CN109607795A - 一种湖泊消落带近自然反渗透生物墙的构建方法 - Google Patents

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Abstract

一种湖泊消落带近自然反渗透生物墙的构建方法，以植物群落的分布状态为构建基础，根据淹水时间的长短，包括以下四个部分：A区：乔灌草带，即乔木层+灌木层+草本植物；B区：灌草丛带，即灌木层+草本植物；C区：挺水植物+浮水植物区；D区：沉水植物+生物墙区。采用本发明，使水体中的挺水、浮水和沉水植物在生态功能和视觉效果上呈现明显的梯度变化；在驳岸带形成乔、灌、草相结合的植物群落。生物墙结构中的人工浮岛可随水位的涨落移动，保持消落带生态系统结构的稳定性，同时，密集的植物根系形成一层天然的生物过滤膜，净化入湖水质，缓冲水体对驳岸的冲刷。浮岛所采用的植物是对水体中的氮、磷、重金属等污染物有很好的去除率。

Description

一种湖泊消落带近自然反渗透生物墙的构建方法
技术领域
本发明涉及一种湖泊消落带近自然群落的构建方法，即构建多层次反渗透生物墙，防控污染物进入湖泊，属于生态环境治理技术领域。
背景技术
湖泊消落带存在于水体边缘和陆地交界处，具有明显的边缘效应，对水陆生态系统的物流、能流、生物流发挥着廊道、过滤器和天然屏障等功能。但是，由于人类对水资源的过度利用和不合理开发，导致其生境恶化，植被破坏，生物多样性下降，生态系统受损，生态与景观功能退化。由于该区域土壤结构不稳定，多数植物难以适应水位的大幅涨落，其生态系统修复或恢复一直是研究的重点和难点。而现有的修复大多采用单一植物种类，或少数几种耐水湿的草本植物，植物生态组分的优化配置不足。
现有的驳岸区植物群落配置方法中，如中国发明专利“自然驳岸低矮灌木群落的构建方法”（CN 102919041），“自然驳岸高丛灌木群落的构建方法”（CN 102934578），“自然驳岸乔木型植物群落的构建方法”（CN 102919043）等，大都局限于水岸，且群落结构较简单，未形成一个遵循湿地植物演替规律、结构稳定、系统的植物群落构建模式。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有湖滨区驳岸群落构建中结构与功能简单的问题，提供一种植物种类多样、生态功能与景观功能兼顾的湖泊消落带近自然反渗透生物墙的构建方法，利用水生和陆生植物种群的互相补充，构建近自然的复合植物群落模式，形成一个稳定性和可持续性较好的群落。
本发明之湖泊消落带近自然反渗透生物墙的构建方法，包括退化湿地水生植物群落构建、近自然驳岸植物群落构建，群落和结构遵循湿地自然演替规律，根据水位变化依次为沉水植物带、挺水与浮水植物、灌草丛带、乔灌草带；群落构建植物搭配，速生与慢生结合，落叶与常绿结合，乔灌草互相结合，遵循湖泊自然植物群落，保护生态群落的特性，恢复和保持植物景观的自然性和乡土性。
以植物群落的分布状态为构建基础，根据淹水时间的长短，包括以下四个部分：
A区：乔灌草带（极少淹水区），即乔木层+灌木层+草本植物；
B区：灌草丛带（淹水时间较短，土地湿润），即灌木层+草本植物；
C区：挺水植物+浮水植物区；
D区：沉水植物+生物墙区（水位涨落区）。
其中从A区到B区、C区、D区淹水时间越来越长，A区淹水时间最短，D区淹水时间最长。
所述沉水植物为穗状狐尾藻（Myriophyllum spicatum）、金鱼藻（Ceratophyllum demersum .）、苦草（Vallisneria natans ）、伊乐藻( Elodea Canadensis )、竹叶眼子菜（Potamogeton malaianus .）中的至少一种。
所述沉水植物的种植密度优选为15-35株/m2。
所述浮水植物优选为荷花（Nelumbo SP.）、荇菜(Nymphoides peltatum)、槐叶萍(Salvinia natans)、菱角(Trapa bispinosa Roxb.）、睡莲（Nymphaea sp. L.）中的至少一种。
所述荷花、睡莲的种植密度优选为8-20株/m2。
所述荇菜、菱角的种植密度优选为20-30株/m2。
所述槐叶萍的种植密度优选为30-40株/m2。
所述挺水植物优选为花叶芦竹（Arundo donax Var.Versicolor）、芦苇(Phragmites communis Trin.)、菰(Zizania latifolia)、荻(Triarrhena sacchariflora)、慈菇(Sagittaria trifolia var.sinensis)、香蒲(Typha orientalis)、灯心草 (Juncus effusus .)等中的至少一种。
所述花叶芦竹、芦苇、荻的种植密度优选为5-10株/m2。
所述菰、香蒲的种植密度优选为10-20株/m2。
所述慈菇、灯心草的种植密度优选为20-30株/m2。
所述挺水植物、浮水植物、沉水植物采用竹容器或营养袋沉袋栽植。
A区乔灌草带，即乔木层+灌木层+草本植物；B区与D区浮岛为灌草混种模式，即灌木层+草本植物。
复合植物群落模式与植物优选组成如表1所示。
表1
对表1的说明如下：A区为乔木层+灌木层+草本植物复合群落，其中，乔木层选择水杉（Metasequoia glyptostroboides）、池杉 （Taxodium ascendens）和垂柳（Salixbabylonica）中的至少一种；灌木层选择杜鹃(Rhododendron simsii)、月季(Rosachinese)、红花继木(Loropetalum chinense var.rubrum)和红叶石楠(Photiniaserrulata)) 中的至少一种；草本植物选择紫花苜蓿(Medicago sativa)、野大豆(Glycinesoja)和蓝花鸢尾(Iris tectorum) 中的至少一种。表格中的其他配置模式方法相同。草本植物为对农田残留有机与无机污染物具较好的净化作用，也具有较好的观赏价值。所述灌草结构为不同种类灌木株间种，间距为0.5-0.6m，草本植物种子直播株距一般为0.2-0.5m。A区乔木层、灌木层，进行间种，构建复合群落提高土壤持水性能，减少地表径流量。
景观挺水与浮水植物的多物种混种模式，小苗移栽株距一般为0.2-0.5m。
采用本发明，使水体中的挺水、浮水和沉水植物在生态功能和视觉效果上呈现明显的梯度变化；在驳岸带形成乔、灌、草相结合的植物群落。生物墙结构中的人工浮岛可随水位的涨落移动，保持消落带生态系统结构的稳定性，同时，密集的植物根系形成一层天然的生物过滤膜，净化入湖水质，缓冲水体对驳岸的冲刷。浮岛所采用的植物是对水体中的氮、磷、重金属等污染物有很好的去除率。
本发明通过对西洞庭湖区自然驳岸进行植被调查，以植物群落的分布状态为基础构建的，同样适用于其他湖泊消落带。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）基于提高生物多样性与景观可持续性原理，选择具有景观、生态价值的树种，将湿地植物的演替规律与景观生态学引入破损的河岸、湖岸消落带植物群落和生态系统中，强调植物群落的近自然特征及生态效益和景观效益；
2）恢复湖泊生态系统，为动植物提供了生长、栖息的场所，水体中根系的过滤作用，可增强湿地对地表水的净化能力；
3）上述植物抗逆性较强、生长迅速、生物量大、根系发达以及对氮、磷及有机污染的吸收、富集、固化、降解能力强等特性，达到阻拦有机污染物和重金属向其周边非污染区域扩散的目的；
4）乔灌草植物群落模式构建方法近自然，配置组合后的植物能与周边自然湿地本底植物及其土壤环境有机衔接，且可维持生态系统的长效稳定；
5）上述植物种为乡土植物，植成活率高，自我更新力强，群落结构稳定，能有效防止外来生物入侵。同时，整个生长过程不需要进行特殊管理，投资小、能耗少、管理简便、生态效果好。
附图说明
图1为本发明实施例之湖泊消落带近自然反渗透生物墙的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细的实施方式和具体的操作过程。该实施例在本发明为前提下实施，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本试验地点设在津市市李家铺镇，唐家咀村。该地区属中亚热带向北亚热带过渡的季风潮湿气候带。四季分明，干湿明显，雨量丰沛，日照充足。多年平均降水量为1164.3mm；多年平均日照时数1770.6 h；水面平均蒸发量1320.3 mm，陆地平均蒸发量726.8mm；多年平均气温16.6℃，极端最高气温40.5℃（1972 年8 月27 日），极端最低气温-13.5℃（1977 年1 月30 日）；平均无霜期272d；平均雾日17d。
试验区内之前植物群落不典型，各类群落的面积大小不一。地被结构单一，土壤缺乏有机质，土壤结构不良，不具水稳性，虽然持水性较强，但无效水多，持水能较低，土壤抗侵蚀能力较弱，通过本发明方法建立良好的植被结构，改善土壤性状和功能，土壤保蓄性和缓冲性得到改善，能够很好地发挥湖泊屏障作用。
实施例1
本实施例之湖泊消落带近自然反渗透生物墙的构建方法，以植物群落的分布状态为构建基础，根据淹水时间的长短，包括以下四个部分：
A区：乔灌草带（极少淹水区），即乔木层+灌木层+草本植物；
B区：灌草丛带（淹水时间较短，土地湿润），即灌木层+草本植物；
C区：挺水植物+浮水植物区；
D区：沉水植物+生物墙区（水位涨落区）。
其中A区淹水时间最短，D区淹水时间最长。
退化湿地水生植物群落构建：
本实施例选择的沉水植物及其种植密度分别为金鱼藻（Ceratophyllum demersum .）25株/m2、苦草（Vallisneria natans (Lour.) Hara）25株/m2、穗状狐尾藻（Myriophyllum spicatum）35株/m2、竹叶眼子菜（Potamogeton Malaianus Miq.）15株/m2。采用营养袋沉袋栽植。
本实施例所选择的浮水植物及其种植密度分别为荷花（Nelumbo sp.）10株/m2、荇菜(Nymphoides peltatum) 20株/m2、槐叶萍(Salvinia natans) 40株/m2、菱角（Trapabispinosa Roxb.）25株/m2、睡莲（Nymphaea L.）8株/m2，采用竹容器或营养袋栽植。
选择的挺水植物及其种植密度分别为芦苇(Phragmites australis) 10株/m2、菰(Zizania latifolia) 10株/m2、荻(Triarrhena sacchariflora) 10株/m2、慈菇(Sagittaria trifolia var.sinensis) 20株/m2、香蒲(Typha orientalis Presl) 20株/m2、灯心草(Juncus effusus L.) 30株/m2，采用竹容器或营养袋栽植。
5) 水中人工浮岛（浮床）和沉水植物构成的生物墙。浮岛植物采用盆栽，其种类与B区灌木与草本植物种类相同，种植密度相同。墙底（浮岛下）种植沉水植物为金鱼藻（Ceratophyllum demersum .）25株/m2、苦草（Vallisneria natans 25株/m2、穗状狐尾藻（Myriophyllum spicatum）35株/m2、竹叶眼子菜（Potamogeton Malaianus Miq.）15株/m2。采用营养袋沉袋栽植。
自然原型驳岸植物群落构建
1）试验区总面积为35000m2，依水位划分为A、B带区，每个带区划分25m*70m的方块，采用随机区组设计，A带区设计4种不同种类乔木层+灌木层+草本植物配置模式，B区设计4种不同种类灌木层+草本植物配置模式。每种配置模式设计3个重复，同时设3个对照区，共计15试验小区。试验区的土壤耕作成数条沟槽与大垄间隔的条状小区，大垄相互平行，间距L=1.0m。2014年12月至2015年3月，根据不同的配置组合将植物等面积比例种植在不同试验区域，乔、灌木种植方法为实生苗和扦插苗移栽，草本植物为直接播种。每种配置模式设计株间混种方式，乔木树种种株行距2×2m，灌木株行距株距1×0.5m，草本株行距0.2×0.5m，试验研究期间进行常规田间管理。
2）乔木林模式主要栽种水杉(Metasequoia glyptostroboides)、池杉（Taxodium ascendens）、垂柳（Salix babylonica）。
3）灌木层主要栽种杜鹃（Rhododendron simsii）、月季（Rosa chinese）、红花继木（Loropetalum chinense var.rubrum）、红叶石楠（Photinia serrulata）。
4）草本植物选择紫花苜蓿(Medicago sativa)、野大豆(Glycine soja)和蓝花鸢尾(Iris tectorum)。
5）所述植物不同配置根系分布由浅入深，对土壤修复程度较深；不同植物配置具景观季相变化丰富，景观效果好。
采用本实施例，使水体中的挺水、浮水和沉水植物在生态功能和视觉效果上呈现明显的梯度变化；在驳岸带形成乔、灌、草相结合的植物群落。生物墙结构中的人工浮岛可随水位的涨落移动，保持消落带生态系统结构的稳定性，同时，密集的植物根系形成一层天然的生物过滤膜，净化入湖水质，缓冲水体对驳岸的冲刷。
一年后，本实施例施行的地方有如下改进：本实施例恢复湖泊生态系统，为动植物提供了生长、栖息的场所，水体中根系的过滤作用，可增强湿地对地表水的净化能力；
上述植物抗逆性较强、生长迅速、生物量大、根系发达以及对氮、磷及有机污染的吸收、富集、固化、降解能力强等特性，达到阻拦有机污染物和重金属向其周边非污染区域扩散的目的；
乔灌草植物群落模式构建方法近自然，配置组合后的植物能与周边自然湿地本底植物及其土壤环境有机衔接，且可维持生态系统的长效稳定；
上述植物种为乡土植物，植成活率高，自我更新力强，群落结构稳定，能有效防止外来生物入侵。同时，整个生长过程不需要进行特殊管理，投资小、能耗少、管理简便、生态效果好。

Claims (9)

1.一种湖泊消落带近自然反渗透生物墙的构建方法，其特征在于，以植物群落的分布状态为构建基础，根据淹水时间的长短，包括以下四个部分：
A区：乔灌草带，即乔木层+灌木层+草本植物；
B区：灌草丛带，即灌木层+草本植物；
C区：挺水植物+浮水植物区；
D区：沉水植物+生物墙区；
其中从A区到B区、C区、D区淹水时间越来越长，A区淹水时间最短，D区淹水时间最长。
2.根据权利要求1所述的湖泊消落带近自然反渗透生物墙的构建方法，其特征在于，所述沉水植物为穗状狐尾藻、金鱼藻、苦草、伊乐藻、竹叶眼子菜中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的湖泊消落带近自然反渗透生物墙的构建方法，其特征在于，所述沉水植物的种植密度为15-35株/m2。
4.根据权利要求1或2所述的湖泊消落带近自然反渗透生物墙的构建方法，其特征在于，所述浮水植物优选为荷花、荇菜、槐叶萍、菱角、睡莲中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的湖泊消落带近自然反渗透生物墙的构建方法，其特征在于，所述荷花、睡莲的种植密度为8-20株/m2；所述荇菜、菱角的种植密度为20-30株/m2；所述槐叶萍的种植密度为30-40株/m2。
6.根据权利要求1或2所述的湖泊消落带近自然反渗透生物墙的构建方法，其特征在于，所述挺水植物为花叶芦竹、芦苇、菰、荻、慈菇、香蒲、灯心草中的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的湖泊消落带近自然反渗透生物墙的构建方法，其特征在于，所述花叶芦竹、芦苇、荻的种植密度为5-10株/m2；所述菰、香蒲的种植密度为10-20株/m2；所述慈菇、灯心草的种植密度为20-30株/m2。
8.根据权利要求1或2所述的湖泊消落带近自然反渗透生物墙的构建方法，其特征在于，A区为乔木层+灌木层+草本植物复合群落，其中，乔木层选择水杉、池杉和垂柳中的至少一种；灌木层选择杜鹃、月季、红花继木和红叶石楠中的至少一种；草本植物选择紫花苜蓿、野大豆和蓝花鸢尾中的至少一种。
9.根据权利要求1或2所述的湖泊消落带近自然反渗透生物墙的构建方法，其特征在于，B区：灌木层+草本植物，灌木层选择杜鹃、月季、红花继木、红叶石楠中的至少一种；草本植物选择紫花苜蓿、野大豆、蓝花鸢尾中的至少一种。
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