一种基于水生植物收割的水生态环境保护的方法

摘要

一种基于水生植物收割的水生态环境保护的方法，本发明涉及一种水生态环境保护方法，其特征在于在水体中栽培水生植物或者利用自然恢复的水生植物，利用水生植物生长吸收氮磷营养盐，于生长期人工或使用水草收割设备收割水生植物，促进水生植物再生长，多次收割，并于生长期结束、水生植物生出种子或者营养繁殖体后，进行最后一次收割，以水生植物残枝的形式将氮磷营养盐从水中提取出，其目的是使水生植物全生长期累积生物量最大化，或者水质净化效果最佳，同时去除水体及沉积物中营养盐、减缓水体富营养化进程、防止水生植物腐烂再次污染水体，适用于浅水湖泊、城市景观水体、缓流河道、小型水库、湿地、池塘的日常生态维护。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水生态环境保护方法，具体地说是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，适用于浅水湖泊、城市景观水体、缓流河道、小型水库、湿地、池塘的日常生态维护。

背景技术

近年来，富营养化已成为湖泊生态系统日益严重的问题之一，主要由于生物所需氮、磷等无机营养物质大量输入湖泊，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，甚至造成鱼类及其他生物大量死亡。

我国是个多湖泊国家，全国共有1km²以上的湖泊2759个，其中约三分之一为浅水湖泊，由于近20年来经济的高速发展和不适当的湖泊资源开发利用，这些湖泊经历着由农田径流、工业废水和城市污水引起的加速富营养化的过程，多数已经富营养化或正在富营养化中。城市景观水体的富营养化同样不容忽视。由于淡水资源的紧缺加剧，再生水已成为城市景观水体的重要补水水源之一，但是根据《城市污水再生利用景观环境用水水质(GB/T 18921-2002)》，发现将城市污水处理厂再生水用于景观水体，再生水的污染物本底值相对较高，尤其是总磷总氮含量高，水体的稀释自净能力较天然水体差，加剧了城市景观水体富营养化的发生。而缓流河道、小型水库、湿地、池塘同样经受着工农业点、面源污染，富营养化程度不容乐观。

对于水体富营养化，各个国家和地区采用不同的物理、化学、生物方法对其进行控制和修复。现在主要的物理处理方法有底泥疏浚、引水冲洗等；化学方法有投加混凝剂和除藻剂等。这些物理、化学方法对湖泊的治理有一定的作用，但是对污染严重的湖泊进行底泥疏浚，易导致底层的沉积物发生悬浮和扩散，促进了沉积物中的氮、磷营养盐及其吸附的金属离子的释放，从而使水体环境面临受沉积物中释放的重金属离子及氮磷营养盐二次污染的风险；投加化学药剂，虽然在一定程度上可以使水体透明，水质得到改善，但是长期使用可能会加速湖泊的老化，引发新的生态问题。相比较而言，物理和化学处理方法成本高，并且对富营养化的治理不彻底，只能在短期内效果明显，不适于长期使用。利用水生植物修复富营养水体因其成本低、便于运用、发展潜力大、环境效益好而得到广泛应用。

水生植物作为水生态系统的重要组成部分和主要的初级生产者之一，对水生态系统物质循环和能量传递起调控作用。水生植物具有净化富营养水体的作用，包括植物本身(叶片和茎干等)对水体中颗粒物质的捕获使之吸附在叶片上围附着生物所吸收和同化；或者是使悬浮物沉积至湖底(消除颗粒态营养盐)并不再悬浮；或者是植物根系的吸附作用。事实证明，在有沉水植物存在的草型湖泊生态系统中，底泥营养盐的释放可以有效得到控制，水质可以得到有效改善，原因是水生植物可以遏制沉积物的动力悬浮过程，同时可以吸收水体与沉积物中的营养盐，降低营养盐负荷，遏制蓝藻水华的发生。

但是，应当注意到，富营养化水体中，适宜条件下水生植物容易大量生长，蔓延整个水面，使水中透射光减少，溶氧降低。而且水生植物种间、种内竞争，造成植物体死亡、腐烂，使水质恶化。此外，生长期结束后，水生植物也会大量死亡，将生长期吸收同化的营养盐重新释放回水体中，造成再次污染，加剧了水体富营养化程度。

发明内容

本发明的目的是针对我国浅水型湖泊、城市景观水体、缓流河道、小型水库、湿地、池塘的富营养化污染环境，提供一种能有效去除和利用富营养化水体中氮磷营养物质的生态维护方案。

为达到上述目的，本发明的技术方案是在水体中栽培水生植物或者自然恢复水生植物，利用水生植物生长吸收、吸附氮磷营养盐，于生长期人工或使用水草收割设备收割水生植物，促进水生植物再生长，多次收割，并于生长期结束、水生植物生出种子或者营养繁殖体后，进行最后一次收割，以水生植物残枝的形式将氮磷营养盐从水中提取出，使水生植物全生长期累积生物量最大化，或者水质净化效果最佳，同时去除水体及沉积物中营养盐、减缓水体富营养化进程、防止水生植物腐烂再次污染水体。

所述的水体包括平均深度1-2m的湖泊、城市景观水体、缓流河道和小型水库。所述的水生植物包括沉水植物、挺水植物、浮叶植物和漂浮植物；常见的沉水植物包括：马来眼子菜、狐尾藻、菹草、轮叶黑藻、金鱼藻、苦草、伊乐藻；常见的挺水植物包括：荷花、芦苇、香蒲、小香蒲、菖蒲；常见的浮叶植物包括：睡莲、浮叶眼子菜、菱、芡实；常见的漂浮植物包括：水花生、凤眼莲。所述的沉水植物收割深度为水面下光补偿点之上，不可伤及沉水植物根部，挺水植物的收割高度为水面上0-50cm，浮叶植物和漂浮植物按一定面积比例收割，确保水生植物在收割后能够继续生长。

本发明的有益效果是：

1.生态效益。沉水植物季节性交替，每季都有先锋种类，生长期多次收割，能够确保每季的先锋种类顺利生长；沉水植物、挺水植物、浮叶植物和漂浮植物群落相结合，构成了稳定水生植物群落，能够稳定维持浅水型湖泊、城市景观水体、缓流河道、小型水库良好的景观情况，防止水生植物疯狂生长以及水华的发生。

2.环境效益。水生植物具有净化水体、吸收同化氮磷营养盐、促进悬浮物沉积至湖底、改善底泥理化性质、增加溶解氧的作用；生长期收割水生植物可以迅速恢复，且促进水生植物匍匐茎的产生，扩大生物量，将水生植物上述作用扩大化，进而保持浅水型湖泊、城市景观水体、缓流河道、小型水库的水质良好而稳定，防止过度的种内种间竞争和生命周期结束导致水生植物死亡腐烂产生二次污染。

3.经济效益。水生植物廉价易活，不需要额外的维护也能茂盛的生长，降低浅水型湖泊、城市景观水体、缓流河道、小型水库维护成本。生长期多次收割水生植物，收割的水生植物残枝可以经行进一步的资源化利用，变废为宝。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例一芦苇收割实验

在北京市圆明园玉玲珑水域(N 40°00′31″，E 116°18′34″)附近设立一个2m×3m样方进行挺水植物芦苇的收割实验，标为N1、N2、N3、S1、S2、S3。于2011年5月14日进行首次收割，N1，N2，N3收割高度为水面上40cm，S1，S2，S3水面处收割，收割情况如表1所示。

表1  芦苇首次收割情况

收割后两周，由于N1、N2、N3收割高度较高，各个样方均有新生芽从茎节出现，每株有2-3个新生芽；S1、S2、S3每株有1-2个新生芽。

间隔2月，即2011年7月18日对样方S3、N3进行第二次收割，收割高度与第一次收割时相同，对照样方1为实验样方周围芦苇，之前没有收割过，生长环境与实验样方相同。收割情况如表2所示。

表2  S3、N3第二次收割情况

从表1、表2可以看出，结合两次收割情况，S3收割高度较低，导致部分芦苇死亡，收割株数由170株减少到115，而且收割重量由第一次的2.73kg锐减至0.85kg，说明继续生长的芦苇比较纤细，但总收割重量为2.73kg+0.85kg＝3.58kg，仍然超过了对照样方1的收割重量3.02kg；N3收割高度适宜，虽然收割重量有略微减少，但由于收割使芦苇生长的上部空间增加，为新生芦苇提供了生长空间，收割株数由160株上升到200株，总收割重量为1.52kg+1.28kg＝2.80kg，虽然较对照样方1的收割重量3.02kg低，但是考虑到收割高度，由于N3较对照样方少收割35cm，按照第二次收割重量跟收割均高得知，每厘米重量约为0.01kg，少收割的35cm芦苇重量为0.35kg，算上这部分重量，N3总收割重量为3.15kg，超过了对照样方1的收割重量3.02kg。

距第一次收割三个半月，即2011年9月1日，对N1进行第二次收割，收割高度与第一次收割时相同，对照样方2为实验样方周围芦苇，之前没有收割过，生长环境与实验样方相同。收割情况如表3所示。

表3  N1第二次收割

从表3结果来看，经过三个半月的生长，N1第二次收割的收割重量已略超过对照样方2收割重量，说明通过第一次收割可以增大芦苇的生物量，结合表1、表3的结果，说明通过收割，N1样方中的芦苇的生物量大大增加。

综上所述，通过运用本发明，生长期收割芦苇，可以增加芦苇的生物量，由于芦苇生长需要氮磷营养元素，表明生长期收割芦苇可以提高芦苇从水体和底泥中吸收同化氮磷营养盐的能力。

实施例二沉水植物收割实验

在北京市圆明园玉玲珑水域及附近水域进行沉水植物收割实验，并对水质进行跟踪监测。当玉玲珑水域沉水植物生长漫过水面时，对其收割，设立采样点，监测水质情况；在玉玲珑水域的进水口设立采样点，这部分水域的沉水植物不进行收割；在玉玲珑水域的附近水域设立对照点，这部分水域几乎没有沉水植物生长。每半个月采集水样，监测指标包括：温度、pH、溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、总磷(TP)、磷酸盐、总氮(TN)、硝态氮、氨氮。选取各监测点年平均COD、TP、TN、DO含量如表4所示。

表4  监测点年平均COD、TP、TN、DO含量

从表4可以看出，玉玲珑水域的水质情况总体上好于进水口以及对照点的水质，COD、TP、TN低于进水口和对照点，DO高于进水口和对照点，可能由于沉水植物进行光合作用，释放出大量氧气，使水体达到溶氧过饱和状态。而进水口的COD高于对照点且溶解氧偏低，但TP、TN值低于对照点，说明沉水植物生长过程中吸收氮磷营养盐，但是由于没有及时收割，导致沉水植物大量生长，造成严重的种内、种间竞争，使部分沉水植物死亡腐烂，造成COD升高，溶解氧降低。

由此可以看出，通过生长期收割沉水植物，沉水植物不仅可以继续生长，而且可以维持玉玲珑水域水质指标正常，并且稳定保持，并能防止沉水植物种内种间竞争导致的沉水植物死亡、水质变差的情况发生。