新开挖偏硬沉积物湖泊清水型生态系统快速构建的方法与流程

本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种新开挖偏硬沉积物湖泊清水型生态系统快速构建的方法。

背景技术

沉水植被恢复是生态系统恢复的核心环节，也是实现浊水态向清水态转变的关键，这其中沉水植被的生态作用机制主要包括：（1）与藻类竞争可利用营养物质，降低藻类生物量；（2）增加颗粒物沉降，抑制沉积物再悬浮；（3）为浮游动物提供生长繁殖的场所，并为其躲避鱼类捕食创造条件；（4）通过根系向沉积物释放氧气，改善沉积物氧化还原电位，抑制沉积物磷的释放，等等。生态系统修复的实践表明，只有在沉水植被恢复后清水系统才能稳定。国外大量研究发现，生物操纵后如果沉水植被没有恢复，系统也会回复到浊水态，但植被一旦形成，由于生物生境发生了巨大变化，就会形成一个具有不同结构的清水系统。

目前，出于建设美丽城市以及市民旅游休闲的需要，国内很多城市开始进行湖泊水污染的整治，一些缺少湖泊的城市如成都等地也开始了城市景观湖泊的开挖，新建的景观湖泊在开始几年水质一般尚可，但由于沉水植物没有恢复、水生态系统没有构建好，水质会迅速恶化，而重新整治与修复水质恶化的湖泊需要相当的经费投入。新开挖湖泊一般存在沉积物偏硬的问题，新开挖湖泊由于没有种子库，沉水植物的自然恢复基本不可能，要人工种植并构建沉水植物群落，底泥太硬也没法施工，即使使用工具费力费时大投入勉强扦插，但由于底泥营养元素不足或者某些元素的缺乏，种植的沉水植物也会生长不良或者死亡，达不到构建沉水植物群落的目的，良好的水生态系统自然也不能构建。

因此，对于新开挖城市景观湖泊，如何在开挖后迅速在偏硬沉积物上建立完善的沉水植物群落，并注重水景功能，是提升城市湖泊景观服务功能的技术关键。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对新开挖景观湖泊由于偏硬沉积物造成的沉水植物群落无法构建的问题，提供一种新开挖偏硬沉积物湖泊清水型生态系统快速构建的方法。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种新开挖偏硬沉积物湖泊清水型生态系统快速构建的方法，在湖泊底泥上铺设一层矿物覆盖层，对沉积物进行改良，之后撒播沉水植物种子或营养体，实现沉水植物种子库的恢复，以构建生态系统；所述矿物覆盖层组分为煤渣粉、泥炭土、高岭土和萘乙酸钠。

本发明的方法应用的目标湖泊主要为新开挖小型湖泊，存在底泥偏硬营养贫乏，没有沉水植物种子库以及人工移栽植物成活率低、生长不良等的问题。采用特定矿物组合物覆盖底泥，对沉积物进行改良。采用泥炭土改善底泥环境，为植物提供生长所需营养；煤渣粉粗糙度较高，便于植物根系固定，同时能吸收水体营养物质，并抑制泥炭土中的营养物质向水体释放；萘乙酸钠可调节沉水植物生长、促进植物根系粗壮与多根，增强植物的锚力；高岭土能够联合矿物质基质作用，并控制萘乙酸钠释放速度。

本发明的方法，根据湖泊不同区域水深变化调整矿物覆盖层各组分重量构成；其中，湖泊水深≤1.5米区域，矿物覆盖层各组分重量构成为，煤渣粉30-70%，泥炭土20-50%，高岭土5-10%，萘乙酸钠0.1-1%；湖泊水深＞1.5米区域，矿物覆盖层各组分重量构成为，煤渣粉10-50%，泥炭土40-70%，高岭土5-10%，萘乙酸钠0.1-1%。在水深不同区域恢复的植物品种不同，而不同植物的生长习性与营养需求是有显著差异的，因此在不同水深处矿物质覆盖层配方中组份重量比例有所不同。

所述矿物覆盖层厚度为5-10cm。矿物覆盖层太薄会造成沉水植物锚力不足，太厚投入经费太大。

发挥种子库的优势能迅速构建沉水植物，比人工种植沉水植物要快而且省事省力极大降低经费投入。根据水深不同区域恢复的植物品种不同，湖泊水深≤1.5米区域，撒播苦草与大茨藻种子或营养体，撒播量为每亩0.5-5kg；湖泊水深＞1.5米区域，撒播眼子菜、黑藻与狐尾藻种子，撒播量为1-5kg。沉水植物种子或营养体的撒播方式为：用黏土加种子或营养体和水，均匀泼洒。

在撒播沉水植物种子发芽后，进行补水和补种，进行沉水植物群落的构建与稳定。根据植物种子萌发习性，及时调节水位，同时在种子萌发率较低区域补种相关的沉水植物苗种。

本发明中的偏硬沉积物指有机质质量含量低于1%的沉积物。

本发明的方法针对新开挖小型湖泊存在的底泥偏硬营养贫乏，没有沉水植物种子库以及人工移栽植物成活率低、生长不良等的问题，采用矿物覆盖层覆盖底泥，对底泥中的沉积物进行改良，之后撒播沉水植物种子或营养体，实现沉水植物种子库的恢复，并根据植物种子萌发习性，及时调节水位并补种，实现一个沉水植物群落稳定、有良好景观服务功能的生态系统的快速构建。

附图说明

图1是实施例1苦草的总株数和水位关系图；

图2是实施例1苦草的湿重和水位关系图；

图3是实施例1黑藻的总长和水位关系图；

图4是实施例1黑藻的湿重和水位关系图；

图中abc为统计学字母，字母不同表明数据差异显著，字母相同表明数据差异不显著。

具体实施方式

实施例1不同水深沉水植物的生长

实验布置于太湖湖泊生态研究站的水泥池中（长3m、宽3m、高2.5m），池水直接从太湖中抽入。实验盆采用角钢悬挂于同一水池中，共三根角刚，每一根悬挂同一水位的四个重复实验盆。实验盆采用底部直径33cm、顶部直径41cm、高16cm的圆盆。每个盆装10cm预先筛除杂质的太湖岸边偏硬的沉积物。

水位为单一实验因素，设3个水平，每个水平设4个重复，共12个实验盆。水位设计为0.5m、1.5m、2.5m。每盆中种植初始高度15cm的苦草和黑藻各15株。种植方式采用同心圆间隔种植，保证两种植物在位置和空间上的均一性。

实验结果如图1~图4所示，结果表明：苦草在水深1.5米以内生长最好；黑藻在水深1.5米以上相对较好。

苦草的总株数、湿重在三个水位中的差异很显著，都是50cm水位显著高于150cm水位显著高于250cm水位。

黑藻的总长随着水深的增加而逐渐变长，250cm水位的黑藻总长最长，150cm水位的次之，50cm水位的总长最短，他们之间具有显著性差异。黑藻50cm和150m水位的湿重显著高于250cm水位的湿重，150cm水位湿重高于50cm水位湿重。

实施例2底泥覆盖处理后沉水植物萌发与生长情况

实验在无锡太湖野外试验站的大塑料桶中进行。实验设计为单因素实验，设置3组沉积物处理，对照处理（太湖岸边偏硬底泥，大塑料桶中水深1米）；底泥覆盖处理一（水深1.5米以下的配方，大塑料桶中水深1米）、底泥覆盖处理二（水深1.5米以上配方，大塑料桶中水深1.5米）。每组处理3个重复。底泥覆盖层厚度为5cm；底泥覆盖处理一（水深1.5米以下的配方），覆盖层各组分重量构成为，煤渣粉70%，泥炭土20%，高岭土9%，萘乙酸钠1%；底泥覆盖处理二（水深1.5米以上配方），覆盖层各组分重量构成为，煤渣粉45%，泥炭土50%，高岭土4%，萘乙酸钠1%。

3月上旬开展植物营养体萌发实验。对照组撒播苦草与黑藻营养体各50个，底泥覆盖处理一撒播苦草营养体50个，底泥覆盖处理二撒播黑藻营养体50个。用黏土加营养体和水，均匀泼洒。实验期间观察植物营养体萌发与生长情况。

5月中旬开展植物生长实验。实验开始前1周，各选取15株颜色亮绿、初始重量基本一致的苦草幼苗（总生物量为22.5±3.1g）与15株黑藻（总生物量为45.5±5.3g）移植到实验桶中。对照组种植苦草与黑藻，底泥覆盖处理一种植苦草，底泥覆盖处理二种植黑藻。实验一个月后，收集各桶内的苦草与黑藻样品，并用清水彻底冲洗，以测定各个系统中植物生物量，计算相对生长率。

研究结果表明，植物营养体萌发实验中，观察发现，三组处理中苦草与黑藻的萌发率接近，达到了90%以上，不同的是，对照组中的营养体发芽后有部分不能扎根，苦草（30%）与黑藻（45%）营养体发生移动或漂浮现象，此外，扎根的植物生长速度缓慢，叶片细长。底泥覆盖处理的两种植物营养体，基本没有发生移动或漂浮现象，植物生长速度要远高于对照组，叶片相对较宽；植物生长实验中，对照组苦草相对生长速率为5.4±1.5mgg^-1d^-1，黑藻相对生长速率为7.1±2.1mgg^-1d^-1。底泥覆盖处理一种苦草相对生长率为18.4±3.5mgg^-1d^-1。底泥覆盖处理二中黑藻相对生长速率为21.8±4.7mgg^-1d^-1。可见，底泥覆盖处理使得沉水植物生长速率加快，具有显著效果。

实施例3

成都某新开挖的城市景观湖泊，2013年开挖，水体面积90000平方米，平均水深2.0米，水深低于1.5米区域占湖泊总面积的40%，底泥偏硬，基本没有外源负荷输入，补水措施为自来水。

2014年进行沉水植物构建。2月中旬进行了湖泊内沉积物总氮、总磷以及有机质含量调查分析。3月初进行沉积物的改良工作，在偏硬沉积物上铺设一层矿物覆盖层，厚度为10cm，水深低于1.5米区域，覆盖层各组分重量构成为，煤渣粉55%，泥炭土35%，高岭土9%，萘乙酸钠1%；水深高于1.5米区域，覆盖层各组分重量构成为，煤渣粉40%，泥炭土55%，高岭土4%，萘乙酸钠1%。

3月中旬，进行沉水植物种子库的快速恢复。水深1.5米以下区域，撒播苦草与大茨藻营养体或种子，使用量为每亩1.5kg，水深1.5米以上区域，撒播眼子菜、黑藻与狐尾藻种子，每亩用量为1kg。

4月中下旬，检查撒播沉水植物营养体或种子萌发情况。

6月初，再根据沉水植物的生长情况，每周补水5-10cm直至正常水位，同时结合水深与种子萌发情况，在浅水处补种苦草与大茨藻苗种，在深水处补种眼子菜、黑藻与狐尾藻等苗种。

7月初，沉水植物覆盖度达到70%以上，植物优势种4-5种，沉水植物群落较为稳定，水质清澈，透明度达到80cm以上，浅水区呈现水下草坪景观，深水区呈现水下森林景观，新开挖景观湖泊清水型生态系统快速构建获得成功。

实施例4

重庆某新开挖景观湖泊，2014年开挖，水体面积10000平方米，平均水深2.2米，水深低于1.5米区域占湖泊总面积的60%，底泥偏硬，基本没有外源负荷输入。

2015年进行沉水植物构建。3月初在偏硬沉积物上铺设一层矿物覆盖层，厚度为7cm，水深低于1.5米区域，覆盖层各组分重量构成为，煤渣粉45%，泥炭土50%，高岭土4%，萘乙酸钠1%；水深高于1.5米区域，覆盖层各组分重量构成为，煤渣粉20%，泥炭土70%，高岭土9%，萘乙酸钠1%。

3月中旬在水深1.5米以下区域，撒播苦草与大茨藻营养体或种子，使用量为每亩0.5kg，水深1.5米以上区域，撒播眼子菜、黑藻与狐尾藻种子，每亩用量为5kg。

4月中下旬，检查撒播沉水植物营养体或种子萌发情况。

5月底，再根据沉水植物的生长情况，每周补水5-10cm直至正常水位，同时结合水深与种子萌发情况，在浅水处补种苦草与大茨藻苗种，在深水处补种眼子菜、黑藻与狐尾藻等苗种。

6月底，沉水植物覆盖度达到60%以上，植物优势种4种，沉水植物群落较为稳定，透明度达到80cm以上，水质清澈，生态系统稳定。

实施例5

长沙某新开挖景观湖泊，2015年开挖，水体面积50000平方米，平均水深2.0米，水深低于1.5米区域占湖泊总面积的50%，底泥偏硬，没有外源负荷输入。

2016年进行沉水植物构建，3月初进行沉积物的改良工作，在偏硬沉积物上铺设一层矿物覆盖层，厚度为5cm，水深低于1.5米区域，覆盖层各组分重量构成为，煤渣粉50%，泥炭土43%，高岭土6%，萘乙酸钠1%；水深高于1.5米区域，覆盖层各组分重量构成为，煤渣粉30%，泥炭土63%，高岭土6%，萘乙酸钠1%。

3月中旬，在水深1.5米以下区域，撒播苦草与大茨藻营养体或种子，使用量为每亩5kg，水深1.5米以上区域，撒播眼子菜、黑藻与狐尾藻种子，每亩用量为2.0kg。

4月中下旬，检查撒播沉水植物营养体或种子萌发情况。

6月初，再根据沉水植物的生长情况，每周补水5-10cm直至正常水位，同时结合水深与种子萌发情况，在浅水处补种苦草与大茨藻苗种，在深水处补种眼子菜、黑藻与狐尾藻等苗种。

7月初，沉水植物覆盖度达到60%以上，植物优势种4-5种，水质达到地表三类水标准，生态系统较为稳定，水质清澈，透明度达到100cm以上。