CN108101220A

CN108101220A - 一种容器化组装式水生植物恢复水质净化方法

Info

Publication number: CN108101220A
Application number: CN201711225236.5A
Authority: CN
Inventors: 崔娜欣; 刘福兴; 宋祥甫; 陈桂发; 邹国燕; 王俊力; 周丽; 蔡敏
Original assignee: Shanghai Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Shanghai Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2018-06-01

Abstract

本发明提供了一种容器化组装式水生植物恢复水质净化方法，该方法包括以下步骤：(1)容器化植物净化系统培育；(2)组装式快速植被恢复；和(3)水质净化与管理。本发明的容器化组装式水质净化方法，通过构建水生植物的容器化培育，实现恢复区域植被的即时恢复，提升水质净化效果。其应用范围包括但不限于退化河湖水体植被恢复、人工湿地建设以及水体景观构建等领域。

Description

一种容器化组装式水生植物恢复水质净化方法

技术领域

本发明涉及环境工程领域，具体的说涉及一种容器化组装式水生植物恢复水质净化方法。

背景技术

过去几十年来，由于过度的人为活动和水体富营养化程度加剧，河湖水体已经极度退化，导致水生植物的退化与消失、植物群落物种多样性下降、结构简化。水污染是目前环境污染的主要问题之一，河湖水体生态修复已成为世界性的重要环境热点问题。

水生植物是水体中重要初级生产者，是水生生态系统中的重要组成者之一，水体植被恢复对于河湖水体生态系统结构和功能恢复至关重要。水生植物通过吸收、吸附、过滤、沉降、降解等作用可有效降低水体污染物；水生植物除自身生长与水体有害藻类形成竞争关系外，还可以通过产生一些如多元醇、脂肪酸、酚酸和羟基酸等次生代谢物有效抑制水体有害藻类的生长。水生植物的存在为水生动物提供食物来源和产卵场所等而成为水生动物的栖息地；另一方面也为微生物提供共生附着空间，强化其水质净化效率。因此恢复水生态系统中的水生植物群落，从而逐渐恢复水生生态系统结构和功能，是水体生态修复的重要内容。

恢复水生植物被认为是改善受损水体水质和维持水体生态系统稳定的重要手段。水体透明度、营养以及水位等是影响水生植物恢复的重要因素，过渡人工化改造水体的硬质化底质更成为水生植物恢复的限制因子。

水生植被重建初期是最脆弱的时期,由于水生植物尚处于生长发育的初级阶段，水位、污染负荷等生态因子的较大波动很容易引起水生植物的死亡,导致水生植物恢复的失败。因此以往的恢复手段，往往要求在其群落恢复建成的起始阶段通过营养、水位、透明度以及水体动物等的严格控制以保证恢复的成功，一旦某一因子控制不力，就会导致恢复的失败。

对于硬质化底质的水体植被恢复与构建则需要围隔、底泥回填或底质重建等大量的工程措施，首先恢复水生植被的生境条件，不仅工程量大，而且底泥的来源还有可能造成水体的二次污染，因此具有较大的局限性。另外，由于水生植物的生长周期不同，植被恢复往往受季节影响较大，施工季节多限制在春季，且引种后往往需要较长的恢复期才能逐渐发挥其水质净化功能。一旦有物种恢复失败，重新调整方案或更换物种费时费力。

因此，需要开发一种更便捷有效的植被恢复方法来净化水质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种容器化组装式水生植物恢复水质净化方法，该方法包括如下步骤:

(1)容器化植物净化系统培育：

a.根据水生植物形态特征、生活型选用不同深度及直径的透水透气容器；容器内铺设无纺布，而后添加河湖底泥或熟稻田土，将水生植物块根、实芽等繁殖体种植于容器内；种好后放置于浅水处培育，并随其生长调整水深；成活并健康生长的植物与容器即构建了一个小型的净化系统；

b.将每种水生植物各选10-20盆分别在不同富营养化程度或污染程度的水体里进行驯化培育，筛选对不同富营养化或污染水体的最佳物种；

C.根据恢复区域水位条件，预先将培育区水位逐步提升至低于恢复区域10-15cm水深，使植物更好的适应恢复区域的水位条件；

(2)组装式快速植被恢复：

a.对污染水体或需水质净化水体的水质、水位、底质、地形等环境现状进行调查、测定评估，并根据(1)b中的结果确定最佳恢复方案及植物配置模式；

b.将驯化过的生长良好的水生植物按设计带容器或脱容器布置于水体中，快速恢复污染水体植被，并发挥其水质净化作用；

C.其应用范围包括但不限于退化河湖水体植被恢复、人工湿地建设以及水体景观构建等领域；

(3)水质净化与管理：

a.及时观测及检查植被的生长情况及水质净化效果，对于生长不良的植株可及时进行更换，以更好地发挥其水质净化效果；

b.根据季节变化以及不同植物的物候期及时调整物种间的组合配置，以保证在不同季节均有植物处于生长期而发挥其全年水质净化效果。

其中步骤(1)中，水生植物可以为沉水植物、挺水植物或浮叶植物；

挺水植物如芦苇、黄菖蒲、灯心草等和浮叶植物如睡莲、水鳖、荇菜等可用深18-20cm、直径18-50cm的容器；

容器内添加的河湖底泥或熟稻田土等肥沃且不含重金属和有毒有害物质；

将水生植物块根、实芽等繁殖体种植于容器内，睡莲类每盆1-2株，荇菜、菱角、萍蓬草等每盆1-3株；挺水植物每盆4-6芽；

容器内添加底泥等栽培基质前先铺设无纺布，透水透气的同时可防止基质外漏，容器可方可圆，大小以满足植物根系生长且便于搬动为宜；

采用透水透气容器培育水生植物，并在不同污染程度或富营养化及水位水体中预先驯化，这可以借助温室、大棚等设施，以突破季节限制，实现全年培育；

容器化水生植物的培育容器根据需要可采用可降解材料，植物培育成活后带容器移栽至恢复区域，容器降解后植物亦可自由生长，避免容器材料对环境产生新的污染；

步骤(2)中，

基于需净化水体的环境条件，确定所需种植水生植物种类及配置模式，并将培育驯化后的水生植物带容器移栽至水体中，通过组装配置快速恢复水体植被；

步骤(3)中，

根据植被生长情况及季节变化及时更换适宜的植物类型，以保证全年良好净化效果的实现。

本发明的一种容器化组装式水生植物恢复水质净化方法，采用预先在适宜环境中将水生植物在容器内培育成活是此方法的关键，成活后的植株适应能力远好于刚移栽植株，因此能更快适应污染水体环境并发挥净水作用。其应用范围包括但不限于退化河湖水体植被恢复、人工湿地建设以及水体景观构建等领域。

容器化种植驯化的水生植物可以用于不同水体环境中，对于硬质化底质的区域可以带容器组装式快速恢复区域植被；而对于人工湿地及底泥底质的水体植被恢复，则可考虑带容器运送至工程区域后，脱盆直接种植于恢复区域，由于移栽过程中未伤及根系，因此在保证成活率的基础上可以快速恢复区域植被。

利用容器化培育水生植物进行植被恢复的过程中，遇到恢复区域地形起伏不平时可通过铺设卵石、碎石或木桩加固以避免植物倒伏。

本发明的容器化组装式植被恢复水质净化方法，其主要优势之一在于通过构建水生植物的容器化培育技术，从而使得水体植被恢复突破了传统植被恢复方法的时间限制，同时，由于培育后的水生植物在运输、移栽过程中不伤及植物根系，因此在成活率基本达到100％的情况下可以实现恢复区域植被的即时恢复；并且预先根据恢复区域的水位将水生植物培育驯化以适应恢复区域的水位，可以避免传统恢复手段中的水位控制问题。采用容器化培育，一方面透水透气容器可以保证植物根系的正常生长，并在水体中发挥水质净化功能；另一方面容器化培育种苗在快速恢复水体植被的同时也大大减轻施工难度，最大化发挥水生植物的水质净化效果，并便于后期管理。

附图说明

图1为实施例1的水生植物平面布局示意图

图2实施例1的水生植物剖面布局示意图

图1和图2中标记：

1-透水透气性容器，2-西伯利亚鸢尾和路易斯安那鸢尾，3-美人蕉，4-睡莲和水鳖

图3为实施例2的水生植物平面布局示意图和剖面布局示意图

其中：A-平面布局示意图；B-剖面布局示意图

1-芦苇，2-常绿鸢尾，3-美人蕉，4-常绿鸢尾

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。

实施例1硬质化底质的富营养化水体滨岸带植被恢复

实施区域为华东地区城市水体，边缘区域水深0.1-0.6m左右，中间区域水深1.0m左右，水中总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)的浓度分别为6.85mg/L、1.17mg/L和68.67mg/L，透明度为15cm左右，为严重富营养化水体，水质为劣V类。

实施恢复季节为早春。

由于该水体为硬质化底质，不适宜直接种植水生植物，按常规恢复方法需要排水、建围隔、填土等措施，水生植物种植后需控制地水位，待其萌发生长后再逐步恢复至原有水位，整个植被恢复周期至少需要3-4个月左右，并且对于不能适应环境而死亡物种的替换等可能将整个植被恢复延长至1到2年。

采用一种容器化组装式快速植被恢复水质净化方法进行水体的植被恢复和水质净化。该方法包括以下步骤：

(1)容器化植物净化系统培育：a.根据水生植物形态特征、生活型选用不同深度及直径的透水透气容器，挺水和浮叶植物采用深18-20cm、直径25cm的容器。在冬季，容器内铺设无纺布而后添加肥沃不含重金属、有毒有害物质的河湖底泥或熟稻田土，将水生植物块根、实芽等繁殖体种植于容器内，睡莲类每盆1-2株，荇菜、菱角、萍蓬草等每盆1-3株；挺水植物每盆4-6芽。种好后放置于温室内浅水处培育，并随其生长调整水深，对于西伯利亚鸢尾、路易斯安那鸢尾直接露天培育。成活并健康生长的植物与容器即构建了一个小型的净化系统。b.将每种水生植物各选20盆置于与人工配置的与恢复区域水体水质近似的水里进行驯化培育，筛选适应此水体的最佳物种，为兼顾景观效果最终选用的物种有：浮叶植物睡莲和水鳖，挺水植物西伯利亚鸢尾、路易斯安那鸢尾和美人蕉，种苗来源于上海市农科院庄行基地。C.根据恢复区域水位条件，预先将培育区水位提升至略低于恢复区域10-15cm左右水深，使植物更好的适应恢复区域的水位条件。

(2)组装式快速植被恢复：a.施工前对恢复区域水体的水质、水位、底质、地形等环境现状进行调查、测定评估，结合(1)b中的结果确定恢复方案及植物配置模式：初期气温较低，先恢复西伯利亚鸢尾、路易斯安那鸢尾，随气温升高逐步加入睡莲、水鳖和美人蕉；挺水植物主要布置于边缘浅水区域，浮叶植物布置于水深较深区域；b.将驯化过的生长良好的水生植物按设计带容器布置于水体中，快速恢复污染水体植被，并发挥水质净化作用。

(3)水质净化与管理：及时观测及检查植被的生长情况及水质净化效果，对于生长不良的植株可及时进行更换，以更好地发挥其水质净化效果。

(4)考虑实施例的环境特点及物种更换，采用硬质塑料容器，便于后期管理。

(5)工程实施后，可即时恢复水体内的水生植物，并可季节变换物种，实现全年较高的水体净化效果。对TN、TP、COD去除率分别在50-75％、60-86％和55-70％,透明度提高近2倍。

实施例2潜流人工湿地的植被构建

该人工湿地位于安徽地区，主要用于处理手污染河水，其进水中的TN、TP、COD以及氨氮(NH₄ ^--N)分别为9mg/L、1.2mg/L、52mg/L和4.8mg/L。

(1)容器化植物净化系统培育：根据水生植物在人工湿地中的应用的相关研究资料，直接选用芦苇、美人蕉和常绿鸢尾三种挺水植物进行培育，采用深18-20cm，直径15cm的容器进行种植。在春季水生植物开始萌发之前，容器内铺设无纺布而后添加肥沃不含重金属、有毒有害物质的河湖底泥或熟稻田土，美人蕉和常绿鸢尾每盆3-5芽，芦苇每盆5-10芽。种好后放置于略高于盆中种植土5cm左右的水深中培育。成活并健康生长的植物与容器即构建了一个小型的净化系统。

(2)组装式快速植被恢复：按设计将驯化过的生长良好的挺水植物去掉容器直接种植于人工湿地中，快速构建人工湿地植被，并发挥水质净化作用。

(3)水质净化与管理：由于采用已建成种苗直接脱盆移栽至人工湿地中，种植时植物根系已建成，且运输及种植过程中不伤及根系，因此，挺水植物在潜流人工湿地中的成活率达到100％。由于所选物种中，芦苇和美人蕉主要生长季节是夏秋，而常绿鸢尾在冬春季表现较好，因此可以实现潜流人工湿地的全年运行，从而提升人工湿地的全年水质净化效果。

周年监测结果表明TN去除率为42％-53％，TP去除率为54-90％，COD去除率为60-90％，NH₄ ^--N去除率为82-99％。

上述的对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种容器化组装式水生植物恢复水质净化方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)容器化植物净化系统培育：

(2)组装式快速植被恢复：

(3)水质净化与管理：

2.根据权利要求1所述的水质净化方法，其中步骤(1)中，

挺水植物芦苇、黄菖蒲、灯心草等和浮叶植物睡莲、水鳖、荇菜等可用深18-20cm、直径18-50cm的容器。

3.根据权利要求1所述的水质净化方法，其中步骤(1)中，

将水生植物块根、实芽等繁殖体种植于容器内，睡莲类每盆1-2株，荇菜、菱角、萍蓬草等盆1-3株；挺水植物每盆4-6芽。