CN109179857A - 一种基于生态隔离-鱼类修复-底质锁磷-植物攫取的富营养化水体修复方法 - Google Patents

一种基于生态隔离-鱼类修复-底质锁磷-植物攫取的富营养化水体修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于生态隔离‑鱼类修复‑底质锁磷‑植物攫取的富营养化水体修复方法。首先对高营养盐含量水体、藻类富集区域、或受污染水域进行生态隔离，然后清除可起水体扰动的土著鱼类，再对围隔内水体进行消毒处理，喷洒锁磷剂以保障水体透明度、减少底质中的磷酸盐内源释放，再重建以水生植物群落为核心的水生态***，依托沉水、挺水、浮叶植物的强吸收能力，降低富营养化水体中的营养盐含量，控制藻类和悬浮颗粒物水平，防止“藻华”爆发。本发明方法在修复后稳定性极高，能够长期维持水体的高透明度，水生植物生长旺盛，底质中内源营养盐被封锁，使水生态***处于完善的自主循环状态，达到富藻区氮磷营养盐攫取与水质改善目标。

Description

一种基于生态隔离-鱼类修复-底质锁磷-植物攫取的富营养 化水体修复方法
技术领域
本发明涉及生态修复技术领域，更具体地，涉及一种基于生态隔离-鱼类修复-底质锁磷-植物攫取的富营养化水体修复方法。
背景技术
经济的快速发展和人口的不断增加使大量的营养物质不断地流入湖泊，致使湖泊富营养化现象日趋严重，已成为一个世界性的生态环境问题，影响当地社会、经济的可持续发展。因此，开展富营养化水体生态***退化机制及其控制技术的研究具有非常重要的理论与实际意义。利用大型水生植物富集氮磷是治理、调节和抑制水体富营养化的有效途径之一。大型水生植物具有极强的的富集氮磷的能力；并有利于利用富营养化水体体中的有限光能，也可为水体增加溶解氧；同时也可为复杂食物链的形成提供食源、栖息地和其他必需条件，是水体生物多样性赖以维持的基础。
近10年来，国内外对水生高等植物在湖泊生态***中的作用及其恢复进行了广泛的研究，试图将以藻类为优势的浊水态水体转为以水生高等植物为优势的清水态水体。包括生物调控的开拓者Shapiro也认为生物调控必须以恢复水生高等植物为主，才能维持清水态湖泊生态***。许多研究表明水生高等植物可维持水体长期稳定于清澈状态。生物调控之后要保持长期稳定性，总磷浓度应小于0.10mg/L，而沉水植物对稳定清水态有重要作用，可作为浊水态和清水态之间的转换开关及维持清水态的缓冲器。
但是，在组建或重建沉水植物净化水质或实施水生态修复工程时常受到许多因素的影响。富营养化水体透明度低是水生高等植物生存的主要压力之一，由于水体透明度低，水下光照不足，水生高等植物尤其是沉水植物无法获得足够的光能生长。此外也有研究指出，藻类亦可抑制水生高等植物生长，特别是富营养化水体中的蓝藻藻华对水生高等植物往往有致命伤害作用。针对目前普遍存在的水体中营养盐含量增加、“藻华”频繁、生物多样性降低等问题，采用单一处理措施已经难以解决问题，同时，采用多种水质改善技术相结合已成为受损水体治理的大趋势。实践证明，通过建立稳定的以水生植物为主的水生态***是静水水体治理的有效措施，而采用该方法对受损水体进行生态修复也成为国内外水环境治理研究的热点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷和不足，提供一种基于生态隔离-鱼类修复-底质锁磷-植物攫取的富营养化水体修复方法，该方法主要针对池塘、湖泊、水库等静水水体营养盐浓度过高，引起的内源释放、藻类富集、水质恶化问题。
本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：
一种基于生态隔离-鱼类修复-底质锁磷-植物攫取的富营养化水体修复方法，包括如下步骤：
S1.采用不透水材料对待修复区水体进行生态隔离，使围隔内的水体和围隔外的水体隔离；
S2.对围隔内的鱼类进行彻底清理；
S3.对待修复区水体和底质进行消毒，并向水体中播撒锁磷剂，将磷酸盐截留于底质中；
S4.在待修复区构建以水生植物为核心的生态群落；其中，岸坡种植挺水植物，敞水区种植沉水植物，沿岸带种植浮叶植物。
本发明首先对高营养盐含量水体、藻类富集区域、或受污染水域进行生态隔离，然后清除可起水体扰动的土著鱼类，以防止因鱼类扰动底泥而引起的内源营养盐释放和颗粒物再悬浮，再对围隔内水体进行消毒处理，喷洒锁磷剂对水体中的溶解性磷酸盐进行吸附沉降处理以保障水体透明度、减少底质中的磷酸盐内源释放。本发明核心内容在于重建以水生植物群落为核心的水生态***，依托沉水、挺水、浮叶植物的强吸收能力，降低富营养化水体中的营养盐含量，控制藻类和悬浮颗粒物水平，防止“藻华”爆发。本发明方法在修复后稳定性极高，能够长期维持水体的高透明度，水生植物生长旺盛，底质中内源营养盐被封锁，使水生态***处于完善的自主循环状态，达到富藻区氮磷营养盐攫取与水质改善目标。
优选地，S1具体包括如下步骤：
S11.制作围隔：选用具备耐磨损、耐日照、耐腐蚀、不透水等性能的橡胶围隔，每段长10m，上有浮阀，下有配重捆绑绳，围隔两端有钢缆连接处，便于将分段围隔连接成整体；
S12.制作石笼：将聚乙烯网缝制成直径10cm的长圆柱袋，袋长10m，灌入碎石子并缝合网口，放于围隔底端以作下拉配重，每条围隔配2条石笼；
S13.放置围隔：由多人将围隔抬至指定位置，采用人工踩压和堆砌沙袋的方式将配有石笼的围隔底端连部分不透水布一起压入泥中，确保无大量明显渗水；
S14.固定围隔：在围隔两端岸上距水面各5m处打下固定钢桩，深度为地下2m，水中每隔1m打2根钢桩，钢桩横向间距2m，深度为底质下2～3m，用尼龙绳将围隔捆绑于2根钢桩中间，在围隔与岸边连接处堆砌沙袋，减少围隔内外水体交换；
S15.***拦网：并在围隔外侧设置一道拦网，拦网材料为0.064mm孔径浮游植物网，阻拦藻类和悬浮颗粒物。
其中，围隔置于外层，起到抵抗风浪、阻隔外源污染、防止底层鱼类进入的作用。围隔外放置的0.064mm孔径尼龙筛网，一方面可以拦截藻类和颗粒物，另一方面可以起到防止鱼类远离修复区，保证修复区内底泥不被鱼类扰动。
优选地，S2所述清理鱼类的方法为采用人工驱赶、诱捕或电脉冲捕捞。具体为先通过人工驱赶先将原有鱼类驱逐至围隔外，随后采用定置虾笼诱捕、下沉型三重流刺网捕捉方式，对剩余鱼类进行采集，最终确保围隔内无鱼类残留；最后采用电脉冲捕捞，清除体型过小的鱼类(如鰕虎鱼)和仔稚鱼(罗非鱼、鲢等的幼鱼)。
优选地，S3所述锁磷剂的喷洒量约125g/m2，喷洒后48小时保持水体静置。具体可采用柴油泵式喷洒机对修复区进行均匀喷洒。
优选地，S4岸坡种植挺水植物具体为选择美人蕉、芦竹、芦苇、翠芦莉在岸坡处进行梯度种植，从水面到岸边的种植次序依次为翠芦莉、美人蕉、芦竹、芦苇。
优选地，S4敞水区种植沉水植物具体为第一阶段以耐污能力强的苦草和黑藻为先锋种在全塘种植；加密补种生长良好的沉水植物，构建长效沉水植物群落，移栽时应遵循深水区稀疏、浅水区密集的原则。
优选地，S4沿岸带种植浮叶植物具体为在沿岸浅水区种植粉绿狐尾藻、睡莲，狐尾藻，种植需以竹筐成群栽种，使其能够形成群体繁殖效应，睡莲为小区域集体种植。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所述方法以大型水生植物修复为核心展开，前期工作可维持水体较高的透明度，降低其他生物，尤其是鱼类的干扰，控制底质中内源营养盐释放，保证水生植物修复过程可以在有利的环境中完成。此外，本发明方法在修复后稳定性极高，能够维持水体清澈见底，水生植物生长正常，底质中内源营养盐释放量低，实现水体生态***自主循环功能，达到富藻区氮磷营养盐攫取与水质改善目标。本发明生态修复技术具有成本投资及运行费用低，生态处理设施结构简单等优点，在水生态修复技术领域具有重要推广应用价值。
附图说明
图1为本发明富营养化水体修复方法步骤示意图。
图2为实施例1雁田水库水体修复区平面。
图3为本发明围隔平面设计及现场安装效果。
图4为喷洒锁磷剂过程(A-B-C-D)。
图5为沉水植物种植过程(A-B-C-D)。
图6为岸坡挺水植物种植区。
图7为水体修复前(A、B)和修复后(C、D、E)水体外观对比。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1
选择雁田水库库尾的白泥坑库湾作为生态修复示范区(图2)，示范区总面积约10200m2(长170米，宽60米)，水体平均深度1.7m，对示范区进行分区处理，包括三个试验区，其中I区面积1200m2，II区面积6000m2，III区面积3000m2。按照图1所示步骤进行水体修复。
一、修复方法
1、对富藻区水体进行生态隔离
为确保修复区无外源污染进入，首先采用PVC材质围隔，以“沙袋+打桩+钢绳”模式固定，实现与非示范区水体分隔。现场操作过程如图3所示，具体步骤为：
(1)制作围隔：选用具备耐磨损、耐日照、耐腐蚀、不透水等性能的PVC围隔，每段长10m，上有浮阀，下有配重捆绑绳，PVC材料末端有钢缆连接处，便于将分段围隔连接成整体；
(2)制作石笼：将聚乙烯网缝制成直径10cm的长圆柱袋，袋长10m，灌入碎石子并缝合网口，放于围隔底端以作下拉配重，每条围隔配2条石笼；
(3)放置围隔：由多人将围隔抬至指定位置，采用人工踩压和堆砌沙袋的方式将配有石笼的围隔底端连部分不透水布一起压入泥中，确保无大量明显渗水；
(4)固定围隔：在围隔两端岸上距水面各5m处打下固定钢桩，深度为地下2m，水中每隔1m打2根钢桩，钢桩横向间距2m，深度为底质下2～3m，用尼龙绳将围隔捆绑于2根钢桩中间，在围隔与岸边连接处堆砌沙袋，减少围隔内外水体交换；
(5)***拦网：并在围隔外侧设置一道拦网，拦网材料为0.064mm孔径浮游植物网，阻拦藻类和悬浮颗粒物。
PVC围隔置于外层，起到抵抗风浪、阻隔外源污染、防止底层鱼类进入的作用。围隔外放置0.064mm孔径尼龙筛网，一方面可以拦截藻类和颗粒物，另一方面可以起到防止鱼类远离修复区，保证修复区内底泥不被鱼类扰动。
2、清除围隔内的土著鱼类
先通过人工驱赶方式，将原有鱼类驱逐至围隔外，随后采用定置虾笼诱捕、下沉型三重流刺网捕捉方式，对剩余鱼类进行采集，最终确保围隔内无鱼类残留；最后采用电脉冲捕捞，清除体型过小的鱼类(如鰕虎鱼)和仔稚鱼(罗非鱼、鲢等的幼鱼)。
3、对水体、地质进行消毒、除磷
清理完野杂鱼后，对水体和沉积物基底进行消毒，清除潜在的病原微生物菌群，共投入使用基底消毒剂200kg。购进25袋(50kg/袋)澳洲本土研发材料Phoslock，对示范区水体中的溶解性磷酸盐进行吸附沉降处理，并在沉降后将磷酸盐锁定于底质沉积物中，防止内源的再度释放，从而降低水体营养盐的含量，预防“藻华”发生。
4、构建以水生植物为核心的植物群落生态***
在岸坡种植挺水植物，敞水区种植沉水植物，沿岸带种植浮叶植物。
所述沿岸带浮叶植物选择粉绿狐尾藻、睡莲。狐尾藻的种植需以竹筐成群栽种，使其能够形成群体繁殖效应，睡莲种植在小范围内集中成片种植，示范区内种植50片左右。挺水植物种植于岸坡距水面4m范围内，分4条植物带分批种植，第一条带为翠芦莉，第二条带为美人蕉，第三条带为芦竹，第四条带为芦苇，每个植物条带宽度为1m。该宽度范围内可种植植株数量视植株个体大小而定，翠芦莉植株较小，1m范围内可种植8～10株，美人蕉植株较大，1m范围内可种植3～4株，芦竹和芦苇可种植5～7株。
沉水植物种植采用拋秒方式，对示范区种植苦草和轮叶黑藻。沉水植物种植分为两个阶段，第一阶段以耐污能力强的黑藻和苦草为先锋种在全塘种植；第二阶段加密补种生长良好的沉水植物，构建长效沉水植物群落，移栽时应遵循深水区稀疏、浅水区密集的原则。种植方式：浅水区可采取人工水下插秧式种植，先疏后密；对于不便人工下水栽种的深水区，可采取竹竿插秒法，1人划桨，1人栽插，轻拿轻栽，竹竿入泥10cm左右，草顶头齐水面为好。
二、结果
本发明实施后，实地监测结果表明试验区域水质和富营养化状况得到明显改善(图7、表1)，水体中氮、磷、叶绿素和悬浮物等指标下降30～60％，其中总磷含量在0.05mgL-1以下，叶绿素含量低于15μg L-1。
表1修复前后水质指标比较

Claims (7)

1.一种基于生态隔离-鱼类修复-底质锁磷-植物攫取的富营养化水体修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.采用不透水材料对待修复区水体进行生态隔离，使围隔内的水体和围隔外的水体隔离；
S2.对围隔内的鱼类进行彻底清理；
S3.对待修复区水体和底质进行消毒，并向水体中播撒锁磷剂，将磷酸盐截留于底质中；
S4.在待修复区构建以水生植物为核心的生态群落；其中，岸坡种植挺水植物，敞水区种植沉水植物，沿岸带种植浮叶植物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1具体包括如下步骤：
S11.制作围隔：选用具备耐磨损、耐日照、耐腐蚀、不透水的橡胶围隔，每段长10 m，上有浮阀，下有配重捆绑绳，围隔两端有钢缆连接处，便于将分段围隔连接成整体；
S12.制作石笼：将聚乙烯网缝制成直径10 cm的长圆柱袋，袋长10 m，灌入碎石子并缝合网口，放于围隔底端以作下拉配重，每条围隔配2条石笼；
S13.放置围隔：由多人将围隔抬至指定位置，采用人工踩压和堆砌沙袋的方式将配有石笼的围隔底端连部分不透水布一起压入泥中，确保无大量明显渗水；
S14.固定围隔：在围隔两端岸上距水面各5 m处打下固定钢桩，深度为地下2 m，水中每隔1 m打2根钢桩，钢桩横向间距2 m，深度为底质下2～3 m，用尼龙绳将围隔捆绑于2根钢桩中间，在围隔与岸边连接处堆砌沙袋，减少围隔内外水体交换；
S15.***拦网：在围隔外侧设置一道拦网，拦网材料为0.064 mm孔径浮游植物网，阻拦藻类和悬浮颗粒物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2所述清理鱼类的方法为采用人工驱赶、诱捕或电脉冲捕捞。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S3所述锁磷剂的喷洒量约125 g/m2，喷洒后48小时保持水体静置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S4岸坡种植挺水植物具体为选择美人蕉、芦竹、芦苇、翠芦莉在岸坡处进行梯度种植，从水面到岸边的种植次序依次为翠芦莉、美人蕉、芦竹、芦苇。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S4敞水区种植沉水植物具体为第一阶段以耐污能力强的苦草和黑藻为先锋种在全塘种植；第二阶段加密补种生长良好的沉水植物，构建长效沉水植物群落。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S4沿岸带种植浮叶植物具体为在沿岸浅水区种植粉绿狐尾藻、睡莲，狐尾藻。
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