CN107032502B - 一种利用草食性鱼类调控沉水植物群落的综合技术方案 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用草食性鱼类调控沉水植物群落的综合技术方案，包括：（1）选取先锋沉水植物和建群沉水植物并间隔种植；（2）当透明度与水深的比例大于等于0.8时，计算需清除的先锋植物总生物量，依据每公斤草鱼每天清除600g沉水植物，放养相应数量的草鱼；（3）当先锋沉水植物高度与建群沉水植物一致时，清除草鱼；（4）待建群沉水植物高度超过要求时，计算需要控制的沉水植物生物量；依据每公斤团头鲂每天清除400g沉水植物投放相应数量的团头鲂；（5）当对建群沉水植物高度的控制达到原高度的50%～80%时，清除团头鲂。本发明有利于在小型浅水湖泊中构建和管理基于水质改善和景观效果最佳的沉水植被，保证水质和景观效果长期处于良好状态。
Description
技术领域
本发明属于水体生态修复技术领域，具体涉及一种利用草食性鱼类调控沉水植物群落的综合技术方案。
背景技术
随着社会经济发展和全球变化，湖泊富营养化越来越严重。我国已经有80%的浅水湖泊呈现富营养化状态，许多小型浅水湖泊呈现出“藻浊型”稳态，一般的水体治理手段难以打破这种稳态，只有恢复沉水植物，才能扭转“藻浊型”水体向“清水型”水体转变并长期维持。沉水植物是浅水湖泊重要的初级生产者，通过吸收水体中的营养盐、促进营养盐沉降和抑制沉积物释放营养盐等作用，能够显著降低水体中的营养盐含量，维持水体清澈。种植沉水植物是修复富营养化浅水湖泊的必要手段。
为了改善浑浊状况，迅速提高水体透明度，一般在水生态修复之初，会大量种植一些先锋沉水植物，利用其快速生长的能力，占据水柱并到达水面，通过营养体从水体中吸收营养盐，并释放氧气和他感物质等，抑制藻类生长。但先锋沉水植物对沉积物的抑制作用不强，因此内源营养盐的释放作用依然很强，透明度和水质的进一步提升受到制约，在空气沉降、地表径流等少量外源营养盐输入的条件下，藻类就会慢慢复发，水体依然朝“藻浊”方向发展。且由于种植时没有进行合理的比例配置和间隔种植，导致先锋沉水植物迅速占领水柱上层，遮挡光照，导致低矮沉水植物无法获得足够的光照，生长受到限制。能够长效维持水体“清澈”状态的是一些草甸型沉水植物，这类沉水植物一般都有较多的根，生物量集中在沉积物附近，对沉积物释放的抑制作用强。但由于比较矮小，个体生物量相对较低，难以到达水面附近去获取足够的光照，因此，对水体透明度的要求较高，当水体透明度与水深的比例达到0.8时，建群沉水植物才能够很好地完成生长。
在富营养化水体生态修复之初，由于透明度不足，草甸型沉水植物难以生长，需要借助先锋植物生长或者其它技术手段促进水体透明度提高。但由于先锋沉水植物生长快，快速达到水面附近形成很大的冠层，通过遮蔽作用抑制建群沉水植物的生长，导致沉水植物群落很快演替成先锋沉水植物占绝对优势甚至单优的群落，水质也逐渐向恶化的方向回落。这是很多水体生态修复工程在3-5年后逐渐回归到“浊水”状态的根本原因。因此，在生态修复之处，应当考虑合理配置和间隔种植先锋沉水植物和建群沉水植物，避免先锋沉水植物对建群沉水植物的过度遮蔽；此外，当透明度提高到一定程度后，需要控制冠层型先锋沉水植物，为草甸型建群沉水植物的生长和密度提高创造条件。最后，由于富营养化水体本底营养盐较高，建群沉水植物在一些较浅水域也会出现暴发式生长，从而损害景观、娱乐和行船等服务功能，因此在过度生长后也需要适量控制。
草食性鱼类是水生态系统中重要的组成成分，利用其食性对沉水植物进行天然管控将有利于优化和维持良好沉水植物群落。草鱼和团头鲂是两种常见的草食性鱼类。草鱼食量大，生长快，活动能力强，对沉水植物的破坏程度高。团头鲂食量小，生长较慢，活动力较弱，对沉水植物的破坏程度低，一般不会对沉水植物造成毁灭性伤害。使用草鱼控制沉水植物时，常常由于草鱼过量牧食和破坏，导致沉水植物受损严重，甚至大面积丧失。而使用团头鲂，则常常显得牧食效果不足，沉水植物依然呈现爆发式生长。这是因为沉水植物配置时没有合适的比例和间隔种植，鱼的放养量又不够合适，放养时机也不合理造成的。
发明内容
为了解决沉水植被自然管控的技术问题，本发明的技术目的在于设计一种利用草食性鱼类牧食作用调控水生植物群落的综合技术方案，在综合已有的沉水植物净化水质和鱼类控制沉水植物方法的基础上，利用不同沉水植物和鱼类牧食行为的特点，通过冠层型先锋沉水植物与草甸型建群沉水植物的合适比例配置和间隔种植，达到迅速提高水体透明度的目的；通过放养草鱼，控制冠层型先锋沉水植物，达到促进草甸型建群沉水植物生长的目的；通过放养团头鲂，达到控制草甸型沉水植物高度和促进其提高密度的目的；目的达到后，清除投放的鱼类。通过以上技术方案，可精确控制沉水植物群落组成、植物高度和密度，达到长期维持水质和透明度的目的。
为实现上述目的，本发明提供一种利用草食性鱼类调控沉水植物群落的综合技术方案，包括以下步骤：
（1）在需要进行生态修复的水域中，于沉水植物的种植时期，根据待修复水域的特点选取先锋沉水植物和建群沉水植物种类，间隔种植先锋沉水植物和建群沉水植物；
（2）当透明度与水深的比例大于等于0.8时，调查先锋沉水植物生物量密度；为消除其遮蔽效果，需使其高度与建群种高度保持一致，据此计算需要清除的总生物量，使得清除后的先锋沉水植物高度与建群种高度一致；依据每公斤草鱼每天清除600g沉水植物的量和既定的清除时间，放养所需要的草鱼数量；
（3）当先锋沉水植物与建群沉水植物高度一致时，采用清鱼方法清除草鱼，使建群沉水植物获得足够的光照用于生长；
（4）当建群沉水植物高度超过由水体功能要求的最高高度时，根据水体功能的要求，保留建群沉水植物高度的50%～80%，据此计算需要控制的沉水植物生物量；依据每公斤团头鲂每天清除400g沉水植物的量和既定的清除时间，投放相应数量的团头鲂；
（5）当对建群沉水植物高度的控制达到步骤（4）所述需保留的高度时，采用清鱼方法清除团头鲂。
进一步地，步骤（1）中所述的需要进行生态修复的水域为截断外源污染、控制内源污染之后，水质得到改善，透明度大于等于50cm的富营养化浅水水体。
进一步地，步骤（1）中所述的沉水植物种植时期，为4月份到6月份。
进一步地，步骤（1）所述的先锋沉水植物为生长迅速、生物量大和个体高、生长高度能达到水面、生物量沿水柱垂直分布或大部分集中分布在水面附近的冠层型植物，包括金鱼藻科、小二仙草科、眼子菜科、菱科、睡莲科的沉水植物；优选的先锋沉水植物为当地特色、适应水体条件或者全国广泛分布的种类，优选黑藻、罗氏轮叶黑藻、穗花狐尾藻、轮叶狐尾藻、金鱼藻、五刺金鱼藻、马来眼子菜、光叶眼子菜和蓖齿眼子菜中的一种或多种。
进一步地，步骤（1）所述的建群沉水植物为根多、生物量小和贴近沉积物表面生长的草甸型沉水植物；包括水生苔藓和大型底栖藻类、毛茛科、水鳖科、眼子菜科、水蕨科中的矮小沉水植物；优选的建群沉水植物为当地特色、适应水体条件或者全国广泛分布的种类，优选刺苦草、密齿苦草、亚洲苦草、大苦草、水车前、水蕨、水筛、微齿眼子菜、小茨藻和水蕹中的一种或几种。
进一步地，步骤（1）所述的先锋沉水植物和建群沉水植物按照种植面积1:1～2的配比配置间隔种植，种植间距1～2米，种植的生物量密度保持一致并不低于500g／m2。
进一步地，步骤（2）所述的草鱼为当年出生或1冬龄的鱼苗；步骤（4）所述的团头鲂为当年出生或1冬龄的鱼苗。
进一步地，步骤（2）或步骤（4）所述的选定的清除时间优选为30天。
进一步地，步骤（3）或步骤（5）所述的清鱼方法为根据待修复水域的条件使用网簖、电捕、刺网、地笼或垂钓的手段清鱼。
进一步地，步骤（2）至（5）至少循环一次，直至达到预期的沉水植物群落结构和水质改善效果。
为研发草食性鱼类的自然调控技术，我们设置了控制实验，研究不同密度草鱼和团头鲂对沉水植物的控制。研究发现，草鱼不仅取食沉水植物的叶片，还取食植物的茎，草鱼密度过高时，沉水植物将会因为被过量牧食而无法生长；团头鲂主要取食沉水植物上层的叶片，取食到一定高度时，甚至会停止进食，等待沉水植物恢复生长；沉水植物会通过增加分枝和无性系分株的方式响应团头鲂牧食，从而提高密度；沉水植物密度的提高大大增强对沉积物的抑制作用，内源释放得到控制，水体持续维持清水状态。根据以上研究结果，制定了本发明的利用草食性鱼类牧食作用调控沉水植物群落的综合配置技术方案。
本发明的有益效果在于，通过合理的生物量密度和合适的间隔种植方式配置沉水植物，能够打破水体的浑浊稳态，转变成清水状态；并在不同节点巧妙运用特定种类的草食性鱼类，调节沉水植物功能植被组成，控制过度生长的沉水植物，达到长期维持“清水”稳态的目的，并降低生态修复的管理成本，还能通过出售草鱼和团头鲂增加经济收入。
附图说明
图1为草鱼食量与体重关系曲线图。其中，由于草鱼在取食沉水植物时，还通过撕咬和拉扯的方式破坏大量沉水植物，其破坏量相当于草鱼进食量。因此，我们给定的草鱼清除沉水植物的量为500g体重的草鱼每天清除600g沉水植物（包括取食300g和破坏300g）。
图2为采用团头鲂控制建群沉水植物时植物高度变化图。
图3为采用团头鲂控制建群沉水植物时植物密度变化图。
图4为实施例1的实施效果。
图5为实施例1的实施效果。
具体实施方式
实施例1
藻型湖泊水体浑浊，透明度低，虽然已经截断外源污染并控制内源污染，但沉水植物依然难以恢复。针对已经截断外源污染和控制内源污染的藻型富营养化湖泊，实施以下操作步骤：
在湖北鄂州洋澜湖，选择全国广泛分布的冠层型先锋沉水植物轮叶黑藻和金鱼藻，以及草甸型建群沉水植物密齿苦草，按照冠层型先锋沉水植物和草甸型建群沉水植物种植面积1:2的配比，在2015年5月，间隔2米宽度种植先锋沉水植物和建群沉水植物，总种植面积3000m2，种植密度均为600g／m2，平均水深1.5米，起始透明度60cm；
待透明度达到平均1.2米时（水深的比例达到0.8时），经过调查，先锋沉水植物生物量密度为5100g／m2，此时密齿苦草平均高度0.5米，计算先锋沉水植物与密齿苦草高度一致需要清除的全湖先锋沉水植物生物量为3400000g；
根据每公斤草鱼每天取食300g沉水植物另外破坏300g沉水植物的量，即每公斤草鱼每天清除600g的量，预期的清除时间为30天，投放1冬龄500g／尾的草鱼377尾；每天人工捞除被草鱼破坏漂浮的沉水植物；
30天后，先锋植物高度与建群沉水植物达到一致，采用刺网、电捕和地笼同时开展的方式捕获草鱼；
根据洋澜湖的景观要求，确定建群沉水植物的高度最高为1米。待建群植物生长高度达到1米时，密齿苦草生物量密度达到1000g／m2，为了促进密齿苦草提高密度，决定清除20cm冠层，据此，计算出需要清除的建群植物生物量为400000g；
按照每公斤团头鲂每天取食200g沉水植物另外破坏200g沉水植物的量，即每公斤团头鲂每天清除400g的量计算，预期的清除时间为30天，投放1冬龄200g／尾的团头鲂167尾；每天人工捞除被团头鲂破坏漂浮的沉水植物；
30天后，待建群植物高度控制到80cm高度时，采用刺网、网簖和电捕同时开展的方式清除团头鲂。
本方案在湖北鄂州洋澜湖进行一次操作后，取得良好效果，水体总氮含量从修复前的月均2.424mg／L下降到1.923mg／L，总磷从0.106mg／L下降到0.047mg／L，叶绿素a含量从29.56ｕg／L下降到12.03ｕg／L，透明度从60cm提高到清澈见底。
实施例2
在富营养化浅水湖泊中，选择穗花狐尾藻和蓖齿眼子菜作为先锋沉水植物，刺苦草和微齿眼子菜作为建群沉水植物，按照先锋植物和建群植物种植面积1:1的配比，在2010年5月，间隔1米宽度种植先锋植物和建群植物，用围网将该区域与其它沉水植物区隔开，修复区域平均水深1.4米，起始透明度0.7米，沉水植物种植密度500g／m2。
待透明度达到平均1.2米时，调查获知冠层型先锋沉水植物生物量密度为3800g／m2，分布面积2000m2；此时整个修复区草甸型建群沉水植物平均高度70cm；
根据先锋沉水植物和草甸型建群沉水植物高度一致的控制原则，计算先锋沉水植物需要控制的生物量为3600000g；
根据每公斤草鱼清除600g沉水植物的量（图1），预期的清除时间为30天，投放1冬龄500g/尾规格的草鱼400条；每天人工捞除被草鱼破坏漂浮的沉水植物；
30天后，待先锋植物高度与草甸型建群沉水植物高度一致时，采用刺网、网簖、电捕和垂钓同时开展的方式清除草鱼；
为了促进建群沉水植物提高密度从而达到良好的水质改善和景观效果，确定建群沉水植物的高度最高为1m。待建群植物生长高度达到1.1m时，决定清除20cm冠层。此计调查获知冠层型先锋植物生物量密度为1300g／m2，用围网围起4000m2过度生长的建群沉水植物；据此算出围网内需要清除的建群植物生物量为800000g；
按照每公斤团头鲂每天清除400g沉水植物的量计算，投放1冬龄200g／尾的团头鲂333尾，预期的清除时间为30天；每天人工捞除被团头鲂破坏漂浮的沉水植物；
30天后，待建群植物高度控制到90cm高度时，采用刺网清除团头鲂。
重复上述放养草鱼-清除草鱼-放养团头鲂-清除团头鲂的步骤，直至达到水质改善的目标。
本方案在某湖沉水植物修复区进行2次操作后，取得良好效果，水体总氮含量从操作前的月均1.35mg／L下降到0.74mg／L，总磷从0.07mg／L下降到0.025mg／L，叶绿素a含量从7.87ｕg／L下降到4.52ｕg／L，透明度从70cm提高到清澈见底。
实施例3
在上海某小区内的600m2河道内，选择轮叶狐尾藻和金鱼藻作为先锋沉水植物，密齿苦草和水毛茛作为建群沉水植物，按照先锋植物和建群植物种植面积1:1.5的配比，在2014年6月，间隔2米宽度种植先锋植物和建群植物，该区域平均水深1米，起始透明度50cm，沉水植物种植密度800g／m2。
待透明度达到平均80cm时，调查获知冠层型先锋沉水植物生物量密度为3800g／m2；此时整个修复区草甸型建群沉水植物平均高度80cm；
根据先锋沉水植物和草甸型建群沉水植物高度一致的控制原则，计算先锋沉水植物需要控制的生物量为172800g；
根据每公斤草鱼破坏600g沉水植物的量（表1），预期的清除时间为30天，投放1冬龄500g/尾规格的草鱼20条；每天人工捞除被草鱼破坏漂浮的沉水植物；
30天后，待先锋沉水植物高度与草甸型建群沉水植物高度一致时，采用刺网和电捕的方式清除草鱼；
为了促进建群沉水植物提高密度从而达到良好的水质改善和景观效果，确定建群沉水植物的高度最高为0.8m。待建群植物生长高度达到1m时，决定清除20cm冠层。此计调查获知冠层型先锋植物生物量密度为1380g／m2，据此算出需要清除的建群植物生物量为99360g；
按照每公斤团头鲂每天清除400g沉水植物的量计算，投放1冬龄200g／尾的团头鲂41尾，预期的清除时间为30天；每天人工捞除被团头鲂破坏漂浮的沉水植物；
30天后，待建群植物高度控制到80cm高度时，采用刺网清除团头鲂。
本方案在上海某小区河道沉水植物修复区每年进行一次操作后，取得良好效果。
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)
1.一种利用草食性鱼类调控沉水植物群落的综合技术方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在需要进行生态修复的水域中，于沉水植物的种植时期，根据待修复水域的特点选取先锋沉水植物和建群沉水植物种类，间隔种植先锋沉水植物和建群沉水植物；所述的先锋沉水植物，为生长迅速、生物量大和个体高、生物量沿水柱垂直分布或大部分集中分布在水面附近、生长高度能达到水面的冠层型植物；所述的建群沉水植物为根多、生物量小和贴近沉积物表面生长的草甸型沉水植物；
（2）当透明度与水深的比例大于等于0.8时，调查先锋沉水植物生物量密度；计算需要清除的总生物量，使得清除后的先锋沉水植物高度与建群沉水植物高度一致；依据每公斤草鱼每天清除600g沉水植物的量和既定的清除时间，放养所需要的草鱼数量；
（3）当先锋沉水植物与建群沉水植物高度一致时，采用清鱼方法清除草鱼；
（4）待建群沉水植物高度超过由水体功能要求的最高高度时，根据水体功能要求，保留建群沉水植物高度的50%～80%，据此计算需要控制的沉水植物生物量；依据每公斤团头鲂每天清除400g沉水植物的量和既定的清除时间，投放相应数量的团头鲂；
（5）当对建群沉水植物高度的控制达到步骤（4）需保留的高度时，采用清鱼方法清除团头鲂；
步骤（2）至（5）至少循环一次，直至达到预期的沉水植物群落结构和水质改善效果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的需要进行生态修复的水域为截断外源污染、控制内源污染之后，水质得到改善，透明度大于等于50cm的富营养化浅水水体。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的沉水植物种植时期，为4月份到6月份。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述的先锋沉水植物为黑藻、罗氏轮叶黑藻、穗花狐尾藻、轮叶狐尾藻、金鱼藻、五刺金鱼藻、马来眼子菜、光叶眼子菜和蓖齿眼子菜中的一种或多种；
步骤（1）所述的建群沉水植物为刺苦草、密齿苦草、亚洲苦草、大苦草、水车前、水蕨、水筛、微齿眼子菜、小茨藻和水蕹中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述的先锋沉水植物和建群沉水植物按照种植面积1:1～2的配比间隔种植，种植间距1～2米，种植的生物量密度保持一致并不低于500g／m2。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述的草鱼为当年出生或1冬龄的鱼苗；步骤（4）所述的团头鲂为当年出生或1冬龄的鱼苗。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）或步骤（4）所述的既定的清除时间优选为30天。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）或步骤（5）所述的清鱼方法为根据待修复水域的条件使用网簖、电捕、刺网、地笼或垂钓的手段清鱼。
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