一种小型半原位稳定草型水生实验系统的构建方法与流程

本发明属于生态修复技术领域，具体涉及一种小型半原位稳定草型水生实验系统的构建方法。

背景技术：

沉水植物为水生生态系统的重要组成部分，它的根、茎、叶均具有吸收作用，并可利用自身的光合作用增加水体溶解氧含量，加快水体微生物对营养物质的分解。此外，沉水植物还可以减少水体中的悬浮物含量，改善水下光照条件。目前，引入沉水植物已成为淡水水生生态系统水体生态修复的重要手段，在不同类型湖泊、河流生态系统修复中均有重要应用。所以，对淡水草型生态系统的研究具有较高的实际应用价值。但是，由于草型生态系统生态修复工程具有工作量大，项目持续时间较长等特点，导致针对此类草型生态系统的实验研究工作量较大而较难开展；此外，草型水生生态系统原位实验除工作量大等不利因素之外，还会存在干扰因子过多的问题，不利于结果的分析，更不易开展。所以，目前大部分研究均选择与原位环境相对隔绝的模拟实验，如水桶和水池实验等，但这又明显降低了此类研究的实际应用价值。

技术实现要素：

针对上述所存在的问题，本发明提供了一种小型半原位稳定草型水生实验系统的构建方法。该方法构建的小型半原位稳定草型水生实验系统可使实验条件在进一步接近沉水植物生存的原始条件基础上，减少实验研究的工作量，并能够在一定程度上规避外界环境的干扰，使实验系统趋于相对稳定状态，利于实验的开展。同时，本实验系统利用pp管进行构建，其高度和直径调节方便，并显著降低了实验成本。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种小型半原位稳定草型水生实验系统的构建方法，包括如下步骤：

（1）在待研究水域选取适合构建小型草型水生生态系统的实验水域；

（2）清除所述实验水域内的所有沉水植物，并平整沉积物表面；

（3）将pp管垂直设置于步骤（2）处理后的所述实验水域内；

（4）在所述pp管内种植沉水植物。

所述实验水域需满足如下条件至少之一：

所述实验水域与待研究水域存在小部分连通；所述实验水域与待研究水域具有相似的生态系统类型。

优选的，所述实验水域与待研究水域通过水闸连通。

优选的，所述实验水域为草型水生生态系统，沉水植物占优势。

优选的，所述实验水域距离岸边2m以上（视实验水域水深及岸边环境而具体确定）。

所述沉水植物为该水体沉水植物群落优势种。

所述沉水植物优选为密刺苦草或穗花狐尾藻中的一种或两种。

优选的，所述步骤（2）还包括清除其他水生植物和底栖动物或鱼类。

优选的，所述pp管的管壁厚度为5mm以上。

优选的，所述pp管插入沉积物的深度为10cm以上。

优选的，所述pp管的顶端高于水面30cm以上。

优选的，所述沉水植物为株高20cm以上的幼苗。

本发明所述的半原位是指与自然条件下的水生生态系统存在部分连通或物质交换且受自然环境干扰相对较少的水体环境。

本发明所述的实验水域，受风浪等外界条件影响较小，水深适宜，且水域内为草型水生生态系统，沉水植物占优势，水质条件较好；实验水域距离岸边2m以上，可以防止岸边植被影响光照条件。

本发明所述的实验水域在清理之前应对该区域的水生态状况进行详细调查，包括可能影响实验结果的水质、沉积物以及生物等相关指标的背景值。

本发明所述的对实验水域进行清理时，对实验水域内沉积物表面的平整，可避免实验系统内水体水深的差异。

本发明所述的实验系统与实验水域的阻隔材料为pp（聚丙烯）管，pp管的规格可根据实验方案进行确定。

本发明所述的沉水植物物种为在水体生态修复中常用的密刺苦草和穗花狐尾藻，种苗应选取新鲜的幼苗，株高一般≥20cm，种植密度和重量可根据实验内容确定。

本发明还提供上述构建方法构建的小型半原位稳定草型水生实验系统。

本发明还提供上述构建方法构建的小型半原位稳定草型水生实验系统在水生实验中的应用。

本发明所述的实验系统在构建完成初期应使系统稳定数天之后再开展实验，稳定天数应根据实际情况确定，一般≥4天。

本发明的有益效果在于：

依据当前草型水生生态系统实验模拟系统与原始环境仍存在较大差异，导致一些实验结果在水体生态修复等水环境治理工程中的实际应用效果降低，首先选取与待研究水域水生态条件接近的实验水域；此后选取聚丙烯pp管作为实验系统与实验水域的阻隔材料，pp管不仅在一定程度上降低了外界环境对实验系统的影响，还可以使实验系统尽可能的与实验水域具备相似的水生态条件；再选取水体生态修复中常用的沉水植物物种作为实验系统的主体部分。通过该方法的应用，可获得一套与原始环境极度接近，外界干扰相对较少，水质条件基本稳定的小型半原位草型水生实验系统。

本发明通过合理选取实验水域和实验系统阻隔材料pp管，并在pp管内合理配置沉水植物，构建一种可应用于草型生态系统模拟实验研究的小型半原位草型水生实验系统。该实验系统与原始环境相似度高，所用阻隔材料成本低，系统稳定，适用性广泛，可为水体草型生态系统相关科学研究提供可靠支撑。

附图说明

图1是不同采样时间获得的do含量的变化图。

图2是不同采样时间获得的tn含量的变化图。

图3是不同采样时间获得的nh4⁺-n含量的变化图。

图4是不同采样时间获得的tp含量的变化图。

图5是不同采样时间获得的po4^3--p含量的变化图。

图6是不同采样时间获得的chl-a含量的变化图。

图7是不同采样时间获得的cod含量的变化图。

图8是不同采样时间获得的tss含量的变化图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明提出的一种小型半原位稳定草型水生实验系统的构建方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例1

在与某大型富营养化水体通过水闸相连的大型水生态修复区，面积为2.3km²。在其边缘位置，选取水深在0.6~0.8m的区域开展本研究，实验区域距离岸边2m以上。

在水生态系统构建之前，对水体中的水生植物和底栖动物、鱼类进行人工清理，并对水体底部沉积物表面进行平整。

利用pp管作为实验系统和选取水域的阻隔材料，本实施例中共制作了3个pp管，其直径约为1m，管高为1.2m，管壁厚为6mm。

将pp管垂直放置在水体中，并插入沉积物中使其稳固，最终管壁陷入沉积物中的深度在10~20cm，管内水深均为0.6m左右，pp管的顶端高于水面30cm以上。

选取该水体沉水植物群落优势种密刺苦草和穗花狐尾藻为构建该草型实验系统的水生植物主体，种植重量分别为300g和200g湿重，株高均约为20cm，通过人工方式进行栽种。

栽种完成后，将系统静置7天。

在实验系统静置7天之后，采集系统内的水体样品，检测水体中的溶解氧（do）、总氮（tn）、氨氮（nh4⁺-n）、总磷（tp）、正磷酸盐（po4^3--p）、叶绿素a（chl-a）、高锰酸盐指数（codmn）和总悬浮颗粒物（tss）等指标（检测方法参照金相灿，屠清瑛《湖泊富营养化调查规范》第二版）。每隔四天检测一次水质，共检测6次，用于观察实验系统的水质变化情况，并评估该系统的稳定性。

在不同采样时间获得的各项水质指标的变化情况如图1-8所示。对结果进行分析发现，经过数天的稳定之后，实验系统内水体do和nh4⁺-n含量可达到地表水ⅰ类水标准，tn、tp和codmn含量均接近或达到地表水ⅱ类水标准（地表水水质分类标准参考gb3838-2002），而其他三项水质指标含量亦均处于较低值。

从图1-8中可以看出，do含量在实验系统建立15天之后开始趋于稳定，在27天之前变化率（do含量变化值/稳定时do含量）平均仅为2.57%，第27天时do含量明显下降主要由采样时降雨引起。

与do含量变化相似，tn含量在15天时趋于稳定，变化率平均仅为2.99%。nh4⁺-n含量在第7天开始便处于波动状态，变化率相对较大平均为30.53%（3.55~61%）。

在第7天开始，tp变化率已处于较低值（11.24%），但在11天开始变化率降为1.84%。po4^3--p含量在第11天开始趋于稳定，变化率最小值仅为3.03%。

chl-a含量在第7天时便处于稳定状态，在第7~15天期间，变化率平均仅为4.46%，之后出现明显下降，并在第23天开始再次出现趋稳趋势。

codmn在第7天开始便趋于稳定状态，变化率较小，平均仅为5.77%。

tss含量处于缓慢降低状态，变化率平均为13.14%。

从上述分析可以发现，本案例构建的实验系统各水质指标均处于较低值，基本符合水生草型实验系统对水质的要求；同时，大部分指标的变化率均可在较短的天数（<15天）内趋于较小值（<10%），基本符合相关实验对系统稳定性的要求。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域研究人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。