CN102633367B

CN102633367B - 利用中华萍蓬草治理富营养化水体的生态修复方法

Info

Publication number: CN102633367B
Application number: CN2012101473840A
Authority: CN
Inventors: 古小治; 陈开宁; 黄蔚; 柏翔; 范成新
Original assignee: Nanjing Institute of Geography and Limnology of CAS
Current assignee: Nanjing Institute of Geography and Limnology of CAS
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2032-05-14
Also published as: CN102633367A

Abstract

本发明公开了一种利用中华萍蓬草治理富营养化水体的生态修复方法，特别适用于对水域有景观需求的城市公园湖泊及大型富营养化的浅水湖泊湖滨带的生态修复。本发明方法采用中华萍蓬草作为水生植被恢复的先锋物种，在浅水区和/或水岸带采用采用地下茎繁殖体或幼苗分株繁殖的方式，以斑块分布形式定植中华萍蓬草；第二年利用“向心辐射压苗法”实现植物群从的快速扩张，形成环形植株群丛；然后在修复区域种植沉水植物，使得植株盖度最终达到60%以上。与传统植物材料修复技术相比，本发明方法具有水质净化效果佳、管理简单、经济价值高的特性，兼具生态性、景观性和经济性的优势，具有广泛的推广应用前景。

Description

利用中华萍蓬草治理富营养化水体的生态修复方法

技术领域

本发明涉及一种水体污染治理和生态修复的方法，具体涉及一种利用中华萍蓬草进行富营养化水体治理的生态修复方法。

背景技术

近十多年来，随着地区工农业生产的迅速发展和城市化进程的加快，排入水体，如湖体内的工业废水和生活污水的数量不断增加，湖水中植被大面积消失，藻类大量繁殖，透明度降低。造成生物多样性下降和湖泊生态系统退化，影响了水资源的利用及其功能的发挥。

水域生态系统是长期演化与发展的结果，在一定时期内均有相对稳定的内部结构和协调的生态功能，这也是生态系统维持相对稳定和可持续发展的基础。湖泊等水体污染与富营养化实质就是生态失衡的体现，若水体生态系统的耦合在结构、功能关系上的错位和失谐，削弱或阻滞了该生态系统中物流的输入、迁移、转化、输出、循环的途径，形成物质在时间、空间上的滞留或耗竭，而且其量超越生态系统自我调节的能力，就产生水域生态系统诸多的生态问题。

水生高等植物是浅水湖泊生态系统的重要组成部分，它不仅具有较高的生产能力和经济价值，而且具备很强的环境生态功能。它维系着生态系统良好的水质和复杂多变的环境条件，为鱼类、鸟类等水生动物的栖息和繁殖提供丰富多彩的生境条件；更为重要的是它们吸收、同化湖中大量的氮、磷等污染物质，在保持湖泊营养平衡和防止富营养化方面有突出的功效。

据野外长期观察，中华萍蓬草( Nuphar sinensis Hand-Mazz)在我国分布较广，北自黑龙江、吉林，南至广东，东起辽宁，西至新疆都有分布。中华萍蓬草生长于池沼、河流、湖泊的浅水中，栽培容易，不需特殊管理。每年3月出水，叶伸出或浮于水面，花期5~7月份，开黄花。果期7~9月份，果实近球形，内有种子多粒，粟米状。根状茎肥大、横卧，根系较发达，生长适宜温度为15~32℃，生长期相对较长在3~11月份均可生长，植物体生长期内在水面保持较高生物量，可形成对藻类的竞争优势，对水体污染物的去除效率较高；耐低温，冬季可在露地水池自然越冬，种植后管理方便；另外由于其自身浮叶亮绿，花色鲜黄，是点缀河川的良好景观材料，适用于公园池塘及城市湖泊及河道水面配景；同时自身种子富含淀粉，种子及根状茎可食用或酿酒，又具有较高的经济价值。

在自然条件下，水生高等植物可以通过种子或营养繁殖体进行自动繁殖，并以营养繁殖较为普遍。但在富营养化湖泊治理过程中，由于缺乏种源和水下光照、氧气供给等环境条件不适宜，不可能实现水生植被的自动恢复。据研究，全湖的水草覆盖面积不少于60%时，才能维持良好的水质环境，湖泊生态系统才能保持平衡。

发明内容

本发明的目的在于针对富营养化水体生态修复中现有植物材料修复技术的不足，利用原生态的浮叶植物系统修复富营养化水体，特别是城市公园湖泊及大型富营养化的浅水湖泊湖滨带，提供一种兼具生态环境功能和景观经济功能的生态修复方法。

为实现本发明目的，采用如下技术方案：

一种利用中华萍蓬草治理富营养化水体的生态修复方法，其特征在于：在富营养化水体的浅水区和/或水岸带选择生态修复区域，采用地下茎繁殖体或幼苗分株繁殖的方式种植中华萍蓬草，植株群丛以斑块分布形式布局，成株后的群丛在修复水域的盖度为25~30%；在中华萍蓬草生长第2年按照“向心辐射压苗法” 实现植物群从扩张，采用分株繁殖方法分株移栽中华萍蓬草，成株后形成环形植株群丛，在植株群丛内部水体形成核心修复区域，在植株群丛外围水体形成辐射修复区域；在生态修复区域种植沉水植物，使得植株盖度最终达到60%以上。

所述的生态修复区域，可根据中华萍蓬草种植水域环境进行选择。中华萍蓬草生长水深一般为10~60 cm，以不超过80cm为上限，生长底泥厚度大于10cm。当水体透明度≤20 cm时，可采用附加的水质强化措施来提高种苗成活率，如投加絮凝剂来提高水体透光率，增强水下光强。

在中华萍蓬草生长初期，为防止来自湖泊敞水区风浪冲刷对滨岸带植被的物理损伤，可构建物理防护措施，在湖滨带植被恢复区外围构建消浪带来进行消浪。

按照“向心辐射压苗法” 扩张植物群从，分株繁殖可在生长期6～7月份进行，每个环形植株群中丛繁殖体数目以4~5个为宜，形成的环形群丛面积为3~4 m²。

所述的沉水植物包括但不限于植菹草、轮叶黑藻、马来眼子菜、伊乐藻等沉水植物中的一种或几种，采用粘土包衣幼苗方法或播种植物幼芽的方法定植，种植密度通常为2~5植株/m²。

本发明方法在水生植被恢复过程中，考虑到中华萍蓬草具有较强的种群竞争力、抗风浪能力和水体自净能力，选择作为湖滨带水生植被恢复的先锋物种来进行栽培，在短期内建成大面积的密集植物群落，以便形成对藻类的竟争优势，待水体水质良好且水体透明度提高后，再引种沉水植物，实现水域生态系统的群落稳定性。

有益效果：本发明涉及的中华萍蓬草具有较强的种群竞争力、抗风浪能力和水体自净能力，作为水岸带水生植被恢复的先锋物种进行栽培，结合抗风浪物理防护技术和植株群丛快速扩繁技术，在短期内建成大面积的密集植物群落，最终实现水域生态系统的群落稳定性。“向心辐射压苗法”技术实现植物群从的快速扩张，提高修复效率可达5~10倍。与传统植物材料修复技术相比，本发明方法具有水质净化效果佳、管理简单、经济价值高的特性，兼具生态性、景观性和经济性的优势，具有广泛的推广应用前景。

下面结合具体实施实例对本发明进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。

附图说明

图1 湖滨带消浪竹排分布示意图。

图2 湖滨带中华萍蓬草斑块状植株群丛“向心辐射压苗法”分布示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种利用中华萍蓬草进行富营养化水体治理的生态修复方法，按照本发明提供的技术方案，所采用的原生态植物进行生态修复的方法具体包括以下步骤：

(1) 物理防护措施消浪带构建。

在中华萍蓬草生长初期，为防止来自湖泊敞水区风浪冲刷对滨岸带植被的物理损伤，在湖滨带植被恢复区外围构建竹排来进行消浪，其双层竹排消浪带布局按照图1所示进行设置。为达到有效削减风浪冲击破坏力，双层竹排的间距应小于相邻两个波峰之间距离。当用于消浪竹排间距d小于风浪波长λ时，在背风的竹排间水域内不能形成二次风浪，可大大削弱湖流及风涌流对竹排和植被的直接冲击造成的物理损伤。另外，为减少风浪直接正面冲击，竹排排列方向与常年盛行主风向夹角为45~60°为宜。

(2) 中华萍蓬草定植。

为提高中华萍蓬草成活率和成本-效益比，其具体种植按照以下方式进行。

a. 中华萍蓬草定植水域环境的选择。中华萍蓬草生长水深一般为10~60 cm，以不超过80cm为上限，生长底泥厚度大于10cm。在年初3~4月间，当水体透明度较低（≤20 cm），可采用附加的水质强化措施来提高种苗成活率，如采用投加絮凝剂，如高岭土、凹凸棒土等粘土矿物、聚合氯化铝（PAC）等来提高水体透光率，增强水下光强。中华萍蓬草萌发、生长时对水体透明度要求不高，这是因为其营养丰富的块茎可以使幼叶异养生长（不需要光）至水面。

b. 中华萍蓬草定植方法。中华萍蓬草种植时间选在3月～4月开始种植，可采用地下茎繁殖体及幼苗分株繁殖方式进行栽培，其形成的植株群丛以斑块状在湖滨带或浅水区进行分布，具体方法如下：

幼苗分株繁殖方法：在9~10月期间收集中华萍蓬草果荚中的种子，低温保存（2~5℃）至来年2月中旬。用0.05%的HgCl₂ 浸泡15 min进行消毒处理，然后在温度20~30℃下进行种子萌发培养，按照该方法处理种子萌发率大于75%。待3月～4月间，选择种苗高度约5cm的幼苗采用粘土包衣法（也即在种苗根部采用粘土包裹成球形，粘土包衣直径3～5cm，球形粘土粘结性以抛洒在水中24h不分散为宜）在湖泊浅水域（水深10-60cm）进行抛洒。

地下茎定植方法：在年初的3～4月份进行定植，收集中华萍蓬草生长健康的地下茎，用刀切取带主芽的块茎6～8厘米长，或带侧芽的块茎3～4厘米长，作繁殖材料，埋于有机质较丰富的底泥中，埋藏深度以5～10cm为宜，水温≥15℃时开始萌发生长。

c.中华萍蓬草群丛的分布。为提高植被利用率，中华萍蓬草在水域盖度以25~30%为宜。植株定植方式具体可根据湖泊现场水下地形地貌特征以斑块状分布方式进行种植。

（3）中华萍蓬草种群快速扩张及种群建立。在中华萍蓬草生长第二年，采用分株方式按“向心辐射压苗法”快速繁育技术来实现植物群丛的快速扩张。分株繁殖可在生长期6～7月份进行，从泥土中挖出植株，露出地下茎，切取带主芽或有健壮侧芽的地下茎，除去老叶，留出心叶及几片功能叶，保留部分根系，移栽至营养充足的泥土中，具体布局如图2所示。所分的新株与原株很快又进入生长阶段，成株后形成环形植株群丛，每个环形植株群中丛繁殖体数目以4~5个为宜，形成的环形群丛面积为3~4 m²。该方法每个植株群丛形成了外部和内部两个水体生态修复区域。在植株群丛内部同心圆区域形成了水体的核心修复区域，在群丛外围形成了植株群丛的辐射修复区域。每丛修复水域面积可达20-30 m²，远高于传统点状分布的2-5m²。可节省大量人力和种苗，也显著提高植物修复效率。

待中华萍蓬草恢复后第二年2、3月，利用粘土包衣幼苗或撒播幼芽方法，及时在生态修复区域定植轮叶黑藻、菹草和马来眼子菜等沉水植物，使得植株盖度最终达到60%，以期达到可稳定水生生态系统的目的。

建成后的以中华萍蓬草为优势种的生态系统，其植株形成的群丛在水面长期保持较高的生物量，可形成对水体生长的藻类较强的竞争优势，使水体长期保持湖滨带清水状态，水体透明度保持在50cm以上，水体氮磷污染物显著下降。中华萍蓬草自身浮叶点绿，花色鲜艳，在水面形成较好的景观效果。

在城市公园小型湖泊和大型浅水湖泊迎风湖滨带的两种水体类型下，采用本发明进行生态修复的实施方案，下面分别以实施案例进行详细描述。

实施例1：大型浅水湖泊迎风湖滨带生态修复方法，具体包括以下步骤：

（1）以毛竹为材料，在湖泊湖滨带浅水区拟种植中华萍蓬草区域的外沿迎风面构建消浪带。毛竹消浪带包括平行布置的双层消浪竹排，分布按图1所示排列，毛竹露出水面部分高度以30~50 cm左右为宜。如夏秋季节常年水位波动较大的湖泊，毛竹消浪带构建过程中露出水面的高度要根据当年水位波幅适当增高，至少高于常年平均水位平均波幅20 cm左右为宜。

（2）在3月～4月间，在池塘、河道及湖滨带区域常年生长中华萍蓬草地区收集其地下茎。挑选生长健康的地下茎，将其切割成3～8 cm左右小段，每段至少带一个主幼芽或侧芽，然后以此地下茎为繁殖体种植。

（3）在湖滨带区域，若水体透明度小于20 cm，采用高效絮凝剂PAC净化水体，提高其透明度。具体方法为将工业PAC（Al₂O₃含量大于29%）与常温水按1：2 (质量比)混和搅拌，等药品完全溶解后，按照水体最终PAC的浓度为10~50mg L^-1投加，进行絮凝沉淀水体悬浮物。待水体透明度提高且湖面相对平静的时期，及时定植中华萍蓬草。

（4）中华萍蓬草的定植。在中华萍蓬草植株定植时，利用附带幼芽的地下茎繁殖体按照斑块状在水面种植繁殖体，其中地下茎繁殖体埋藏于底泥深度以5~10cm深为宜。或者利用粘土包衣的幼苗采用在水面抛洒的方式进行种植，种植水域水深不超过80cm为上限。

（5）向心辐射压苗法扩张植物群丛。在植被恢复后第二年的6、7月份，选择生长旺盛的植株群，采用分株繁殖方法分株移栽中华萍蓬草，具体移栽方式按照图2所示的“向心辐射压苗法”方式以斑块状为基本单元进行植株群丛的移栽，以成株后形成的圆环形群丛方式进行种植。每个群丛繁殖体数目以4~5个为宜，形成圆形群丛面积为3~4 m²为标准。

（6）为提高生态系统的群落稳定性，在中华萍蓬草修复的水域，水体透明度提高情况下（大于40 cm），在水深小于120 cm的湖滨带浅水区采用粘土包衣幼苗方法或播种植物幼芽的方法，及时种植菹草、轮叶黑藻、马来眼子菜等沉水植物，种植密度按2~5植株/m²进行生态恢复，使得植株盖度最终达到60%。

实施例2：城市公园湖泊的生态修复方法，具体实施步骤如下：

（1）湖滨带水域生境条件。选择坡度相对平缓的水岸带，水深在10~60cm水域作为首期恢复水域。基底发育相对良好，底泥厚度大于10cm。

（2）中华萍蓬草定植。在3月上旬，于常年生长中华萍蓬草水域收集其生长健康地下茎，用刀切取带主芽的地下块茎分割为6厘米左右小段，或带侧芽的块茎3厘米左右，作繁殖材料，埋于有机质较丰富的底泥中，埋藏深度以8 cm为宜。种植后形成的植株群丛以斑块状进行布局，群丛实际分布依据湖滨带实际水下地形地貌特征进行统筹安排。

（3）湖滨带中华萍蓬草植株群丛盖度。在湖滨水岸带恢复水域内，中华萍蓬草植株密度以30%的总盖度为标准，进行总量控制。

（4）中华萍蓬草植株群丛快速扩张。在自然生长过程中，植株群丛在水域扩张缓慢且易受外界生境条件波动的影响。在生态恢复的第二年6、7月份，采用分株移苗法按照“向心辐射压苗法”方式人为干预中华萍蓬草种群发展过程，成株后形成环形植株群丛，每个环形植株群中丛繁殖体数目以4~5个为宜，形成的环形群丛面积为3~4 m²。

（5）稳定生态系统构建。在生态恢复后第二年，中华萍蓬草盖度达到40%以上，水质有所改善，常年水体透明大于40cm，可在水深20~120cm的水域于2、3月份及时种植菹草、马来眼子菜、伊乐藻等沉水植物，进一步提高群落的物种多样性，使得植株盖度达到60%。

Claims

1.一种利用中华萍蓬草治理富营养化水体的生态修复方法，其特征在于：在富营养化水体的浅水区和/或水岸带选择生态修复区域，采用地下茎繁殖体或幼苗分株繁殖的方式种植中华萍蓬草，植株群丛以斑块分布形式布局，成株后的群丛在修复水域的盖度为25~30%；在中华萍蓬草生长第2年按照“向心辐射压苗法” 实现植物群丛扩张，采用分株繁殖方法分株移栽中华萍蓬草，成株后形成环形植株群丛，在植株群丛内部水体形成核心修复区域，在植株群丛外围水体形成辐射修复区域；在生态修复区域种植沉水植物，使得植株盖度最终达到60%以上。

2.根据权利要求1所述的治理富营养化水体的生态修复方法，其特征在于：所述的生态修复区域水深为10~ 80cm，底泥厚度大于10cm。

3.根据权利要求1所述的治理富营养化水体的生态修复方法，其特征在于：所述的生态修复区域当水体透明度≤20 cm时，种植中华萍蓬草前向生态修复区域水体中投加絮凝剂。

4.根据权利要求1所述的治理富营养化水体的生态修复方法，其特征在于：所述的生态修复区域外围构建消浪带来进行消浪。

5.根据权利要求4所述的治理富营养化水体的生态修复方法，其特征在于：所述的消浪带包括平行布置的双层消浪竹排，消浪竹排间距d小于风浪波长λ，竹排排列方向与常年盛行主风向夹角为45~60°。

6.根据权利要求1所述的治理富营养化水体的生态修复方法，其特征在于，中华萍蓬草在3月～4月间种植，采用地下茎繁殖体或幼苗分株繁殖的方式，具体方法是：

（1）幼苗分株繁殖方法：将收集的中华萍蓬草种子用0.05%的HgCl₂ 浸泡15 min进行消毒处理，然后在温度20~30℃下进行种子萌发培养；待3月～4月间，选择种苗采用粘土包衣法以斑块状在生态修复区域进行抛洒；

（2）地下茎定植方法：在3～4月份间进行定植，收集中华萍蓬草生长健康的地下茎，切取带主芽的块茎6～8厘米，或带侧芽的块茎3～4厘米，作繁殖材料，以斑块状在生态修复区域内埋于有机质丰富的底泥中，埋藏深度5～10cm。

7.根据权利要求1所述的治理富营养化水体的生态修复方法，其特征在于：按照“向心辐射压苗法” 分株移栽中华萍蓬草，分株繁殖在第2年的6～7月份进行。

8.根据权利要求1所述的治理富营养化水体的生态修复方法，其特征在于：所述的环形植株群中，丛繁殖体数目为4~5个，形成的环形群丛面积为3~4 m²。

9.根据权利要求1所述的治理富营养化水体的生态修复方法，其特征在于：所述的沉水植物包括植菹草、轮叶黑藻、马来眼子菜或伊乐藻中的一种或几种。

10.根据权利要求1所述的治理富营养化水体的生态修复方法，其特征在于：所述的沉水植物采用粘土包衣幼苗方法或播种植物幼芽的方法定植，种植密度为2~5植株/m²。