一種除磷抑藻的「水下草坪」及構建方法

2023-11-09 12:42:57 1

專利名稱：一種除磷抑藻的「水下草坪」及構建方法
技術領域：
本發明屬於水體富營養化防治領域，具體涉及一種利用矮生型沉水植物和複合生 長基質進行除磷抑藻的方法。
背景技術：
由於大氣沉降、地表徑流匯入及未經處理生活汙水漏排，大量的氮磷等營養物質 被這些面源帶入城市景觀河湖水體，這些水體往往水流速度較緩慢，水交換率低，因此氮磷 水平易逐漸升高出現富營養化，藻類大量生長甚至爆發，嚴重破壞水環境質量，同時水體景 觀觀賞性大大降低，迫切需要發展有效地技術抑制水中氮磷水平上升，控制藻類的生長，使 河湖水體清澈透明，維持較高的水環境質量。除了對排入的面源進行治理、削減外源氮磷的輸入外，利用沉水植物的競爭抑制 作用也可以在氮磷處於中度甚至高度富營養化水平時實現對藻類生長的控制，主要是通過 在水體中發展沉水植被，利用沉水植物的生理生態功能實現。如在丹麥及荷蘭的一些自然 湖泊已通過恢復沉水植被實現對富營養化藻類爆發的控制，在我國的太湖和滇池部分湖 區，以及廣東惠州的西湖，也已經嘗試通過撫育沉水植被來控制藻類爆發。不管是人工構建 或自然恢復，現有技術所形成的沉水植被多以植株較高大的種類，如狐尾藻、苦草、黑藻等 為主，株高通常可達2米，而景觀水體往往水深較淺，多在2米以下，由這些種類形成的茂盛 沉水植被經常會填滿整個水體空間，使水體具有沼澤化的危險，也會影響水體的景觀觀賞 性。如何對這一生態技術進行改進，使其既可以達到脫除氮磷、抑制藻類生長又不影響景觀 水體的觀賞性成為需要解決的問題。

發明內容
本發明目的在於針對現有生態技術的不足，提供一種除磷抑藻的「水下草坪」，既 可以達到脫除氮磷、抑制藻類生長又不影響景觀水體的觀賞性。本發明的另一個目的是提供所述「水下草坪」(水下植被系統)的構建方法。本發明的目的通過以下技術方案予以實現提供一種除磷抑藻的「水下草坪」，包括矮生型沉水植物和複合生長基質，所述矮 生型沉水植物生長覆蓋在複合基質上，分別通過沉水植物光合作用維持水體好氧、基質吸 附除磷降低水中磷濃度、沉水植物覆蓋抑制底質顆粒物懸浮等綜合作用，實現對水中藻類 生長抑制、懸浮顆粒物的沉降，使水體維持清澈透明狀態，並具有良好的水環境質量和景觀 觀賞性。其中矮生型沉水植物選用可沉水生長、植株較矮小、株高不超過30cm的大型維管 束水生植物種類，優選矮慈姑、水篩或茨藻屬種類。磷吸附性較強的複合生長基質是適宜於 沉水植物生長的基質和具有較強的磷吸附性能的基質組合而成。適宜於沉水植物生長的 基質優選氮磷營養較豐富的水稻土或塘泥，磷吸附性較強的基質優選華南地區常見的赤紅 壤、或玄武巖發育的磚紅壤或粒徑在0. Imm左右的鐵砂，其中，氮磷營養豐富的基質平鋪在底部，磷吸附性基質平鋪在上面，兩者不摻混，生長基質最少達到3 5cm厚，與磷吸附基質 組合比例1 1至1 3之間，植物地下根莖扎於下部基質中吸收生長所需營養物質，並 不斷分生出新的莖葉，莖葉挺出上部基質與水接觸，在水中進行光合作用，並逐漸覆蓋住基 質，形成「水下草坪」。本發明利用矮生型沉水植物和複合生長基質開發一種可鋪設於景觀河湖水體底 部的「水下草坪」，其生長範圍保持在水體下部三分之一處，可使水體上部維持澄清透明狀 態，起到改善水環境質量、增強水體景觀觀賞性的效果。本發明同時提供了所述「水下草坪」的構建方法，可由兩種方式構建形成一種是異位構建成初步的草坪，然後移入目標水體，再逐漸發育成覆蓋良好的「水 下草坪」，適用於水量較大的，不易將水排乾的大規模景觀河湖水體。優選在平均氣溫達到20°C以上的季節，異地構建0. : 深露天水池(或多個底面積 1平米左右塑料箱)作為育苗設施，底部鋪設具有一定面積的育秧塑料盤承載水下草坪，育 秧盤鋪上營養豐富的水稻土(或採用原有營養豐富底泥)等基質約3. 5cm厚，然後將矮生 型沉水植物營養繁殖體(根莖葉較全的單個植株)根植入，每平米約20株左右，使水位維 持在基質上IOcm左右，上部遮蓋黑色遮陽網使光照強度維持在20001x。大約10 20天左 右，沉水植物已完全紮根生長出新的幼苗後，撤掉遮陽網，在沉水植物間隙基質裸露出的部 位均勻鋪撒磷吸附基質磚紅壤等，厚度約3. 5cm，然後提高水位到基質上20cm左右，讓草坪 自然發育，約30天後，沉水植物在磷吸附基質上覆蓋度達到50%左右後，可放掉上部水，將 塑料育秧盤託起運到目標水體，慢慢沉入並鋪在水體底部，沉水植物繼續生長30天左右即 可形成具有除磷、抑藻及澄清水質功能的「水下草坪」。另一種是對於小規模的景觀河湖，可在原位直接構建形成「水下草坪」。具體構建方法如下優選在平均氣溫達到20°C以上的季節，將目標水體水位降 至0. Im左右，水底鋪上營養豐富的水稻土(或採用原有營養豐富底泥或塘泥)等基質 約3. 5cm厚，然後將矮生型沉水植物營養繁殖體(根莖葉較全的單個植株)根植入，每平 米約20株左右，使水位維持在基質上IOcm左右，上部遮蓋黑色遮陽網使光照強度維持在 20001x。大約10 20天左右，沉水植物已完全紮根生長出新的幼苗後，撤掉遮陽網，在沉水 植物間隙基質裸露出的部位均勻鋪撒磷吸附基質磚紅壤等，厚度約3. 5cm，然後提高水位到 基質上20cm左右，讓草坪自然發育，約30天後，沉水植物在磷吸附基質上覆蓋度達到50% 左右後，將水位提高到正常水平，沉水植物繼續生長30天左右即可形成具有除磷、抑藻及 澄清水質功能的「水下草坪」。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果(1)本發明所提供的水下草坪用於景觀水體富營養化防治，具有降低水中氮磷水 平、控制底質顆粒物懸浮、抑制單細胞藻類生長、維持水體上部澄清透明等優點。(2)本發明所提供的水下草坪和構建方法解決了目前利用沉水植被控制富營養化 時，整個水體空間易被水草填滿的問題，特別適用於景觀河湖水體，有助於其景觀觀賞性提高。(3)本發明所提供的水下草坪，用於景觀河湖水體時，對於生活汙水漏排、徑流攜 帶面源及間歇性以城市汙水處理廠一級A標準出水作為補給水帶入的氮磷具有較好的去 除能力，可快速使上覆水氮磷回到較低的水平。
(4)本發明所提供的水下草坪及構建技術，所使用植物及基質材料容易獲得，成本 低廉，應用於景觀河湖水體可以持續有效地防治富營養化。


圖1是本發明「水下草坪」組成的示意圖附圖1中，1為適宜於沉水植物生長的基質，2為磷吸附性基質，3為矮生型植物根 系，4為矮生型植物莖，5為矮生型植物葉片。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例進一步說明本發明的技術方案。實施例12009年春季4月初，在廣州華南農業大學室外實驗場地，以長寬高為 200 X 100 X 50cm的PVC塑料水箱模擬小的景觀水池，整個水箱底部構建水下草坪，箱中先 鋪3. 5cm厚水稻土，然後植入株高約IOcm矮慈姑10株左右，加入自來水使水位在水稻土以 上10cm，塑料箱上部遮蓋黑色遮陽網。20天後，矮慈姑紮根並有新的幼苗萌發出，撤掉遮陽 網，在植株間隙基質裸露出的部位均勻鋪撒3. 5cm厚磚紅壤，然後提高水位到基質上20cm 左右，約30天後，矮慈姑覆蓋度達到50 %左右後，加入自來水使水位提高到50cm (水箱加滿 狀態)，經過30天後，矮慈姑覆蓋度達到100%。矮慈姑覆蓋度達到50%後，系統因蒸發水 位下降後，每10天補水一次將水位提升到50cm，補入的水為人工模擬的二級城市汙水處理 廠一級A標準出水(硝酸鹽氮濃度10mg/L，總磷濃度0. 5mg/L)，以硝酸鉀、磷酸二氫鉀和自 來水配置。截止2010年夏天，水箱中矮慈姑株高最高達到基質以上20cm，上覆水中總磷一 直維持在0.01mg/L左右，總氮維持在3mg/L左右，葉綠素濃度處於可檢測範圍以下，水一直 維持清澈見底狀態。實施例2選擇廣州華南農業大學躍進北農場附近面積150平方米，深1米的廢棄魚塘改造 為1#、2#和3#兩個各50平方米的水池，三水池通過管道與農場灌溉水渠相連，以農場灌溉水 作為補給水源。2010年春季3月底，1#和3#水池中水放掉，露出底泥。其中1#水池原位構 建水下草坪黑色底泥上直接植入株高約IOcm矮慈姑1000株左右，灌入水渠蓄積的雨水， 使水位在底泥以上10cm，水池上部架設黑色遮陽網遮蓋。20天後，矮慈姑紮根並逐漸萌發 出新的幼苗，撤掉遮陽網，在裸露出的塘泥部位均勻鋪撒3. 5cm厚鐵砂，然後灌水使水位到 鐵砂上20cm左右，約30天後，矮慈姑覆蓋度達到50%左右後，灌水使水位提高到80cm，矮 慈姑自然發育，6月初覆蓋度達到100%。2#水池異位構建水下草坪先將水位調整到80cm 左右，在岸邊放置長寬高100X 100 X 40cm的PVC塑料水箱40個，每個箱底鋪設具有Im2的 育秧塑料盤，育秧盤鋪上水稻土約3. 5cm厚，然後將株高約IOcm矮慈姑根植入，每個育秧盤 約20株左右，使水位維持在水稻土上IOcm左右，上部遮蓋黑色遮陽網使光照強度維持在 20001x。大約10 20天左右，矮慈姑紮根生長出新的幼苗，撤掉遮陽網，在沉水植物間隙 基質裸露出的部位均勻鋪撒磚紅壤，厚度約3. 5cm，然後提高水位到基質上20cm左右，讓草 坪自然發育約30天後，矮慈姑覆蓋度達到50%左右後，塑料箱中水放掉，將塑料育秧盤託 起慢慢沉入並鋪在2#池底部，矮慈姑自然發育，6月底左右覆蓋度達到100 %。
3#水池未構建水下草坪但灌水方案與1#相同。之後三水池通過使用水渠灌溉水或 自然降雨使水位維持在80cm，並每10天在三水池及灌溉水渠採集水樣監測總氮、總磷和葉 綠素濃度。農場灌溉水因匯集農田地表徑流富含氮磷總氮1 :3mg/L，總磷0. 1 0. 5mg/ L0從實驗初期到2010年9月，種植「水下草坪」 1#和2#池總磷水平在0. 01 0. 03mg/L, 總氮水平在0. 5 lmg/L，葉綠素濃度0. 01mg/L,整個水體一直保持清澈見底狀態。而未種 植水下草坪的3#池總磷水平範圍在0. 03 0. lmg/L,總氮維持在1 ang/L，葉綠素濃度 0. 12 0. 15mg/L，水體呈現渾濁綠色，薩式盤透明度只有IOcm左右。實施例32009年春季4月初，在廣州華南農業大學室外實驗場地，以長寬高為 200X 100X 50cm的PVC塑料水箱模擬小的景觀水池，整個底部構建水下草坪，箱中先鋪 3. 5cm厚水稻土，然後植入株高約15cm水篩15株左右，加入自來水使水位在水稻土以上 IOcm,塑料箱上部遮蓋黑色遮陽網。20天後，水篩紮根並有新的幼苗萌發出，撤掉遮陽網， 在植株間隙基質裸露出的部位均勻鋪撒3. 5cm厚赤紅壤，然後提高水位到基質上20cm左 右，約30天後，水篩覆蓋度達到50%左右後，加入自來水使水位提高到50cm(水箱加滿狀 態)，經過30天後，水篩覆蓋度達到100%。水篩覆蓋度達到50%後，系統因蒸發水位下降 後，每10天補水一次將水位提升到50cm，補入的水為人工模擬的二級城市汙水處理廠一級 A標準出水(硝酸鹽氮濃度10mg/L，總磷濃度0. 5mg/L)，以硝酸鉀、磷酸二氫鉀和自來水配 置。截止2010年夏天，水箱中水篩株高最高達到基質以上25cm，上覆水中總磷一直維持在 0. 0lmg/L左右，總氮維持在3mg/L左右，葉綠素濃度處於可檢測範圍以下，水一直維持清澈 見底狀態。
權利要求
1.一種除磷抑藻的「水下草坪」，其特徵在於包括矮生型沉水植物和複合生長基質，所 述複合生長基質包括適宜於沉水植物生長的基質和磷吸附性基質；所述「水下草坪」從水體 下部到水體上部方向依次包括適宜於沉水植物生長的基質、磷吸附性基質和生長覆蓋在復 合生長基質上的矮生型沉水植物。
2.根據權利要求1所述除磷抑藻的「水下草坪」，其特徵在於所述矮生型沉水植物為可 沉水生長、植株較矮小、株高不超過30cm的大型維管束水生植物種類。
3.根據權利要求1或2所述除磷抑藻的「水下草坪」，其特徵在於所述矮生型沉水植物 為矮慈姑、水篩或茨藻屬種類。
4.根據權利要求1所述除磷抑藻的「水下草坪」，其特徵在於所述適宜於沉水植物生長 的基質為水稻土或塘泥。
5.根據權利要求1所述除磷抑藻的「水下草坪」，其特徵在於所述磷吸附性基質為赤紅 壤、磚紅壤或鐵砂。
6.一種權利要求1、2、4或5所述除磷抑藻的「水下草坪」的構建方法，其特徵在於包括 以下步驟(1)異位構建成初步的草坪；在露天水池(或小塑料箱)底鋪設育秧盤，在育秧盤上鋪 上適宜於沉水植物生長的基質，然後將矮生型沉水植物營養繁殖體根植入；(2)待矮生型沉水植物完全紮根生長出新的幼苗後，在沉水植物間隙基質裸露出的部 位均勻鋪撒磷吸附基質；(3)待沉水植物在磷吸附基質上覆蓋度達到40%-60%後，將塑料育秧盤託起運到目 標水體，鋪在目標水體底部，發育成覆蓋良好的「水下草坪」。
7.根據權利要求6所述的構建方法，其特徵在於所述露天水池深0.3 0. 5米；所述 適宜於沉水植物的生長基質厚3 km ；所述磷吸附性基質厚度為所述生長基質1 3倍。
8.—種權利要求1、2、4或5所述除磷抑藻的「水下草坪」的構建方法，其特徵在於包括 以下步驟(1)將目標水體水位降至0.1 0. 15m，水底鋪上適宜於沉水植物生長的基質，將矮生 型沉水植物營養繁殖體根植入；(2)待矮生型沉水植物完全紮根生長出新的幼苗後，在沉水植物間隙基質裸露出的部 位均勻鋪撒磷吸附基質；(3)提高水位到基質上20 25cm左右，草坪自然發育，待沉水植物在磷吸附性基質上 覆蓋度達到50%後，將水位提高到正常水平，沉水植物繼續生長形成「水下草坪」。
全文摘要
本發明公開了一種除磷抑藻的「水下草坪」及其構建方法。所述「水下草坪」包括矮生型沉水植物和複合生長基質，所述複合生長基質包括適宜於沉水植物生長的基質和磷吸附性基質；所述「水下草坪」從水體下部到水體上部方向依次包括適宜於沉水植物生長的基質、磷吸附性基質和生長覆蓋在複合生長基質上的矮生型沉水植物。本發明所提供的水下草坪用於景觀水體富營養化防治，具有降低水中氮磷水平、控制底質顆粒物懸浮、抑制單細胞藻類生長、維持水體上部澄清透明等優點。
文檔編號C02F3/32GK102060384SQ20101052971
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月29日 優先權日2010年10月29日
發明者呂丹, 張珺蓉, 種雲霄 申請人:華南農業大學