，提出了一种北方水源地低山丘陵区河流生物-物理生境***构建方法，旨在形成一套***的、科学的、规范的、高效的构建北方水源地保护区河流低山丘陵区生态型、多功能型的生物-物理生境的技术体系。
实现本发明目的的技术方案为：
一种北方水源地低山丘陵区河流生物-物理生境***的构建方法，包括河道生物-物理生境生态***、水陆交错带生物-物理生境生态***、河岸生物-物理生境生态***三个子***的构建，其中，
河道生物-物理生境生态***的构建为：河道布设不同大小的砾石(鹅卵石)，按照粒径(8个径级)大小为A1(1000～1500mm)：A2(500～1000mm)：A3(100～500mm)：A4(16～100mm)：A5(8～16mm)：A6(4～8mm)：A7(0.425～4mm)：A8(＜0.425mm)＝(2.5～3.0):(2.0～2.5):(2.0～2.5):(1.0～1.5):(1.5～2.0):(1.0～1.5):(1.5～2.0):(1.0～1.5)的体积比例布设，河中栽植底栖藻类、河道边栽植水生植物；
水陆交错带生物-物理生境生态***的构建为：于水陆交错带种植水生植物与草本植物，所述的水生植物与草本植物的数量比为1:1.8～2.5；所述水生植物种植宽度为1～2m，所述草本植物种植宽度为4～6m；郁闭度60～80％；
河岸生物-物理生境生态***的构建为：于河岸种植草本植物、灌木、乔木。草本植物：灌木：乔木栽植比例为1.8～2.5：1.8～2.5：0.8～1.5。
优选地，所述河道生物-物理生境生态***的构建中，每100平米引进大砾石10～15个，大砾石的尺寸为粒径大小2.5～4.0m。布设的砾石比例有助于底栖动植物的生存与繁殖。
其中，所述河道生物-物理生境生态***的构建中，河中的底栖藻类为叶黑藻、苦草、大茨藻中的一种或多种；所述水生植物种植宽度为1～3m，所述水生植物地径为2～5mm，郁闭度80～100％。
其中底栖藻类可为底栖动物提供取食材料等，所述水生植物优选株高为30～50cm的水生植物。
基于大量调查且适宜在北方水源地低山丘陵区特殊生境下生长的乡土水生植物品种，所述河道生物-物理生境生态***的构建中，河道边水生植物种类优选为，菖蒲、香蒲、水葱、芦苇、莎草、长戟叶蓼、长箭叶蓼、东方蓼、桃叶蓼、头状蓼、稀花蓼、水芹、藨草中的5～8种，以数量比等比例栽植。
上述优选的河道边水生植物可为底栖动物提供良好的生境。
其中，所述水陆交错带为沙质或淤泥质。
基于对北方水源地低山丘陵区河流的生物-非生物生境的大量调查，适应于北方地区冬季寒冷干燥，河流封冻期较长，河流径流量年内分配很不均匀，季节性变化较大，枯水期流量较小，丰水期流量动态变化大等特点，可选水生植物地径为3～5mm，株高为40～50cm，草本植物的地径为8～10mm，株高为40～60cm；其适宜生长的水生植物与草本植物乡土品种如下：
其中，所述水陆交错带生物-物理生境生态***的构建中，水生植物包括：长戟叶蓼、长箭叶蓼、东方蓼、桃叶蓼、头状蓼、稀花蓼、泽泻、鸭跖草、藨草、葎草中的一种或多种；草本植物包括：水金凤、狼把草、荨麻、洋铁酸模、刺果酸模、广布野豌豆、问荆、毛茛、千屈菜、牵牛、鼠掌老鹳草中的一种或多种。
优选栽植所述水生植物中的3种以上，栽植所述草本植物中的3种以上，多种植物以数量比等比例组合。
水生植物与草本植物乡土品种中的多种植物以数量比等比例的随机组合，可为底栖动物、鸟类提供良好的生境。
其中，所述河岸为沙质或淤泥质河岸。
所述河岸生物-物理生境生态***的构建中，优选所述草本植物的地径为8～10mm，株高为40～60cm；所述灌木的地径为10～12mm，株高为50～60cm；所述乔木地径为20～30mm，株高为120～150cm；所述草本植物、灌木、乔木植物种植宽度为6～10m(混在一起种植的总宽度)，郁闭度60～80％。
基于对北方水源地低山丘陵区河流的生物-非生物生境的大量调查，适应于北方地区冬季寒冷干燥，河流封冻期较长，河流径流量年内分配很不均匀，季节性变化较大，枯水期流量较小，丰水期流量动态变化大等特点的基础上，其适宜生长的草本植物、灌木、乔木乡土品种如下：
草本植物包括藜、菊蒿、山莴苣、藜蒿、柳蒿、芦蒿、青蒿、茵陈蒿、洋铁酸模、刺果酸模、广布野豌豆、牵牛、萝藦、苍耳、蒲公英、月见草、紫花地丁、葎草、车前草、一年蓬、鸡眼草、短芒大麦草、菟丝子、野薄荷、益母草、牛蒡、蓟、黄花草本樨、白屈菜、尖嘴薹草、垂果南芥中的一种或多种；灌木包括山楂叶悬钩子、毛樱桃、胡枝子、绣线菊、紫穗槐、苦参中的一种或多种；乔木包括蒿柳、枫杨、梓树中的一种或多种。
多种植物以数量比等比例的随机组合，可为动物、鸟类提供良好的生境。
进行生物-物理生境构建的时候，无需按照现有的绿化标准进行规定行距和株距的种植，而是根据植物生长的生物多样性的要求进行多种类随机种植，而后经过2-5年的近自然生长(基于近自然经营的理念，第一年种好了，以后就不再栽种了)，通过自然选择获得稳定的生物-物理生境生态***，该技术方法不同于人工景观的做法，无需过多的人工养护，且植物多样性、稳定性均优于人工景观的方法，为水源地的保护提供强有力地植被措施，并能有效发挥各种生态功能，同时也具备良好的景观功能。
本发明的有益效果在于：
本发明针对北方河流，尤其是因为挖沙造成的生态环境破坏进行了长期摸索和构建。按照本发明的设计，经过2-5年的近自然生长，获得稳定的生物-物理生境生态***，为水源地的保护提供强有力地植被措施，并能有效发挥各种生态功能，同时也具备良好的景观功能。
通过本发明技术方案的实施，辽宁省水源地试验地点的藻类、底栖动物、植物的群落结构各个指标伴随构建时间的增大而增大，面源污染物中的总氮、总磷的含量逐年减少，从第一年构建至第4年的近自然营造，生态环境的各项指标明显增长，藻类的种类、生物多样性、植被相对密度、生物量均有显著增长。
通过本发明方法，挖沙后的河道污染得到了有效治理，总氮的浓度、总磷的浓度明显降低，表明生物-物理生境的构建能够有效的发挥削减面源污染功能，发挥物种保育等功能。
附图说明
图1为生物-物理生态***示意图。
图2为生物-物理生态***恢复构建流程图。
图3为实施例1经过4年营造后各项指标水时间变化图，其中图3-1为藻类群落结构指标，图3-2为底栖动物群落结构指标，图3-3为植被群落结构指标，图3-4为总氮总磷含量。
图4为实施例2经过4年营造后各项指标水时间变化图，其中图4-1为藻类群落结构指标，图4-2为底栖动物群落结构指标，图4-3为植被群落结构指标，图4-4为总氮总磷含量。
图5为实施例1构建地点实景照片。
图6为实施例2构建地点实景照片。
图7河流上游生物-物理生境断面示意图。
图8河流上游河道生物-物理生境断面示意图。
图9河流上游河岸交错带生物-物理生境断面示意图。
图10河流上游河岸生物-物理生境断面示意图。
其中1为河道，2为水陆交错带，3为河岸，4为砾石，5为水生植物，6为乔木，7为灌木，8为水体，9为草本植物。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
参见表1，本实施例是在以下实施条件和技术要求条件下实施的：
1.实施流域：太子河上游(见图5，新宾县平顶山镇)。
2.挖沙河道段生物-物理生境***进行近自然构建(见图7)，总宽度25m，其中河道1生物-物理生境生态***宽5m，水陆交错带2生物-物理生境生态***宽3m，河岸3生物-物理生境生态***宽7m。构建的流程如图2。图7中靠近河岸3的安全水深范围为≥2000mm、深500mm。
河道生物-物理生境生态***构建：
在河道1布设不同体积比例的砾石4按照粒径大小为A1(1000～1500mm)：A2(500～1000mm)：A3(100～500mm)：A4(16～100mm)：A5(8～16mm)：A6(4～8mm)：A7(0.425～4mm)：A8(＜0.425mm)＝2.6:2.1:2.3:1.4:1.8:1.3:1.6:1.4，同时每100平米引进粒径大小2.5～4.0m的大砾石12个；河道边种植水生植物5的种类为：蓼(优势品种)、芦苇、菖蒲、香蒲、水葱、莎草，以数量比3:1:1:1:1:1比例混植，所述水生植物种植宽度为1.5m，所述水生植物地径为5mm，株高为50cm，郁闭度100％。河道中生长的叶黑藻、苦草、大茨藻等藻类为底栖动物提供优良的栖息地(图8)。
水陆交错带生物-物理生境生态***构建：
种植的水生植物5有：蓼、泽泻、鸭跖草，以数量比1:1:1等比例混植；种植的草本植物9有：水金凤(优势品种)、狼把草、荨麻、洋铁酸模、问荆以数量比2.5:1:1:1:1比例混植。所述的水生植物与草本植物的数量比为1:2；所述水生植物地径为5mm，株高为50cm；所述草本植物的地径为10mm，株高为60cm；所述水生植物种植宽度为1m，所述草本植物种植宽度为2m；郁闭度80％(图9)。
河岸生物-物理生境生态***构建
基于对北方水源地低山丘陵区河流的生物-非生物生境的大量调查，适应于北方地区冬季寒冷干燥，河流封冻期较长，河流径流量年内分配很不均匀，季节性变化较大，枯水期流量较小，丰水期流量动态变化大等特点的基础上，种植的草本植物9有：菊蒿、藜蒿、芦蒿、茵陈蒿、藜、山莴苣、洋铁酸模、广布野豌豆、萝藦、蒲公英、月见草、紫花地丁、葎草、车前草、一年蓬；种植的灌木7有胡枝子、绣线菊、毛樱桃；种植乔木6有蒿柳、枫杨。草本植物、灌木、乔木中的多种植物以数量比1:1等比例混植。所述的草本植物：灌木：乔木比为2:2:1；所述草本植物的地径为8mm，株高为40cm；所述灌木的地径为10mm，株高为60cm；所述乔木地径为22mm，株高为120cm；所述草本植物、灌木、乔木植物种植宽度为7m，郁闭度80％(图10)。
按照以上设计，经过4年的近自然的生长，获得稳定的生物-物理生境生态***，为水源地的保护提供强有力地植被措施，并能有效发挥各种生态功能，同时也具备良好的景观功能。从图3中可以看出，藻类(图3-1)、底栖动物(图3-2)、植物(图3-3)的群落结构各个指标伴随这构建时间的增大而增大；而面源污染物中的总氮、总磷(图3-4)的含量逐年减少，藻类的种类从第1年的19属32种增大到第4年的31属62种、生物多样性指数从第1年的1.36增大到第4年的3.50、相对密度从第1年的8.54ind/m2种增大到第4年的63.73ind/m2、生物量从第1年的9.49g/m2种增大到第4年的51.27g/m2；底栖动物的种类从第1年的6科7属增大到第4年的10科13属、生物多样性指数从第1年的0.84增大到第4年的2.18、相对密度从第1年的9.34ind/m2种增大到第4年的51.86ind/m2、生物量从第1年的13.12g/m2种增大到第4年的54.36g/m2；植被的种类从第1年的22属29种增大到第4年的44属59种、生物多样性指数从第1年的1.81增大到第4年的4.18；总氮的浓度从第1年的15.84mg/L降低到第4年的6.21mg/L、总磷的浓度从第1年的0.41mg/L降低到第4年的0.24mg/L，表明生物-物理生境的构建能够有效的发挥削减面源污染功能，发挥物种保育等功能。
实施例2
本实施例是在以下实施条件和技术要求条件下实施的：
1.实施流域：太子河上游(见图6，桓仁县黑沟乡石虎子)
2.挖沙河道段生物-物理生境***进行近自然构建，总宽度36m，其中河1生物-物理生境生态***宽10m，水陆交错带2生物-物理生境生态***宽5m，河岸3生物-物理生境生态***宽8m。
河道生物-物理生境生态***构建：
在河道布设不同体积比例的砾石按照粒径大小为A1(1000～1500mm)：A2(500～1000mm)：A3(100～500mm)：A4(16～100mm)：A5(8～16mm)：A6(4～8mm)：A7(0.425～4mm)：A8(＜0.425mm)＝2.8:2.4:2.1:1.2:1.6:1.5:1.8:1.3，同时每100平米引进粒径大小2.5～4.0m大砾石14个；河道边种植水生植物种类为：蓼(优势品种)、水金凤(优势品种)、芦苇、香蒲、水葱、狼把草，以数量比2:1.5:1:1:1:1比例混植，所述水生植物种植宽度为3m，所述水生植物地径为5mm，株高为50cm，郁闭度100％。河道中为叶黑藻、苦草、大茨藻等藻类。
水陆交错带生物-物理生境生态***的构建：
种植的水生植物有：蓼、泽泻、鸭跖草、藨草，以数量比1:1:1:1等比例混植；种植的草本植物有：水金凤(优势品种)、狼把草、荨麻、洋铁酸模、问荆、广布野豌豆以数量比2.5:1:1:1:1:1比例混植。所述的水生植物与草本植物的数量比为1:2；所述水生植物地径为5mm，株高为50cm；所述草本植物的地径为10mm，株高为60cm；所述水生植物种植宽度为2m，所述草本植物种植宽度为3m；郁闭度80％。
河岸生物-物理生境生态***的构建：
种植的草本植物有：芦蒿、藜蒿、茵陈蒿、藜、洋铁酸模、刺果酸模、广布野豌豆、萝藦、蒲公英、月见草、紫花地丁、葎草、车前草、一年蓬、苍耳；种植的灌木有胡枝子、绣线菊；种植乔木有蒿柳、枫杨。草本植物、灌木、乔木中的多种植物以数量比1:1等比例混植。所述的草本植物：灌木：乔木比为2.5:2:1；所述草本植物的地径为8mm，株高为50cm；所述灌木的地径为12mm，株高为50cm；所述乔木地径为25mm，株高为150cm；所述草本植物、灌木、乔木植物种植宽度为8m，郁闭度70％。
按照以上设计，经过4年的近自然生长，获得稳定的生物-物理生境生态***，为水源地的保护提供强有力地植被措施，并能有效发挥各种生态功能，同时也具备良好的景观功能。从下列图中可以看出，藻类(图4-1)、底栖动物(图4-2)、植物(图4-3)的群落结构各个指标伴随这构建时间的增大而增大；而面源污染物中的总氮、总磷(图4-4)的含量逐年减少，藻类的种类从第1年的18属29种增大到第4年的29属52种、生物多样性指数从第1年的1.25增大到第4年的3.23、相对密度从第1年的11.84ind/m2种增大到第4年的53.93ind/m2、生物量从第1年的9.98g/m2种增大到第4年的61.32g/m2；底栖动物的种类从第1年的6科8属增大到第4年的10科15属、生物多样性指数从第1年的0.89增大到第4年的2.39、相对密度从第1年的9.65ind/m2种增大到第4年的41.83ind/m2、生物量从第1年的23.42g/m2种增大到第4年的74.35g/m2；植被的种类从第1年的42属49种增大到第4年的62属75种、生物多样性指数从第1年的1.41增大到第4年的4.38；总氮的浓度从第1年的12.84mg/L降低到第4年的6.01mg/L、总磷的浓度从第1年的0.53mg/L降低到第4年的0.22mg/L，表明生物-物理生境的构建能够有效的发挥削减面源污染功能，发挥物种保育等功能。
表1实施案例生物-物理生境生态***构建技术方案
以上所公开或要求的实施例在不超过现有公开的实验手段的范围内可以制出或实施。本发明优选的实施方式所描述的所有的产物和/或方法，明白地指那些不违反本发明的概念、范围和精神的可以用于该产物和/或实验方法以及接下来的步骤。对所述技术手段的所有的改动和改进，均属于本发明权利要求定义的概念、范围和精神。
Claims (10)
1.一种北方水源地低山丘陵区河流生物-物理生境***的构建方法，其特征在于，包括河道生物-物理生境生态***、水陆交错带生物-物理生境生态***、河岸生物-物理生境生态***三个子***的构建，其中，
河道生物-物理生境生态***的构建为：河道布设不同大小的砾石，按照粒径大小为A1(1000～1500mm)：A2(500～1000mm)：A3(100～500mm)：A4(16～100mm)：A5(8～16mm)：A6(4～8mm)：A7(0.425～4mm)：A8(＜0.425mm)＝(2.5～3.0):(2.0～2.5):(2.0～2.5):(1.0～1.5):(1.5～2.0):(1.0～1.5):(1.5～2.0):(1.0～1.5)的体积比例布设，河中生长有底栖藻类、河道边栽植水生植物；
水陆交错带生物-物理生境生态***的构建为：于水陆交错带种植水生植物与草本植物，所述的水生植物与草本植物的数量比为1:1.8～2.5；所述水生植物种植宽度为1～2m，草本植物种植宽度为4～6m；郁闭度60～80％；
河岸生物-物理生境生态***的构建为：于河岸种植草本植物、灌木、乔木，草本植物：灌木：乔木栽植比例为1.8～2.5：1.8～2.5：0.8～1.5。
2.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述河道生物-物理生境生态***的构建中，每100平米引进大砾石10～15个，大砾石的粒径大小2.5～4.0m。
3.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述河道生物-物理生境生态***的构建中，河中的底栖藻类为叶黑藻、苦草、大茨藻中的一种或多种；所述水生植物种植宽度为1～3m，所述水生植物地径为2～5mm，郁闭度80～100％。
4.根据权利要求3所述的构建方法，其特征在于，所述河道生物-物理生境生态***的构建中，河道边水生植物种类为：菖蒲、香蒲、水葱、芦苇、莎草、长戟叶蓼、长箭叶蓼、东方蓼、桃叶蓼、头状蓼、稀花蓼、水芹、藨草中的5～8种，以数量比等比例栽植。
5.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述水陆交错带为沙质或淤泥质。
6.根据权利要求5所述的构建方法，其特征在于，所述水陆交错带生物-物理生境生态***的构建中，水生植物包括：长戟叶蓼、长箭叶蓼、东方蓼、桃叶蓼、头状蓼、稀花蓼、泽泻、鸭跖草、藨草、葎草中的一种或多种；草本植物包括：水金凤、狼把草、荨麻、洋铁酸模、刺果酸模、广布野豌豆、问荆、毛茛、千屈菜、牵牛、鼠掌老鹳草中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的构建方法，其特征在于，栽植所述水生植物中的3种以上，栽植所述草本植物中的3种以上，多种植物以数量比等比例组合。
8.根据权利要求1～7任一所述的构建方法，其特征在于，所述河岸为沙质或淤泥质河岸。
9.根据权利要求8所述的构建方法，其特征在于，所述河岸生物-物理生境生态***的构建中，所述草本植物、灌木、乔木植物的种植宽度为6～10m，郁闭度60～80％。
10.根据权利要求8所述的构建方法，其特征在于，所述河岸生物-物理生境生态***的构建中，草本植物包括藜、菊蒿、山莴苣、藜蒿、柳蒿、芦蒿、青蒿、茵陈蒿、洋铁酸模、刺果酸模、广布野豌豆、牵牛、萝藦、苍耳、蒲公英、月见草、紫花地丁、葎草、车前草、一年蓬、鸡眼草、短芒大麦草、菟丝子、野薄荷、益母草、牛蒡、蓟、黄花草本樨、白屈菜、尖嘴薹草、垂果南芥中的一种或多种；灌木包括山楂叶悬钩子、毛樱桃、胡枝子、绣线菊、紫穗槐、苦参中的一种或多种；乔木包括蒿柳、枫杨、梓树中的一种或多种。
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