一种滨海城市半咸水体污染底泥的沉水植物修复方法

摘要

本发明公开了一种滨海城市半咸水体污染底泥的沉水植物修复方法，它包括如下步骤：步骤1，对水体进行盐度检测，根据盐度将水体划分为多个具有不同盐度范围的水域水体，该多个不同盐度范围呈连续的梯度设置，该被划分的水域水体盐度不大于2％；步骤2，向不同盐度范围的水域水体中对应种植适应生长的不同的沉水植物。它具有如下优点：能恢复半咸水体生态景观，提高半咸水体生态多样性，缓解污染底泥中氮和磷向水体释放，控制水体富营养化。

说明书

技术领域

本发明涉及城市水环境修复技术领域，尤其涉及一种滨海城市半咸水体污染底泥的沉水植物修复方法。

背景技术

咸淡水交替水体是河流生态系统和海洋生态系统的交错地带，是一片复杂的生态水环境区域。我国南方滨海地带河湖众多，水生态环境错综复杂。由于台风天气、天文潮汐、河口环流等自然原因引起海水向陆地方向汇入海水，导致淡水区域盐度逐渐升高，形成淡水-盐水梯度更替的水体景观。半咸水体盐度为0％-2％不等，由于盐度影响，河湖水质和底质理化特征发生改变。与淡水相比，微咸水中的盐分会降低土壤溶液渗透势，该水体水生植物将受到细胞渗透伤害和生理毒害，出现根茎缺氧中毒死亡，导致水生生态系统结构和功能的变化，致使半咸水体生态系统稳定性差，水体自净能力弱，滨海生态景观萧条脆弱，极易出现富营养化等水环境问题。

沉水植物不但具有景观效果，还具有吸收水体营养物质、抑制藻类滋生、抑制底泥再悬浮、促进底泥吸收营养物质、提高水体生物多样性、长期稳定等优点，常作为水体生态修复技术之一。常见的淡水沉水植物有金鱼藻、苦草、轮叶狐尾藻、眼子菜和轮叶黑藻等，它们均具有分布广、适应性强、生长快、净化水体效果好等优点，是理想的淡水生态修复水生植物。

鉴于盐度增加对淡水水生植物的胁迫伤害，海滨半咸水体仍旧生态景观萧条，亟须研究熟悉常见水生植物的耐盐能力，根据其各自适应的盐度范围进行相应密度的种植，既能够保证水生植物的正常生长还可以使其在相应的盐度范围内进行水体底泥修复工作，削减半咸水体营养盐，提高水体的生物多样性，恢复正常稳定的水生态环境。

发明内容

本发明提供了一种滨海城市半咸水体污染底泥的沉水植物修复方法，其克服了背景技术中所述的现有技术的不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种滨海城市半咸水体污染底泥的沉水植物修复方法，它包括如下步骤：

步骤1，对水体进行盐度检测，根据盐度将水体划分为多个具有不同盐度范围的水域水体，该多个不同盐度范围呈连续的梯度设置，该被划分的水域水体盐度不大于2％；

步骤2，向不同盐度范围的水域水体中对应种植适应生长的不同的沉水植物。

一实施例之中：所述步骤2中，还包括确定每一个盐度范围水域的水深情况，将沉水植物种植在适应生长的水深区域。

一实施例之中：还包括步骤3，该些沉水植物在冬季进入消亡期时进行沉水植物恢复。

一实施例之中：根据盐度将水体划分为0-0.5％、0.5％-1.0％、1.0％-1.5％、1.5％-2.0％四个不同盐度范围的水域水体。

一实施例之中：盐度范围0-0.5％的水域水体种植苦草或金鱼藻，0.5％-1.0％的水域水体种植轮叶黑藻，1.0％-1.5％的水域水体种植轮叶狐尾藻或篦齿眼子菜，1.5％-2.0％的水域水体种植川曼藻。

一实施例之中：苦草种植密度为35～65株/m

一实施例之中：水体的水深在3m以内，沉水植物采用叉子种植法种植。

一实施例之中：水体的水深在3m以上，沉水植物采用包裹无纺布抛掷法种植。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

本发明所述的一种滨海城市半咸水体污染底泥的沉水植物修复方法，能恢复半咸水体生态景观，提高半咸水体生态多样性，缓解污染底泥中氮和磷向水体释放，控制水体富营养化。本发明与现有技术相比具有下列技术优点：(1)根据水生植物耐盐性不同分配种植，提高淡水水生植物在咸水中的成活率；(2)水生植物修复恢复半咸水体生态景观；(3)缓解半咸水体底泥中氮和磷释放；有效控制水体富营养化；(4)技术实施过程简单，成本低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1a、图1b、图1c、图1d为轮叶狐尾藻、轮叶黑藻、金鱼藻和苦草四种沉水植物在0-1.8％盐度下实验前后的生物量变化。

图2a、图2b、图2c、图2d为轮叶狐尾藻、轮叶黑藻、金鱼藻和苦草四种沉水植物在0-1.8％盐度下实验前后的株高的变化。

图3a、图3b、图3c为轮叶狐尾藻、轮叶黑藻和苦草三种沉水植物在0-1.8％盐度下实验前后的不定根的变化(不含金鱼藻，因其无根)。

图4为篦齿眼子菜组在0-1.5％盐度下上覆水总磷的浓度变化。

图5轮叶狐尾藻组在0-1.5％盐度下上覆水总磷的浓度变化。

图6为无植物底泥组在0-1.5％盐度下上覆水总磷的浓度变化。

图7为篦齿眼子菜、轮叶狐尾藻、无植物底泥组在最高盐度1.5％下上覆水总磷浓度变化比较。

图8是篦齿眼子菜组在0-1.5％盐度下上覆水正磷酸盐的浓度变化。

图9是轮叶狐尾藻组在0-1.5％盐度下上覆水正磷酸盐的浓度变化。

图10无植物底泥组在0-1.5％盐度下上覆水正磷酸盐的浓度变化。

图11是篦齿眼子菜、轮叶狐尾藻、无植物底泥组在最高盐度1.5％下上覆水正磷酸盐浓度变化比较。

图12是篦齿眼子菜组在0-1.5％盐度下上覆水总氮的浓度变化。

图13是轮叶狐尾藻组在0-1.5％盐度下上覆水总氮的浓度变化。

图14是无植物底泥组在0-1.5％盐度下上覆水总氮的浓度变化。

图15是篦齿眼子菜、轮叶狐尾藻、无植物底泥组在最高盐度1.5％下上覆水总氮浓度变化比较。

图16是篦齿眼子菜组在0-1.5％盐度下上覆水氨氮的浓度变化。

图17是轮叶狐尾藻组在0-1.5％盐度下上覆水氨氮的浓度变化。

图18是无植物底泥组在0-1.5％盐度下上覆水氨氮的浓度变化。

图19是篦齿眼子菜、轮叶狐尾藻、无植物底泥组在最高盐度1.5％下上覆水氨氮浓度变化比较。

图20是篦齿眼子菜、轮叶狐尾藻两种植物在不同盐度条件下，植株磷在实验前后的含量。

图21是篦齿眼子菜、轮叶狐尾藻两种植物在不同盐度条件下，植株氮在实验前后的含量。

具体实施方式

一种滨海城市半咸水体污染底泥的沉水植物修复方法，所述半咸水体污染底泥为咸淡水交替、生态系统脆弱、底泥氮磷污染的滨海城市内沟河、湖泊和排洪渠城市河道和景观湖水体的污染底泥；该修复方法包括如下步骤：

步骤1，对水体进行盐度检测，根据盐度将水体划分为多个具有不同盐度范围的水域水体，该多个不同盐度范围呈连续的梯度设置，该被划分的水域水体盐度不大于2％；即确定半咸水体的盐度分布情况，熟知半咸水体盐度梯度增加的规律和盐度更替的分界面处，确定不同盐度范围的水域。

步骤2，向不同盐度范围的水域水体中对应种植适应生长的不同的沉水植物，即根据不同沉水植物的耐盐性，在不同盐度范围的水域种植相应耐盐性的沉水植物。所述步骤2中，还包括确定每一个盐度范围水域的水深情况，将沉水植物种植在适应生长的水深区域。

还包括步骤3，该些沉水植物在冬季进入消亡期时进行沉水植物恢复。

本实施例中，根据盐度将水体划分为0-0.5％、0.5％-1.0％、1.0％-1.5％、1.5％-2.0％四个不同盐度范围的水域水体，盐度范围0-0.5％的水域水体种植苦草或金鱼藻，0.5％-1.0％的水域水体种植轮叶黑藻，1.0％-1.5％的水域水体种植轮叶狐尾藻或篦齿眼子菜，1.5％-2.0％的水域水体种植川曼藻。

沉水植物需水面淹没植株顶端并保持一定的透明度。因此，沉水植物种植在深水区，苦草适宜水深为50cm～250cm,金鱼藻适宜水深为50～150cm，轮叶黑藻适宜水深为50～150cm，轮叶狐尾藻适宜水深为50～150cm，篦齿眼子菜适宜水深为50～40，川蔓藻适宜水深为50～400cm。

水体的水深在3m以内，沉水植物采用叉子种植法种植。水体的水深在3m以上，沉水植物采用包裹无纺布抛掷法种植。

苦草种植密度为35～65株/m

实验验证：

遵照本发明的上述步骤以及技术要点，本发明进行室内实验研究。

一、轮叶狐尾藻、轮叶黑藻、金鱼藻和苦草四种沉水植物的耐盐性

(1)实验方案

4种沉水植物来源于专业培育水塘，经过蒸馏水洗净浸泡，轮叶狐尾藻、轮叶黑藻和金鱼藻均选取上端部分进行实验，苦草修剪后整株进行实验，所有植株均挑选品种内粗细长短相似的进行实验。底泥取自华侨大学厦门园区白鹭湖表层底泥，实验用水为自来水。实验装置为2L玻璃烧杯，直径13.80cm，高度19.50cm，其中，上覆水深为8cm，底泥厚度为3cm。

利用氯化钠调节上覆水体盐度，盐度分别为0％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％、1.5％和1.8％，研究4种沉水植物耐盐特性，通过耐受天数、叶片生长状况、生物量、株高、根长和含水率等指标分析4种沉水植物耐盐情况。

实验在2L玻璃烧杯中进行，实验设计无盐对照组和含盐组，每个盐度梯度设置3组平行；首先在烧杯中覆盖3cm底泥，再将洗干净的沉水植物均匀种植在烧杯底泥中，再用塑料软管利用虹吸原理将自来水沿杯壁缓缓流入烧杯中；轮叶狐尾藻、轮叶黑藻和金鱼藻种植密度均为200株/m

(2)实验结果与分析

由图1a、图1b、图1c、图1d可见，轮叶狐尾藻、轮叶黑藻和金鱼藻生物量在不同盐度梯度下均有显著性差异(P＜0.05)，苦草生物量在不同盐度下没有显著性差异(P＞0.05)。

轮叶狐尾藻实验前后生物量有明显增加。实验前生物量为0.04±0.004g，实验后1.5％浓度组生物量为0.51±0.026g，超过实验前的12倍。1.8％盐度条件下生物量增量减少为0.33±0.003g。从生物量指标来看轮叶狐尾藻在1.8％盐度以内能够保持一定的生长能力。轮叶黑藻在实验前生物量为0.02±0.0004g，0-0.4％盐度梯度下，实验前后生物量显著增加；0.6％盐度下生物量较实验前略微增加；0.8％条件下生物量前后基本保持持平；1.0％盐度下轮叶黑藻生物量增量为负，生长受到严重影响；轮叶黑藻在0-0.8％盐浓度内生物量保持增加，具有生长能力。

金鱼藻在不同盐度条件下生物量变化趋势与轮叶黑藻相似；0-0.6％盐浓度内，生物量保持增长；当盐度为0.8％，1.0％时，植物生长受到抑制，实验前后生物量几乎没有增长。苦草实验前后生物量之间无显著性差异(P＞0.05)，在盐度为0.2％时，苦草生物量为0.39±0.07g，为实验前生物量的2倍，在0.6％-0.8％盐度范围内生物量几乎没有增加，苦草生长受限水下叶片萎蔫，生物量降低。

由图2a、图2b、图2c、图2d可见，4种沉水植物株高在不同盐度浓度下均存在显著性差异(P＜0.05)。由于品种不同，实验前选取起始株高各不相同。如图2所示，轮叶狐尾藻实验前株高为15.81±0.32cm，随着盐度浓度的增加保持生长，当盐浓度为1.8％时，株高为18.96cm±0.03。轮叶黑藻株高在0-0.8％浓度条件下较实验前增量大，盐浓度为1.0％时，株高与实验前持平。金鱼藻在盐浓度为0％和0.2％时株高增量大，随盐浓度增加，实验后株高与实验前保持持平，0.8％与1.0％浓度组株高负增长，可能与断茎有关。苦草株高长势普遍受到抑制，主要原因可能是该品种苦草叶片较硬，不易弯折，长出水面的部分受到阳光照射的影响干枯变黄，导致低浓度盐浓度条件下的株高长势不具有优势。随着盐浓度的增加，水面下叶片受损严重，萎蔫散落在容器中，株高大幅度降低。

由图3a、图3b、图3c可见，3种沉水植物不定根根长在不同盐度梯度有显著性差别(P＜0.05)；实验前移栽的轮叶黑藻与轮叶狐尾藻均无根，随浓度从0％到1.8％的增加根长生长逐渐受到抑制，根长由33.26cm降低到2.95cm。轮叶黑藻在0.6％浓度以内根生长状况良好，当浓度达到0.8％、1.0％生长能力明显降低。苦草不定根在0-0.4％范围内生长良好，盐浓度提高到为0.6％-0.8％范围内，生根能力减弱，0.8％浓度下根长度几乎没有变化。

根据这四种沉水植物生物量、株高和不定根随盐度升高而发生改变，以其外观叶片的颜色和形状的变化作为辅助，可以得到轮叶狐尾藻在0-1.5％之间可以存活，轮叶黑藻在0-0.8％之间可以存活，金鱼藻和苦草均在0-0.5％之间可以存活。根据其不同的耐盐性，在相应的水体种植沉水植物。

二、轮叶狐尾藻和篦齿眼子菜在不同盐度条件下(0、0.5％、1.0％、1.5％)削减上覆水氮磷浓度

(1)实验方案

实验所用的底泥和上覆水均取自于景观湖上覆水体和表层底泥，将表层底泥搅拌均匀作为实验所用底泥。实验所用轮叶狐尾藻和篦齿眼子菜采自于专业培养塘，是选自株高、茎粗等生长相似并经过蒸馏水浸泡、冲洗的植株。

实验在长×宽×高为50cm×30cm×25cm的无盖有机玻璃缸中进行，实验设计共3组，分为轮叶狐尾藻组、篦齿眼子菜组、和底泥对照组，每组分为0％、0.5％、1.0％、1.2％、1.5％5种盐度梯度，共15组。水深为10cm，底泥厚度约为8cm，将植株种植入缸，种植密度均约为80株/m

实验于2019年5月31日开始，8月13日结束，实验为期75天。实验装置放置在室内，在室内中进行，每3天定期测定水质的pH、DO、ORP、水温；每3天定期取水样进行总磷(TP)、正磷酸盐(PO

(2)实验结果与分析

在历时82天的实验期间，轮叶狐尾藻和篦齿眼子菜总磷(图4、图5)和正磷酸盐浓度(图8、图9)的趋势均是呈上升、下降再上升。轮叶狐尾藻0.5％以内磷浓度上升较平缓，1.0％以上盐度组磷浓度不断升高，高盐度组磷浓度高于低盐度组。篦齿眼子菜磷浓度随盐度升高而升高，各盐度组趋势一致。底泥组(图6)磷浓度随时间上升趋势较植物组更大，最高浓度达到6.8mg/L远远高于植物组。三组实验组在最高盐度条件下1.5％中，底泥磷浓度始终高于轮叶狐尾藻组和篦齿眼子菜组(图7)。三组实验组中随盐度的升高，上覆水磷浓度总体仍呈上升趋势，可能原因是含盐底泥由于氯化物的离子解析作用会发生离子交换，增加底泥中磷的释放，增大底泥向上覆水释放的可能性；含盐条件下，由于底泥中大量的硫酸盐还原和铁的氢氧化物的反应导致硫化氢的产生，这造成铁溶解的降低进而导致铁磷释放；大量藻类在生长繁殖期间也会受微生物作用促进底泥释放磷。可见含盐水体环境极易导致底泥的释放磷造成内源污染，而淡水沉水植物在可承受的盐度范围内，能够减弱释放的程度，后期可以考虑应用其他技术辅助。

在实验期间，三组实验组上覆水氮浓度变化分别如图12、13、14所示，均呈先升高后持续降低，三组实验组在30天以后均保持较低的浓度，随盐度的升高氮浓度有小程度升高，各盐度组之间无明显差异。轮叶狐尾藻上覆水总氮的削减率分别为62.75％、52.01％、66.21％、52.17％；篦齿眼子菜为44.81％、55.85％、65.55％、67.55％；底泥为55.18％、59.19％、55.51％、47.82％；由图16、17、18可见，轮叶狐尾藻上覆水氨氮的削减率分别为90.13％、87.93％、93.42％、87.93％；篦齿眼子菜为95.61％、86.84％、85.74％、93.42％；底泥为84.64％、93.42％、92.32％、91.23％。可见，各盐度条件下，三组上覆水氮浓度差异不大，均保持较高的削减率，沉水植物组氮浓度略低于底泥对照组。这可能是因为沉水植物利用根茎直接吸收底泥间隙水和上覆水中的氮磷，其茎叶也可以作为微生物的载体，形成生物膜，增加水体环境微生物含量，提高水体自净能力。去除氮主要是靠水中硝化细菌和反硝化细菌，篦齿眼子菜组盐度升高总氮去除率增加，可能是因为盐度增加对水中硝化和反硝化速率有一定的影响，研究表明这可能与盐度对反硝化细菌的影响有关，盐度增加可能会刺激反硝化细菌的繁殖，增加反硝化作用的强度，但轮叶狐尾藻组和底泥组并没有这一体现。不同盐度组氨氮均保持较低水平，有研究表明在2％盐度以内盐分会促进底泥的氨的挥发，造成氨流失导致氨氮的减少。可见，盐度对水中氮影响不大。

实验结束后，经植物体内氮磷的测定发现，轮叶狐尾藻和篦齿眼子菜在盐度条件下能够吸收水与底泥中的氮磷，随盐度升高吸收氮磷含量降低。其中篦齿眼子菜呈现出较好的吸收氮磷的作用，这说明在沉水植物耐盐范围内种植能够发挥削减氮磷的作用(图20、图21)。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。