专利名称：消落带草被构建方法
技术领域：
本项技术属于工程生态学研究领域技术背景 本项是国家高技术研究发展计划(863)项目“镇江水环境质量改善与生态修复技术研究及示范”五分项“通内江河道生态修复与面源控制技术研究及示范工程”的研究成果之一。
研究区是与长江相通的古运河的感潮河段，随大潮、小潮河道水位周期性变化，同时河道水位夏秋季与冬春季季节性变化。潮涨潮落水位差2～3米。夏秋季高水位与冬春季节低水位相差3米以上，最大洪水位相差6米。夏季洪水位以及涨潮时，消落带的草类处于较长时间全水淹状态和间歇性水淹状态，在潮间低水位期和冬春季节，消落带较长时间处于脱离水面的干旱状态。这样的生境，对草被提出的要求是必须具备耐干旱、超耐水淹的两个基本特征。筛选具有耐干旱、超耐水淹特征的两栖性植物，是构建消落带草被的关键问题。
发明内容
1发明的技术目标根据消落带的生境特征，寻找既能正常生长在3米-6米以下水深的间歇性水淹以及全水淹状态下，又能在水位下落后连续不降雨的干旱情形下正常生长的草，是消落带生态河岸建设的关键问题。即筛选具有耐干旱、超耐水淹特征的水陆两栖性能的草，是发明的技术目标。
2筛选试验研究及结论1)试验装置为了进行筛选试验，设计一套试验装置，进行模拟试验，试验装置见说明书附图1(筛选实验装置)。如附图1所示，试验装置由供水装置、实验装置、进出水管组成。实验装置采用玻璃材料，可观察植物在全淹状态的水下生长状况。
2)筛选试验结论正常情形下，麦冬(Ophiopogon japonicus特征须根，长5厘米。叶片线形，长35厘米，宽3.5毫米，顶端钝。总状花序，种子球形。)适合生长在干旱贫瘠的土壤，是陆生草本植物。
经过两年的大量植物筛选、比较、模拟实验表明，麦冬不但具有耐干旱的特性，而且具有超耐水淹的特性，是水陆两栖的草本植物。适合在消落带生境下生长。
3)筛选试验过程2004年8月1日-9月4日，在所设计的试验装置，盆栽麦冬，全水淹35天，在水胁迫环境下观察实验水箱中麦冬生长状态。在试验期间麦冬在水下生长正常，并且发出新芽、新根。全水淹35天后，水箱排干水，所试验的麦冬生长正常。
2005年5月1日-8月5日，在所设计的试验装置，又一次将所选麦冬盆栽，全水淹3个月，水箱排干水后，麦冬生长恢复正常。
2004年8月，同期在另外一个实验玻璃箱，装40厘米厚、砾径0.3-0.5厘米的砾石，栽上麦冬，形成基质不保水的仅仅靠天然降水的干旱环境，在太阳暴晒下，观察植物生长状况。观测表明，在干旱环境下，麦冬生长正常。这种生长状况，从2004年8月保持到2005年8月。经过一年耐干旱试验，表明这种植物在干旱环境下生长正常。麦冬在干旱环境下生长状况如说明书附图2(麦冬耐干旱特性试验)。
4)水胁迫环境下植物生理特征测试结果利用透射电子显微镜、便挟式光合作用仪，对麦冬经过全淹一个月后的生理特征进行了测试，与正常生境下的麦冬生理特征进行了比较。
2004年8月全水淹一个月的麦冬，与非胁迫正常生长环境下的麦冬，根、叶，透射电子显微镜下超薄切片照相，相片对比如说明书附图3(全水淹35天后麦冬根叶切片照相)、附图4(无水淹麦冬根叶切片照相)。
附图3是全淹一个月后，麦冬的根、叶切片照相。附图4是麦冬在无水淹正常生长状况下根、叶切片照相。
相片对比表明，在全淹状态的胁迫环境，麦冬的根细胞、叶细胞，与非胁迫环境下麦冬的根细胞、叶细胞相比较，细胞超微结构基本无变化，保存了很多活性细胞。表明在胁迫环境下能生长利用LI-6400便挟式光合作用仪，对全水淹、未受水淹的麦冬光合作用特征进行测试。说明书附图5(无水淹生境麦冬光合作用特征曲线)是在无水淹正常生长状况下麦冬光合作用特征曲线，说明书附图6(全水淹生境麦冬光合作用特征曲线)是全淹一个月后麦冬光合作用特征曲线。对比表明，麦冬在胁迫和非胁迫情形下，光合速率(Pn)、叶温(TL)、光合有效辐射(PAR)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(C)、细胞间隙CO2浓度(Ci)变化曲线特征基本相似。
植物生理特征测试结论麦冬在全淹的水胁迫下，与在陆地正常生长情况下，植物根叶切片的透射电子显微镜照相、光合作用曲线测定结果对比，表明麦冬具有耐干旱、超耐水淹水陆两栖的生长特性。
3水质净化效果试验研究及结论麦冬是常绿植物，一年四季均正常生长，具有景观效果。特别是在冬季，当其它植物枯萎后，麦冬对河道岸坡景观美化很有意义。
对麦冬在冬季水质净化效果进行了研究。利用所设计的装置(说明书附图1)，用砾径0.3-0.5厘米的砾石布置人工滤床，滤床栽植麦冬，从住宅区排入河道的污水排口取污水，利用麦冬人工滤床去除污水中总氮、总磷。从2004年10月22日到2005年2月10日，进行总氮(TN)总磷(TP)去除效果试验。试验结果如说明书附图7(麦冬滤床TN去除效果)、附图8(麦冬滤床TP去除效果)所示。
附图7是麦冬滤床冬季TN去除效果曲线图。附图8是麦冬滤床冬季TP去除效果曲线图。
从图7、图8可知，麦冬在冬季净化效果(每10日)，可以达到总氮(TN)去除率96％；总磷(TP)去除率97％。总氮、总磷日平均去除率10％。
利用麦冬在消落带构建草被，对河水中的氮、磷有比较好的去除效果，对于改善河道水质有一定效果，特别是在河道污水排口附近。
4现场实际试验为了验证麦冬具有耐干旱、超耐水淹的水陆两栖的特征，在镇江迎江桥古运河的北岸的消落带，栽种99米长5米宽麦冬，进行现场实际试验。
2005年8月6日，“麦莎”台风影响到江苏省，现场试验区位于镇江古运河迎江桥，台风所形成暴雨，使现场实际试验区古运河的水位达到历史最高水位，最高水位由8月6日零点开始持续到8月7日19点，共持续19个小时。现场实际试验区所栽植的麦冬，在全水淹状态持续19个小时。潮水退后，麦冬生长正常。
“麦莎”台风暴雨现场水淹状况如说明书附图9(麦莎台风雨麦冬草被全淹状态)所示。
水位下落后麦冬生长状况如说明书附图10(水位下落后麦冬草未被淹状态)所示。
5应用价值感潮河口段、水库的水位变幅形成的消落带，是生态脆弱带，由于干旱与水淹的交替进行，很难有草类正常生长，形成植被裸露带。由于水位变化形成的水进、水退，对岸坡的稳定性和坡面的侵蚀影响很大。特别是象长江三峡库区，落差近80米的消落带，生态环境问题尤为突出。
一般的草不能适应这种环境，难以存活。选用的麦冬具有水陆两栖特征，利用它们在消落带构建草被，进行固坡、护坡，有比较好效果。感潮河段、水库消落带生态系统构建，是生态河道、生态水库应该解决的重大问题。该技术在感潮河段、水库消落带的生态修复与重建方面，具有比较大的生产应用价值。该技术方法适应于感潮河段、水库消落带的生态修复。
6创新点感潮河段、水库消落带的生态修复，是急待解决的重要问题，是水生态修复研究领域关注的热点问题。寻找耐干旱、超耐水淹的草类，是消落带生态修复的关键。麦冬本身是适合干旱、贫瘠的陆生植物。筛选试验研究发现麦冬具有耐干旱、超耐水淹的两栖特征；对水中氮、磷具有很好去除效果；四季长绿，冬季具有比较好的景观效果。
在大量模拟试验、现场试验的基础上，筛选一种适合消落带生境特征的草，构建草被，防护岸坡，提出一条以两栖草本植物进行消落带生态修复与重建的新途径。
具体实施例方式
所筛选的麦冬是适合于消落带生长的植物，利用这种植物在感潮河流的消落带，特别是在硬质护坡消落带，构建草被的工程施工方法如下。
1)利用锚钉将三维网固定在浆砌石岸坡上，或者土质岸坡上；2)在三维网铺土，形成麦冬生长基质层；3)在基质层上栽植麦冬；4)经过一个生长季后，即形成稳定的适合消落带生境的草被。
图1筛选试验装置图2麦冬耐干旱特性试验图3全水淹35天后麦冬根叶切片照相图4无水淹麦冬根叶切片照相图5无水淹生境麦冬光合作用特征曲线光合速率Pn(μmol.m-2.s-1)，气孔导度C(mmol.m-2.s-1)，蒸腾速率Tr(mmol.m-2.s-1)，叶温T1(℃)，细胞间隙CO2浓度Ci(Ml.L-1)，时间(10时18分26秒—10时25分29秒)图6全水淹生境麦冬光合作用特征曲线光合速率Pn(μmol.m-2.s-1)，气孔导度C(mmol.m-2.s-1)，蒸腾速率Tr(mmol.m-2.s-1)，叶温T1(℃)，细胞间隙CO2浓度Ci(M1.L-1)，时间(10时29分12秒——10时38分12秒)图7麦冬滤床TN去除效果(每10日)(观测时间2004年10月22日——2005年2月10日)
图8麦冬滤床TP去除效果(每10日)(观测时间2004年10月22日——2005年2月10日)图9麦莎台风雨麦冬草被全淹状态图10水位下落后麦冬草未被淹状态
权利要求
经过长期筛选、模拟实验、实际验证，筛选出耐干旱、超耐水淹，具有水陆两栖特性的植物麦冬(Ophiopogon japonicus)，适合生长在感潮河段、水库消落带。在水位变幅大、岸坡处于周期性全水淹、干旱交替状态的消落带，利用它们构建草被，进行消落带生态修复、重建，防治坡面侵蚀、岸坡滑塌。利用四季长绿的生长特征，进行景观建设。利用麦冬构建的草被，在3-6米水下全淹一个月，退水后在不降雨的干旱环境下正常生长，在水下全淹三个月，退水后恢复正常生长。以耐干旱、超耐水淹的麦冬构建草被，解决感潮河段以及水库消落带的生态修复与重建的关键问题。
全文摘要
感潮河段、水库消落带，由于水位变幅大，岸坡间歇性处于全水淹、干旱交替状态，一般草难以存活，消落带是生态脆弱带，岸坡水蚀、滑塌等灾害时有发生。经过两年筛选试验研究，麦冬(Ophiopogon japonicus)具有耐干旱、超耐水淹的水陆两栖特征，四季长青，能够适应消落带的生境特征。可用于构建消落带岸坡草被，防治岸坡侵蚀、滑塌。这项技术，以生物措施解决感潮河段、水库消落带的生态修复与重建的关键问题。麦冬在消落带主要适应性特征在全淹一个月状况下，植物生理状态正常。在全淹3个月状况下，植物可以正常恢复；具有超耐水淹、耐干旱的特征；具有比较强的水体营养盐的去除能力，总氮(TN)(每10日)去除率96％，总磷(TP)(每10日)去除率97％；这种植物四季可以生长，冬季具有很好景观效果。
文档编号A01G7/00GK1990959SQ20051002266
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月27日 优先权日2005年12月27日
发明者胡孟春 申请人:胡孟春, 唐晓燕