基于自然恢复适宜性诊断的湖泊沉水植物群落修复方法与流程

本技术涉及生态修复工程，具体涉及基于自然恢复适宜性诊断的湖泊沉水植物群落修复方法。

背景技术：

1、沉水植物具有改善水质、美化景观和栖息地保护等多种生态功能。受水利工程建设、围网养殖及污水排放等多重因素影响，当前湖泊的水文、水质和底泥等环境要素发生了显著改变，湖泊沉水植物发生了普遍的退化。沉水植物修复作为一种常见的湖泊水体净化、水生态改善和景观构建技术，在生态修复中一直具有强烈的市场需求和广泛的工程应用。

2、沉水植物修复技术的核心是沉水植物群落在水体中完成定植并扩散成群，关键在于确保沉水植物种子或繁殖体在萌发和幼苗阶段的正常生长。然而，由于人类活动影响，适宜沉水植物正常萌发和幼苗生长的适宜条件经常受到以下挑战：1)受光照和透明度影响，沉水植物萌发适宜水深一般在30～50cm以内，水利工程引起的水位波动将对沉水植物的萌发适宜水深产生干扰影响；2)污水排放等引起的底泥有毒有害物质积累可能抑制沉水植物的萌发；3)围网养殖、水下施工和疏浚清淤等干扰湖泊养分，扰动后的底泥养分可能难以足沉水植物的正常生长需求。

3、尽管现有技术一定程度解决了湖泊水深和底泥养分等因素对沉水植物生长的不利影响，但多采用设备调控沉水植物在水体中位置以满足沉水植物萌发的水深需求，及原位大量施用化肥满足沉水植物萌发的养分需求。上述技术往往具有成本高和化肥二次污染水体的特点，并且由于缺少对底泥有毒有害物质考虑，极易造成修复失败。因此，为适应当前生态修复规模日趋变大的工程需求，在充分利用湖泊自然条件和湖区植物资源基础上，开发一种基于自然恢复适宜性诊断的湖泊沉水植物群落修复方法，有助于提高规模化的沉水植物修复效率和降低修复成本。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的以上问题，本技术提供基于自然恢复适宜性诊断的湖泊沉水植物群落修复方法，该方法有助于提高规模化的沉水植物修复效率以及降低修复成本。

2、为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：

3、基于自然恢复适宜性诊断的湖泊沉水植物群落修复方法，包括：

4、构建目标湖泊修复区域的平均水深～累积淹水时长的关系曲线，从关系曲线获得累积淹水时长为a天时所对应的平均水深da，以及超过b％的累积淹水时长对应的平均水深db，将db～da作为修复区域可供沉水植物生长的水深范围，a、b为经验值；

5、获取目标湖泊的沉水植物群落组成，获取群落中各沉水植物生长的适宜水深范围dx～ds，并筛选出dx≤db且ds≥da的沉水植物；

6、诊断所筛选沉水植物自然萌发和幼苗生长的抑制性因子，包括：选取影响沉水植物自然萌发和幼苗生长的若干因子，获取修复区域各因子的实测值以及对应的阈值，将实测值与对应的阈值进行比较，实测值超过阈值的因子即抑制性因子；

7、诊断所筛选沉水植物自然萌发和幼苗生长的限制性因子，包括：选取影响沉水植物自然萌发和幼苗生长的若干养分因子，根据修复区域各养分因子的实测值计算各养分的标准营养指数，根据各养分因子的标准营养指数与0和适宜养分标准指数的大小关系判断限制性因子；

8、当诊断显示既不存在抑制性因子也不存在限制性因子时，在修复区域撒播所筛选沉水植物的种子或繁殖体；否则，将所筛选沉水植物进行异位育苗，之后将沉水植物幼苗转移至修复区域。

9、在一些具体实施方式中，构建目标湖泊修复区域的平均水深～累积淹水时长的关系曲线，包括：

10、获取目标湖泊修复区域的长时间序列水深数据，所述长时间序列水深数据为长时间序列的逐日或逐旬水深数据；从长时间序列水深数据获得多年平均水深数据，并构建平均水深～累积淹水时长的关系曲线。

11、在一些具体实施方式中，所述从关系曲线获得累积淹水时长为a天时所对应的平均水深da，以及超过b％的累积淹水时长对应的平均水深db，包括：

12、构建x＝a和x＝b％·x0的两条直线，其中，x表示累积淹水时长，y表示平均水深，x0为关系曲线中y＝0时所对应的x值；将直线x＝a、x＝b％·x0与关系曲线交点对应的y轴坐标分别记为da和db。

13、在一些具体实施方式中，影响沉水植物自然萌发和幼苗生长的若干因子包括底泥的ph值、有机酸浓度和贯入阻力，以及沉水植物自然萌发及幼苗生长期的最大水深。

14、在一些具体实施方式中，当影响沉水植物自然萌发和幼苗生长的若干因子包括底泥的ph值、有机酸浓度和贯入阻力，以及沉水植物自然萌发及幼苗生长期的最大水深时，所述诊断所筛选沉水植物自然萌发和幼苗生长的抑制性因子，进一步包括：

15、测定修复区域各因子的实测值，包括测定底泥的ph值p、有机酸浓度a0和贯入阻力值b0；以及根据修复区域长时间序列水深数据，确定所筛选沉水植物自然萌发和幼苗生长期的最大水深d0；

16、根据各因子的实测值及对应的阈值构建所筛选沉水植物的差值矩阵r如下：

17、

18、其中，di表示第i种沉水植物自然萌发期和幼苗生长的最大适宜水深，ai表示达到抑制第i种沉水植物自然萌发和幼苗生长的有机酸含量，bi为抑制第i种沉水植物自然萌发和幼苗生长的贯入阻力阈值，si和xi分别为适宜第i种沉水植物自然萌发和幼苗生长的ph值的上限和下限；i依次取1，2，...n，n表示步骤(5)所筛选出沉水植物群落中种群数量；

19、当差值矩阵r中有任意元素大于或等于0，该大于或等于0的元素所对应的因子即抑制性因子；否则，不存在抑制性因子。

20、在一些具体实施方式中，影响沉水植物自然萌发和幼苗生长的若干养分因子包括修复区域底泥的速效磷、碱解氮和速效钾的含量。

21、在一些具体实施方式中，当影响沉水植物自然萌发和幼苗生长的若干养分因子包括修复区域底泥的速效磷、碱解氮和速效钾的含量时，所述诊断所筛选沉水植物自然萌发和幼苗生长的限制性因子，进一步包括：

22、测定修复区域各养分因子的实测值，包括测定修复区域底泥的速效磷、碱解氮和速效钾的含量；

23、根据各养分因子的实测值计算各养分因子的标准营养指数n；

24、根据标准营养指数n诊断限制性因子，包括：当有养分因子的标准营养指数n≤0时，该养分因子即限制性因子；当所有养分因子的标准营养指数0<n≤ns时，最小n值对应的养分因子也为限制性因子；当所有养分因子的标准营养指数n>ns时，则不存在限制性因子。

25、在一些具体实施方式中，各养分因子的标准营养指数且所述各养分因子的适宜养分标准指数其中，c表示养分因子的实测值；cp表示养分因子对应的极贫瘠养分标准值；cs表示养分因子对应的适宜养分标准值。

26、在一些具体实施方式中，异位育苗包括：

27、在修复区域周围的水田或苗圃撒播所筛选沉水植物的种子或繁殖体，通过控制水田或苗圃的水深，以及改造水田或苗圃的基质，营造适宜沉水植物自然萌发和幼苗生长的适宜环境。

28、在一些具体实施方式中，改造水田或苗圃的基质包括施加相应缓释肥，来补充限制性因子所对应的养分，缓释肥施加量其中，cp表示养分因子对应的极贫瘠养分标准值；cs表示养分因子对应的适宜养分标准值；bd表示修复区域底泥容重实测值；p表示缓释肥中有效养分的含量，该含量采用质量百分比表示。

29、与现有技术相比，本技术具有如下优点和有益效果：

30、(1)本技术可克服水深变化以及修复区域底泥环境对沉水植物萌发和幼苗生长关键期的影响，从而可实现大规模、高成活率、低成本的沉水植物群落修复。

31、(2)本技术还提出了根据限制性因子的定量诊断结果，确定水田或苗圃基质改造时的施肥类型和施肥量，可降低化肥使用对水体造成的二次污染，更具经济性和环境友好性。