一种利用消落带时空特异性改善水库水质的方法

摘要

本发明提供一种利用消落带时空特异性改善水库水质的方法，包括如下步骤：(1)消落带反坡梯田整地；(2)植物栽种；(3)植物收获与利用：对试验区的桑、马唐、牛鞭草、鬼针草、狗牙根进行人工收割用作青饲料喂养牲畜，所有植物在不同生长期均可收割用于沼气池发酵。本发明利用缓坡消落带土地的生产潜力，筛选种植适合消落带环境的经济植物，植物生长可有效吸收土壤中的氮、磷及其他污染物，再通过植物的收获利用，降低土壤污染负荷，同时避免植物死亡或茎叶腐烂对水体造成二次累积性污染；在消落带淹没时，在水土界面发生生源要素转化，减轻土壤氮、磷及其他污染物释放对水体的污染，或吸收水体中的氮、磷及其他污染物，达到改善水质的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及水污染防治技术领域，具体是一种利用消落带时空特 异性改善水库水质的方法。

背景技术

我国已建成各类水库8.6万余座，总库容近5千亿m³，在发挥了 巨大防洪、灌溉、发电、航运和供水等综合效益的同时，在库周形成 了大面积的消落带。消落带的面积与成库区域的地形地貌、水库水位 落差紧密相关，通常情况下，峡谷或丘陵性水库消落带面积较小，平 原性水库消落带的面积较大；水库水位落差大，消落带的面积大，反 之，消落带的面积小。受长期水力侵蚀和水流冲刷的影响，消落带植 物生长基质变为物质组成与结构基本类同的淤积土层或裸露基岩，环 境质量下降、生态退化。如三峡水库为长约660公里的河道型水库， 根据三峡水库现行的调度方案，水位在坝前高程145m至175m之间 变化，在形成221.5亿m³防洪库容同时，库周形成300余km²的消 落带，涉及湖北省和重庆市的库区19区县及重庆主城区。消落带受 水库水位大幅度(坝前高达30m)、反季节涨落的影响，出露时段为 炎热潮湿的夏季；库周城集镇众多、人口密集，经济社会发展水平低， 人类活动与消落带的相互影响频繁、复杂。因此，三峡水库消落带的 生态环境问题引起了社会的广泛关注。

大型水库消落带植物“种子或根茎萌发-生长-淹没分解-种子 或根茎萌发”的周期性变化，是消落带物质循环和能量流动的主要环 节。目前，已在三峡水库消落带耐淹耐旱植物筛选及植被构建方面获 得了一些成果，为消落带生态治理奠定了一定的技术基础。三峡水库 消落带为水陆交替环境，出露期人工构建或自然形成的植被在滞留、 吸收和转化面源污染方面起到了重要作用，但在淹没期(每年最长淹 水时间达8个月)植物死亡或茎叶腐烂，污染物重新释放到水体，对 水库水质造成累积性的二次污染，影响水库水环境安全。

关于消落带的植被构建和生态治理，具有代表性的发明专利主要 有：《水体消涨带植被护坡方法》(中国专利申请号200510033601.3) 提出了在消涨带构建李氏禾草被进行护坡，以防治消涨带水土流失并 绿化消涨带；《消落带草被构建方法》(中国专利申请号 200510022662.X)提出了在感潮河段的消落带栽植麦冬，进行感潮河 段消落带生态修复和植被构建；《一种水面消涨带植物护坡的方法》 (中国专利申请号20061006250.0)采用向消涨带坡面喷播两栖植物 种子为主、栽种两栖植物苗木为辅的植物护坡方案，在消涨带坡面形 成乔、灌、草立体配置的，具有水土保持和景观效果的生态防护植物 群落；《扁穗牛鞭草和牛鞭草在水库和江河湖泊消落带的植被构建与 生态治理中的应用》(中国专利申请号201010611877)提出由扁穗牛 鞭草或牛鞭草构建的植被可在水位涨落垂直高差为0～30米、水淹时 间为0～8个月的消落带存活并能很好地生长，适用于我国水库特别是 三峡水库以及江河湖泊的消落带植被恢复和生态治理；《一种利用荷 花构建三峡水库消落带湿地植被的方法》(中国专利申请号 200910273270)提出在水库消落带的原有农田区域种植红莲和湘莲， 构建湿地植被生态系统，达到美化消落带景观的效果，改善消落带生 态环境质量。

关于水体污染负荷削减，具有代表性的发明专利主要有：《受污 染湖泊水体净化方法》(中国专利申请号200910040965)提出了利用 复合菌剂转移、转化和降解湖泊中的污染物；《一种复合人工生态浮 岛及构建方法》(中国专利申请号200810236944)提出了构建人工生 态浮岛，通过栽种净水植物使之与微生物形成微型生态群落，对污染 水体产生全方位立体净化作用；《一种原位控制富营养化水体底泥磷 释放的方法》(中国专利申请号201010167172)提出使臭氧和铁盐溶 液作用于富营养化水体的底泥-上覆水界面，在臭氧形成的强氧化条 件下，形成铁的氢氧化物絮体，通过吸附混凝或络合从上覆水中去除 磷，并在底泥表层界面形成一层薄膜，进一步抑制底泥磷的释放，实 现原位控制底泥磷释放；《浅水湖泊湖滨带生态修复方法》(中国专利 申请号200810019140)提出在湖滨带构建以挺水植物、漂浮植物、 浮叶植物和沉水植物群落相结合的错落有致的水生植物群落，采用微 生物、鱼类、贝类和水生植物等生态修复综合技术措施改善水质。

上述消落带植被构建技术，强调植物的耐淹能力，在消落带出露 后能恢复生长，具有固土护岸功能，但没有涉及去污植物的筛选与收 获利用，包括植物自身吸收土壤氮、磷的能力和地上生物量大小，且 植物叶或部分茎腐烂后会对水体造成累积性二次污染；上述水体污染 负荷削减技术，直接针对水体或湖滨带采取生物措施(微生物、水生 植物和动物)，没有利用消落带出露和淹没的时空特点，与本申请专 利技术所涉及的空间区域及环境特点不同。

发明内容

本发明提供一种利用消落带时空特异性改善水库水质的方法，该 方法基于消落带时空特异性，在消落带出露时段通过种植高效去污植 物、收获与利用，削减土壤污染负荷，通过消落带淹没时段水土界面 的生源要素转化，减轻土壤污染物释放或吸收水体污染物，达到改善 水库水质的目的。

一种利用消落带时空特异性改善水库水质的方法，包括如下步 骤：

(1)消落带反坡梯田整地：修整梯田地块，使其平整且形成与 消落带坡向相反、田面微向内倾斜3°～5°的反坡；在上下两个反坡之 间修建挡土墙，在坡面底部挖保水沟，沿坡面纵向挖排水沟；在消落 带最低水位处进行散抛块石形成抛石护脚区，抛石护脚区顶宽、高度 均为2m左右；

(2)植物栽种：桑选择一年生幼株进行移栽，行株距 100cm×30cm，栽植时首先将苗木按大、小分类分段种植，小苗栽在 边沿；牛鞭草选择种茎移栽方式，将种茎切成15～20cm长茎段，每 段含2～3节，开沟扦插，沟深10～15cm，行距30-40cm，株距15～20cm； 狗牙根采用种茎移栽方式，种茎移栽方法同牛鞭草；鬼针草、苍耳均 选择20～30cm的幼苗进行移栽，在土地湿润时挖窝定植，行株距 40×40cm；

(3)植物收获与利用：对桑、马唐、牛鞭草、鬼针草和狗牙根 可人工收割用作青饲料喂养牲畜，所有植物在不同生长期均可收割用 于沼气池发酵。

如上所述的利用消落带时空特异性改善水库水质的方法，所述挡 土墙的截面为直角梯形，高50～100cm，顶宽25～40cm，底宽35～50cm， 斜边倾角75°～80°。

如上所述的利用消落带时空特异性改善水库水质的方法，保水沟 和排水沟的截面尺寸均为30cm×25cm。

本发明利用缓坡消落带土地的生产潜力，筛选种植适合消落带环 境的土著经济植物，植物生长可有效吸收土壤中的氮、磷及其他污染 物，再通过植物的收获利用(收割后作为牧草或者沼气池发酵)，降 低土壤污染负荷，同时避免植物死亡或茎叶腐烂对水体造成二次累积 性污染；在消落带淹没时，在水土界面发生生源要素转化，减轻土壤 氮、磷及其他污染物释放对水体的污染，或吸收水体中的氮、磷及其 他污染物，达到改善水质的目的，与现有的消落带的植被构建和生态 治理技术相比，避免了植物死亡或茎叶腐烂对水体造成二次累积性污 染，与现有的水体污染负荷削减技术相比，更加经济、有效。

附图说明

图1是本发明利用消落带时空特异性改善水库水质的方法中对 水库消落带反坡梯田整地的剖面示意图；

图2是本发明利用消落带时空特异性改善水库水质的方法的技 术原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、 完整地描述。

2011年在三峡重庆库区开县小江(又称澎溪河)支流浦里河左 岸消落带进行试验，植物种植面积30亩，种植的植物种类为：桑 (Morus alba)、鬼针草(Bidens pilosa)、马唐(Digitaria sanguinalis)、 牛鞭草(Hemarthria altissima)、苍耳(Xanthium sibiricum)、狗牙根 (Cynodon dactylon)。

本发明利用消落带时空特异性改善水库水质的方法，具体包括如 下步骤：

(1)消落带反坡梯田整地：如图1所示，修整梯田地块(试验 地原为梯田)，使其平整且形成与消落带坡向相反、田面微向内倾斜 3°～5°的反坡；在上下两个反坡之间修建挡土墙，挡土墙截面为直角 梯形，高50～100cm，顶宽25～40cm，底宽35～50cm，斜边倾角75°～80°； 在坡面底部挖保水沟，沿坡面纵向挖排水沟，保水沟和排水沟的截面 尺寸均为30cm×25cm，满足植物生长对消落带土壤水分和养分需求。 为防止底部消落带发生坍塌，在最低水位处进行散抛块石形成抛石护 脚区，抛石护脚区顶宽、高度均为2m左右。

(2)植物栽种：桑选择一年生幼株进行移栽，行株距 100cm×30cm，栽植时首先将苗木按大、小分类分段种植，小苗栽在 边沿，便于护理，避免生存竞争时，形成参差不齐的现象；牛鞭草选 择种茎移栽方式，将种茎切成15～20cm长茎段，每段含2～3节，开 沟扦插，沟深10～15cm，行距30～40cm，株距15～20cm；狗牙根采用 种茎移栽方式，种茎移栽方法同牛鞭草；鬼针草、苍耳均选择20～30cm 的幼苗进行移栽，在土地湿润时挖窝定植，行株距40×40cm。

(3)植物收获与利用：对试验区的桑、马唐、牛鞭草、鬼针草、 狗牙根进行人工收割，作青饲料喂养猪、牛和羊等，所有植物，特别 是不能作饲料的植物(如苍耳)，在不同生长期均收割用于沼气池发 酵。

水库水质改善技术原理参考图2，在消落带出露时，利用缓坡消 落带土地的生产潜力，筛选种植适合消落带环境的土著经济植物，植 物生长可有效吸收土壤中的氮、磷及其他污染物，再通过植物的收获 利用(收割后作为牧草或者沼气池发酵)，降低土壤污染负荷，同时 避免植物死亡或茎叶腐烂对水体造成二次累积性污染；在消落带淹没 时，在水土界面发生生源要素转化，减轻土壤氮、磷及其他污染物释 放对水体的污染，或吸收水体中的氮、磷及其他污染物(是释放还是 吸收，取决于土壤和水体污染物的背景值)，达到改善水质的目的。

去污效果评估：试验结果表明(见下表1)，植物生长(地上部) 吸收去除土壤氮、磷折纯量累计(g/m²)从大到小排序为：桑、鬼针 草、马唐、牛鞭草、苍耳、狗牙根。去除氮折纯量(g/m²)从大到小 排序为：桑、鬼针草、马唐、牛鞭草、苍耳、狗牙根；去除磷折纯量 (g/m²)从大到小排序为：桑、鬼针草、马唐、牛鞭草、苍耳、狗牙 根。

表1植物生物量及去除氮、磷折纯量效果比较

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并 不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范 围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。