一种水生植物坪及其培养方法和在人工湿地中的应用与流程

本发明属于生态环境水体净化技术领域，具体涉及一种水生植物坪及其培养方法和在人工湿地中的应用。

背景技术：

人工湿地污水处理系统是在自然或半自然湿地系统的基础上发展起来的一种污水处理技术，具有成本低、能耗小、效果优良等优势。湿地植物、微生物、介质是人工湿地的基本构成，其中湿地植物不但能够直接摄取利用污水中的营养物质，而且输送氧气到根区，满足根区微生物生长繁殖对氧的要求。因此植物在湿地系统内发挥着十分重要的作用。

目前人工湿地的工程应用中，水生植物的栽培主要有两种途径：一是在池底置栽植土，将水生植物栽入土中，这种方式工程量大，所需材料较多，耗时长，成活率低；二是将水生植物栽入容器并沉入水中，这种方式栽植不均匀，容器影响植物在人工湿地中的正常生长，降低了人工湿地的运行效率。由上述可知，目前采用的人工湿地水生植物栽培方式在一定程度上限制了人工湿地的广泛应用。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，发明人经长期的技术与实践探索，提供一种水生植物坪及其培养方法和在人工湿地中的应用。本发明在培养容器中对水生植物进行预培养，形成水生植物坪后直接铺设于人工湿地基质层上，从而极大提高人工湿地植物栽培存活率，降低工程作业量及工程成本。

本发明的第一个方面，公开了一种水生植物坪的培养方法，包括：

1)在培养装置底部铺设蛭石粉形成蛭石粉层，将水生植物幼苗均匀扦插于蛭石粉表面；

2)在已扦插水生植物幼苗的蛭石粉表面设置固定层，从而达到固定水生植物，使水生植物根系与蛭石粉保持接触之目的；

3)向培养装置内注水，依照水生植物生长情况调节培养装置内水位，培养一段时间，水生植物植株生长，水生植物根系彼此在基质中相互交错，使得水生植物联结成为整体，形成水生植物坪；

优选的，所述培养装置为pvc板材或硬质塑料胶制而成的容器类装置，所述培养装置规格可根据实际应用所需进行调整，进一步优选的，所述培养装置规格为l200-500cm×w100-300cm×h50-100cm；

优选的，所述蛭石粉层厚度为1～4cm(最优选为2cm)；

优选的，所述固定层为陶沙、石粉或石英砂中的任意一种或多种，所述固定层厚度为0.5～2cm(最优选为1cm)；

优选的，所述水生植物为沉水植物或漂浮植物，

进一步优选的，所述沉水植物为菹草殖芽、苦草幼苗、黑藻株段或伊乐藻株段；所述漂浮植物为荇菜幼苗或水鳖株段；

优选的，在所述培养装置上还设置有植物灯、遮光棚、喷淋管等其他装置，根据水生植物对环境的需求进行搭配使用，提高培养效率，并使得培养不受季节环境限制；

本发明的第二个方面，公开了上述培养方法培养得到的水生植物坪；

本发明的第三个方面，公开了上述水生植物坪在人工湿地中的应用。

具体的，所述应用方式为：将所述水生植物坪铺设于人工湿地基质层之上作为湿地植物；由于湿地植物并未直接种植于人工湿地基质层中，湿地植物根系在穿透基质过程中发挥了疏通作用，从而提高了基质孔隙率，使基质的水力传输得到加强和维持，同时为微生物的生长提供了空间和氧气，从而提高人工湿地运行的稳定性，降低运行成本，同时减少植物根系对基质层的横向压实，从而有效减缓基质堵塞时间和程度；

所述人工湿地包括表流人工湿地、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地，优选的，所述人工湿地为表流人工湿地；由于表流人工湿地表层具有较好的富氧能力，使得人工湿地系统能够有效的去除有机污染物，经试验证实，该人工湿地系统处理污水效果优异；

本发明的第四个方面，公开了一种人工湿地的构筑方法，所述方法包括：将所述水生植物坪铺设于人工湿地基质层之上，然后在水生植物坪表面铺设石块或砂子固定；而后向人工湿地内注水，人工湿地构筑完成并运行；

优选的，所述人工湿地为表流人工湿地。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过水生植物的预培养，大大提高了人工湿地植物栽培的存活率，降低了工程作业量；同时，由于在水生植物预培养阶段，是在培养装置内管理生长，从而使得水生植物长势较一致，并且水生植物根系盘结，形成一个统一整体，即水生植物坪，有效提高了水生植物的抗逆性，从而提高水生植物存活率；

(2)本发明结构简单，运输方便快捷，易于操作，能够降低工程成本，有利于大规模推广应用；

(3)本发明所选用水生植物，已证明对人工湿地去除水中污染物质具有多方面的有利作用，净化效率高，处理效果好；

(4)水生植物坪高密度的根系结构对湿地基质有很强的穿透作用，在介质中形成了很多微小的间隙，增强基质疏松度，同时为微生物的生长提供了空间和氧气，从而使基质的水力传输得到加强和维持，提高人工湿地运行的稳定性，降低运行成本；由于湿地植物并未直接种植于人工湿地基质层中，减少植物根系对基质层的横向压实，从而有效减缓基质堵塞时间和程度；同时，方便后续对水生植物的更新替换，从而延长人工湿地的使用寿命和年限；

本发明在工程应用时，将装置内培养好的水生植物坪从装置内取出，将水生植物坪铺设于人工湿地基质层之上，并放置石块或沙子固定。铺设完成3-5天后湿地系统即可运行。该水生植物坪还可以根据需要修剪为所需尺寸与高度，从而大大提高人工湿地工程中植物栽培的作业效率，降低搭建成本，有利于人工湿地的大规模推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例1培养菹草植物坪的结构示意图；

图2为本发明实施例2培养苦草植物坪的结构示意图；

图中，1为蛭石粉层，2为固定层，3为pvc材质培养容器，4为喷淋管，5为植物灯，6为遮光棚。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如前所述，目前人工湿地中水生植物的栽培方式在一定程度上限制了人工湿地的应用。

有鉴于此，本发明的一种具体实施方式中，提供了一种水生植物坪的培养方法，包括：

1)在培养装置底部铺设蛭石粉形成蛭石粉层，将水生植物幼苗均匀扦插于蛭石粉表面；

2)在已扦插水生植物幼苗的蛭石粉表面设置固定层，从而达到固定水生植物，使水生植物根系与蛭石粉保持接触之目的；

3)向培养装置内注水，依照水生植物生长情况调节培养装置内水位，培养一段时间，水生植物植株生长，水生植物根系彼此在基质中相互交错，使得水生植物联结成为整体，形成水生植物坪；

本发明的又一具体实施方式中，所述培养装置为pvc板材或硬质塑料胶制而成的容器类装置，所述培养装置规格可根据实际应用所需进行调整，进一步优选的，所述培养装置规格为l200-500cm×w100-300cm×h50-100cm；

本发明的又一具体实施方式中，所述蛭石粉层厚度为1～4cm(最优选为2cm)，蛭石粉粒径为1-2mm，上述蛭石粉厚度和粒径，有利于水生植物固定并利于根系扎根扩展；

本发明的又一具体实施方式中，所述固定层为陶沙、石粉或石英砂中的任意一种或多种，所述固定层厚度为0.5～2cm(最优选为1cm)，所述陶沙、石粉或石英砂粒径为0.5-1mm；上述固定层厚度和粒径有利于水生植物的固定；

本发明的又一具体实施方式中，所述水生植物为沉水植物或漂浮植物，

本发明的又一具体实施方式中，所述沉水植物为菹草殖芽、苦草幼苗、黑藻株段或伊乐藻株段；所述漂浮植物为荇菜幼苗或水鳖株段；

本发明的又一具体实施方式中，在所述培养装置上还设置有植物灯、遮光棚、喷淋管等其他装置，根据水生植物对环境的需求进行搭配使用，提高培养效率，并使得培养不受季节环境限制；

本发明的又一具体实施方式中，提供了上述培养方法培养得到的水生植物坪；

本发明的又一具体实施方式中，提供了上述水生植物坪在人工湿地中的应用。

本发明的又一具体实施方式中，所述应用方式为：将所述水生植物坪铺设于人工湿地基质层之上作为湿地植物；

所述人工湿地包括表流人工湿地、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地，优选的，所述人工湿地为表流人工湿地；由于表流人工湿地表层具有较好的富氧能力，使得人工湿地系统能够有效的去除有机污染物，经试验证实，该人工湿地系统处理污水效果优异；

本发明的又一具体实施方式中，提供了一种人工湿地的构筑方法，所述方法包括：将所述水生植物坪铺设于人工湿地基质层之上，然后在水生植物坪表面铺设石块或砂子固定；而后向人工湿地内注水，人工湿地构筑完成并运行；

本发明的又一具体实施方式中，所述人工湿地为表流人工湿地；

下面通过实施例，对本发明的操作，作进一步具体的说明。

实施例1

研究表明菹草适于提高人工湿地冬季运行效率，因此育苗装置在8月20日运行。如图1所示，设计建造长、宽、高分别为200cm、100cm、60cm规格的pvc材质培养容器3。容器底部为蛭石粉层1，厚度为2cm，蛭石粉粒径为1-2mm。将菹草殖芽以适当距离均匀撒在蛭石粉层1上。为了固定殖芽，确保殖芽与蛭石粉充分接触，在最上层设置固定层2，厚度为1cm，选用材料为石粉，石粉粒径为0.5-1mm。扦插完毕后，使用水泵以循环流进水，进水至淹没固定层2，水位高度设置为2cm。每日观察水位，确保水位淹没菹草幼苗。水生植物坪培养20-30天后，至菹草幼苗长至4-5cm，培养容器3内水生植物形成200*100cm的坪状结构，由于根系的相互盘曲使菹草联结成为整体，形成菹草水生植物坪，此时水生植物坪可以方便取出，应用于湿地工程以及反应器之中。

利用上述水生植物坪进行表流人工湿地构建时，将装置内培养好的水生植物坪从装置内起出，将其直接铺设在湿地基质层之上，并向水生植物坪上撒上适量细沙，起到固定水生植物坪的作用。水生植物坪固定后，向湿地内进水，运行人工湿地。随着植物的生长，根系扎入基质中，实现了水生植物在人工湿地工程中的种植。

实施例2

装置在春季培养，与实施例1基本相同，选用长、宽、高分别为300cm、200cm、50cm规格的pvc材质培养容器3，容器底部为蛭石粉层1，厚度为2cm，蛭石粉粒径为1-2mm。不同点如下：选用植物为苦草幼苗，按照适宜距离将已经出芽的苦草幼苗均匀移栽在蛭石粉层1中。固定层2所用材料为粒径1-2mm陶沙，陶沙厚度为1cm，起固定植株的作用。装置各层搭建完毕后，加入自来水至恰好淹没苦草幼苗顶端。后续运行过程中，水位随苦草的生长而提高。

利用上述水生植物坪进行表流人工湿地构建时，将装置内培养好的水生植物坪从装置内起出，直接铺设在湿地基质层之上，并向水生植物坪上撒上适量细沙，起到固定水生植物坪的作用。水生植物坪固定后，向湿地内进水，运行人工湿地。随着植物的生长，根系扎入基质中，实现了水生植物在人工湿地工程中的种植。

实施例3

与实施例1基本相同，选用长、宽、高分别为200cm、200cm、60cm规格的pvc材质培养容器3，容器底部为蛭石粉层1，厚度为2cm，蛭石粉粒径为1-2mm。在最上层设置固定层2，厚度为1cm，选用材料为石粉，石粉粒径为0.5-1mm。不同点如下：选用植物为黑藻，按照适宜距离将黑藻株段均匀扦插在蛭石粉层1中。装置各层搭建完毕后，加入自来水至恰好淹没黑藻株段顶端。后续运行过程中，水位随黑藻的生长而提高。

利用上述水生植物坪进行表流人工湿地构建时，将其直接铺设在湿地基质层之上，并向水生植物坪上撒上适量细沙，起到固定水生植物坪的作用。水生植物坪固定后，向湿地内进水，运行人工湿地。随着植物的生长，根系扎入基质中，实现了水生植物在人工湿地工程中的种植。

实施例4

与实施例1基本相同，选用长、宽、高分别为400cm、300cm、50cm规格的pvc材质培养容器3，容器底部为蛭石粉层1，厚度为2cm，蛭石粉粒径为1-2mm。在最上层设置固定层2，厚度为1cm，选用材料为石粉，石粉粒径为0.5-1mm。不同点如下：选用植物为伊乐藻，按照适宜距离将伊乐藻株段均匀扦插在蛭石粉层1中。装置各层设置完毕后，加入自来水至恰好淹没伊乐藻株段顶端。后续运行过程中，水位随伊乐藻的生长而提高。由于伊乐藻适于提高人工湿地冬季运行效率，因此装置在8月5日运行。加装植物灯5，为伊乐藻的生长提供足够的光照。

利用上述水生植物坪进行表流人工湿地构建时，将装置内培养好的水生植物坪从装置内起出，将其直接铺设在湿地基质层之上，并向水生植物坪上撒上适量细沙，起到固定水生植物坪的作用。水生植物坪固定后，向湿地内进水，运行人工湿地。随着植物的生长，根系扎入基质中，实现了水生植物在人工湿地工程中的种植。

实施例5

装置在春夏季节运行，与实施例1基本相同，选用长、宽、高分别为400cm、200cm、50cm规格的pvc材质培养容器3，容器底部为蛭石粉层1，厚度为2cm，蛭石粉粒径为1-2mm。在最上层设置固定层2，厚度为1cm，选用材料为石粉，石粉粒径为0.5-1mm。不同点如下：选用漂浮植物荇菜幼苗或水鳖株段，按照适宜距离将植物幼苗或株段均匀扦插在蛭石粉层1中。装置各层搭建完毕后，加入自来水，水深2-3cm。本实施例中可根据季节及光照强度变化设置相应的遮光棚6、植物灯5。

利用上述水生植物坪进行表流人工湿地构建时，将装置内培养好的水生植物坪从装置内起出，先向湿地内进水，进水完成后，将漂浮植物萍直接置于湿地水面之上。随着植物的生长，根系扎入基质中，实现了水生植物在人工湿地工程中的种植。

实验例1

与实施例1同期在人工湿地基质层上种植菹草殖芽，并设置固定层，固定层厚度为1cm，选用材料为石粉，石粉粒径为0.5-1mm，待实施例1水生植物坪转移人工湿地并向其中注水运行的同时，向本实验例进行注水，二者同时运行，运行8个月后检测指标如下：

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