CN115448463B - 一种沉水植物干预演替原位治理河湖污染的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的一种沉水植物干预演替原位治理河湖污染的方法，其特征在于：在河湖生态治理时，应用生态位重叠物种间具有的竞争排斥特性，首先使用茎生草削减水体中的影响盐，待水体水质达到一定标准后，在水质提升的前提下分阶段降低茎生草丰度，提升基生草种类丰度，改善沉水植物群落结构，最终形成以基生草为建群种，茎生草为伴生种的清水型稳态水生态***，达到自然水体的治理。
Description
技术领域
本发明涉及水体污染治理方法，尤其是一种沉水植物干预演替原位治理河湖污染的方法，属于水环境生态修复领域。
背景技术
沉水植物生长过程中，一方面可以直接通过吸收作用净化水质，减少水体中沉积物的悬浮，另一方面通过分泌化感物质直接抑制藻类生长；沉水植物的重建、恢复广泛应用于浅水河湖的生态修复中。沉水植物根据其形态不同，分为冠生型和莲座型，冠生型沉水植物对光适应范围较广，常在水面形成致密的冠层，该类植物一般根系不发达或为非根生植物，为分蘖繁殖，如黑藻、金鱼藻、穗状狐尾藻等，属于茎生草类；莲座型沉水植物一般具有发达的根系，能够较好抑制沉积物释放营养盐，水质净化能力强，对维持水体生态***群落结构的稳定至关重要，如刺苦草、马来眼子菜等，该类植物以分株繁殖为主，为基生草类。
茎生草由于其强大的生长力和对光照强度较广的适应性，一般作为河湖生态修复中的先锋种，但该类植物易恣意生长，在水面附近形成致密的冠层，引起水体沼泽化。
如何科学利用茎生草的净水优势，通过人工调控手段，在水质提升的前提下，逐步降低茎生草丰度，提升基生草种类丰度，改善沉水植物群落结构，扩大清水型稳态效应，是本领域研究人员应解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在：提供一种沉水植物干预演替原位治理河湖污染的方法。利用茎生型草生长繁殖速度快、水质净化能力强、能大量吸收水体中的营养盐、并对光照适应范围广等特点，同时又利用基生草的生态位间的种间竞争来替换水体中的茎生型草，达到净化水体、管理维护简便、植物群落结构稳定的最终目的。
这种沉水植物干预演替原位治理河湖污染的方法，其特征在于：在河湖生态治理时，应用生态位重叠物种间具有的竞争排斥特性，首先使用茎生草削减水体中的影响盐，待水体水质达到一定标准后，利用水温、水深层次生态位的重叠，采用基生草逐步替代相同生态位的茎生草；分阶段降低茎生草丰度，提升基生草种类丰度，改善沉水植物群落结构，最终形成以基生草为建群种，茎生草为伴生种的清水型稳态水生态***，达到自然水体的治理。
进一步地，这种促进河湖自然水体以基生草为建群种的植物轮作替换配植技术，其特征在于：在待修复水体中分三个阶段进行冠生型茎生草和基生草的种植与管理；
第一阶段：在待修复自然水体中以播种种植和扦插相结合的方式种植冠生型茎生草；
（1）第一年茎生草的种植与管理
茎生草种植：2-3月在拟修复水体的透明度与水深的比值Ts为0.6-0.8的水深区域以密度0.010-0.015kg/m2播撒黑藻冬芽，并在3月初以扦插方式种植伊乐藻，5月中旬以扦插方式种植黑藻、水盾草、金鱼草藻、穗状狐尾藻、小茨藻等茎生型水草；种植时以沉水植物满铺种植方式覆盖于Ts大于0.38的水底区域。
茎生草管理：在当年6月中下旬进行伊乐藻的收割，使收割后的伊乐藻的植株不高于10cm;7-8月重点关注其它沉水植物的成活情况，并及时进行补种；
第二阶段：
（1）待茎生型植物种群稳定后，每年5-9月维持对其进行20%的收割强度，并及时收割茎生型水草水面冠层，保持各水草生在水面下50cm以上；同时跟踪监测修复河湖范围内的水体的总氮、透明度，监测频率每月一次；
（2）待水质达到总氮含量小于2mg/L、Ts大于0.5，水质明显净化后，在已修复水体中加强对茎生草的收割强度，随后引入基生草种植，使其逐步替换水体中的茎生草；
（3）进行对野杂鱼、克氏原鳌虾捕捞：5月起按照每100亩放置200-300个长8-10米、5-6指规格的地笼捕捞野杂鱼、克氏原鳌虾，控制上述水生动物的数量，48小时间隔收笼一次，一月2次；
（4）进行茎生草的清理：6月起连根清理水体中种植的各类茎生草：黑藻、小茨藻、金鱼藻群落，清理强度为60%；
（5）基生草种植、管理：在进行茎生草清理的同时，同步进行基生草的抛种；加强对茎生草的收割强度，始终将茎生草冠生层控制在水面下1m，以求为基生草的生长繁殖提供充足的光照，为基生草提供发达的竞争优势，抑制茎生草的生长；
（6）继续进行水质跟踪监测：跟踪监测修复河湖范围内的水质，每月进行一次总氮和透明度指标监测；
第三阶段：
在水质进一步净化，并保持稳定后在总氮小于1mg/L，水体透明度大于1.5m并保持稳定后，全面清理茎生草，逐步形成以基生草为建群种、茎生草为伴生种的清水型稳态水生态***；
（1）茎生草清理：
全面清理水体中的所有品种茎生草及包括穗状狐尾藻，5-6月，连根拔除所有品种的茎生草，并在茎生草覆盖度高的区域使用遮阳球遮阳2个月；
（2）基生草补种：
7-8月，收起遮阳球，按照确定的方式适当补种基生草，种植密度为每平米抛种基生草模块5个；
（3）稳态型沉水植物群落形成：
对沉水植物群落采取一定的恢复和优化管理措施，持续降低茎生型沉水植物丰度以改善基生型沉水植物群落的生存环境，最终形成以四季常绿矮苦草、刺苦草、马来眼子菜等基生草为建群种，金鱼藻、狐尾藻、黑藻、茨藻、轮藻为伴生种的维护简便，结构稳定的沉水植物群落。
进一步地，按照扦插方式种植黑藻、水盾草、金鱼草藻、穗状狐尾藻、小茨藻等茎生型水草时，其黑藻、水盾草、金鱼草藻、穗状狐尾藻、小茨藻的种群比例为2:1:4:2:1进行；植物种植密度按照120-150株/m2；沉水植物以满铺种植方式覆盖于Ts大于0.38的水底区域为宜。
进一步地，在按照第二阶段引入基生草种植，使其逐步替换水体中的茎生草时，应该采取以下技术措施：
1）在4月底-5月上旬进行伊乐藻的彻底清理，即进行连根绞草，尽可能把伊乐藻清理干净，并及时清理水面的伊乐藻的断枝、防止断枝繁殖；
2）进行基生草种植：即在5月中旬及时采用带泥抛种的方式在已拔除伊乐藻的区域种植四季常绿的矮苦草、刺苦草、马来眼子菜之类的基生草包裹体；
3）每个基生草包裹体中泥土中拌有包裹基生草的泥土中掺拌有吲哚乙酸钾80ppm、奈乙酸钠35ppm、黄腐酸钾10ppm。
进一步地，每个基生草的包裹泥模块为长、宽各20cm，厚10cm的长方体，每个泥块上种植基生草20-30株，每平米抛种基生草模块20个；其中：四季常绿矮苦草抛种在水深1m以内的区域，刺苦草抛种在水深1-1.5m的区域范围内，马来眼子菜抛种在水深1.5m-2.5m的区域。
根据以上技术方案提出的这种沉水植物干预演替原位治理河湖污染的技术，其核心创意在于：应用生态位重叠物种间具有的竞争排斥特性，首先使用茎生草削减水体中的影响盐，待水体水质达到一定标准后，逐步采用基生草替代茎生草，利用四季常绿苦草和伊乐藻、小茨藻（轮藻）在水温、水深层次生态位的重叠，以及四季常绿苦草以植株越冬的生态位优势逐步替换伊乐藻；并利用刺苦草、马来眼子菜在水深、水温层次生态位与轮叶黑藻、穗状狐尾藻生态位重叠，逐步替换轮叶黑藻和穗状狐尾藻；同时强化人工调控手段在植物演替中的作用，通过绞草、强化收割强度、遮光等方式，逐步减少茎生草群落盖度，为基生草的生长提供生态位，具有河湖水质净化、稳定性水生态***构建的双重目的。
附图说明
图1为沉水植物干预演替原位治理河湖污染的方法的治理方法流程图；
图2为用本技术方案治理后的安徽合肥南湖一片自然水体的照片。
具体实施方式
本发明提出的这种通过沉水植物干预演替原位治理河湖污染的方法，
其核心创意在于：在河湖生态治理时，应用生态位重叠物种间具有的竞争排斥特性，首先使用茎生草削减水体中的影响盐，待水体水质达到一定标准后，利用水温、水深层次生态位的重叠，采用基生草逐步替代相同生态位的茎生草；分阶段降低茎生草丰度，提升基生草种类丰度，改善沉水植物群落结构，最终形成以基生草为建群种，茎生草为伴生种的清水型稳态水生态***，达到自然水体的治理。
以下结合本申请人在对安徽合肥南湖的一片面积约6.3万m2，水深0.5-3m水域的治理实践来进一步阐述本发明。
项目实施地位于安徽省合肥市，治理水域面积约6.3万m2，水深0.5-3m不等，项目治理前水系水质为劣Ⅴ类，透明度0.5-0.6m，水深1.5m以内区域占整个面积约60%。其治理前的整个水域的水体检测情况如下表所示：
表1 南湖治理前水质
2016年6月，对南湖水体治理工程开始实施治理，在水深1.5m以内等区域首先种植轮叶黑藻、金鱼藻、穗状狐尾藻。
在实际操作中在待修复水体中：先是按照本发明提出的分三个阶段，于2016年6月，对南湖水体治理工程开始实施治理，在水深1.5m以内等区域首先种植轮叶黑藻、金鱼藻、穗状狐尾藻等茎生型沉水植物，利用茎生草的大量生长繁殖净化水体中营养物质。
进行冠生型茎生草和基生草的种植与管理；
第一阶段：在待修复水体中以播种种植和扦插相结合的方式种植冠生型茎生草；
（1）第一年茎生草的种植与管理
茎生草种植：2-3月在拟修复水体透明度与水深的比值Ts为0.6-0.8的水深区域以密度0.010-0.015kg/m2播撒黑藻冬芽，并在3月初以扦插方式种植伊乐藻，5月中旬以扦插方式种植黑藻、水盾草、金鱼草藻、穗状狐尾藻、小茨藻等茎生型水草；种植时以沉水植物满铺种植方式覆盖于Ts大于0.38的水底区域。
茎生草管理：在当年6月中下旬进行伊乐藻的收割，使收割后的伊乐藻的植株不高于10cm;7-8月重点关注其它沉水植物的成活情况，并及时进行补种；
第二阶段：
（1）待茎生型植物种群稳定后，每年5-9月维持对其进行20%的收割强度，并及时收割茎生型水草水面冠层，保持各水草生在水面下50cm以上；同时跟踪监测修复河湖水体范围内的水体的总氮、透明度，监测频率每月一次；
（2）待水质达到明显净化后、总氮含量小于2mg/L，Ts大于0.5，在已修复水体中加强对茎生草的收割强度，随后引入基生草种植，使其逐步替换水体中的茎生草；
（3）进行对野杂鱼、克氏原鳌虾捕捞：
5月起按照每100亩放置200-300个长8-10米、5-6指规格的地笼捕捞野杂鱼、克氏原鳌虾，控制上述水生动物的数量，48小时间隔收笼一次，一月2次；
（4）进行茎生草的清理：6月起连根清理水体中种植的各类茎生草：黑藻、小茨藻、金鱼藻群落，清理强度为60%；
（5）基生草种植、管理：在进行茎生草清理的同时，同步进行基生草的抛种；加强对茎生草的收割强度，始终将茎生草冠生层在水面下1m，以求为基生草的生长繁殖提供充足的光照，为基生草提供发达的竞争优势，抑制茎生草的生长；
（6）继续进行水质跟踪监测：跟踪监测修复河湖范围内的水质，每月进行一次总氮和透明度指标监测；
第三阶段：
在水质进一步净化，总氮小于1mg/L，水体透明度大于1.5m并保持稳定后，全面清理茎生草，逐步以形成以基生草为建群种，茎生草为伴生种的清水型稳态水生态***。
（1）茎生草清理：全面清理水体中的所有品种茎生草包括穗状狐尾藻在内的茎生草，5-6月，连根拔除所有品种的茎生草，茎生草覆盖度高的区域使用遮阳球遮阳2个月；
（2）基生草补种：7-8月，收起遮阳球，适当补种基生草，种植方式如3（2），种植密度为每平米抛种基生草模块5个；
（3）稳态型沉水植物群落形成：对沉水植物群落采取一定的恢复和优化管理措施，持续降低茎生型沉水植物丰度以改善基生型沉水植物群落的生存环境，最终形成以四季常绿矮苦草、刺苦草、马来眼子菜等基生草为建群种，金鱼藻、狐尾藻、黑藻、茨藻、轮藻为伴生种的维护简便，结构稳定的沉水植物群落。
按照扦插方式种植黑藻、水盾草、金鱼草藻、穗状狐尾藻、小茨藻等茎生型水草时，其黑藻、水盾草、金鱼草藻、穗状狐尾藻、小茨藻的种群比例为2:1:4:2:1进行；植物种植密度按照120-150株/m2；沉水植物以满铺种植方式覆盖于Ts大于0.38的水底区域为宜。
在按照第二阶段引入基生草种植，使其逐步替换水体中的茎生草时，应该采取以下技术措施：
1）在4月底-5月上旬进行伊乐藻的彻底清理，即进行连根绞草，尽可能把伊乐藻清理干净，并及时清理水面的伊乐藻的断枝、防止断枝繁殖；
2）进行基生草种植：即在5月中旬及时采用带泥抛种的方式在已拔除伊乐藻的区域种植四季常绿的矮苦草、刺苦草、马来眼子菜之类的基生草包裹体；
3）每个基生草包裹体中泥土中拌有包裹基生草的泥土中掺拌有吲哚乙酸钾80ppm、奈乙酸钠35ppm、黄腐酸钾10ppm。
每个基生草的包裹泥模块为长、宽各20cm，厚10cm的长方体，每个泥块上种植基生草20-30株，每平米抛种基生草模块20个；其中：四季常绿矮苦草抛种在水深1m以内的区域，刺苦草抛种在水深1-1.5m的区域范围内，马来眼子菜抛种在水深1.5m-2.5m的区域。
自2016年6月开始在安徽合肥南湖的一片面积约6.3万m2，水深0.5-3m水域，采用以上方法进行水体治理。
2017年5月，南湖水质有明显提高，基本达到V类水后，连根拔除60%的茎生草，并抛种泥中带营养盐的苦草等基生草，6-8月加强对轮叶黑藻等茎生草的收割强度，始终保持该类水草长度在水面下1m。
2018年7月，水体总氮达到0.8mg/L，透明度达到1.5m时，集中处理水体中的茎生草，并对茎生草覆盖度高的区域进行遮阳处理，2018年8月在原来茎生草生长区域抛种刺苦草和光叶眼子菜，并形成以四季常绿矮苦草、刺苦草、光叶眼子菜为建群种的沉水植物群落。
2019年至今，南湖湖泊生态***一直保持稳定，水质保持在二类水平，透明度大于1.5米。
实践表明：采用本技术方案提出的通过沉水植物干预演替原位治理河湖污染的方法，治理河湖水体污染的方法是有效可行的。
以上仅仅是本申请人依据技术方案给出的本发明的基本实施方案，任何本行业的普通技术人员，参照本技术方案做出的不具备实质性创意的改进，均应视为属于本发明的保护范畴。
Claims (4)
1.一种沉水植物干预演替原位治理河湖污染的方法，其特征在于：在河湖生态治理时，利用生态位重叠物种间具有的竞争排斥特性，首先使用茎生草削减水体中的影响盐，待水体水质达到一定标准后，利用水温、水深层次生态位的重叠，采用基生草逐步替代相同生态位的茎生草；分阶段降低茎生草丰度，提升基生草种类丰度，改善沉水植物群落结构，最终形成以基生草为建群种，茎生草为伴生种的清水型稳态水生态***，通过在待修复水体中以播种种植和扦插相结合的方式种植冠生型茎生草，待来年茎生型植物种群稳定后，每年5-9月维持对其进行20%的收割强度，并及时收割茎生型水草水面冠层，保持各水草生长在水面下50cm以上，同时跟踪监测修复河湖范围内的水体的总氮、透明度，监测频率每月一次，在水质进一步净化，并保持稳定后水体的总氮小于1mg/L，水体透明度大于1.5m时，全面清理茎生草，逐步形成以基生草为建群种，茎生草为伴生种的清水型稳态水生态***三个阶段；同时按照扦插方式种植黑藻、水盾草、金鱼草藻、穗状狐尾藻、小茨藻等茎生型水草时，其黑藻、水盾草、金鱼草藻、穗状狐尾藻、小茨藻的种群比例为2:1:4:2:1进行；植物种植密度按照120-150株/m2；沉水植物以满铺种植方式覆盖于Ts大于0.38的水底区域为宜的原则达到自然水体的最终治理。
2.如权利要求1所述的一种沉水植物干预演替原位治理河湖污染的方法，其特征在于：在待修复水体中分三个阶段进行冠生型茎生草和基生草的种植与管理；
在待修复水体中以播种种植和扦插相结合的方式种植冠生型茎生草需按以下步骤进行：
第一阶段：
（1）第一年茎生草的种植与管理
茎生草种植：
2-3月在拟修复水体透明度与水深的比值Ts为0.6-0.8的水深区域以密度0.010-0.015kg/m2播撒黑藻冬芽，并在3月初以扦插方式种植伊乐藻，5月中旬以扦插方式种植黑藻、水盾草、金鱼草藻、穗状狐尾藻、小茨藻等茎生型水草；种植时以所选沉水植物满铺种植方式覆盖于Ts大于0.38的水底区域；
茎生草管理：
在当年6月中下旬进行伊乐藻的收割，使收割后的伊乐藻的植株不高于10cm；7-8月重点关注其它沉水植物的成活情况，并及时进行补种；
第二阶段：
（1）待来年茎生型植物种群稳定后，每年5-9月维持对其进行20%的收割强度，并及时收割茎生型水草水面冠层，保持各水草生长在水面下50cm以上；同时跟踪监测修复河湖范围内的水体的总氮、透明度，监测频率每月一次；
（2）待水质达到总氮含量小于2mg/L、Ts大于0.5，水质明显净化后，在已修复水体中加强对茎生草的收割强度，随后引入基生草种植，使其逐步替换水体中的茎生草；
（3）进行对野杂鱼、克氏原鳌虾捕捞：
5月起按照每100亩放置200-300个长8-10米、5-6指规格的地笼捕捞野杂鱼、克氏原鳌虾，控制上述水生动物的数量，48小时间隔收笼一次，一月2次；
（4）进行茎生草的清理：
6月起连根清理水体中种植的各类茎生草：黑藻、小茨藻、金鱼藻群落，清理强度为60%；
（5）进行基生草种植、管理：
在进行茎生草清理的同时，同步进行基生草的抛种；加强对茎生草的收割强度，始终将茎生草冠生层在水面下1m，以求为基生草的生长繁殖提供充足的光照，为基生草提供发达的竞争优势，抑制茎生草的生长；
（6）继续进行水质跟踪监测：
跟踪监测修复河湖范围内的水质，每月进行一次总氮和透明度指标监测；
第三阶段：在水质进一步净化，并保持稳定后水体的总氮小于1mg/L，水体透明度大于1.5m时，全面清理茎生草，逐步形成以基生草为建群种，茎生草为伴生种的清水型稳态水生态***；
（1）茎生草清理：
全面清理水体中的所有品种茎生草，5-6月，连根拔除所有品种的茎生草，茎生草覆盖度高的区域使用遮阳球遮阳2个月；
（2）基生草补种：
7-8月，收起遮阳球，按照确定的种植方式适当补种基生草，种植密度为每平米抛种基生草模块5个；
（3）稳态型沉水植物群落形成：
对沉水植物群落采取一定的恢复和优化管理措施，持续降低茎生型沉水植物丰度以改善基生型沉水植物群落的生境，最终形成以四季常绿矮苦草、刺苦草、马来眼子菜等基生草为建群种，金鱼藻、狐尾藻、黑藻、茨藻、轮藻为伴生种的维护简便，结构稳定的沉水植物群落。
3.如权利要求2所述的一种沉水植物干预演替原位治理河湖污染的方法，其特征在于：在按照第二阶段引入基生草种植，使其逐步替换水体中的茎生草时，应该采取以下技术措施：
1）在4月底-5月上旬进行伊乐藻的彻底清理，即进行连根绞草，尽可能把伊乐藻清理干净，并及时清理水面的伊乐藻的断枝、防止断枝繁殖；
2）进行基生草种植：即在5月中旬及时采用带泥抛种的方式在已拔除伊乐藻的区域种植四季常绿的矮苦草、刺苦草、马来眼子菜之类的基生草包裹体；
3）每个基生草包裹体中泥土中拌有包裹基生草的泥土中掺拌有吲哚乙酸钾80ppm、奈乙酸钠35ppm、黄腐酸钾10ppm。
4.如权利要求1或2所述的一种沉水植物干预演替原位治理河湖污染的方法，其特征在于：每个基生草的包裹泥模块为长、宽各20cm，厚10cm的长方体，每个泥块上种植基生草20-30株，每平米抛种基生草模块20个；其中：四季常绿矮苦草抛种在水深1m以内的区域，刺苦草抛种在水深1-1.5m的区域范围内，马来眼子菜抛种在水深1.5m-2.5m的区域。
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