CN103693744B - 柳树部分淹水法净化富营养水体的方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种柳树部分淹水法净化富营养水体的方法，选用杞柳和簸箕柳，经育苗后，移栽于底部带孔容器内，经过生长适应后，容器灌木柳放置于富营养化水体中，容器柳部分淹水，部分露出水面。部分淹水柳树根系供氧充分，并且柳树与介质有效形成生物膜。本发明方法避免柳树完全淹水下供氧不足，柳树生长受到抑制，生物量降低等情况，改善植物修复效率，可有效除去氮和磷，提高净化水体效率，达到水体净化。同时收割地上生物量，可用于编织，使修复富营养水体和景观效应有机结合，具有极高的经济价值。
Description
技术领域
本发明属于水体环境修复领域，涉及富营养水体的植物修复方法，具体涉及一种柳树部分淹水法净化富营养水体的方法（植物营建方法）及其应用。
背景技术
水体富营养化已成世界性的重大环境问题。随着经济发展和时间推移，我国湖泊、河流等富营养化日趋严重，如何对富营养化水体进行有效治理，是我们所必须面对的现实问题。现有水体富营养化的治理有物理、化学与生物等方法，物理方法存在着成本高、化学方法易产生二次污染等问题。目前植物修复富营养化水体受到普遍关注，植物修复是一种生态友好、成本低廉、易于人工操纵、兼具一定景观效应的方法。
柳属（Salix spp.）植物是适合植物修复的一种重要植物资源。柳属植物具备适合环境植物修复的显著特征：极易无性繁殖、速生（表现为幼年生长迅速）、光合作用效率高（具有把太阳能转变为化学能极大潜力）、生物量大、蒸腾速率高、根系深而发达、营养元素吸收和利用率高。同时，柳树耐水涝和能够生长在低氧、水分饱和的土壤环境。柳树耐修剪，具有极强萌发能力，容易更新，适合短周期矮林化栽培。同时，适应较宽的生态环境（如贫瘠、干旱等）。由于柳树能够耐低氧，柳树成了构建人工湿地的首选木本植物。柳树具有较宽的遗传基础，通过遗传改良能够产生大量的无性系，为改善植物修复效率提供了大量材料。
柳树作为重要的资源植物，具有较高的经济价值，如燃料、造纸、纤维原材料、板材、编织和家畜饲料等多种用途。柳树具有营养效率高、蒸腾速率大、生长速率、生物量大和适宜短周期栽培等特点，成最理想的能源树种。柳树萌发强，可一次栽培多年受益，在同等面积生物质产量是农作物的20倍。因此，欧美等国应用柳树短轮伐期集约化栽培解决能源需求，利用机械化种植和收获，通过地面每2~3年平茬一次，可连续收获20~25年，每年每公顷可产生10~15t干物质。
而且，欧美一些国家如美国、英国、比利时、瑞典、芬兰、瑞士、捷克、荷兰等，用速生的柳树修复矿山弃地、工业废物、疏浚底泥、污水淤泥、石油溢露、核废物、垃圾填灭场等污染区。涉及柳树属许多种和无性系，如Salix viminalis、 S. dasyclados、 S. burjatica、 S. calodendron、 S. caprea, S. cinerea、 S. cordata、 S. fragilis、 S. discolor、 S. eriocephala、 S. exigua、 S. lucida、S. nigra等。
短轮伐期柳树矮林能够高效利用废水，如城市生活废水、工业废水、垃圾填埋场渗透液等，这些废水满足柳树生长需求。通过废水灌溉柳树人工能源林提高柳树生产力，同时，废水也得到资源化利用。在修复水体时，柳树根系深与发达，蒸腾作用强，可有效地吸收和去除污水氮和磷，因此柳树显示适合净化废水的强大优势。瑞典和波兰等国已运用短轮期柳树过滤、净化水体污染，改善水体质量，同时生物量可以作为生物能源，具有显著的经济与生态效益。
目前，发现柳树营养吸收能力大、蒸腾速率高等特点，修复废水效率明显优于其他植物。应用柳树修复富营养化水包括植物—土壤净化系统、人工构建植物—特殊基质净化系统、人工湿地及河岸林生态系统等修复废水。
柳树一些特点使之成为富营养水体生物修复的理想植物，关键在于柳树有极强的耐低氧能力和极大的根生物量，而且根系长度超出许多草本挺水植物，使之具有修复富营养化水体潜力。但是柳树作为木本植物，无论是灌木，还是乔木，存在水中定植难问题，不易通过简单人工浮床和生态浮岛来实现。
虽然柳树具有较强的耐淹能力，在致密淹水土壤严重影响柳树生长。在淹水条件下，柳树根功能受到严重抑制，倾向于缩短根长和降低根生物量。因为根生长是一个能量依赖的需氧过程，根对低氧的敏感性要高于地上部。由于缺氧，柳树生长明显受到影响，从而导致植物生物量降低，最终影响修复效率。
柳树能够生长在水文波动的岸边，通过生长可塑性和生理适应性来对付低氧胁迫，柳树有几种策略适应淹水环境，如淹水或低氧诱导大皮孔形成，出现不定根，形成发达的通气组织。在低氧情况下利用通气组织给根部供氧。通气组织运输氧气至根部维持需氧呼吸代谢，此过程称之为根际泌氧（ROL），ROL是湿地植物对低氧适应的表现，ROL可增加土壤Eh，同时氧化根际的还原性物质促进根际硝化能力，有助于提高对水体净化能力。
柳树一般生长在河流、溪流、池塘、湖泊等岸边。在自然条件下，柳树经常处于部分淹水的河岸生态系统中，即由于水位影响，一部分根系处淹水状态，另一部分根系处于排水良好的土层中。部分淹水同完全淹水（partial flooding）（指根系完全浸在淹水的土壤中）生长表现完全不一样。完全淹水会降低柳树根生物量和根冠比。相比于完全淹水，柳树对部分淹水有较好的生长适应。由于部分淹水有较好的供氧条件，不影响植物光合作用，苗高度、地上部生物量也不受到影响。而且在部分淹水情况下，未淹区根系易形成致密的通气组织，增加氧释放到根际，有较高的根孔隙度（POR），ROL释放多于完全淹水，维持根生长与根呼吸。
发明内容
本发明的目的是提供一种柳树部分淹水法净化富营养水体的方法，属于适合水体修复营建方法，是选择两种极耐淹、速生的灌木柳——杞柳(Salix integra)和簸箕柳(S. suchowensis)，去除富营养化水体中氮和磷，此两种柳树极易繁殖，速生、极耐湿，水插极易生根，对营养吸收利用率高。用灌木柳簸箕柳和杞柳一种适合水体修复营建方法，
本发明用轻质基质充分吸收水后固定灌木柳；并根据柳树长势情况，控自水位高度，使水位在容器基质以下20cm（即形成对容器柳部分淹水(partial flooding)。
本发明方法通过以下步骤实现：
（1）选择生长良好的簸箕柳、杞柳一年生枝条，芽饱满，无病虫害，剪成15~20cm长段；
（2）在水中浸泡1~2d (中间换水2~3次)，然后通用水培育苗，等苗长为30~40cm高时，进行移载；
（3）采用轻质的栽培基质蛭石和草炭土（体积比为1：1），置于底部有孔的容器中，容器高度为50cm，直径为40~50cm；
（4）把步骤（2）培养好的柳树苗移栽到步骤（3）的容器中，定期浇水，等苗生长适应1~2周后，把容器内的柳树苗移到需净化的富营养化水体的水池中，部分淹没在水体中，部分保持水位上；
可根据生产实际选用水池高度，根据水池高度来控制水位。如选用高度为50cm的水池，柳树苗被水体淹没深度为35cm，保持水位上15cm。
（5）在富营养化水体中生长适应一段时间后，定期收获生物量，可以收获地上生物量，地上生物量可以用作编织，同时具有景观效应，达到水体净化。
本发明的另一个目的是提供所述方法在净化富营养化水体中的应用，主要是利用灌木柳簸箕柳和杞柳在净化富营养化水体中的应用。试验证实本发明方法可修复环境中N和P污染，达到水体净化。本发明方法柳树生长旺盛，没有受到淹水胁迫影响。
本发明全面了解富营养水体的情况，尤其是水体深度，水质情况，在此基础来设计净化方案，包括选择柳苗大小（容器的高度与容积等）。通过移栽柳树，在柳苗移到所需高度的容器中，使其生长适应一段时间，然后把容器柳移到待处理富营养化水体中，根据所需要富营养水体体积来调节投放盆数（可以控制容器之间距离为30cm左右）。生长半年后，收割柳树地上生物量，一年可以收割2次。促进柳树萌发，形成树桩，收获的生物量可以用于编织。
本发明具有以下特点：(1) 本发明提供了大型灌木柳在水中生长的新模式，从而避免了单纯湿地情况根区供氧不足，使柳树生长受到抑制。此方法显示在部分淹水情况下柳树生长强势，生长快，生物量没有受到影响，能够有效吸收和利用水中营养元素。(2) 本发明采用轻型基质，移动方便，蛭石和草炭的通气性与吸水性较好，吸收水分后。增加了容器重量，能够起到固定植物作用，操作方便。(3) 本发明使柳树与基质形成生物膜，从而提高净化水体效率。(4) 簸箕柳、杞柳本身具有很高的观赏价值，使修复富营养水体修复和景观效应有机结合起来。(5) 簸箕柳、杞柳萌芽性好，收割后地上生物量，自然更新快，每次可以收割两次枝条，一次栽培可以利用多年，收获的枝条可用于编织，具有极高的经济价值。
本发明利用优良灌木柳（簸箕柳、杞柳）利用轻质基质（蛭石与草炭土）通容器固定柳树，进行修复富营养化水体。进行容器柳部分淹水并且部分容器突出水面，从而改善柳树的供氧情况，又能够使根系与基质形成生物膜，有效地改善植物修复效率。而且本发明—采用基质草炭和蛭石，通气性好，有助于提高氧生物有效性。
附图说明
图1是本发明淹水模式示意图。
具体实施方式
本发明结合附图和实施例作进一步的说明。
实施例1
取浙江大学华家池校区实验农场土壤，风干。把土壤装于高50 cm、直径为40 cm的容器内。然后把生根且良好发育杞柳苗移栽到容器内，并适应2周。所有容器柳分为两组，一组容器底部打孔(作为对照)，另一组容器底部密封不透水(处理组)。对照组浇富营养化水维持正常的田间持水力，处理组同样浇富营养化水，但维持土壤上方有5~10 cm水层（即淹水处理）。处理为2个月，然后收获植株测定生物量变化及养分含量。
结果如下(表1)：淹水明显降低杞柳生物量，同对照相比，叶生物量降低了31%，茎生物量降低了39%，根生物量降低了32%。同对照相比，完全淹水降低了杞柳叶、茎和根N含量。同对照相比，淹水处理减少了叶与茎P含量，但增加了根中P含量。柳树对N和P吸收和地上部积累是去除N和P主要机制，在淹水条件下明显降低了生物量、N和P含量，最终导致N和P去除率降低。
实施例2
参见图1，栽培柳树容器为高度50cm，直径40cm花盆内，内部充满体积比1：1的草炭与蛭石，把培育好的杞柳苗移植于容器内，经生长适应一段时间后，移入高度为40cm，体积为40L塑料蓝筐内。处理水体取自浙江大学华家池校区池塘，初始指标：铵态氮为 5.95 mg/L、硝态氮为 4.91 mg/L、总氮为 25.19 mg/L、总磷为5.07 mg/L。把6盆容器柳置于塑料蓝筐内。把生活污水注入到塑料筐内，水淹容器深度为40cm。隔一段时间进行水质分析，共持续21天，结果参见表2。
Claims (2)
1.一种柳树部分淹水法净化富营养水体的方法，选择杞柳和簸箕柳，其特征在于，通过以下步骤实现：
（1）选择生长良好的簸箕柳或杞柳一年生枝条，芽饱满，无病虫害，剪成15~20cm长段；
（2）在水中浸泡1~2天，中间换水2~3次，然后通用水培育苗，等苗长为30~40cm高度时，进行移载；
（3）选用栽培基质置于底部有孔的容器中，容器高度为50cm，直径为40~50cm，基质由体积比为1：1的蛭石和草炭土组成；
（4）把步骤（2）培养的柳树苗移栽到步骤（3）容器中，定期浇水，等苗生长适应1~2周后，把容器内的柳树苗移到需净化的富营养化水体的水池中，部分淹没在水体中，部分保持水位上，水池选用高度为50cm，柳树苗被水体淹没深度为35cm，保持水位上15cm；
（5）在富营养化水体中生长适应一段时间后，定期收获地上生物量，用作编织，同时达到水体净化。
2.根据权利要求1所述的一种柳树部分淹水法净化富营养水体的方法在净化富营养化水体中的应用。
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