CN107265646A

CN107265646A - 一种控制城市景观水体蓝藻水华爆发的方法

Info

Publication number: CN107265646A
Application number: CN201710498154.1A
Authority: CN
Inventors: 梁文艳; 赵伊茜; 黎超; 张恒峰
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2017-10-20

Abstract

本发明涉及一种控制城市景观水体蓝藻水华爆发的方法，对于驳岸和湖底硬质化处理后的城市景观水体，在岸边构建硬质化的种植池种植挺水植物；对于沉水植物，将植物栽种于花盆中，沉入水体底部；对于浮叶植物，也栽种于花盆中，放置于水体底部。通过水生植物的配植，并保证水生植物的种植面积和生物量，而抑制水中藻类的过度生长与繁殖，实现蓝藻水华的抑制与消除。本发明在有效控制蓝藻水华爆发时，还能够维持水体的清水状态，改善了水体的景观效果，能够为底栖生物提供良好的生存空间和栖息地，形成高密度的浮游动物群落，提高生物多样性。本发明盆栽的水生植物易于更换管理，具有操作维护简单、投资低、能耗低的优点。

Description

一种控制城市景观水体蓝藻水华爆发的方法

技术领域

本发明涉及生态工程技术领域，具体涉及利用水生植物配植控制城市景观水体蓝藻水华爆发的方法。

背景技术

由于富营养化的问题，城市景观水体常受到蓝藻水华的污染，导致水体溶解氧下降，鱼虾死亡，水中散发恶臭，严重影响水体的水生态功能和景观效果。蓝藻水华的根本解决途径是改善景观水体的水质和水生态环境系统。随着环境污染控制的加强，水体的水质状况得到改善，很多城市景观水体能够达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅳ–Ⅴ类水质要求，但是蓝藻过度繁殖问题仍没有得到解决，水华仍时常爆发，对于这样的景观水体，水质改善空间有限，通过改善水质而消除水华的路径难以实现。

生物方法主要是从生态的角度，利用生物间的营养竞争和捕食关系控制藻类生长，通过建立稳定的水生态系统，维持群落结构的平衡，而促进水生生物间的相互作用，将氮磷营养物质转化到动植物体内，同时通过水生植物和微生物的化感作用，实现浮游植物生物量的降低和水生态环境的改善。目前生物法控制蓝藻主要有微生物除藻、水生生物操纵和水生植物抑制等方法。水生植物法是通过在水中种植水生植物，利用水生植物与藻类竞争光照和营养盐的优势，以及化感作用而抑制藻类生长的方法，该方法能达到长期且稳定有效的控制水华的目的。水生植物是湖泊生态系统的重要组成部分，对维持湖泊生态系统的结构能力和稳定性有着重要影响，以水生植物为核心的富营养化水体的修复技术是当前环境领域研究的热点之一。常见水生植物修复的方法是将水生植物直接种植在水体中，植物的根系扎根于底泥中，但城市景观水体的特殊性使直接栽种的水生植物难以成活。

由于城市景观水体不同于一般天然大型湖泊水体，其中大多为浅水水体，水深较小，静置性强，流动性差，水环境容量小，自净能力低，生态系统极为脆弱，容易产生营养盐的蓄积。而另一方面，城市景观水体特别是在北方大部分缺水地区，面临水资源紧缺的困境，为了防止景观水体中水的渗漏，减少生态用水量，许多景观水体的池壁和湖底都作了硬质化和防渗处理，这使景观水体的水生态环境与天然湖泊明显不同，底泥厚度小，不足以为水生植物的生长提供土壤，水生植物无法像天然湖体一样直接进行种植生长。

因此本发明针对硬质化后的城市景观水体，提出了一种蓝藻水华的控制方法，包括水生植物（沉水、挺水和浮叶植物）的种植方式和种类配植，通过水生植物科学合理的配植，利用其净水作用实现景观水体蓝藻过度繁殖的控制。采用本发明方法可以稳定、持续、有效的控制水华并增加水体景观效果，该方法操作简单，植物生长易于管理，该方法在蓝藻水华控制中能够明显节省人力，控制成本低廉，而且具有明显的生态效益、经济效益和景观效益。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种利用水生植物配植控制蓝藻水华的方法，以抑制城市景观水体中蓝藻的生长，消除蓝藻水华的爆发，保护景观水体生态系统，发挥景观水体的生态景观效应。

本发明所要解决的技术问题在于水生植物的配植方法，该方法操作简便，适用于湖岸和湖底为硬质化的景观水体，对水华的控制和水质的改善有明显效果，同时又能够很好地结合自然界的生物优势，使其发挥最大生态效益并维持生态平衡。为解决上述技术问题，本发明提供的蓝藻水华控制方法包括以下操作步骤：

（1）构建挺水植物种植池：沿水体四周，砌筑种植池，池内铺设含腐殖质的培养土，种植池面积占水体面积的10–30%；

（2）挺水植物的种植：选用具有蓝藻水华控制效果同时又具有景观观赏价值的挺水植物，种植于步骤（1）的种植池内；

（3）沉水植物的种植：选用具有蓝藻水华控制效果的沉水植物，栽种于花盆中，再将花盆沉入水底放置，生长后的沉水植物覆盖面积占水体底部面积的50–85%；

（4）浮叶植物的种植：选择浮叶植物，栽种于花盆中放入湖底，生长后的浮叶植物覆盖面积占水体面积的10–20%。

进一步，步骤（1）所述的种植池为砖混水泥砌成的池体，池体壁垂直水体底部，与岸线、湖底构成一个封闭的内部空间；种植池为狭长的不规则形状，池体宽度0.5–5.0 m，深度0.3–2.0 m，总长度占景观水体岸线长度的30–70%，种植池低于水面20–50 cm，湖水通过池体上部进入种植池内。

多数挺水高等植物分布在100–150cm的水中，人工建造的景观水体大多都中间深，四周浅，为了保证水面植物景观疏密相间，不影响水体岸边其他景物倒景的观赏，种植池不宜作满池绿化和环景观水体一周，为了保证以上景观的实现，种植池可沿景观水体岸线设置多个。

进一步，步骤（2）所述的具有蓝藻水华控制效果同时具有景观观赏价值的挺水植物为：1）芦苇（Phragmites australis），多年生水生或湿生的高大禾草，生长在灌溉沟渠旁、河堤沼泽地等，芦苇的植株高大，地下有发达的匍匐根状茎，茎秆直立，秆高1–3米，易管理，适应坏境广，生长速度快，是水面绿化、河道管理、净化水质、沼泽湿地、置景工程之首选植物；2）荷花（Nelumbo nucifera），花期6–9月，每日晨开暮闭，果熟期9–10月，由于莲藕地下茎能吸收水中的好氧微生物分解污染物后的产物，所以荷花可帮助污染水体恢复食物链结构，促使水生态系统逐步实现良性循环；3）香蒲（Typha orientalis），花果期5–8月，喜温暖湿润气候及潮湿环境，以选择向阳、肥沃的池塘边或浅水池栽培为宜；4）菖蒲（Acorus calamus），花期6–9月，果期8–10月，适宜水景岸边及水体绿化，也可栽于浅水中；5）慈菇（Sagittaria trifolia），花期7–9月，有很强的适应性，在陆地上各种水面的浅水区均能生长，但要求光照充足，气候温和，较背风的环境下生长，要求土壤肥沃，但土层不太深的粘土上生长；6）千屈菜（Lythrum salicaria），花期7–8月，可成片布置于湖岸河旁的浅水处，其花期长，色彩艳丽，与荷花配植可烘托效果；7）水葱（Scirpus validus），多年生宿根挺水草本植物，株高1–2米，茎杆高大通直，杆呈圆柱状，中空，根状茎粗状而匍匐，须根多，在自然界中常生长在沼泽地、沟渠、池畔、湖畔浅水中，在水景中主要做后景材料。

进一步，步骤（2）中挺水植物必须选择三种及其以上的种类进行搭配种植，在搭配上应高低错落、疏密有致。

水生植物按照分蘖特性可以分成三类：第一类是不分蘖，如慈姑；第二类是一年只分蘖一次如鸢尾科植物；第三类是生长期内不断分蘖，如再力花、水葱等。种植密度可依据水生植物分蘖特性的差别进行调整。不分蘖的和一年只分蘖一次但种植时已过分蘖期的则应密集种植，对生长期不断分蘖的来说，可略为稀一些。种植密度是1–30株/m²，对于丛生型挺水植物，优选荷花3–5株/m²、水葱10–12株/m²米、再力花1–4株/m²、香蒲20–25株/m²、慈姑10–16株/m²、千屈菜16–25株/m²、芦苇16–20株/m²。

进一步，步骤（3）所述的沉水植物是：1）穗花狐尾藻（Myriophyllum spicatum Linn.），小二仙草科，狐尾藻属，多年生粗壮沉水草本，茎光滑，圆柱形，根状茎生于泥中，花期6–8月，在微碱性的土壤中生长良好，好温暖水湿、阳光充足的气候环境，不耐寒，入冬后以根茎在泥中越冬，夏季生长旺盛，冬季生长慢，能耐低温，可作为观赏植物，是湖泊等水域生态修复中净水先锋物种，不仅可以较快地去除水体中的氮、磷等营养盐，还能吸收重金属元素；2）大茨藻（Najas marina），茨藻科，茨藻属，一年生沉水草本。多分枝，叶常聚生于枝端或对生，叶片带状，缘具刺齿6–11个，果实椭圆形，花果期夏、秋季，在淡水、半咸水、咸水或浅海海水中生长良好，植株茎节十分牢固，不易脱离，生长于湖泊等静水区域，可以增加水中氧气，净化水质，是常用的水污染生态修复品种；3）小茨藻（Najas minor），茨藻科，茨藻属，一年生沉水草本。茎圆柱形，光滑无齿，分枝多，呈二叉状，叶片线形，叶鞘上部呈例心形，花果期6–10月，常成小丛生于池塘、湖泊、水沟、稻田中，可生于数米深的水底；4）普生轮藻（Chara vulgaris），轮藻科，轮藻属，生长迅速，能迅速吸收水中大量氮磷、净水能力强；5）黑藻（Hydrilla verticillata），水鳖科，黑藻属，单子叶多年生沉水植物。茎直立细长，长50–80cm，叶带状披针形，广布于池塘、湖泊和水沟中；6）菹草（Potamogeton crispus Linn.），眼子菜科，眼子菜属，单子叶植物，多生于池塘、湖泊、溪流中，在我国分布较广，可做鱼的饲料或绿肥，也是湖泊、池沼、小水景中的良好绿化材料，对锌有较高的富集能力；7）苦草（Velumbo nucifera Gaertn）：水鳖科，苦草属，为多年生无茎沉水草本，有匍匐茎、叶长、翠绿、丛生，生于溪沟、河流、池塘、湖泊之中。

进一步，步骤（3）所述的配植方式是选择以上沉水植物中的三种或三种以上，搭配组合中必须包括穗花狐尾藻和小茨藻。

对于沉水植物，采用随意混种方式进行搭配种植，将种植沉水植物的花盆沉入湖底，花盆的直径在30–70 cm间，高度在30–60 cm间，盆间距离在40–80 cm间，每个花盆可种植30–80株沉水植物，用田土、池塘烂泥或有机黏质土作为盆栽的底土，再在表层铺盖一层直径一至二公分的粗砂，以防止灌水或扰动造成浑浊；沉水植物所需的水高必须超过植株，才能使茎叶自然伸展；沉水植物的种植密度是：穗花狐尾藻20–30株/m²；大茨藻10–15株/m²；小茨藻10–15株/m²；普生轮藻20–30株/m²；黑藻20–30株/m²；菹草20–30株/m²；苦草20–30株/m²。由于大多数水生植物都需要充足的阳光照射，尤其是生长期（每年四至十月之间），日照不足会发生徒长、叶小而薄、不开花等现象，适宜的栽种时间为每年初春三月至五月间。

进一步，所述步骤（4）中所述浮叶植物是：1）睡莲（Nymphaea spp.），花期为5月至9月，果期7–10月，睡莲的根能吸收水中的铅、汞、苯酚等有毒物质，是难得的水体净化的植物材料；2）芡实（Euryale ferox Salisb），花期7–8月，果期8–9月，一年生大型水生草本，沉水叶箭形或椭圆肾形，长4–10cm，两面无刺，叶柄无刺，浮水叶革质，椭圆肾形至圆形，直径10–130 cm；3）王莲（Victoria regia Lindl），夏季开花，单生，浮于水面，初为白色，次日变为深红而枯萎，多年生或一年生大型浮叶草本，有直立的根状短茎和发达的不定须根，白色，拥有巨型奇特似盘的叶片，浮于水面，十分壮观。

浮叶植物叶面漂浮在水面上，也种植于花盆中，常以水深30–100 cm为适，浮叶植物的适宜种植密度为：睡莲1–2株/m²、芡实1株/4–6 m²、王莲1株/4–6 m²；选择一种或两种浮叶植物搭配挺水植物种植，种植在湖岸区种植池外的水域。

进一步，所述景观水体为平均水深0.6–2.5 m的城市景观水体。

所述的城市景观水体蓝藻水华控制的方法，对水生植物应进行日常定期维护和管理，包括有：日常检查管理水生植物生长情况，包括检查有无病虫害；定期清除水中杂草和垃圾；检查植株是否拥挤或稀少，过于拥挤进行清除，过于稀少要进行补种；长出水面外的沉水植物先进行修剪使其低于水面；在冬季应对挺水植物进行收割，以保证其越冬和来年发芽生长。

本发明的优点在于：

1）配植水生植物可形成沉水—浮叶—挺水的多样化水生植物群落，能够很好的吸收水中的氮磷等营养盐，降低水体的富营养化程度，维护景观水水质澄清，具有良好的景观效果；

2）本发明也为底栖生物提供良好的生存空间和栖息地，形成高密度的浮游动物群落，提高生物多样性，增加对浮叶藻类的捕食，能够持久、稳定、有效地控制蓝藻水华的爆发，并维持水生态系统的平衡与稳定；

2）以生物生态方式修复污染水体，有利于减少建设和维护的成本，并且可创造人与自然相协调的美好环境，在净化水质的同时还带来景观效应；

3）种植水生植物对环境破坏小，成本低，无需向水体投入药剂，不会造成二次污染；

4）操作维护简单，投资小，工程造价较低，能耗低；

5）沉水植物采用花盆的栽植方法可保持水质的干净，有利于对植物的控制，还便于更换植株。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术中的技术方案，下面结合附图对现有技术作进一步详细的说明。

图1为本发明所述的景观水体水生植物配植示意图。

图2为实施例处理后的水体的透明度(SD)变化趋势图。

图3为实施例处理后的水体的叶绿素a(Chla)变化趋势图。

图4为实施例处理后的水体的总氮(TN)变化趋势图。

图5为实施例处理后的水体的总磷(TP)变化趋势图。

图6为实施例处理后的水体的化学需氧量(COD)变化趋势图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本发明的保护范围并不限于此。

试验背景介绍：试验地点为某公园景观水体，园区内多为静止或流动性差的封闭或半封闭缓流水体，水环境容量小、自净能力低，生态系统极为脆弱，容易产生营养盐蓄积，极易爆发蓝藻水华。加之大量再生水的注入，水体富营养化程度加重。因此，考虑按本发明的技术方案配植水生植物。实验小湖面积720 m²，平均水深0.9 m，湖壁和湖底均为做了硬化处理。本发明的技术方案包含以下步骤：

（1）构建挺水植物种植池：沿水体四周，分别砌筑4个种植池，池内铺设含腐殖质的培养土，种植池总平面面积为180 m²，占水面面积的25%；种植池为狭长的不规则形状，池体宽度0.5–3.0 m，平均宽度2.1 m，深度0.5 m，总长度占景观水体岸线长度的70%，种植池均低于水体水面20–40 cm，湖水通过池体上部进入种植池内部；

（2）挺水植物的种植：选用具有蓝藻水华控制效果同时具有景观观赏价值的挺水植物，种植于种植池内，所选择的挺水植物是荷花、菖蒲和水葱，其中荷花363株，占地121 m²，菖蒲1175株，占地41 m²，水葱48株，占地4m²；

（3）沉水植物的种植：选用具有蓝藻水华控制效果的沉水植物穗花狐尾藻、大茨藻和小茨藻栽种于花盆中，再将花盆沉入水底，在种植池外区域呈同心圆布置，盆栽直径40 cm，盆栽间隔50 cm；穗花狐尾藻60盆，共1800株，大茨藻30盆，共1000株，小茨藻30盆，共1200株；三种沉水植物混搭种植，生长后的沉水植物覆盖面积占水体底部面积的60%；

（4）浮叶植物的种植：选择浮叶植物，栽种于花盆中放入湖底，生长后的浮叶植物覆盖面积占水体面积的15%。

为了验证处理效果，于水生植物生态修改前和修复后，对水体水质进行逐月定点跟踪监测，采集表层水样(深度小于0.5 m)，具体数据如下：

（1）透明度变化规律：由图2可以看出，随着季节的变化，水体透明度(SD)变化范围为30–117 cm，但整体上水体的透明性呈好转的趋势。冬季透明度的偏低与水深有关，水体均可达到清澈见底的状态。修复后的SD可持续稳定的维持在清水状态；

（2）Chla浓度变化规律：图3表明，在未修复前的6–9月份，其Chla含量存在一个最大值，达到45.3 μg/L，藻类生长旺盛，随后逐渐减少。而采取了修复措施后，Chla始终保持在较低的水平，全年平均浓度8.7 μg/L，低于水体富营养化Chla标准限值10 μg/L，藻类生长受到抑制，从而控制了水华的发生；

（3）TN浓度变化规律：图4表明，在未进行生态修复之前，水体TN浓度超出Ⅴ类地表水质标准限值；种植水生植物后水体中的总氮浓度由1.98 mg/L下降至1.03 mg/L。在生态修复后5月以后，总氮显著低于Ⅳ类地表水质标准限值，至同年11月，水体总氮浓度比修复前同期下降了48.0%；

（4）TP浓度变化规律：图5表明，在进行水生植物修复后，水体总磷浓度也呈下降趋势，生态修复前7月总磷含量超过Ⅴ类地表水质标准，而生态修复后的7月，总磷降低了56.9%，全年的TP平均低于Ⅳ类地表水质标准；

（5）COD浓度变化规律：图6表明，通过水生植物的自净作用，修复后的7月至11月，水体中的COD含量极显著低于Ⅳ类水质，至修复后的11月，水体的COD含量下降至24.7 mg/L，与未修复前相比下降了27.6%。

实施本发明技术后，通过水质监测与分析对比，发现水中的藻类过度生长得到抑制，在夏季没有发生水华的爆发，水中氮磷营养盐含量减少，透明度明显提高，达到清澈见底的效果，本发明在控制蓝藻水华的同时，实现了水体景观效果的明显提升。

Claims

1.控制城市景观水体蓝藻水华爆发的方法，其特征在于包括下列步骤：

（2）挺水植物的种植：选用具有蓝藻水华控制效果同时具有景观观赏价值的挺水植物，种植于步骤（1）的种植池内；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，景观水体具有硬质化处理的驳岸和湖底，平均水深为0.6–2.5 m。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，种植池为砖混水泥砌成的池体，池体壁垂直于水体底部，与岸线、湖底组成一个封闭的内部空间；种植池为狭长的不规则形状，池体宽度0.5–5.0 m，深度0.3–2.0 m，总长度占景观水体岸线长度的30–70%，种植池低于水面20–50 cm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从挺水植物芦苇、荷花、菖蒲、慈菇、千屈菜、水葱中选择三种及其以上的种类，进行搭配种植。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从沉水植物穗花狐尾藻、大茨藻、小茨藻、普生轮藻、黑藻、菹草、苦草中选择三种或三种以上，进行搭配种植，搭配组合中必须包括穗花狐尾藻和小茨藻。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从浮叶植物睡莲、芡实、王莲中选择一种或两种，进行搭配种植。

7.根据权利要求1和权利要求5所述的方法，其特征在于，种植沉水植物的花盆的直径在30–70cm间，高度在30–60cm间，盆间距离在40–80cm间，每个花盆种植30–80株沉水植物。