一種用漂浮植物浮床治理湖泊風浪區富營養化的方法
2023-07-12 14:45:56 1
專利名稱：一種用漂浮植物浮床治理湖泊風浪區富營養化的方法
技術領域：
本發明涉及湖泊風浪區富營養化治理，特別是一種用漂浮植物浮床治理湖泊風浪區富營養化的方法。
背景技術：
湖泊等水體富營養化問題是目前世界面臨十分嚴重的環境問題，在我國尤其嚴重，特別是在經濟發達的區域存在水質型缺水難題。利用漂浮植物作為先鋒植物，構建良好的水生態系統，廣泛用於富營養化水體的淨化與治理，例如美國專利5820759、5811007，中國專利CN1425616、CN1426966、CN1552641、CN1580415、CN1683258，所用漂浮植物多為鳳眼蓮，都是在無風浪的水體，例如河流、河灘、池塘、湖灘、小湖。在有相當的大風浪區(平均波高大於10cm)，由于波浪的上下運動，導致漂浮植物個體之間的根莖葉相互摩擦而損傷，自然狀態，受損量遠大於生長量，因此幾乎不能正常存活，本專利申請前，在大風浪區還沒有成功種植的先例；另外在風浪作用下，飄浮植物會飄離設定的位置。
發明內容
本發明的目的是針對以上問題，經過數年多次比較試驗，不斷改進，提供的一種用漂浮植物浮床治理湖泊風浪區富營養化的方法，並首次在湖泊風浪區成功種植。技術方案如下一種用漂浮植物浮床治理湖泊風浪區富營養化的方法，其特徵是選擇莧科、蓮子草屬的喜旱蓮子菜作為漂浮植物，將其種植在漂浮載體上共同構成一漂浮植物浮床，漂浮植物浮床用固定裝置定位在水面上。
所說漂浮植物浮床串聯設置成長條狀，多個條狀間隔設置在水面上；最好在喜旱蓮子菜未發芽或剛發芽期種植；所說漂浮載體可以是網袋，網袋內包裹漂浮植物喜旱蓮子菜，網袋孔2～3cm，用樁、繩或石籠固定於水底。
所說漂浮載體也可以是竹排，將將數根喜旱蓮子菜的莖，用繩綑紮後平行地安置在竹排的兩根毛竹之間的孔隙，並用繩與兩側的毛竹進行固定連接，用樁、繩固定於水底。
本發明的優點及效果喜旱蓮子菜(Alternanthera philoxcroides)，莧科，蓮子草屬的一種，俗名水花生，又叫水莧菜、空心莧、革命草，沼生多年生宿根性草本，原為兩棲挺水植物，可馴化成在開闊湖面很好生長的漂浮植物，其根莖能多層相互交錯盤纏，形成厚達數十釐米的浮體，從而形成良好抗風浪性與耐寒性(但不與本專利中的載體(網袋或竹排)聯合，在風浪區也不能長期存活)。實驗表明，其抗風浪性、耐寒性等遠優於鳳眼蓮，在太湖地區的一年中，能有9至10個月的時間發揮淨化水質作用。通過本技術，構建飄浮植物群落，發揮其「前鋒作用」快速提高透明度、削減風浪強度尤其抑制再生浪的產生、加速底泥淤積、遏制藻類生長、為浮葉植物的恢復、尤其為沉水植物的重建創造必要的條件；利用飄浮植物生長吸收營養鹽、為與其共生微生物的生長繁殖提供載體與養分，降低水體營養鹽含量，促使水生植被的快速自然恢復，最終與浮葉植物、沉水植物等共同構建健康的水生態系統，提高水體的淨化能力，同時還能抵抗一定的環境災變，實現持續改善湖泊水質的目標，尤其在我國持續改善水源地水質方面，具有較高的應用前景。在有相當的大風浪區(平均波高大於10cm)，根據波浪的特點，構建浮床，形成整體，實現固定漂浮植物，特別是降低漂浮植物個體之間的相對運動，大大地減少相互間的摩擦損耗，使受損量遠小於生長量，從而獲得正常存活，良好生長。
另外，為改造基礎生態環境在湖泊風浪區施工的竹排(寬10m，單體長5m，總延長數千米)，裸露在水面上，不美觀；另外，在紫外線作用下，壽命也較低。通過該技術，利用喜旱蓮子菜覆蓋裸露的竹排，不僅美觀；同時可延長使竹排的壽命一倍以上；進一步提高竹排的消浪效果，改善水體透明度；另外，竹排上所種喜旱蓮子菜的高速生長，不但大量吸收水體營養鹽，而且其根分泌信息素抑止藍藻生長、促使水體懸浮物絮凝，改善水體透明度，同時為其它周叢生物提供載體，進一步淨化水質，促使水生植被的快速自然恢復，為健康的水生態系統修復與重建創造了良好條件。在我國湖泊富營養化治理、尤其在持續改善湖泊水源地水質方面，具有較高的應用前景。
圖1是網袋結構的漂浮植物浮床實施例示意圖；圖2是竹排結構的漂浮植物浮床實施例示意圖。
具體實施例方式
參看圖1，網袋結構的漂浮植物浮床單體，考慮到加工方便及降低成本，小於400cm寬的網片比較合適。網太寬，後續加工不便，網太窄，後續加工一定規模成本增大。試驗表明網目太大，植物的根莖，在風浪的作用下，容易逃離；網目太小，不利於植物的莖葉穿出網孔，影響其生長，使用2-3cm網目聚乙烯抗老化有結網片比較適宜(例如7號漁網，3*4股)；選擇莧科、蓮子草屬的喜旱蓮子菜作為漂浮植物，種植方法用網袋將其包裹，網袋孔2～3cm，用樁、繩或石籠固定於水底。種植時間宜選在喜旱蓮子菜未發芽或剛發芽，此時加工方便，且加工所造成的損失較小，成活率較高(例如，在太湖地區，宜選在每年初春2月至3月)。
為了加強上述漁網的抗風浪強度以及便於固定，同時降低造價，經比較實驗，選用以下材料與方法將該漁網的中線用粗幹繩(Ф5mm的聚乙烯抗老化線繩)、兩側用細幹繩(Ф3mm的聚乙烯抗老化線繩)固定，並且每隔25cm在粗細幹繩上分別用聚乙烯線(15股聚乙烯抗老化線繩)固定，製作成「再加工漁網」。
為了提高抗風浪的能力，最好選擇成片的喜旱蓮子菜的群體(面密度5-10kg/m2)，在水中將其裁剪成寬150cm左右的條帶；用上述「再加工漁網」將其上下包裹；將漁網中線的粗幹繩留在「喜旱蓮子菜的群體條帶」的一側，漁網兩側細幹繩放在「喜旱蓮子菜的群體條帶」的另一側的上下；縫合細幹繩(及原漁網兩側)即完成對喜旱蓮子菜條帶的包裹。或者將喜旱蓮子菜撈取，運至工程區的湖邊；將上述「再加工漁網」鋪開，在其中半側漁網平鋪厚約為15cm喜旱蓮子菜(面密度8-15kg/m2)，形成條帶，爾後將另外半側漁網翻轉180度，覆蓋該喜旱蓮子菜條帶，再縫合細幹繩，即可完成對喜旱蓮子菜條帶的包裹。為了減少在風浪作用下的相對運動造成喜旱蓮子菜的損傷，將上述已經包裹好的喜旱蓮子菜，在垂直於主、細幹繩的方向，每隔100cm，加固1井繩(Ф1.5mm聚乙烯抗老化繩)，穿連喜旱蓮子菜上下的漁網，每隔30cm左右打一死結。即可完成寬140cm左右，厚15cm左右、面密度5-10kg/m2「漂浮植物浮床的單體」。將上述3～4個單體漂浮植物浮床的單體用聚乙烯抗老化繩(Ф3mm的)平行縫合，每隔30cm左右打一死結，即可完成構建寬400～600cm，厚15cm左右的漂浮植物浮床，再將它們延長度方向串聯聯結後，構成長條狀植物浮床，多個長條狀間隔設置在水面上。在水深較淺(小於200cm)處，在漂浮植物浮床的兩側用2排毛竹樁(Ф8～15cm)或鋼樁固定(Ф4cm)；每排中，樁的間距200～250cm，樁與浮床的間距約為500cm，用聚乙烯抗老化繩(Ф5mm)連接即可。由於湖泊風浪區，時常經遭暴風浪襲擊，上述樁固定，一旦有樁被拔起，則工程的抗風浪強度隨之下降，利用石籠固定可克服這一缺陷。經比較實驗，選用以下材料與方法用7號漁網製作線密度15kg/m石籠，每隔1m，牢系牽繩(Ф6mm聚乙烯抗老化繩，其長度為工程區的水深再加2m的和)，分別在需要種植漂浮植物浮床區域的兩側布置兩條石籠，通過牽繩將兩條石籠分別與漂浮植物浮床的兩側連接固定。在太湖風浪區-梅梁灣小灣裡取水口，利用該技術，種植的飄浮植物群落(浮床)，成功經歷強風浪(2004年「蒲公英」颱風過境)、藻華災害(2004年7～9月)考驗，良好生長，基本不需要維護，最好在6～8月在生長過密處進行刈割1～2次。實驗表明，在覆蓋度15％～25％的下條件下，在7～15天內，可使劣V類水質改善為III水質。
參看圖2，竹排(大小頭交錯設置)結構的漂浮植物浮床單體，將數根喜旱蓮子菜的莖，用繩綑紮後(每隔25cm左右扎一道，製成粗細為Ф6～8cm、長500cm(或等於竹排單體單根毛竹的長度)長圓柱體單體)平行地安置在竹排的兩根毛竹之間的孔隙，並用繩與兩側的毛竹進行固定連接，用樁、繩固定。在太湖風浪區-梅梁灣小灣裡取水口，為改造基礎生態環境在湖泊風浪區施工的竹排(寬10m；單體長5m，用2t鋼筋混凝土方柱固定於水底；若干竹排單體延長度方向串聯聯結後，構成長條狀植物浮床，多個長條狀間隔設置在水面上。利用該技術，種植喜旱蓮子菜，良好生長，發揮良好作用。種植時間選在初春2月至3月，此時喜旱蓮子菜未發芽或剛發芽，加工所造成的損失較小。越往後，效果越差，9月以後，不宜種植。
效果驗證2004年4月5日在太湖梅梁灣小灣裡水廠取水口外強化淨化區水草A區布置喜旱蓮子菜浮床後，一周內便有大量的喜旱蓮子菜的芽穿出網孔，4月5日～6月26日生長量平均為4.51kg/m2；7月上旬經歷13號颱風以及龍捲風的襲擊，工程區的圍隔等工程遭到嚴重破壞，大量藻華進入工程區，沉水植物、浮葉植物等遭到滅頂之災時，喜旱蓮子菜卻長得很好。經測定6月27日～7月19日生長量平均為4.40kg/m2，平均生長速度為前期的3.5倍；尤其7月下旬～8月上旬，由於藻華死亡腐爛，此時水草A區基本沒有沉水植物(除岸邊局部小範圍有沉水植物外)，大量浮葉植物菱也在腐爛，發出陣陣腥臭，顯示水體的營養鹽很高，而喜旱蓮子菜卻長得更好，葉子翠綠，株體高度超過1m，並出現喜人的側向橫長，其長度超過2.5m。
根據在太湖五裡湖、貴州紅楓湖、莫愁湖對喜旱蓮子菜體內TN、TP測定，其鮮物質TN、TP的平均含量分別為2.31g/kg、0.262g/kg，由此估算前期(假定水深2.5m，4月5日～6月26日)單位面積喜旱蓮子菜可使單位面積水柱降低TN 4.158mg/l、降低TP 0.472mg/l即平均每天降低TN 0.1268g/d/m2、TP 0.0144g/d/m2；後期(6月27日～7月19日)每平方米的喜旱蓮子菜平均每天可使每平方米的水柱降低可降低TN、TP分別為0.176mg/l、0.020mg/l。
2005年3月15日-4月4日在強化淨化區的45000m2竹排上種植了喜旱蓮子菜種植1～2kg/m2，在10月29日，對20個內外竹排生物量抽樣稱量，竹排平均生物量為總平均為5.6kg/m2，最大值為10.1kg/m2，總生物量為252t，即每天生長量為約1t，喜旱蓮子菜從水體吸收TN、TP的平均分別為2.31kg/d、0.262kg/d。由於喜旱蓮子菜的吸收直接從水體帶走的TN、TP分別為490Kg、55.5Kg。
風浪對漂浮植物的生長產生重大影響，如果不採取有效措施，在湖泊風浪區，很難生長。例如，2005年8月12日下午，在太湖梅梁灣距岸120m湖區的5m×6m的圍隔(具體位於中國科學院太湖湖泊生態系統研究站保護區)中放養400kg喜旱蓮子菜(即沒有利用上述浮床或竹排)，覆蓋度100％，至當月29日累計損失量達5％，9月1日累計損失量達15％，9月14日的，累計損失量已超過60％(即約一個月的時間)，大部分喜旱蓮子菜的根葉被磨光、其莖被折斷，大大影響後來的恢復與生長。10月6日，剩餘量已不到10％，即累計損失量超過90％。因此，儘管喜旱蓮子菜具有很強的生命力，在梅梁灣沿岸，不乏種源，然而很少見有存在，更不見成片分布。再次說明湖泊風浪區恢復漂浮植物不易，也反證了有效措施的必要性。
權利要求
1.一種用漂浮植物浮床治理湖泊風浪區富營養化的方法，其特徵是選擇莧科、蓮子草屬的喜旱蓮子菜作為漂浮植物，將其種植在漂浮載體上共同構成一漂浮植物浮床，漂浮植物浮床用固定裝置定位在水面上。
2.根據權利要求1所述方法，其特徵是所說漂浮植物浮床串聯設置成長條狀，多個長條狀間隔設置在水面上。
3.根據權利要求1或2所述方法，其特徵是在喜旱蓮子菜未發芽或剛發芽期種植。
4.根據權利要求1或2所述方法，其特徵是所說漂浮載體是網袋，網袋內包裹漂浮植物喜旱蓮子菜，網袋孔2～3cm，用樁、繩或石籠固定於水底。
5.根據權利要求3所述方法，其特徵是所說漂浮載體是網袋，網袋內包裹漂浮植物喜旱蓮子菜，網袋孔2～3cm，用樁、繩或石籠固定於水底。
6.根據權利要求1或2所述漂浮植物種植方法，其特徵是所說漂浮載體是竹排，將數根喜旱蓮子菜的莖，用繩綑紮後平行地安置在竹排的兩根毛竹之間的孔隙，並用繩與兩側的毛竹進行固定連接，用樁、繩固定於水底。
7.根據權利要求3所述漂浮植物種植方法，其特徵是所說漂浮載體是竹排，將數根喜旱蓮子菜的莖，用繩綑紮後平行地安置在竹排的兩根毛竹之間的孔隙，並用繩與兩側的毛竹進行固定連接，用樁、繩固定於水底。
全文摘要
一種用漂浮植物浮床治理湖泊風浪區富營養化的方法，其特徵是選擇莧科、蓮子草屬的喜旱蓮子菜作為漂浮植物，將其種植在漂浮載體上共同構成一漂浮植物浮床，漂浮植物浮床用固定裝置定位在水面上。所說漂浮植物浮床設置成長條狀，多個條狀間隔設置在水面上，最好在喜旱蓮子菜未發芽或剛發芽期種植。所說漂浮載體可以是網袋，網袋內包裹漂浮植物喜旱蓮子菜，網袋孔2～3cm，用樁、繩或石籠固定於水底；所說漂浮載體也可以是竹排，將將數根喜旱蓮子菜的莖，用繩綑紮後平行地安置在竹排的兩根毛竹之間的孔隙，並用繩與兩側的毛竹進行固定連接，用樁、繩固定於水底。
文檔編號A01G31/00GK1836495SQ20061003990
公開日2006年9月27日 申請日期2006年4月26日 優先權日2006年4月26日
發明者胡春華, 朱澤聰 申請人:中國科學院南京地理與湖泊研究所