CN108580527A - 一种水陆交错带污染修复系统及修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生态环境修复技术领域，尤其涉及一种水陆交错带污染修复系统及修复方法。该水陆交错带污染修复系统包括河岸污染土壤及污染水体，在待修复区的河岸污染土壤内埋设盆栽克隆性植物，在待修复区的污染水体内设置底网，在待修复区边界设置围栏网；修复方法包括培养植物、设置底网、移植植物、设置围栏网及定期收获处理。该水陆交错带污染修复系统采用水陆两栖的克隆性植物，为受污染的水陆交错带营造了良好的修复环境，保证了污染水体、水陆交错带以及河岸污染土壤的一同修复，避免了现有单独进行一一修复的麻烦和弊端。

Description

一种水陆交错带污染修复系统及修复方法

技术领域：

本发明涉及生态环境修复技术领域，尤其涉及一种水陆交错带污染修复系统及修复方法。

背景技术：

水环境污染通常可分为点源污染和面源污染，点源污染主要包括工业废水和城市生活污水污染，通常有固定的排污口集中排放，面源污染正是相对点源污染而言，是指溶解的和固体的污染物从非特定的地点，在降水(或融雪)冲刷作用下，通过径流过程而汇入受纳水体(包括河流、湖泊、水库和海湾等)并引起水体的富营养化或其它形式(如重金属)的污染。美国清洁水法修正案(1997)对面源污染的定义为：污染物以广域的、分散的、微量的形式进入地表及地下水体。这里的微量是指污染物浓度通常较点源污染低，但面源污染的总负荷却是非常巨大。如堆放在离河流不远处岸边的固体废物(很多含有重金属)，或者农业化肥、农药，养殖业废水等，都是面源污染源，极易经由陆地进入水体。

河流生态系统(水陆交错带)包括河水环境、水岸交换区环境和河岸区环境三部分，是一个相对复杂的综合型生态系统,也是最易遭受面源污染的生态系统之一，污水或面源污染物进入河道将对上述三个部分均产生影响。现有修复办法针对上述河流生态系统污染，一般仅仅针对其中某一个部分进行修复，且修复效果不理想，造成生态环境不断恶化，更无法做到对不同部分一同采用特定技术措施进行系统化、综合化治理。

发明内容：

本发明提供了一种水陆交错带污染修复系统及修复方法，解决了现有技术中存在的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种水陆交错带污染修复系统，包括河岸污染土壤及污染水体，在待修复区的河岸污染土壤内埋设盆栽克隆性植物，在待修复区的污染水体内设置底网，在待修复区边界设置围栏网。

所述盆栽克隆性植物的盆顶端高于河岸污染土壤表面埋设。

所述克隆性植物为水陆两栖克隆性植物。

所述水陆两栖克隆性植物为匍匐茎型水陆两栖植物，所述匍匐茎型水陆两栖植物为空心莲子草、李氏禾、双穗雀稗。

该水陆交错带污染修复系统的修复方法，包括如下操作步骤:

(1)培养植物

选择匍匐茎型水陆两栖植物，按其生长条件要求，盆栽培养至产生匍匐茎，人工干预使匍匐茎按周向扩张生长，至匍匐茎长度不短于20cm，备用；

(2)水中底网设置

在待修复区的污染水体下设置底网，用于隔挡死亡的匍匐茎型水陆两栖植物落入水下，便于清理；

(3)移植植物

将步骤(1)培养的盆栽匍匐茎型水陆两栖植物埋入待修复区的河岸污染土壤内，盆边缘高于污染土壤地面设置，且须满足修复区水涨时水不浸入盆内；定期在盆内施加养分，保证植物正常生长，植物的匍匐茎不断向河岸污染土壤和污染水体方向匍匐扩张生长；

(4)围栏网设置

在待修复区的边界设置围栏网，避免植物匍匐茎无限制扩张；

(5)定期收获处理

根据季节及环境温度、植物生长状况，定期收割吸收污染物的植物匍匐茎，收割的同时，清理污染水体底网中残留的植物残体。

步骤(2)底网设置于污染水体下50-100cm；步骤(3)盆栽匍匐茎型水陆两栖植物埋设于河岸污染土壤的位置距离污染水体的距离需满足移植的盆栽植物的先端分株和2-3茎节浸入水中；步骤(4)围栏网采用分段间隔设置，方便从不同位置进入修复区进行植物收割处理；步骤(5)收割的植物匍匐茎另行处理；收割后，保证位于河岸污染土壤及污染水体内的匍匐茎长度均在10-20cm长度内，便于继续生长。

步骤(3)移植植物时的具体埋设要求为：

根据水涨水落情况，使盆栽植物的盆边缘距离污染土壤地面一定距离，该距离要满足水涨时，河岸污染水体难以浸入盆栽植物的盆内，具体操作为：在埋设的盆栽植物盆外周堆积土壤缓冲带，即环绕盆栽植物盆外周的斜土坡，使植物从盆中延伸出来之后沿斜土坡生长。

土壤缓冲带与污染土壤地面形成衔接带，保证了盆栽植物的匍匐茎具备支撑、防止较高位置生长造成的折断；在缓冲带上，茎节处用土覆盖，便于茎节处生根。

步骤(3)移植植物，是将步骤(1)培养的盆栽匍匐茎型水陆两栖植物由污染水体向河岸污染土壤方向间隔埋设呈一排；盆边缘高于污染土壤地面设置，且同样须满足修复区水涨时水难以浸入盆内。

盆栽匍匐茎型水陆两栖植物在河岸污染土壤上成排埋设，各排之间间隔距离为120cm-150cm。

本发明采用上述修复系统，采用水陆两栖的克隆性植物，为受污染的水陆交错带营造了良好的修复环境，保证了污染水体、水陆交错带以及河岸污染土壤的一同修复，避免了现有单独进行一一修复的麻烦和弊端。整个修复系统大大减轻了修复劳动，修复系统所采用的水陆两栖的克隆性植物具有优异的生长特性，避免了种植劳动力增加给修复方法造成的效率低下的问题。该修复系统中，埋设于河岸污染土壤内的植物可以部分截留流入的地表径流，而生长至污染水体内的植物则可以通过与水体内污染成分交换吸收、完成净化水体污染的目的。根据本系统所采用的水陆两栖的克隆性植物的特点，位于河岸污染土壤部分的植物在生长过程中匍匐茎不断新生节节，能够刺入土壤内固定并继续生长，从而增加了植物与污染土壤的接触，更好的吸收污染土壤中的污染成分，完成净化目的。

本发明采用上述修复方法，在保证植物正常生长的情况下，能够很好的实现水陆交错带三部分污染的共同修复。盆栽植物的盆边缘高于河岸污染土壤设置，能够避免水体倒流对盆栽植物生长的影响，通过对盆栽植物进行科学而合理的养分供给，能提升修复效果和修复效率；通过在污染水体内设置底网，避免死亡的植物残体落入水体腐烂分解，使得污染物(如氮磷营养元素、重金属等)再次进入水体，造成污染；通过在待修复区边界设置围栏网，避免了植物疯长的不可控性，同时也方便了对该特定区域修复效果的测定与评价。

本发明修复方法用移植植物的匍匐茎至少20cm，这样进行移植、埋设至污染土壤位置后，通过将其先端分株和2-3茎节至于水中，有利于植物较快的扩散。在埋设时，通过在盆栽植物外侧设置土壤缓冲带坡，一方面避免了水涨进入盆内，另一方面可固定土壤缓冲带上方的匍匐茎，使其沿斜土坡生长，避免其因为盆高度较高悬空生长造成的折断，此外，因为这部分匍匐茎生长入土内，增强了其固定性和生长性，便于茎节处生根。

附图说明：

图1为本发明实施例1修复系统的示意图；

图2为本发明实施例2修复系统的示意图；

图3为图1和2中盆栽植物埋设方式示意图；

图4为本发明修复系统示意框图。

图中，1河岸污染土壤、2污染水体、3盆栽克隆性植物、4底网、5围栏网、6斜土坡。

具体实施方式：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

实施例1

如附图1和图3所示，该水陆交错带污染修复系统包括河岸污染土壤1及污染水体2，在待修复区的河岸污染土壤1内埋设盆栽克隆性植物3，在待修复区的污染水体2内设置底网4，在待修复区边界设置围栏网5。在盆栽克隆性植物的盆外侧与污染土壤位置设置斜土坡6，避免植物从盆内向外侧生长时悬空造成的折断。

所述盆栽克隆性植物3的盆顶端高于河岸污染土壤1表面埋设。

所述克隆性植物为空心莲子草。

上述水陆交错带污染修复系统的修复方法，包括如下操作步骤:

(1)培养植物

选择空心莲子草，按其生长条件要求，盆栽培养至产生匍匐茎，人工干预使匍匐茎按周向扩张生长，至匍匐茎长度不短于20cm，备用；

(2)水中底网设置

在待修复区的污染水体下设置底网，用于隔挡死亡的空心莲子草落入水下，便于清理；底网设置于污染水体下50-100cm；

(3)移植植物

将步骤(1)培养的盆栽空心莲子草埋入待修复区的河岸污染土壤内，埋设于河岸污染土壤的位置距离污染水体的距离需满足移植的盆栽植物的先端分株和2-3茎节浸入水中；盆边缘高于污染土壤地面设置，且须满足修复区水涨时水难以浸入盆内；定期在盆内施加养分，保证空心莲子草正常生长，空心莲子草的匍匐茎不断向河岸污染土壤和污染水体方向匍匐生长；

具体埋设要求为：根据水涨水落情况，使盆栽空心莲子草的盆边缘距离污染土壤地面一定距离，该距离要满足水涨时，河岸污染水体难以浸入盆栽植物的盆内，具体操作为：在埋设的盆栽空心莲子草盆外周堆积土壤缓冲带，即环绕盆栽空心莲子草盆外周的斜土坡，使空心莲子草从盆中延伸出来之后沿斜土坡生长，不至于悬空生长发生折断；

(4)围栏网设置

在待修复区的边界设置围栏网，避免空心莲子草匍匐茎无限制扩张；

(5)定期收获处理

根据季节及环境温度、植物生长状况，定期收割吸收污染物的空心莲子草匍匐茎，收割的同时，清理污染水体底网中残留的空心莲子草残体；

收割的植物匍匐茎另行处理；收割后，保证位于河岸污染土壤及污染水体内的匍匐茎长度均在10-20cm长度内，便于继续生长。

定期收割的周期可按以下情况处理，当温度高于21℃，由于空心莲子草生长快，可每1-2个月收割一次；在温度低于0°，每2-4个月收割一次。

实施例2

如图2和图3所示，该水陆交错带污染修复系统包括河岸污染土壤1及污染水体2，在待修复区的河岸污染土壤1内埋设盆栽克隆性植物3，在待修复区的污染水体内设置底网4，在待修复区边界设置围栏网5。在盆栽克隆性植物的盆外侧与污染土壤位置设置斜土坡6，避免植物从盆内向外侧生长时悬空造成的折断。

所述盆栽克隆性植物的盆顶端高于河岸污染土壤表面埋设。

所述克隆性植物为空心莲子草。

上述水陆交错带污染修复系统的修复方法，包括如下操作步骤:

(1)培养植物

选择空心莲子草，按其生长条件要求，盆栽培养至产生匍匐茎，人工干预使匍匐茎按周向扩张生长，至匍匐茎长度不短于20cm，备用；

(2)水中底网设置

在待修复区的污染水体下设置底网，用于隔挡死亡的空心莲子草落入水下，便于清理；底网设置于污染水体下50-100cm；

(3)移植植物

将步骤(1)培养的空心莲子草埋入待修复区的河岸污染土壤内，埋设于河岸污染土壤的位置距离污染水体的距离需满足移植的盆栽植物的先端分株和2-3茎节浸入水中；盆边缘高于污染土壤地面设置，且须满足修复区水涨时水难以浸入盆内；定期在盆内施加养分，保证空心莲子草正常生长，空心莲子草的匍匐茎不断向河岸污染土壤和污染水体方向匍匐生长；

步骤(3)移植植物，当待修复区污染土壤位置较狭长时，将步骤(1)培养的盆栽空心莲子草由污染水体向河岸污染土壤方向埋设呈一排，盆边缘高于污染土壤地面设置，且同样须满足修复区水涨时水难以浸入盆内。

具体埋设要求为：根据水涨水落情况，使盆栽空心莲子草的盆边缘距离污染土壤地面一定距离，该距离要满足水涨时，河岸污染水体难以浸入盆栽植物的盆内，具体操作为：在埋设的盆栽空心莲子草盆外周堆积土壤缓冲带，即环绕盆栽空心莲子草盆外周的斜土坡6，使植物从盆中延伸出来之后沿斜土坡生长；

(4)围栏网设置

在待修复区的边界设置围栏网，避免空心莲子草匍匐茎无限制扩张；围栏网采用分段间隔设置，方便从不同位置进入修复区进行植物收割处理；例如，可以相隔一定距离设置一个围栏，进行植物收割清理时，可交替进行清理；

(5)定期收获处理

根据季节及环境温度、植物生长状况，定期收割吸收污染物的空心莲子草匍匐茎，收割的同时，清理污染水体底网中残留的空心莲子草残体；

收割的植物匍匐茎另行处理；收割后，保证位于河岸污染土壤及污染水体内的匍匐茎长度均在10-20cm长度内，便于继续生长。

定期收割的周期可按以下情况处理，当温度高于21℃，由于生长快，可每1-2个月收割一次；在温度低于0°，每2-4个月收割一次。

实施例3

同实施例2的水陆交错带污染修复系统及修复方法，所不同的是，若待修复区范围较大，盆栽匍匐茎型水陆两栖植物在河岸污染土壤上可成排埋设，各排之间间隔距离为120-150cm。

上述实施方式同样适用于其他匍匐茎型水陆两栖植物如李氏禾和双穗雀稗，所不同的是，由于均未有空心莲子草的匍匐力度和长度，在培养过程中根据其生长长度，适时移植至污染环境中继续培养，以用于修复污染环境。

图4示出了上述修复系统中克隆性植物生长示意图。左侧框表示污染土壤，右侧框表示污染水体。克隆性植物在污染土壤、污染水体以及水岸交换区环境实现扩张生长并修复。当污染土壤区域较大时，可呈排设置克隆性植物。

试验研究：

现列出应用空心莲子草对构建的水陆交错带污染进行修复的实验研究。

实验一：空心莲子草对水陆交错带进入水体的面源污染截留作用

面源污染已被列为河流污染的主要来源之一。农田灌溉、降雨径流、畜牧业排放废水等为面源污染主要来源。缓冲带技术在面源污染控制中应用较为广泛，其投资省少，运行成本低，操作维护简单。在水陆交错带种植空心莲子草，密集的匍匐茎铺地形成网状，盖度大，茎节处生根，其截留效果可以减少部分进入水体的径流，使其通过潜层渗流的方式进入土地系统，降低进入水体的营养元素和污染物质，减少泥土流失量。

具体做法，做5-6平米的斜土坡，倾斜角度为10°，部分斜土坡上种植空心莲子草，使其密集成群，模拟不同降雨对径流量和泥土流失量的影响，斜土坡下设置水槽收集径流和泥土。结果如下表1。

通过上表1可知，地面覆盖匍匐茎形成的密集植物网可以有效截留部分进入水体的径流量(平均18％)，减少进入水体的泥土流失(平均96％)。

实验二：模拟水体富营养化修复效果，培养60天

将空心莲子草预培养7天，选择相近大小、长势优良的空心莲子草，移入不同浓度的模拟污水中进行水培实验。

设置对照、模拟轻度、中度和高度富营养化等处理。

模拟轻度富营养化总氮5mg/L，总磷0.25mg/L；模拟中度富营养化，总氮10mg/L，总磷0.5mg/L；模拟高度富营养化，氮20mg/L，总磷1mg/L。

每个处理8个重复。培育60天的时间，试验开始后每天记录温度与湿度，用蒸馏水补充由于植物吸收和蒸发损失的水量。总氮含量采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定，总磷采用过硫酸钾消解-钼锑抗分光光度法测定。

经测定，模拟轻度水体富营养化，修复结束的氮去除率79.23-89.70％，磷去除率76.37-79.82％；模拟中度水体富营养化，修复结束的氮去除率83.49-88.27％，磷去除率87.94-93.26％；模拟重度水体富营养化，修复结束的氮去除率85.63-94.31％，磷去除率86.73-91.37％。

现列出应用空心莲子草、李氏禾和双穗雀稗对构建的重金属污染进行修复的实验研究。

实验三：模拟重金属污染修复效果

1.将预培养的植物移入塑料桶中进行水培(pH约为8.5，COD含量267mg/L，氨氮含量25.61mg/L，铬含量4.25mg/L)。向水中加入重铬酸钾，使得铬浓度为5mg/L、10mg/L、20mg/L，培养一周时间。

5mg/L组：测得植物地上部分铬含量27.16mg/Kg，植物根铬含量252.27mg/Kg；

10mg/L组：测得植物地上部分铬含量89.26mg/Kg，植物根铬含量760.87mg/Kg；

20mg/L组：测得植物地上部分铬含量220.36mg/Kg，植物根铬含量1463.95mg/Kg；

2.采用温室盆栽模拟污染水生环境。水桶内填充细沙作为栽培基质，栽入空心莲子草幼苗。移栽生长两周后，加入重金属配置废水。不同重金属浓度为Cu 3mg/L，Zn 15mg/L，Cd 1.5mg/L，Pb4.5mg/L，Mn 1.5mg/L；试验期间用蒸馏水补充蒸发的水分。一周后取样分析重金属含量。测得植物体重金属含量为Cu 215.95mg/kg，Zn 2984.37mg/kg，Cd164.76mg/kg，Pb356.41mg/kg，Mn 194.59mg/kg。空心莲子草对多种重金属均有一定积累能力。

3.取电镀厂污泥，与无污染土壤按1:1重量比例混合后，作为空心莲子草、李氏禾、双穗雀稗的生长基质。基质中重金属平均含量为Cu 230.89mg/kg，Cr778.38mg/kg，Zn312.47mg/kg，Ni331.59mg/kg。

上述植物分别种植于上述基质中，试验持续三个月时间。然后测定：

单株空心莲子草体内重金属含量为Cu 112.85mg/kg，Cr 424.92mg/kg，Zn136.27mg/kg，Ni281.21mg/kg；

单株李氏禾体内重金属含量为Cu 438.198mg/kg，Cr 1052.71mg/kg，Zn172.71mg/kg，Ni359.73mg/kg；

单株双穗雀稗体内重金属含量为Cu 130.51mg/kg，Cr 810.27mg/kg，Zn32.54mg/kg，Ni458.36mg/kg。

上述结果说明，以上植物对重金属有一定耐性和较好的吸附、吸收效果。

实例四：克隆植物的克隆作用对生长和吸收重金属能力的影响

经空心莲子草的基端种植在无污染土壤中，先端种植在污染水体中。对匍匐茎实施切断/不切断处理。

污染条件下，连接有克隆整合作用，先端生物量比切断没有克隆整合作用生物量多40-70％。部分重金属可以由先端转移到连接的基端，提高基端的生存能力。相比直接污染环境中种植克隆性植物，这种方法能促使植物更好的抵御环境污染的胁迫作用，能更好的生长。

以下技术内容中未详细说明的均按说明书内容及本领域公知技术内容理解。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种水陆交错带污染修复系统，包括河岸污染土壤及污染水体，其特征是：在待修复区的河岸污染土壤内埋设盆栽克隆性植物，在待修复区的污染水体内设置底网，在待修复区边界设置围栏网。

2.根据权利要求1所述的一种水陆交错带污染修复系统，其特征是：所述盆栽克隆性植物的盆顶端高于河岸污染土壤表面埋设。

3.根据权利要求1所述的一种水陆交错带污染修复系统，其特征是：所述克隆性植物为水陆两栖克隆性植物。

4.根据权利要求3所述的一种水陆交错带污染修复系统，其特征是：所述水陆两栖克隆性植物为匍匐茎型水陆两栖植物，所述匍匐茎型水陆两栖植物为空心莲子草、李氏禾、双穗雀稗。

5.一种水陆交错带污染修复系统的修复方法，其特征是：包括如下操作步骤:

(1)培养植物

选择匍匐茎型水陆两栖植物，按其生长条件要求，盆栽培养至产生匍匐茎，人工干预使匍匐茎按周向扩张生长，至匍匐茎长度不短于20cm，备用；

(2)水中底网设置

在待修复区的污染水体下设置底网，用于隔挡死亡的匍匐茎型水陆两栖植物落入水下，便于清理；

(3)移植植物

将步骤(1)培养的盆栽匍匐茎型水陆两栖植物埋入待修复区的河岸污染土壤内，盆边缘高于污染土壤地面设置，且须满足修复区水涨时水不浸入盆内；定期在盆内施加养分，保证植物正常生长，植物的匍匐茎不断向河岸污染土壤和污染水体方向匍匐扩张生长；

(4)围栏网设置

在待修复区的边界设置围栏网，避免植物匍匐茎无限制扩张；

(5)定期收获处理

根据季节及环境温度、植物生长状况，定期收割吸收污染物的植物匍匐茎，收割的同时，清理污染水体底网中残留的植物残体。

6.根据权利要求5所述的一种水陆交错带污染修复系统的修复方法，其特征是：步骤(2)底网设置于污染水体下50-100cm；步骤(3)盆栽匍匐茎型水陆两栖植物埋设于河岸污染土壤的位置距离污染水体的距离需满足移植的盆栽植物的先端分株和2-3茎节浸入水中；步骤(4)围栏网采用分段间隔设置，方便从不同位置进入修复区进行植物收割处理；步骤(5)收割的植物匍匐茎另行处理；收割后，保证位于河岸污染土壤及污染水体内的匍匐茎长度均在10-20cm长度内，便于继续生长。

7.根据权利要求5或6所述的一种水陆交错带污染修复系统的修复方法，其特征是：步骤(3)移植植物时的具体埋设要求为：

根据水涨水落情况，使盆栽植物的盆边缘距离污染土壤地面一定距离，该距离要满足水涨时，河岸污染水体难以浸入盆栽植物的盆内，具体操作为：在埋设的盆栽植物盆外周堆积土壤缓冲带，即环绕盆栽植物盆外周的斜土坡，使植物从盆中延伸出来之后沿斜土坡生长。

8.根据权利要求5所述的一种水陆交错带污染修复系统的修复方法，其特征是：步骤(3)移植植物，是将步骤(1)培养的盆栽匍匐茎型水陆两栖植物由污染水体向河岸污染土壤方向间隔埋设呈一排；盆边缘高于污染土壤地面设置，且同样须满足修复区水涨时水难以浸入盆内。

9.根据权利要求5所述的一种水陆交错带污染修复系统的修复方法，其特征是：盆栽匍匐茎型水陆两栖植物在河岸污染土壤上成排埋设，各排之间间隔距离为120cm-150cm。