CN104129859B

CN104129859B - 一种利用水生漂浮植物浮床净化水质的方法

Info

Publication number: CN104129859B
Application number: CN201410408979.6A
Authority: CN
Inventors: 秦伯强; 董百丽; 胡春华; 高光
Original assignee: Nanjing Institute of Geography and Limnology of CAS
Current assignee: Nanjing Institute of Geography and Limnology of CAS
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2034-08-19
Also published as: CN104129859A

Abstract

本发明属于生态修复技术领域，涉及一种大风浪水域利用水生漂浮植物浮床净化水质的技术。本发明包括采用结构浮床，改善风浪、透明度等环境条件，降低漂浮植物个体之间的根茎叶相对运动、相互摩擦以及漂移，营造适宜漂浮植物生境条件，进行漂浮植物保育，发挥漂浮植物群落“先锋作用”，改善湖泊水质，为沉水植物的恢复提供有利条件。本发明以特制网袋构成的网结构浮床和消浪竹排构成的竹排浮床为载体，降低风浪扰动及其引起的漂离，改善基础环境条件；综合净化水质时间、净化效果、抗风浪能力和易于维护等特点筛选主导漂浮植物进行浮床培育；在已恢复漂浮植物水域，采取越冬保护及去除技术，防止植物残体的二次污染。

Description

一种利用水生漂浮植物浮床净化水质的方法

技术领域

本发明属于生态修复技术领域，涉及一种大风浪水域利用水生漂浮植物浮床净化水质的方法。

背景技术

水体富营养化导致淡水资源污染性匮乏，水生态系统全面破坏，水生植物消亡；而基础环境条件的改善则为水生高等植物的恢复和保育创造了必要的适宜的生境，是生态系统修复的基础和前提。

据湖泊多稳态理论，湖泊存在以大型水生高等植物为主、自净能力较强的清水系统（草型湖泊）和以浮游植物为主的浊水系统（藻型湖泊）。构建草型湖泊系统必须先改善环境条件，然后在人工辅助下实现生态系统的转变，构建清水态湖泊生态系统。而沉水植物恢复是构建草型湖泊的重要环节，针对恢复中遇到的透明度低、底泥薄、风浪大、自然恢复的困难，在消浪、除藻等工程的基础上，在目标区种植一定规模的漂浮植物，发挥漂浮植物群落“前锋作用”，实现改善水源地水质的总目标。

风浪对漂浮植物的生长产生重大影响，可造成直接的机械损伤，如果不采取有效措施，在湖泊风浪区，很难生长。经过原位观测分析，在大风浪区（平均风速大于10m/s），由于波浪的上下运动，导致漂浮植物个体之间的根茎叶相对运动、相互摩擦而损伤，在自然状态，受损量远大于生长量，几乎不能正常存活；另外，在风浪作用下漂浮植物会飘离设定的位置。故以前在大风浪区还没有长期成功种植的先例。在太湖梅梁湾沿岸，漂浮植物不乏种源，然而很少见有存在，更不见成片分布。这些都说明湖泊风浪区恢复漂浮植物不易，要解决这一难题，必须减少风浪的干扰，找到降低漂浮植物个体之间的根茎叶相对运动、相互摩擦的技术方法。

水生漂浮植物的习性各有不同，不是所有的漂浮植物都适合用于人工恢复，需针对不同植物的抗风浪能力、耐寒性和净化水质的效果等，进行筛选；综合净化水质时间长、抗风浪效果好、易于维护等特点，来选择主导品种。

在自然状态，当气温低于霜点漂浮植物枯萎或枯死；且在湖泊风浪区，不断受到风浪的破损，更是无法越冬。在成功恢复漂浮植物后，需要采取措施保护其顺利越冬。另外，冬季植物的残体分解会对水体造成二次污染，也必须采取措施减少这种二次污染的机会。

由于湖泊所具有的状态对人类提供的生态服务价值差异很大，草型清水状态湖泊比浊水状态能提供更多服务功能和经济价值。所以，对浅水湖泊草型状态的恢复研究更具有现实的经济意义和生态保护功能的统一。

发明内容

本发明旨在提供一种大风浪水域水生漂浮植物浮床净化水质的方法。在综合已有的湖泊生态修复相关技术基础上，针对大风浪区特点，设计合理的净化方法，实现水质改善的目标，进而为湖泊生态恢复提供科学合理的依据。

本发明的上述目的是这样实现的：

一种利用水生漂浮植物浮床净化水质的方法，具体在待净化水域内，以网袋构成的网结构浮床和多个消浪竹排构成的竹排结构浮床为载体，种植水生漂浮植物并进行漂浮植物保育，实现水质净化。

本发明利用种植了水生漂浮植物的网结构浮床和竹排结构浮床来实现水质净化，为了实现更好的净化效果，本发明对网结构浮床和竹排浮床的布设位置也作出了优选限定，具体为：

所述的竹排结构浮床呈圈状布设在浮游植物恢复区的外围，所述的网结构浮床呈直线状布设在内围近岸的强化净化区，其中，所述的浮游植物恢复区是指从最外围的竹排结构浮床到湖岸带包含的所有区域，所述内围近岸的强化净化区是指从距离湖岸带最近的竹排结构浮床到湖岸带所包含的区域。

其中，为了获得更好的应用效果，本发明优选所述的竹排结构浮床在待净化水域的最外围沿湖心向湖岸的方向布设，竹排结构浮床至少有2道，任意相邻的两道竹排结构浮床带之间间隔300-400m，优选任意相邻的两道竹排结构浮床之间间隔350m，更优选在相邻竹排结构浮床之间均匀布设2-4道方向垂直的竹排结构浮床。

其中，所述的网结构浮床至少有3道，平行于湖岸带的方向均匀布设在需要强化净化的区域，任意相邻网结构浮床之间间距为20-40m，优选30m。

本发明所述的技术方案，其中，网结构浮床和竹排浮床具有降低湖面风速、消浪、固定植物，防止漂浮植物个体之间的根茎叶相对运动、相互摩擦等多重功能，可营造有利于漂浮植物生长的生境条件。

其中，所述的网结构浮床是利用渔网袋包裹水生漂浮植物构成的漂浮植物浮床带，所述网结构浮床利用桩、绳或石笼固定于湖底。

优选所述的网结构浮床是利用网目2-4cm的渔网袋包裹水生漂浮植物构成宽6-8m的漂浮植物浮床带，更优选利用网目2.3cm的渔网包裹喜旱莲子草构成宽6m的漂浮植物浮床带。

本发明单个消浪竹排宽8-15m，长5-8m，使用时，将多个消浪竹排首尾/并排连接，通过锚绳及锚固定于使用区域，形成竹排结构浮床。

本发明所述的单个消浪竹排优选宽10m，长5m，所形成的竹排结构浮床总延长数千米，在上面种植水生漂浮植物。具体单个消浪竹排可由80-90根7.5寸毛竹并排捆扎而成。整个竹排结构浮床带由多个消浪竹排连接而成。竹排结构浮床通过锚绳及锚固定于特定区域，锚桩为压入或打入底泥1.5-2m的25cm×25cm×5m混凝土桩。锚绳为可承受1t拉力的塑料绳。

本发明对漂浮植物主导品种的筛选需综合净化水质时间长、耐霜冻、抗风浪效果好、易于维护等特点确定。本发明所述的漂浮植物主导品种包括高羊毛草、蓊菜和喜旱莲子草；其中所述的竹排适宜种植的植物主要包括冬季以高羊毛草为主，夏季以蓊菜、喜旱莲子菜为主。植物的初始投放密度喜旱莲子草为2-4kg/m³；蓊菜为1-3kg/m³；高羊茅草为2-4kg/m³。

本发明所述方法还包括在漂浮植物种植区域采取水生漂浮植物的越冬保护及去除技术，防止植物残体的二次污染。

其中，所述的水生漂浮植物的越冬保护主要采取植物体收割法和农膜特别覆盖法。具体植物体收割法即在寒冬来临前收割，将漂浮植物的生物体离开水体；农膜特别覆盖法使漂浮植物既可有效的越冬，又可降低漂浮植物的二次污染的机会，先用厚农膜覆盖，再用无结网压盖，适合网结构浮床和竹排结构浮床。

本发明所述的竹排结构浮床越冬保护采用高温植物（夏季，喜旱莲子菜与蓊菜）与低温植物（冬季，高羊毛草）交替收割轮种。

本发明的优点及效果：首次提出了优先改善基础环境条件，然后应用人工生态技术逐步恢复水生高等植物，改变了原来单纯以水生植物种植为主要内容的生态修复。依据影响水生植物修复的主要问题，即光照、透明度、风浪、底泥环境等，利用网结构浮床和竹排结构浮床种植漂浮植物，降低湖面风速，削减湖面风浪，减少和降低漂浮植物个体之间的根茎叶相对运动、相互摩擦以及漂移；针对季节不同筛选用于浮床的漂浮植物先锋种类，综合净化水质时间、耐霜冻、抗风浪效果、易于维护等特点，选择主导品种；通过水生植物收割和农膜特别覆盖法，进行漂浮植物越冬保护和维持其最适密度，增加水生植物生长速率，减少水生植物残体在湖泊中累积，在降低水生植物残体降解带来二次污染的同时，维持植物覆盖率，为最终沉水植物的恢复提供基础环境条件。通过该方法应用，达到改善水体透明度，恢复水生植物，改善水质的目标。

本发明通过降低湖面风速、消浪和减少沉积物再悬浮等措施，在湖泊大风浪区构建适宜水生植被生长的外在条件，进行敞水区水生植被恢复。投资少，易操作，见效快，尤其是先锋植物生长空间可控。

下面结合具体实施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为网结构浮床与竹排结构浮床的分布示意图；

其中，1为网结构浮床；2为竹排结构浮床；3为取水口；

图2为网结构浮床1的结构示意图；

图3为网结构浮床1的分布示意图；

图4为竹排结构浮床2的结构示意图。

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。

实施例1

（1）影响漂浮植物的主要环境因子的分析

风浪对漂浮植物的生长产生重大影响，造成直接的机械损伤，如果不采取有效措施，在湖泊风浪区，植物很难生长。实验证明在围隔中引入喜旱莲子草，覆盖度100％，不到一个月的时间累计损失量达60％，说明湖泊风浪区恢复漂浮植物不易。这是由于波浪的上下运动，导致漂浮植物个体之间的根茎叶相对运动、相互摩擦而损伤，在自然状态，受损量远大于生长量，因此几乎不能正常存活，故以前在大风浪区还没有长期成功种植的先例。因此，减少风浪的影响是水生植物恢复的前提条件。

（2）结构浮床的构建。在目标水域构建结构浮床（网结构浮床1+竹排结构浮床2），减少风浪的干扰，提供适宜漂浮植物培育的环境（图1）。

①网结构浮床的构建。如图2所示，利用网目2.3cm的渔网包裹喜旱莲子草构成宽6m的漂浮植物网结构浮床1，用桩、绳或石笼固定于湖底。本实施例在太湖梅梁湾强化净化区构建了网结构浮床，种植了3条宽3.4m、长100.123m喜旱莲子草浮床条带、总面积为1210m²，相邻浮床带之间间隔30m（图3）。实验区监测结果表明，前期，单位面积喜旱莲子草可使单位面积水柱降低TN 4.158mg/L、降低 TP 0.472mg/L，即平均每天降低TN 0.1268g/d/m²、TP 0.0144g/d/m²；后期，喜旱莲子草净化效果进一步提高为前期的3.5倍，即每平方米的喜旱莲子草平均每天可使每平方米的水柱降低，可降低TN、TP分别为0.176mg/L、0.020mg/L。

②竹排结构浮床的构建。在湖泊风浪区施工的竹排结构浮床2（具体可参见图4），构建竹排结构浮床的单个竹排宽10m，长5m，总延长数千米，平行于湖岸带共设两道，相邻竹排浮床带之间间隔350m；还在竹排结构浮床之间均匀布设2道方向垂直的竹排结构浮床，起到加固和保护的作用。利用竹排结构浮床作为载体，也能降低漂浮植物个体根茎之间的相对运动，大大地减少相互间的摩擦损耗，使受损量远小于生长量，从而获得正常存活，良好生长。竹排裸露在水面上，不美观，在紫外线作用下，寿命也较低。通过种植喜旱莲子草覆盖裸露的竹排，不仅美观；同时可延长使竹排的寿命一倍以上；还能进一步提高竹排的消浪效果，改善水体透明度等，发挥众多良性生态效应。

在目标水域的45000 m²竹排上种植了喜旱莲子草，每天生长量为约1t，喜旱莲子草从水体吸收TN、TP平均数分别为2.31 kg、 0.262 kg。

（4）漂浮植物越冬保护与二次污染防止技术。在自然状态，当气温低于霜点漂浮植物枯萎或枯死，在湖泊风浪区，不断受到风浪的破损，更是无法越冬。

在寒冬来临前，有效的收割，使漂浮植物的残体离开水体，是最彻底消除二次污染方法。另外，有效的越冬技术（农膜特别覆盖法），能大大降低漂浮植物的二次污染，还能作为周丛生物提供载体，进一步发挥净化水质的作用。针对竹排结构浮床，采取高温植物（夏季，喜旱莲子菜与蓊菜）与低温植物（冬季，高羊毛草）交替收割轮种。即：在冬季移出高温植物（例如喜旱莲子菜），种植低温植物（水芹、羔羊毛草）。试验表明，工程示范区为劣V类水质，在竹排种植高羊茅草，在冬季青翠，生长良好，其须根长长平均超过40cm、最大达60cm，株长高平均超过30cm，最大达50cm，不但不会产生二次污染，它的成长吸收了大量营养盐，同时其长长的须根还为周丛生物提供载体，发挥多重生态效果。

漂浮植物结构浮床的生态功能：

1）具有一定的消浪作用

当风浪垂直穿过喜旱莲子菜浮床，例如，在喜旱莲子菜浮床的迎浪面的平均波高为3cm时，当穿过浮床到达背浪面时，平均波高几乎降为0，由此可见，漂浮植物在一定范围内具有明显削减波高的作用。

2）降低水体悬浮物含量

实验表明，在太湖梅梁湾引入400kg喜旱莲子草。经历一次风浪过程后，波浪较大时（平均波高5.46-6.83cm），漂浮植物使表层水体悬浮物含量降低达26mg/L；在无风浪时漂浮植物使表层水体悬浮物含量下降达到13mg/L，平均高度下降达13.2%，显示漂浮植物的存在能够大大降低水体悬浮物含量，这一作用可大大改善水体透明度，为健康水生态系统的重建创造良好条件。

3）水质净化

在太湖梅梁湾进行了喜旱莲子草净化实验，结果表明，初始投放密度为4.8kg/m²，滞留时间10天左右，可将富营养化的梅梁湾劣V类水质改善为III类水质；适当的投放密度（喜旱莲子草的初始投放密度2kg/m³），一周左右，漂浮植物可以使V类（或劣V类）水质改善为III类水质；漂浮植物在5天左右基本可使水体SS含量达到低值。

实施例2

与实施例1相比，区别点仅在于：本实施例中竹排结构浮床为单体长度为8m，任意相邻两道浮床带之间间隔500m。竹排结构浮床上漂浮植物主导品种为喜旱莲子草，其初始投放密度为1.2kg/m²。实验结果显示在风浪大（波高0.57m）时，透浪率为0.54，漂浮植物浮床使表层水体悬浮物含量降低14mg/L；在风浪小或者无风浪时，透浪率为0.39，漂浮植物使表层水体悬浮物含量下降8mg/L，这些结果明显低于实施例1。因此，竹排的长短在一定程度上影响其消浪效果，增加浮床单体长度可改善其消浪效果；而且，浮床带之间间隔必须控制在400m之内，防止风浪再生。

实施例3

与实施例1相比，区别点在于：网结构浮床的网目为1cm。漂浮植物主导品种为喜旱莲子草，其初始投放密度为1.2kg/m²。监测发现，喜旱莲子草生长量锐减，仅有网目为2cm时的一半。现场观测表明，喜旱莲子草不易穿出网孔，其生长受到很大的限制，因此，网眼过小不适宜喜旱莲子草的生长，最优网目为2.3cm。

实施例4

与实施例1相比，区别点在于：漂浮植物主导品种为菱，初始投放密度为4.8kg/m²。结果表明，前期，单位面积菱可使单位面积水柱降低TN 3.258mg/L、降低 TP 0.272mg/L；后期，经历一次台风，实验区吹进蓝藻，导致蓝藻堆积，菱出现腐烂的现象，而喜旱莲子草却长得更好，叶子由带黄变为翠绿，生长旺盛。超富营养化的劣V类水质对于喜旱莲子草的生长仍属营养不良，高浓度的藻灾更利于喜旱莲子菜生长，因此，从前期的降低水体营养盐含量和后期对蓝藻水华的抗性都显示出喜旱莲子草净化水质的能力远高于菱。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种利用水生漂浮植物浮床净化水质的方法，其特征在于，在待净化水域内，以网袋构成的网结构浮床和多个消浪竹排构成的竹排结构浮床为载体，种植水生漂浮植物并进行漂浮植物保育，实现水质净化；所述的竹排结构浮床至少有2道沿湖岸向湖心的方向布设，任意相邻的竹排结构浮床之间间隔300-400m，在相邻的竹排结构浮床之间均匀布设2-4道方向垂直的竹排结构浮床；所述的网结构浮床至少有3道，均匀布设在待净化水域内需要强化净化的区域，任意相邻网结构浮床之间间距为20-40m；所述的网结构浮床是利用渔网袋包裹水生漂浮植物构成的漂浮植物浮床带，所述网结构浮床利用桩、绳或石笼固定于湖底；

所述的漂浮植物的主导品种包括喜旱莲子草及高羊茅草和蓊菜；植物的初始投放密度喜旱莲子草为2-4kg/m³；蓊菜为1-3kg/m³；高羊茅草为2-4kg/m³。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的竹排结构浮床至少有2道沿湖岸向湖心的方向布设，任意相邻的竹排结构浮床之间间隔350m。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的网结构浮床至少有3道，均匀布设在待净化水域内需要强化净化的区域，任意相邻网结构浮床之间间距为30m。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的网结构浮床是利用网目2-4cm的渔网袋包裹水生漂浮植物构成宽6-8m的漂浮植物浮床带。

5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的网结构浮床是利用网目为2.3cm的渔网袋包裹水生漂浮植物构成宽 6m的漂浮植物浮床带。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，单个消浪竹排宽8-15m，长5-8m。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将多个消浪竹排首尾或并排连接，通过锚绳及锚固定，形成竹排结构浮床。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法还包括在漂浮植物种植区域采取水生漂浮植物的越冬保护及去除技术，防止植物残体的二次污染。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的水生漂浮植物的越冬保护主要采取植物体收割法和农膜特别覆盖法。