CN110451652B - 一种基于海马齿的咸水河道生态修复方法 - Google Patents

一种基于海马齿的咸水河道生态修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于水体环境污染防治领域，具体涉及一种基于海马齿的咸水河道生态修复方法，包括盆栽、移栽、驯化步骤。本发明利用海马齿对盐度梯度具有广谱适应性的特性，可以针对咸水或半咸水河道治理污染。现有技术基本都是针对淡水或者海水水体净化，咸水河道是一类比较特殊的河道，盐度范围特别大，从0.5‑30‰。目前尚未有专门针对咸水河道水体生态修复的方法。本发明将实现高纬度地区咸水河道的水体修复。本发明首先对海马齿进行驯化，让其适应高纬度地区的环境，然后再进行河道修复。海马齿主要分布在热带和亚热带，在高纬度地区，如北纬29度以上，尚未见自然分布。

Description

一种基于海马齿的咸水河道生态修复方法
技术领域
本发明属于水体环境污染防治领域，具体涉及一种基于海马齿的咸水河道生态修复方法。
背景技术
随着我国城市化、工业化进程的加快，生活污水、工业废水大量排放，使我国流域内的水体受到了不同程度的污染，水体污染的形势日益严峻。从20世纪60年代开始，有关专家学者就对水体污染防治技术进行了实践研究，这些技术发展到现在已臻成熟。与传统的处理技术相比，水生植物修复技术以其投资少、能耗低以及在处理过程中几乎不使用化学药品从而杜绝有害副产品的产生、逐渐恢复水体自净能力等特点，越来越受到世人的青睐。中国专利申请“一种基于水生植物收割的水生态环境保护的方法”(申请号：201110376425.9)提供了一种利用人工或水草收割设备于生长期收割水生植物去除湖泊中营养盐，保持湖泊景观、水质稳定的生态维护方法。该方法局限在适用于淡水水体的生态修复，并不适用于沿海地区的咸水河道。目前，现有技术基本都是针对淡水或者海水水体净化，咸水河道是一类比较特殊的河道，盐度范围特别大，从0.5-30‰。目前尚未出现专门针对咸水河道水体、利用水生植物的生态修复的方法的报导。
海马齿，又名滨水菜，拉丁学名Sesuvium portulacastrum(L.)L，番杏科，海马齿属，是一种生长在海边沙地及河流入海口两岸滩涂地带的多年生肉质草本植物，对盐度梯度具有广谱适应性。
因此，在目前的科研和实践中，需要研发出一种利用海马齿的生长特性，针对于咸水或半咸水河道生态修复方法，使河道中污染物的水平降低，恢复河道的生态平衡和水体自净化。
发明内容
本发明提供一种基于海马齿的咸水河道生态修复方法，该方法包括盆栽、驯化、移植步骤，可以降低咸水河道中污染物的含量。
本发明的目的是通过以下技术方法实现的：
一种基于海马齿的咸水河道生态修复方法，包括以下步骤：盆栽步骤：将海马齿扦插入具有栽培基质的花盆中进行栽培；驯化步骤：将栽培后的海马齿进行低温驯化处理，得到驯化后的海马齿；移栽步骤：将所述驯化后的海马齿移栽至浮床，再将所述浮床固定于河道中。
在优选的实施方式中，所述盆栽步骤中，用于所述扦插的海马齿的枝条的长度为15-25cm。
在优选的实施方式中，所述盆栽步骤中，所述花盆的上口径为15-20cm，下口径为5-30cm，高度为20-30cm；优选地，所述花盆的底部设有网格层，更优选地，其网眼的目数为10-15目。
在优选的实施方式中，所述盆栽步骤中，所述栽培基质包括贝壳粉末，沙和粘土；其中，所述贝壳粉末占所述栽培基质的质量百分比为40-70％；优选地，所述贝壳粉末的粒径为50-100目；更优选地，所述沙和粘土的质量比为(20-40)：(10-30)。
在优选的实施方式中，所述驯化步骤中，所述低温驯化处理包括：在第一环境温度为5-15℃时，以4～8小时，优选6小时为间隔，将所述海马齿于第一环境温度5-15℃和第二环境温度10-25℃交替放置；优选地，所述第一环境温度低于第二环境温度3℃以上；优选地，所述驯化处理的总时间为2-3个月。
在优选的实施方式中，所述移栽步骤中，所述浮床的材质为聚苯乙烯或聚乙烯。
在优选的实施方式中，在所述盆栽步骤中，将海马齿插入花盆进行栽培的时间为春季。
在优选的实施方式中，所述浮床固定于河道的两端或中间；优选地，在河道中，每50-60立方米的待净化水体中设置80-100株所述海马齿。
在优选的实施方式中，所述河道位于北半球的北纬29°以南，或南半球的南纬29°以北，且年平均温度为10-20℃的地区；所述河道为与大海连通的河道；优选地，所述河道的旱季盐度为10-30‰，更优选为10-20‰，雨季盐度为0.5-20‰，更优选为5-15％。
在优选的实施方式中，从所述栽培步骤开始到所述驯化步骤结束的整个周期为1～2年；优选地，所述低温驯化处理进行两次，驯化时间分别是栽培当年的冬季和第二年的冬季。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明利用海马齿对盐度梯度具有广谱适应性的特性，可以针对咸水或半咸水河道治理污染。现有技术基本都是针对淡水或者海水水体净化，咸水河道是一类比较特殊的河道，盐度范围特别大，从0.5-30‰。目前尚未有专门针对咸水河道水体生态修复的方法。
2、本发明将实现高纬度地区咸水河道的水体修复。本发明首先对海马齿进行驯化，让其适应高纬度地区的环境，然后再进行河道修复。海马齿主要分布在热带和亚热带，在高纬度地区，如北纬29度以上，尚未见自然分布。
3、本发明将海马齿引入到咸水河道水体修复中。首先利用扦插技术将海马齿栽培在特定的花盆中；其次，对海马齿进行低温驯化，让其适应高纬度地区的生长环境；最后，将培养一定时间的海马齿迁移到人工浮床，并置于咸水河道中，进行水体修复，并取得了良好的修复效果。而且本发明的栽培和驯化方法使海马齿在高纬度地区的成活率达到90％以上，可以很好地用于北纬29度以上南纬29度以下咸水河道的水体修复。
4、本发明的各个步骤中的各参数协同作用，共同进一步提高了海马齿对咸水或半咸水河道的治理效果。
具体实施方式
本发明提供一种基于海马齿的咸水河道生态修复方法，其旱季盐度为10-30‰，更优选为10-20‰，雨季盐度为0.5-20‰，更优选为5-15％；该方法包括以下步骤：
步骤一、盆栽：将海马齿的枝条剪成15-25cm的长度，利用扦插技术移栽到含有栽培基质的花盆中。
上述花盆的上口径为15-20cm，下口径为5-30cm，高度为20-30cm；该花盆优选树脂原料(如：聚丙烯树脂)的塑料花盆或陶瓷花盆。
上述花盆的底部放置有网格层，该网格层的网眼的目数为10-15目(即1平方英寸面积上有10-15个网眼)，该网格层可选用尼龙、金属、玻璃纤维等材质，其中优选尼龙材质以防长时间浸泡在海水中被腐蚀。该网格层遮蔽了第一容器的底部，尤其是遮蔽了底部的大孔，使底部无大孔可渗水且能透水，使植物发育初期，其根部不会穿出容器底部，并可以盘节在容器中，可完整保留海马齿的根须。
该盆栽的栽培基质(即土壤)采用贝壳生态土，包括：贝壳粉末，沙，和粘土；其中，贝壳粉末占栽培基质的质量百分比为40-70％；贝壳粉末的粒径优选为50-100目。优选地，所述沙和粘土的质量比为(20-40)：(10-30)。制备方法为：先将贝壳(优选贻贝壳)粉碎至50-100目，混合沙和粘土，制备成具有保温、保水功能的生态营养土。贝壳粉末具有多孔结构，具有保水保温效果，但用量过大或过小都不适合植物生长；此外，粒径过大，会导致比表面积变小，无法起到保温保水效果；粒径过小，无法有效吸收营养成分，不利于植物生长。本发明中使用的沙可以是河沙，也可以是海沙；优选本发明的沙为海沙，以下实施例中使用的沙为海沙。
上述栽培过程中，栽培基质的含水率为12-15％，光照时间为每天8-12h。
步骤二、驯化：将栽培好的海马齿进行低温驯化处理，得到驯化后的海马齿。
上述低温驯化处理包括：在第一环境温度为5-15℃时(一般为冬季)，以4～8小时，优选6小时为间隔，将上述海马齿于第一环境温度5-15℃(一般在户外)和第二环境温度10-25℃(一般在温室大棚中)交替放置，第二环境温度比第一环境温度高3℃以上；上述驯化处理的总时间为2-3个月。这样通过交替驯化，可以让海马齿逐步适应低温环境，避免一直处于低温环境中。
本发明方法适用于在北半球的北纬29°以南，或南半球的南纬29°以北，且年平均温度为10-20℃的地区。该方法起始时间(即将海马齿扦插入花盆的时间)为每年春季，日平均气温为15-20℃，优选为3月份；驯化时间为冬季，育苗的整个周期(包括盆栽和驯化两个步骤)为1～2年，优选为2年。栽培当年冬天驯化一次，第二年冬天再驯化一次，成活的株苗可以移栽至咸水河道中。通常经过两次驯化的海马齿相对于驯化前，成活率可以达到90％以上。
海马齿分布在热带和亚热带地区，长时间低温会影响其生长乃至死亡。对于高纬度地区引种海马齿，低温是亟待解决的最主要问题。
步骤三、移栽：将上述驯化后的海马齿移栽至人工浮床，再将该人工浮床固定于河道的两端或中间。海马齿的根部穿过浮床的孔洞，完全浸没到水中。
上述浮床的材质为聚苯乙烯或聚乙烯，一般采用市场上现有的商品，其形状可根据实际河道需求，可设计为长方体、圆柱体等形状，其大小可自行调节。将海马齿人工浮床固定在河道的两端或中间。
为了达到理想的水体净化效果，在河道中，每50-60立方米的待净化水体中设置80-100株所述海马齿。
经本发明的海马齿生态修复的咸水河道，该河道的盐度在旱季为10-20‰，雨季为5-15‰。目前已经应用的河道有舟山沈家门里西河咸水河道、舟山鲁家峙四号河道、舟山沈家门芦西河河道，这三条河盐度范围基本相同。以下实施例中这些河道在采用本发明方法处理前水体中悬浮物、总有机碳、总磷和总氮均严重超出Ⅴ类水最高限值。移栽两年后，按照GB11901-89的检测方法悬浮物降低了15-25％，按照GB11914-89的检测方法化学需氧量(COD)降低了15-30％，按照GB11893-89的检测方法总氮(TN)降低了10-20％，按照GB11894-89的检测方法总磷(TP)降低了15-25％，恢复了咸水河道的生态平衡，实现了水体的自净化效果，均可让水质恢复到V类水。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于本发明而不用于限制本发明的范围。对外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
本实施例的咸水河道为舟山沈家门里西河咸水河道，其旱季和雨季的盐度分别为10-15‰和5-10‰。本实施例的修复方法包括以下步骤：
(1)盆栽：将海马齿的枝条剪成15cm的长度，利用扦插技术移栽到花盆中。
选择陶瓷原料的花盆，其上口径15cm，下口径23cm，高度20cm，花盆底部放入合适大小网布，网孔的目数为15目。
花盆中土壤的原料按照质量份包括：粒径为80目的贻贝壳粉末50，沙30，粘土20。
(2)低温人工驯化：在盆栽当年和第二年的冬季时节，均对海马齿进行高低温交替驯化，以6小时为间隔，海马齿在户外5-15℃与温室大棚中10-25℃，温室比户外高5-10℃，进行交替放置，驯化总时间为2-3个月。相对于扦插的株数，驯化后成活率为93％。
(3)移栽：将驯化后的海马齿移栽至人工浮床(连花盆一起移至人工浮床，并保证花盆底部浸入水体中)，再将该人工浮床固定于河道的两端或中间。该人工浮床的材质为聚苯乙烯，形状为长方体，长2m，宽1.5m高0.3m。
经小区域实验(水域面积42-50平方米，水深1.2米)和修复后直接取水测试，经80-100株海马齿生态修复的咸水河道的水质，净水水体的量为50-60立方米，两年后悬浮物降低了20％，COD降低了25％，TN降低了15％，TP降低了18％，恢复了咸水河道的生态平衡，实现了水体的自净化效果。自移栽到人工浮床至两年后水体检测时，海马齿的死亡率为20％，说明本发明驯化方法大大增强了海马齿的环境适应能力。
实施例2
本实施例的咸水河道为舟山鲁家峙四号河道，其旱季和雨季的盐度分别为10-20‰和5-15‰。本实施例的修复方法包括以下步骤：
(1)盆栽：将海马齿的枝条剪成20cm的长度，利用扦插技术移栽到花盆中。
选择聚丙烯树脂原料的花盆，其上口径20cm，下口径25cm，高度25cm，花盆底部放入合适大小网布，网孔的目数为10目。
花盆中土壤的原料按照质量份包括：粒径为100目的贻贝壳粉末60，沙40，粘土10。
(2)低温人工驯化：在盆栽当年和第二年的冬季时节，均对海马齿进行高低温交替驯化，对海马齿进行高低温交替驯化，以5小时为间隔，海马齿在户外5-15℃与温室大棚中10-25℃，大棚比户外温度高5-10℃，进行交替放置，驯化总时间为2-3个月。
(3)移栽：将驯化后的海马齿移栽至人工浮床(连花盆一起移至人工浮床，并保证花盆底部浸入水体中)，再将该人工浮床固定于河道的两端或中间。该人工浮床的材质为聚乙烯，形状为长方体，其长2m，宽1.5m，高0.3m。。
经检测，采用经80-100株海马齿生态修复的咸水河道，净水水体的量为50-60立方米，两年后悬浮物降低了15％，COD降低了18％，TN降低了15％，TP降低了20％，恢复了咸水河道的生态平衡，实现了水体的自净化效果。
实施例3
本实施例的咸水河道为舟山沈家门芦西河河道，其旱季和雨季的盐度分别为10-15‰和5-10‰。本实施例的修复方法包括以下步骤：
(1)盆栽：将海马齿的枝条剪成15cm的长度，利用扦插技术移栽到花盆中。
选择聚丙烯树脂原料的花盆，其上口径20cm，下口径30cm，高度30cm，花盆底部放入合适大小网布，网孔的目数为13目。
花盆中土壤的原料按照质量百分比包括：粒径为70目的贻贝壳粉末40％，沙30％，粘土30％。
(2)低温人工驯化：在盆栽当年和第二年的冬季时节，均对海马齿进行高低温交替驯化，对海马齿进行高低温交替驯化，以7小时为间隔，海马齿在户外5-15℃与温室大棚中10-25℃，大棚比户外温度高5-10℃，进行交替放置，驯化总时间为2-3个月。
(3)移栽：将驯化后的海马齿移栽至人工浮床(连花盆一起移至人工浮床，并保证花盆底部浸入水体中)，再将该人工浮床固定于河道的两端或中间。该人工浮床的材质为聚苯乙烯，形状为长方体，长2m，宽1.5m，高0.3m。
经检测，采用经80-100株海马齿生态修复的咸水河道，净水水体的量为50-60立方米，两年后悬浮物降低了25％，COD降低了16％，TN降低了15％，TP降低了20％，恢复了咸水河道的生态平衡，实现了水体的自净化效果。
实施例4
本实施例的咸水河道为舟山沈家门里西河河道，其旱季和雨季的盐度分别为10-15‰和5-10‰。本实施例的修复方法包括以下步骤：
(1)盆栽：将海马齿的枝条剪成25cm的长度，利用扦插技术移栽到陶瓷花盆中。
选择陶瓷原料的花盆，其上口径18cm，下口径20cm，高度25cm，花盆底部放入合适大小网布，网孔的目数为12目。
花盆中土壤的原料按照质量百分比包括：粒径为60目的贻贝壳粉末70％，沙20％，粘土10％。
(2)低温人工驯化：在盆栽当年和第二年的冬季时节，均对海马齿进行高低温交替驯化，对海马齿进行高低温交替驯化，以5小时为间隔，海马齿在户外5-15℃与温室大棚中10-25℃，大棚比户外温度高5-10℃，进行交替放置，驯化总时间为2-3个月。
(3)移栽：将驯化后的海马齿移栽至人工浮床(连花盆一起移至人工浮床，并保证花盆底部浸入水体中)，再将该人工浮床固定于河道的两端或中间。该人工浮床的材质为聚乙烯，形状为长方体，长2m，宽1.5m，高0.3m。
经检测，采用经80-100株海马齿生态修复的咸水河道，净水水体的量为50-60立方米，两年后悬浮物降低了18％，COD降低了20％，TN降低了17％，TP降低了22％，恢复了咸水河道的生态平衡，实现了水体的自净化效果。
实施例5-9
发明人自未净化前的舟山沈家门里西河咸水河道取5份水，每份水5立方米(实施例5-9)，每份水体中放置10盆驯化后的海马齿，每份水体中使用的海马齿的栽培基质如下：
实施例5栽培基质中各种原料质量份为：粒径为80目的贻贝壳粉末20，沙40，粘土40。其海马齿的栽培和驯化方法同实施例1。
实施例6栽培基质中各种原料质量份为：粒径为80目的贻贝壳粉末90，沙5，粘土5。其海马齿的栽培和驯化方法同实施例1。
实施例7栽培基质中各种原料质量份为：粒径为10-20目的贻贝壳粉末50，沙30，粘土20。其海马齿的栽培和驯化方法同实施例1。
实施例8栽培基质中各种原料质量份为：粒径为150-200目的贻贝壳粉末50，沙30，粘土20。其海马齿的栽培和驯化方法同实施例1。
实施例9栽培基质中各种原料质量份为：粒径为80目的贻贝壳粉末50，沙30，粘土20。其海马齿的栽培和驯化方法同实施例1。
各实施例水体经处理半年后，测定结果如下：
实施例5的水质中悬浮物降低了7％，COD降低了10％，TN降低了8％，TP降低了8％；
实施例6的水质中悬浮物降低了9％，COD降低了10％，TN降低了5％，TP降低了7％；
实施例7的水质中悬浮物降低了10％，COD降低了10％，TN降低了6％，TP降低了7％；
实施例8的水质中悬浮物降低了10％，COD降低了11％，TN降低了7％，TP降低了8％。
实施例9的水质中悬浮物降低了10％，COD降低了13％，TN降低了8％，TP降低了10％。

Claims (15)

1.一种基于海马齿的咸水河道生态修复方法，其特征在于：所述修复方法包括以下步骤：
盆栽步骤：将海马齿扦插入具有栽培基质的花盆中进行栽培；
驯化步骤：将栽培后的海马齿进行低温驯化处理，得到驯化后的海马齿；
移栽步骤：将所述驯化后的海马齿移栽至浮床，再将所述浮床固定于河道中;
所述盆栽步骤中，所述栽培基质包括贝壳粉末，沙和粘土；其中，所述贝壳粉末占所述栽培基质的质量百分比为40-70%；所述贝壳粉末的粒径为50-100目；所述沙和粘土的质量比为（20-40）：（10-30）；
所述驯化步骤中，所述低温驯化处理包括：在第一环境温度为5-15℃时，以4～8小时，将所述海马齿于第一环境温度5-15℃和第二环境温度10-25℃交替放置；所述第一环境温度低于第二环境温度3℃以上；所述驯化处理的总时间为2-3个月；
所述河道位于北半球的北纬29°以南，或南半球的南纬29°以北，且年平均温度为10-20℃的地区。
2.根据权利要求1所述修复方法，其特征在于：以6小时为间隔，将所述海马齿于第一环境温度5-15℃和第二环境温度10-25℃交替放置。
3.根据权利要求1所述修复方法，其特征在于：所述盆栽步骤中，用于所述扦插的海马齿的枝条的长度为15-25cm。
4.根据权利要求1所述修复方法，其特征在于：所述盆栽步骤中，所述花盆的上口径为15-20cm，下口径为5-30cm，高度为20-30cm。
5.根据权利要求4所述修复方法，其特征在于：所述花盆的底部设有网格层。
6.根据权利要求5所述修复方法，其特征在于：所述网格层网眼的目数为10-15目。
7.根据权利要求1所述修复方法，其特征在于：所述移栽步骤中，所述浮床的材质为聚苯乙烯或聚乙烯。
8.根据权利要求1所述修复方法，其特征在于：在所述盆栽步骤中，将海马齿插入花盆进行栽培的时间为春季。
9.根据权利要求1所述修复方法，其特征在于：所述浮床固定于河道的两端或中间。
10.根据权利要求9所述修复方法，其特征在于：在河道中，每50-60立方米的待净化水体中设置80-100株所述海马齿。
11.根据权利要求1所述修复方法，其特征在于：所述河道为与大海连通的河道。
12.根据权利要求11所述修复方法，其特征在于，所述河道的旱季盐度为10-30‰，雨季盐度为0.5-20‰。
13.根据权利要求12所述修复方法，其特征在于，所述河道的旱季盐度为10-20‰，雨季盐度为5-15‰。
14.根据权利要求1所述修复方法，其特征在于：从所述栽培步骤开始到所述驯化步骤结束的整个周期为1～2年。
15.根据权利要求14所述修复方法，其特征在于：所述低温驯化处理进行两次，驯化时间分别是栽培当年的冬季和第二年的冬季。
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