CN103214096A - 一种基于生物链关系的藻类水华控制方法 - Google Patents

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赵欣胜
李伟
张曼胤
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Abstract

本发明属于生态工程技术领域，涉及一种基于生物链关系的藻类水华控制方法。本发明利用生物之间的食物和相克关系构建藻类水华控制方法，实现抑制湿地水体藻类水华爆发。本发明借助隔网浮岛、复层网托浮岛、湿地植物人工种植技术和水生动物放养技术，依据湿地水文过程和季节变化特征，选择适宜湿地生物(包括湿地植物和湿地动物)，构建基于生物链关系的藻类水华控制方法，形成完整的湿地生物链结构，达到控制湿地水体藻类水华爆发的目标。

Description

一种基于生物链关系的藻类水华控制方法
技术领域
本发明属于生态工程技术领域，涉及一种基于生物链关系的藻类水华控制方法。
背景技术
近10年来，湿地水体富营养化和藻类水华现象频频发生。作为“地球之肾”的湿地水体富营养化、生物多样性降低和生物链脆弱化问题一直是湿地学领域探讨的热点和难点。随着人类社会经济的发展和生活水平的提高，人们的生活用水、工农业用水急剧增加，湿地水体富营养化日趋严重，藻类水华现象频发，如2007年太湖蓝藻水华和2010年巢湖蓝藻水华等都给当地生产生活带来了负面影响，严重干扰区域用水安全。虽然采取各种措施来控制湿地水体富营养化和减缓藻类水华爆发频率，但无论是源头控制(如面源污染控制和底泥疏浚等)消减营养负荷，还是采用各种除藻措施(如人工打捞和投放杀藻剂等)，均未能取得预期的效果或只在短期内有效，有的因采用不当的物理或化学方法反而加剧了原本脆弱的湿地生态系统的崩溃。
湿地生物链不仅包括湿地生物之间的食物关系(捕食和被捕食关系)，还包括湿地生物之间的相生相克关系；其中相生相克关系又涵盖两层含义，相生反映了湿地生物与生物之间互相依赖共存亡、互利共生的关系；而相克反映了湿地生物与生物之间制约与被制约关系，如湿地生物之间的光线竞争、营养物质的竞争、空间领域的竞争、甚至是食物的争夺等。湿地中的各种生物之间，由于互相“吃”与“被吃”或者互利共生关系或者“制约”与“被制约”的关系，也存在一个链条形状的结构，这就是湿地生物链。湿地生物链结构存在三种类型，即湿地生物之间的食物关系结构、湿地生物之间的相生关系结构和湿地生物之间的相克关系结构。相生性生物链体现了湿地中各个物种之间关系尽管不是食物关系，但彼此能够通过互助实现共存，互利共生，一旦这种关系被打破，双方可能因此都会受到危害，甚至都会灭亡。相克关系湿地生物链结构是由湿地中两物种或更多物种共同利用同样的有限资源时而产生的相互竞争关系结构。相克关系包括种内和种间竞争两种类型，其中种间竞争对于湿地水体藻类水华控制的意义更为重要。它是我们利用一种湿地生物控制另一种湿地生物的重要理论依据。因此，我们可以利用生物之间的食物和相克关系构建藻类水华控制方法，实现抑制湿地水体藻类水华爆发。本发明借助隔网浮岛、复层网托浮岛、湿地植物人工种植技术和水生动物放养技术，依据湿地水文过程和季节变化特征，选择适宜湿地生物(包括湿地植物和湿地动物)，构建基于生物链关系的藻类水华控制方法，形成完整的湿地生物链结构，达到控制湿地水体藻类水华爆发的目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有低投资、低运行费用、低维护技术、适用范围广的藻类水华控制方法，涉及一种基于生物链关系的藻类水华控制方法。
本发明基于湿地生物食物和相克关系，借助湿地植物人工种植方法、水生动物放养方法和复层网托浮岛，依据湿地水文过程和季节变化特征，选择适宜湿地生物(包括湿地植物和湿地动物)，构建一种基于生物链关系的藻类水华控制方法，形成完整的湿地生物链结构，达到控制湿地水体藻类水华爆发的目标。
为了实现本发明目的，本发明的一种基于生物链关系的藻类水华控制方法，其借助湿地植物人工种植方法、水生动物放养方法和复层网托浮岛实现。
本发明的所述的人工种植方法主要通过种植湿地植物，借助湿地植物茎叶的拦截、根系的吸附和营养物质的自然沉降，以及植物的吸收和释放化感物质来达到抑制藻类繁殖发生水华的目的。同时附着在植物的根茎叶上的微生物也有助于发挥生物降解作用，促进营养物质分解，从而去除水中营养物质，削弱藻类繁殖所需养分条件。主要根据藻类水华爆发区域和水深条件，种植相应的湿地挺水植物，即水深小于5.0cm范围，种植荻、蒲苇、狼尾草等；水深在5.0～30.0cm范围，种植鸢尾、芦苇、水芹等；水深在30.0～50.0cm范围，种植香蒲、菖蒲等；水深在50.0～100.0cm范围种植荇菜、睡莲、荷花等。
本发明所述的水生动物放养方法主要通过放养本地水生动物种类，借助水生动物的滤食藻类或者觅食富含养分的有机质达到控制湿地水体藻类水华爆发的目的。底泥有机质丰富的区域放养田螺、河蚌和鳌虾等种类，藻类爆发区域放养滤食性的鱼类，如鲢鱼、鳙鱼和草鱼等鱼类和枝角类、腹足类等水生昆虫。
本发明所述的复层网托浮岛处理方法主要利用生态工学原理，以复层网托浮岛作为载体，根据沉水植物或漂浮植物以及湿地鱼类和底栖动物生活习性，分别放置于复层网托浮岛的不同隔离层中，并安放在富营养化水体中，通过植物的生长吸收、吸附、降解富集在水体中的氮、磷及有害物质，借助鱼类和底栖动物的滤食性作用和遮挡太阳光线达到控制富营养化水体爆发水华现象；同时也为多种生物创造环境，协同提高水质、美化景观，在一定程度上可以重建并恢复水生生态系统。此外，复层网托浮岛还具有一定的消波护岸作用。
本发明所述的一种复层网托浮岛从构造上是用绢网网箱和PVC管网托共同组成，其中形状可以是圆形或者矩形，复层网托浮岛的水下固定形式视湿地基底状况而定，常用的有锚式固定和竹竿式固定，其中锚式固定适用于大于2.0m的深水区，而竹竿式固定一般适用于水深小于2.0m的水体。单个矩形复层网托浮岛的大小一般选边长1.0～5.0m；形状以四边形居多，但景观应用中可设计成多种图形。单个圆形复层网托浮岛的大小一般选直径长1.5～3m，常用2.0m。绢网网箱由三层结构组成，总体高度一般为1.5～5m，其中上层(高度一般为0.3～0.5m)用于种植沉水植物或者漂浮植物，也可放养滤食性动物，绢网网眼为正方型，边长一般为1.5～5.0cm；中间层(高度一般为0.8～3.5m)用于放养鱼类，绢网网眼为正方型，边长一般为1.5～5.0cm；下层用于放养底栖动物(高度一般为0.4～1.0m)，绢网网眼为正方型，边长一般为0.5～3.0cm。上层与中间层隔离网网眼为正方型，边长一般为1.5～3.0cm；中间层与下层隔离网网眼为正方型，边长一般为1.5～3.0cm；下层与水体接触界面隔离层网眼也为正方型，边长一般为0.2～1.0cm。
本发明的所述复层网托浮岛处理方法主要包括以下几种模式：1)复层网托浮岛上层种植空心莲子草和鳌虾+复层网托浮岛中间层放养鲢鱼+复层网托浮岛下层放养田螺+锚或者竹竿模式；2)复层网托浮岛上层种植凤眼莲和鳌虾+复层网托浮岛中间层放养鲢鱼+复层网托浮岛下层放养田螺+锚或者竹竿模式；3)复层网托浮岛上层种植穗状狐尾藻和鳌虾+复层网托浮岛中间层放养鲢鱼+复层网托浮岛下层放养田螺+锚或者竹竿模式；4)复层网托浮岛上层种植空心莲子草和鳌虾+复层网托浮岛中间层放养鲢鱼+复层网托浮岛下层放养河蚌+锚或者竹竿模式；5)复层网托浮岛上层种植凤眼莲和鳌虾+复层网托浮岛中间层放养鲢鱼+复层网托浮岛下层放养河蚌+锚或者竹竿模式；6)复层网托浮岛上层种植穗状狐尾藻和鳌虾+复层网托浮岛中间层放养鲢鱼+复层网托浮岛下层放养河蚌+锚或者竹竿模式。
本发明采用的复层网托浮岛，每一种模式中的植物可以起到不同控制藻类水华爆发效果，根据情况也可以选择其中一种或几种搭配使用。
附图说明
图1为本发明实例的基于生物链关系的藻类水华控制方法原理图。
图2为本发明实例的复层网托浮岛剖面图。
图3为本发明实例的复层网托浮岛处理方法“上层种植空心莲子草和鳌虾+中间层放养鲢鱼+下层放养田螺+锚或者竹竿”模式。
图4为本发明实例的复层网托浮岛处理方法“上层种植凤眼莲和鳌虾+中间层放养鲢鱼+下层放养田螺+锚或者竹竿”模式。
图5为本发明实例的复层网托浮岛处理方法“上层种植穗状狐尾藻和鳌虾+中间层放养鲢鱼+下层放养田螺+锚或者竹竿”模式。
图6为本发明实例的复层网托浮岛处理方法“上层种植空心莲子草和鳌虾+中间层放养鲢鱼+下层放养河蚌+锚或者竹竿”模式。
图7为本发明实例的复层网托浮岛处理方法“上层种植凤眼莲和鳌虾+中间层放养鲢鱼+下层放养河蚌+锚或者竹竿”模式。
图8为本发明实例的复层网托浮岛处理方法“上层种植穗状狐尾藻和鳌虾+中间层放养鲢鱼+下层放养河蚌+锚或者竹竿”模式。
图9为本发明实例的基于生物链关系的藻类水华控制方法示意图。
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。
实施案例
本发明实例图1用来说明一种基于生物链关系的藻类水华控制方法原理。图1中各种生物之间通过捕食关系和相克关系建立起以控制藻类为目标的生物链结构，其中穗状狐尾藻、空心莲子草和凤眼莲通过生长吸收、吸附、降解富集在水体中的氮、磷及有害物质，遮挡太阳光线和释放化感物质达到控制富营养化水体爆发水华现象(1)；同时借助田螺、鲢鱼、河蚌和鳌虾的滤食作用抑制藻类繁殖，此外还能食用穗状狐尾藻、空心莲子草和凤眼莲等植物，使其持续控制富营养化水体爆发水华现象作用(1)。由田螺、鲢鱼、河蚌、鳌虾、穗状狐尾藻、空心莲子草和凤眼莲组成的本案例生物链中的结构(1)通过复层浮岛处理方法实现。荷花、睡莲、水芹、香蒲、芦苇、菖蒲和荇菜通过生长吸收、吸附、降解富集在水体中的氮、磷及有害物质，遮挡太阳光线和释放化感物质达到控制富营养化水体爆发水华现象。由荷花、睡莲、水芹、香蒲、芦苇、菖蒲和荇菜组成的本案例生物链中的结构(2)通过人工种植处理方法实现。
本发明实例图2用来说明复层浮岛组成结构，包括聚乙烯PVC管制成的漂浮圈(3)、用于种植沉水植物或漂浮植物以及放养底栖动物的绢网上层(4)、用于放养鱼类的绢网中层(5)、用于放养底栖动物的绢网下层(6)、隔离层(7、8、9)、竹竿(10)或者锚(11)。
本发明实例图3-图8用来说明复层浮岛处理方法，主要利用生态工学原理，以复层浮岛作为载体，根据沉水植物或漂浮植物以及湿地鱼类和底栖动物生活习性，分别放置于复层浮岛的不同隔离层中，并安放在富营养化水体中，通过植物的生长吸收、吸附、降解富集在水体中的氮、磷及有害物质，借助鱼类和底栖动物的滤食性作用和遮挡太阳光线达到控制富营养化水体爆发水华现象；同时也为多种生物创造环境，协同提高水质、美化景观，在一定程度上可以重建并恢复水生生态系统。此外，复层浮岛还具有一定的消波护岸作用。
本发明实例的所述复层浮岛处理方法主要包括以下几种模式：1)复层浮岛上层种植空心莲子草和鳌虾+复层浮岛中间层放养鲢鱼+复层浮岛下层放养田螺+锚或者竹竿模式(图3)；2)复层浮岛上层种植凤眼莲和鳌虾+复层浮岛中间层放养鲢鱼+复层浮岛下层放养田螺+锚或者竹竿模式(图4)；3)复层浮岛上层种植穗状狐尾藻和鳌虾+复层浮岛中间层放养鲢鱼+复层浮岛下层放养田螺+锚或者竹竿模式(图5)；4)复层浮岛上层种植空心莲子草和鳌虾+复层浮岛中间层放养鲢鱼+复层浮岛下层放养河蚌+锚或者竹竿模式(图6)；5)复层浮岛上层种植凤眼莲和鳌虾+复层浮岛中间层放养鲢鱼+复层浮岛下层放养河蚌+锚或者竹竿模式(图7)；6)复层浮岛上层种植穗状狐尾藻和鳌虾+复层浮岛中间层放养鲢鱼+复层浮岛下层放养河蚌+锚或者竹竿模式(图8)。
本发明实例图9用来说明一种基于生物链关系的藻类水华控制方法。基于生物链关系的藻类水华控制方法所构建的藻类水华控制系统共按照6种水深情况配置复层浮岛和本案例选择的湿地植物人工种植区和水生动物放养区，其中水深为5.0～30.0cm的区域种植芦苇、水芹等；水深为30.0～50.0cm的区域种植香蒲、菖蒲等，同时配置“香蒲+鳌虾+田螺”模式隔网浮岛；水深为50.0～150.0cm的区域种植荇菜、睡莲、荷花等，并配置“凤眼莲+鳌虾+鲢鱼+田螺”模式隔网浮岛和“穗状狐尾藻+鳌虾+鲢鱼+田螺”模式隔网浮岛；水深为150.0～180.0cm的区域配置“空心莲子草+鳌虾+放养鲢鱼+河蚌”模式隔网浮岛和“上层种植空心莲子草和鳌虾+中间层放养鲢鱼+下层放养田螺+锚或者竹竿”模式复层浮岛(图3)、“上层种植凤眼莲和鳌虾+中间层放养鲢鱼+下层放养田螺+锚或者竹竿”模式复层浮岛(图4)和“上层种植穗状狐尾藻和鳌虾+中间层放养鲢鱼+下层放养田螺+锚或者竹竿”模式复层浮岛(图5)；水深为180.0～250.0cm的区域配置“上层种植空心莲子草和鳌虾+中间层放养鲢鱼+下层放养河蚌+锚或者竹竿”模式复层浮岛(图6)、“上层种植凤眼莲和鳌虾+中间层放养鲢鱼+下层放养河蚌+锚或者竹竿”模式复层浮岛(图7)和“上层种植穗状狐尾藻和鳌虾+中间层放养鲢鱼+下层放养河蚌+锚或者竹竿”模式复层浮岛。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.本发明的一种基于生物链关系的藻类水华控制方法，其借助湿地植物人工种植方法、水生动物放养方法、隔网浮岛和复层网托浮岛实现。
2.根据权利要求1所述的人工种植方法，其特征在于，主要通过种植湿地植物，借助湿地植物茎叶的拦截、根系的吸附和营养物质的自然沉降，以及植物的吸收和释放化感物质来达到抑制藻类繁殖发生水华的目的。同时附着在植物的根茎叶上的微生物也有助于发挥生物降解作用，促进营养物质分解，从而去除水中营养物质，削弱藻类繁殖所需养分条件。主要根据藻类水华爆发区域和水深条件，种植相应的湿地挺水植物，即水深小于5.0cm范围，种植荻、蒲苇、狼尾草等；水深在5.0～30.0cm范围，种植鸢尾、芦苇、水芹等；水深在30.0～50.0cm范围，种植香蒲、菖蒲等；水深在50.0～100.0cm范围种植荇菜、睡莲、荷花等。
3.本发明所述的水生动物放养方法，其特征在于，主要通过放养本地水生动物种类，借助水生动物的滤食藻类或者觅食富含养分的有机质达到控制湿地水体藻类水华爆发的目的。底泥有机质丰富的区域放养田螺、河蚌和鳌虾等种类，藻类爆发区域放养滤食性的鱼类，如鲢鱼、鳙鱼和草鱼等鱼类和枝角类、腹足类等水生昆虫。
4.本发明所述的隔网浮岛处理方法，其特征在于，主要利用生态工学原理，以隔网浮岛作为载体，根据湿地植物、湿地鱼类和底栖动物生活习性，放置于隔网浮岛中，并安放在富营养化水体中，通过植物的生长吸收、吸附、降解富集在水体中的氮、磷及有害物质，借助鱼类和底栖动物的滤食性作用达到控制富营养化水体爆发水华现象；同时也为多种生物创造环境，协同提高水质、美化景观，在一定程度上可以重建并恢复水生生态系统。此外，隔网浮岛还具有一定的消波护岸作用。
5.本发明所述的一种隔网浮岛，其特征在于，从构造上是由绢网和竹竿共同组成，其中形状可以根据实际情况任意改变，具有变形特点，水下固定形式通过竹竿插入底泥中实现，即竹竿式固定，一般适用于水深小于2.0m的水体。单个矩形复层浮岛的大小一般选边长1.0～5.0m；形状以四边形居多，但景观应用中可设计成多种图形。单个圆形隔网浮岛的大小一般选直径长1.5～3m。所用绢网网眼为正方型，孔径一般为1.5～5.0cm。
6.本发明的所述隔网浮岛处理方法，其特征在于，主要包括以下几种模式：1)香蒲+鳌虾+田螺模式；2)凤眼莲+鳌虾+鲢鱼+田螺；3)穗状狐尾藻+鳌虾+鲢鱼+田螺模式；4)空心莲子草+鳌虾+放养鲢鱼+河蚌模式。
7.本发明所述的一种复层网托浮岛，其特征在于，从构造上是用绢网网箱和PVC管网托共同组成，其中形状可以是圆形或者矩形，复层网托浮岛的水下固定形式视湿地基底状况而定，常用的有锚式固定和竹竿式固定，其中锚式固定适用于大于2.0m的深水区，而竹竿式固定一般适用于水深小于2.0m的水体。单个矩形复层网托浮岛的大小一般选边长1.0～5.0m；形状以四边形居多，但景观应用中可设计成多种图形。单个圆形复层网托浮岛的大小一般选直径长1.5～3m，常用2.0m。绢网网箱由三层结构组成，总体高度一般为1.5～5m，其中上层(高度一般为0.3～0.5m)用于种植沉水植物或者漂浮植物，也可放养滤食性动物，绢网网眼为正方型，边长一般为1.5～5.0cm；中间层(高度一般为0.8～3.5m)用于放养鱼类，绢网网眼为正方型，边长一般为1.5～5.0cm；下层用于放养底栖动物(高度一般为0.4～1.0m)，绢网网眼为正方型，边长一般为0.5～3.0cm。上层与中间层隔离网网眼为正方型，边长一般为1.5～3.0cm；中间层与下层隔离网网眼为正方型，边长一般为1.5～3.0cm；下层与水体接触界面隔离层网眼也为正方型，边长一般为0.2～1.0cm。
8.本发明的所述复层网托浮岛处理方法，其特征在于，主要包括以下几种模式：1)复层网托浮岛上层种植空心莲子草和鳌虾+复层网托浮岛中间层放养鲢鱼+复层网托浮岛下层放养田螺+锚或者竹竿模式；2)复层网托浮岛上层种植凤眼莲和鳌虾+复层网托浮岛中间层放养鲢鱼+复层网托浮岛下层放养田螺+锚或者竹竿模式；3)复层网托浮岛上层种植穗状狐尾藻和鳌虾+复层网托浮岛中间层放养鲢鱼+复层网托浮岛下层放养田螺+锚或者竹竿模式；4)复层网托浮岛上层种植空心莲子草和鳌虾+复层网托浮岛中间层放养鲢鱼+复层网托浮岛下层放养河蚌+锚或者竹竿模式；5)复层网托浮岛上层种植凤眼莲和鳌虾+复层网托浮岛中间层放养鲢鱼+复层网托浮岛下层放养河蚌+锚或者竹竿模式；6)复层网托浮岛上层种植穗状狐尾藻和鳌虾+复层网托浮岛中间层放养鲢鱼+复层网托浮岛下层放养河蚌+锚或者竹竿模式。
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