一种河道植被多样性恢复方法和多层天然材料河床

摘要

一种河道植被多样性恢复方法，包括：地理、水文条件调查、本地水生植物调查、水生植物筛选、河底基质改善、水生植物栽植和栽植后续管理。此外，本文还公开了一种多层天然材料河床；并且，在所述河道植被多样性恢复方法的河底基质改善步骤中采用了所述多层天然材料河床。本文所公开的方案，对生态系统退化的城市内河河道的底质进行了改造；对气候适应能力强、去污能力突出的本地水生植物进行了优化配置；针对性的进行城市内河河道植被的恢复和重建，快速并且有效的提高了河道内的生物多样性，净化水质。

说明书

技术领域

本发明属于生态恢复工程技术领域，尤其涉及一种河道植被多样性恢复方法和多层天然材料河床。

背景技术

河流是一个由陆地河岸水生系统、水生生态系统、湿地及沼泽生态系统组成的复合系统。穿城而过的城市内河更是曾经承担了水源供给和交通运输的重要功能，同时城市内河的两岸往往能成为富有地方特色的自然人文景观。随着人们改造自然的能力日益提高，河运交通的重要性不断下降，地下水的大量开采也降低了河流的核心水源的地位，伴随这工业发展和城市的进一步扩张，河流地貌的原始风貌被破坏，河道断面形式及材料改变，河流生态环境持续恶化。具体表现在径流水量减少、水质恶化、河流空间被侵占，生物种类和数量发生变化，高等水生生物消失。

健康河流流域的生态系统复杂而富有层次，植物群落的消失是诱发河道生态系统退化的主要原因之一。植被的修复对于城市河道的修复起着至关重要的作用，生态健康的植被为较多物种提供生存栖息的场所，并具有净化水质，优化微气候的作用。

现有技术中公开的河道植被恢复的构建方法中，通过在河道中栽植沉水植物、浮水植物、挺水植物、河滩植物恢复河道生态多样性，其并不适用于城市内河河道的植被恢复，尤其是我国北方寒冷地区城市内河河道的植被恢复；因为现有技术中提出的方法并不符合北方寒冷地区城市内河的特点，并且由于北方地区寒冷，植物栽种成活率低，植物生长缓慢，单纯的通过栽植的方法无法使得城市内河河道植被的多样性得到快速恢复。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术中存在单纯的通过栽植的方法无法使得城市内河河道植被的多样性得到快速恢复的问题，本发明的目的是提出一种河道植被多样性恢复方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

在一些可选的实施例中，所述河道植被多样性恢复方法，采用以下步骤：

S1、地理、水文条件调查：调查河道的生态环境，确定预选水生植物的生态习性；所述生态环境包括：季节性水流量，水位，水温和水质条件；

S2、本地水生植物调查：通过文献调查和生态调查两种方式，确定本地水生植物种类；

S3、水生植物筛选：根据所述预选水生植物的生态习性和本地水生植物种类，筛选出适宜本河道栽植的水生植物，并且使植物种类多样化；

S4、河底基质改善：根据筛选出的适宜本河道栽植的水生植物的生长特性、河道藻类和鱼类的生长环境、以及河道不同位置的流速，建立多层天然材料河床；其中，所述建立多层天然材料河床，具体包括：

采用天然石料，依次铺设3层床层，分别为：

底层，在河底均匀铺设小粒径颗粒；

中层，在所述底层上均匀铺设中粒径颗粒；

表层，在所述中层上不规则放置大粒径颗粒；

S5、水生植物栽植：将筛选出的水生植物栽植到所述多层天然材料床层中；

S6、栽植后续管理：栽植的水生植物建立优势后，定时检查植物的健康状况和清理河道垃圾；当建立的挺水植物形成大范围的单优群落后，对其进行规模控制。

本发明另一个目的是提供一种多层天然材料河床；

在一些可选的实施例中，所述多层天然材料河床建于河道底部，所述河床包括三层结构，从下向上依次为：底层、中层和表层；其中，

所述底层，由小粒径颗粒组成，所述小粒径颗粒均匀铺设于所述河道的底部；

所述中层，由中粒径颗粒组成，所述中粒径颗粒均匀铺设于所述底层之上；

所述表层，有大粒径颗粒组成，所述大粒径颗粒不规则放置在所述中层之上；

所述底层铺设的小粒径颗粒的粒径范围为30mm～40mm；所述中层铺设的中粒径颗粒的粒径范围为70mm～80mm；所述表层铺设的大粒径颗粒的粒径范围为大于300mm；

所述底层的厚度应大于40cm，所述中层和所述底层的厚度比为1:2；

可选的，在所述河道的弯道和狭窄处设置的河床中底层的厚度比所述河道其它位置处设置的河床中底层的厚度增大10％～20％。

采用上述实施例，可达到以下效果：

对生态系统退化的城市内河河道的底质进行了改造；

对气候适应能力强、去污能力突出的本地水生植物进行了优化配置；

针对性的进行城市内河河道植被的恢复和重建，快速并且有效的提高了河道内的生物多样性，净化水质。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明实施例的一种河道植被多样性恢复方法的流程示意图；

图2示出了本发明实施例的一种多层天然材料河床的结构示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

图1示出了本发明一种河道植被多样性恢复方法的流程示意图；如图1所示，所述方法，采用以下步骤：

S1、地理、水文条件调查：调查河道的生态环境，确定预选水生植物的生态习性；所述生态环境包括：季节性水流量，水位，水温和水质条件；

S2、本地水生植物调查：通过文献调查和生态调查两种方式，确定本地水生植物种类；

水生植物群落的组成包括藻类、沉水植物、浮水植物和挺水植物。通过文献调查和生态调查确定适宜本地生长的水生植物的范围；由于城市内河流径流量通常较大，不适宜进行浮水植物恢复，因此此方案主要涉及恢复沉水植物和挺水植物的恢复，因此在此步骤中可以主要调查本地的沉水植物和挺水植物的种类；

S3、水生植物筛选：根据所述预选水生植物的生态习性和本地水生植物种类，筛选出适宜本河道栽植的水生植物，并且使植物种类多样化；

在选择城市内河植被多样性恢复时，首先要考虑的是气候适应性，其次，水生植物对污水的净化效果与植株的生长状况受根系发达程度、植物的光合能力及根径向泌氧量等生态特性很大影响，故选择根系发达，去污染能力强，抗水力冲击强度高，耐寒，生长迅速，利于管理(主要是收割)，同时具有一定景观性的本地常见水生植物作为恢复用植物；然后，根据调研结果，按照根茎比、光合速率和根长对其进行排序备选；在实际施工时还需要根据河道宽度，流速，水深等选择合适的植物种类进行恢复；

经过一番调研，确定适宜北方寒冷地区城市内河河道生态恢复的沉水植物包括：轮叶黑藻、金鱼藻、狸藻、眼子菜、穗花狐尾藻中的三种或三种以上组合；适宜栽种的挺水植物包括：芦苇，香蒲科，菖蒲科，菰，水葱中的两种或两种以上组合；

S4、河底基质改善：根据筛选出的适宜本河道栽植的水生植物的生长特性、河道藻类和鱼类的生长环境、以及河道不同位置的流速，建立多层天然材料河床；

目前在大多数城市内河在河道改造时对河床的处理方案为混凝土现场浇筑的方法形成混凝土板，隔断了土壤和水体的关系，使改造后的河底沉积物层稀薄，水生植物难以扎根和生长，因此铺设多层天然材料河床加厚和改善河底基质层；

其中，所述建立多层天然材料河床，具体包括：

采用天然石料，依次铺设3层床层，分别为：

底层，在河底均匀铺设小粒径颗粒；

中层，在所述底层上均匀铺设中粒径颗粒；

表层，在所述中层上不规则放置大粒径颗粒；

进一步的，多层天然材料河床的原料可以使用沸石或火山岩，底层贴近河底的部分使用小粒径颗粒，小粒径材料具有最大的比表面积，底层是水生植物根系与微生物相互作用，吸收营养物质和对有机质进行矿化反应的重要场所，更大的表面积直接影响到可生存微生物的种类和数量，在中层采用中粒径的多孔石料，其既能起到稳固水生植物根系的作用，又创造大量的不同大小的间隙，减少系统的封闭性，使上下层水力交换得到加强。最后在表层不规则少量放置大粒径鹅卵石、花岗岩和/或板岩与栽种的挺水植物为附生藻类、底栖生物和鱼类提供多样性的生境，中层和底层的厚度比最好为1：2；

进一步的，考虑到挺水植物根部的长度和受水流冲击体积占整个植株长度的比例，下层厚度应不少于40cm；

此外，由于河流各个位置流速会产生变化，铺设多孔材料床要依据流速调整两种不同粒径材料的堆砌比例，如在河流弯道和狭窄处相应增加小孔径材料的厚度，增加阻力，减缓流速；优选的，在河道的弯道和河道狭窄处设置的河床中底层的厚度比所述河道其它位置处设置的河床中底层的厚度增大10％～20％；

使用多孔材料改善后的河底基质将起到多种作用，包括稳固植物根系，截留、吸附污染物，增加河流底层水和表层水的交换，延长水力停留时间，富集微生物等；

S5、水生植物栽植：将筛选出的水生植物栽植到所述多层天然材料床层中；具体的栽植方式可以如下：

(1)栽植沉水植物(恢复)，在铺设的多层天然材料河床种植耐污、生长迅速，耐寒的北方地区常见沉水植物，如轮叶黑藻、金鱼藻、狸藻、眼子菜、穗花狐尾藻中的三种或三种以上组合，种植方式为可以通过种子种植或者成体移栽，种植面积为河道面积的80％～100％；

(2)栽植挺水植物(恢复)，按照植物筛选的排序结果，在铺设的多层天然材料河床中扦插种植芦苇，香蒲科，菖蒲科，菰，水葱中的两种或两种以上组合，其芦苇，菖蒲和香蒲三种植物具有相对较高根茎比和光合效率，优先配置。种植方式为幼苗移栽，沿河道两侧护坡种植，种植宽度为河道宽的40％～60％；

S6、栽植后续管理：在植被多样性恢复工程完工后，保障移植水生植物的成活是这一时期的重点，在移植的水生植物建立优势后，需要进行日常清理工作，主要为检查植物的健康状况和清理河道垃圾等。当建立的挺水植物形成大范围的单优群落后，要进行规模的控制，以免影响到内河的水利功能，控制手段以收割为主。

本发明的生态修复建立在本地植物物种和工程材料的基础上，具有良好的地域适应性，成本较低，管理方便。整个群落由初级生产者沉水植物和高级水生植物组成，对河道植被多样性和生物多样性有显著的改善作用。

本发明中构建的多层天然材料河床的结构能有效解决北方地区河流水量季节性变化大和城市内河河底硬化后带来的水生植物难以扎根生存的问题；并通过粒径分层次分布，增加底层和表层水交换。

本发明中构建的多层天然材料河床能有效吸附河水中的磷、氮等污染物，延长水力停留时间，为植物的根际微生物和自然脱氮除磷微生物的富集提供了优良的条件，同时也可以在床层中投放微生物菌剂，额外的水力停留时间和大量微生物强化了水生植物的去除污染物效果。

利用本文所述的方法，在黑龙江省牡丹江市内河北安河市内段河道进行河道植被多样性恢复，其步骤是：

1.平整河道，由于在前期内河河道改造和河岸绿化带施工中施工单位直接将施工垃圾回填，导致原河道底部出现大量砖块和其他硬杂物，给植物的栽种造成很大障碍，因此必须人工清理河道，保证植物的扎根和生长环境。

2.沉水植物种子处理，利用1mg/L的壳聚糖溶液浸泡24h，促进种子的萌发，再取本地耕地中富含有机质的粘土与种子混合，用手挤压使泥土将种子包裹，增加沉降能力，为种子生长提供营养物质。

3.铺设火山岩床层(如上述实施例中的多层天然材料河床)，施工段河道平均水深80cm，在平整后的河道铺设底层孔隙度80％以上的火山岩碎石，厚40cm，中层铺设的火山岩石料，厚15cm，表层每100m河道随机堆放3～5堆由直径30cm以上的火山岩石板和一些鹅卵石，高度15cm～25cm；

在河道的弯道处和狭窄处，铺设的底层厚度增大到46cm，中层和表层不变。

4.种植沉水植物种子，在铺设上层火山岩时，将裹有金鱼藻、轮叶黑藻、穗花狐尾藻、伊乐藻种子的土块向火山岩的缝隙中抛洒并使用铁锨翻动，使土块和种子保留在火山岩床层上层，距约水面30cm。

5.种植挺水植物，购买强健的芦苇，黄菖蒲和狭叶香蒲幼株，种植前修剪过密枝叶至约100cm高，在火山岩床层上按照30株/m²的密度进行根茎种植，株间距为15cm，使用类似水稻插秧的器械和技术使根部插入火山岩石床层30cm以上，在种植时尽量模仿野生群落的状态间隔种植。每种植物每片种植面积不超过10m²，由两侧硬化护坡部向河道中心种植，占河道总面积的60％左右。

图2示出了栽种后河道结构的示意图，如图2所示，河道中沉水植物1的种植面积为河道总面积的40％，挺水植物2和3(两种挺水植物)沿河道的两侧硬化护坡部向中心种植，其总种植面积为河道总面积的60％，河道底部搭建有多层的火山岩床层，该火山岩床层由下向上可分为三部分，分别为小型火山岩组成的底层6、中型火山岩组成的中层5，和岩石板和/或鹅卵石组成的表层4。

6.后期管理，水生植物种植工程结束后，每周对工程区域进行两次巡查，主要工作为保障移栽的芦苇、黄菖蒲和狭叶香蒲的存货和生长，清理挂在苗根部的垃圾，在完工后的第3年开始秋季收割芦苇、香蒲和菖蒲，控制生物量。

如图2中所示的一种多层天然材料河床的结构示意图；所述多层天然材料河床建于河道底部，所述河床包括三层结构，从下向上依次为：底层6、中层5和表层4；

所述底层6，由小粒径颗粒组成，所述小粒径颗粒均匀铺设于所述河道的底部；

所述中层5，由中粒径颗粒组成，所述中粒径颗粒均匀铺设于所述底层之上；

所述表层4，有大粒径颗粒组成，所述大粒径颗粒不规则放置在所述中层之上；

其中，所述底层6铺设的小粒径颗粒的粒径范围为30mm～40mm；所述中层铺设的中粒径颗粒的粒径范围为70mm～80mm；所述表层铺设的大粒径颗粒的粒径范围为大于300mm；所述底层的厚度应大于40cm，所述中层和所述底层的厚度比为1:2。

进一步的，在所述河道的弯道和狭窄处设置的河床中底层的厚度比所述河道其它位置处设置的河床中底层6的厚度增大10％～20％。

采用上述实施例中所述的技术方案，可达到以下技术效果：

对生态系统退化的城市内河河道的底质进行了改造；

对气候适应能力强、去污能力突出的本地水生植物进行了优化配置；

针对性的进行城市内河河道植被的恢复和重建，快速并且有效的提高了河道内的生物多样性，净化水质。

本领域技术人员还应当理解，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。