一种用漂浮植物浮床治理湖泊风浪区富营养化的方法

专利名称：一种用漂浮植物浮床治理湖泊风浪区富营养化的方法
技术领域：
本发明涉及湖泊风浪区富营养化治理，特别是一种用漂浮植物浮床治理湖泊风浪区富营养化的方法。
背景技术：
湖泊等水体富营养化问题是目前世界面临十分严重的环境问题，在我国尤其严重，特别是在经济发达的区域存在水质型缺水难题。利用漂浮植物作为先锋植物，构建良好的水生态系统，广泛用于富营养化水体的净化与治理，例如美国专利5820759、5811007，中国专利CN1425616、CN1426966、CN1552641、CN1580415、CN1683258，所用漂浮植物多为凤眼莲，都是在无风浪的水体，例如河流、河滩、池塘、湖滩、小湖。在有相当的大风浪区(平均波高大于10cm)，由于波浪的上下运动，导致漂浮植物个体之间的根茎叶相互摩擦而损伤，自然状态，受损量远大于生长量，因此几乎不能正常存活，本专利申请前，在大风浪区还没有成功种植的先例；另外在风浪作用下，飘浮植物会飘离设定的位置。

发明内容
本发明的目的是针对以上问题，经过数年多次比较试验，不断改进，提供的一种用漂浮植物浮床治理湖泊风浪区富营养化的方法，并首次在湖泊风浪区成功种植。技术方案如下一种用漂浮植物浮床治理湖泊风浪区富营养化的方法，其特征是选择苋科、莲子草属的喜旱莲子菜作为漂浮植物，将其种植在漂浮载体上共同构成一漂浮植物浮床，漂浮植物浮床用固定装置定位在水面上。
所说漂浮植物浮床串联设置成长条状，多个条状间隔设置在水面上；最好在喜旱莲子菜未发芽或刚发芽期种植；所说漂浮载体可以是网袋，网袋内包裹漂浮植物喜旱莲子菜，网袋孔2～3cm，用桩、绳或石笼固定于水底。
所说漂浮载体也可以是竹排，将将数根喜旱莲子菜的茎，用绳捆扎后平行地安置在竹排的两根毛竹之间的孔隙，并用绳与两侧的毛竹进行固定连接，用桩、绳固定于水底。
本发明的优点及效果喜旱莲子菜(Alternanthera philoxcroides)，苋科，莲子草属的一种，俗名水花生，又叫水苋菜、空心苋、革命草，沼生多年生宿根性草本，原为两栖挺水植物，可驯化成在开阔湖面很好生长的漂浮植物，其根茎能多层相互交错盘缠，形成厚达数十厘米的浮体，从而形成良好抗风浪性与耐寒性(但不与本专利中的载体(网袋或竹排)联合，在风浪区也不能长期存活)。实验表明，其抗风浪性、耐寒性等远优于凤眼莲，在太湖地区的一年中，能有9至10个月的时间发挥净化水质作用。通过本技术，构建飘浮植物群落，发挥其“前锋作用”快速提高透明度、削减风浪强度尤其抑制再生浪的产生、加速底泥淤积、遏制藻类生长、为浮叶植物的恢复、尤其为沉水植物的重建创造必要的条件；利用飘浮植物生长吸收营养盐、为与其共生微生物的生长繁殖提供载体与养分，降低水体营养盐含量，促使水生植被的快速自然恢复，最终与浮叶植物、沉水植物等共同构建健康的水生态系统，提高水体的净化能力，同时还能抵抗一定的环境灾变，实现持续改善湖泊水质的目标，尤其在我国持续改善水源地水质方面，具有较高的应用前景。在有相当的大风浪区(平均波高大于10cm)，根据波浪的特点，构建浮床，形成整体，实现固定漂浮植物，特别是降低漂浮植物个体之间的相对运动，大大地减少相互间的摩擦损耗，使受损量远小于生长量，从而获得正常存活，良好生长。
另外，为改造基础生态环境在湖泊风浪区施工的竹排(宽10m，单体长5m，总延长数千米)，裸露在水面上，不美观；另外，在紫外线作用下，寿命也较低。通过该技术，利用喜旱莲子菜覆盖裸露的竹排，不仅美观；同时可延长使竹排的寿命一倍以上；进一步提高竹排的消浪效果，改善水体透明度；另外，竹排上所种喜旱莲子菜的高速生长，不但大量吸收水体营养盐，而且其根分泌信息素抑止蓝藻生长、促使水体悬浮物絮凝，改善水体透明度，同时为其它周丛生物提供载体，进一步净化水质，促使水生植被的快速自然恢复，为健康的水生态系统修复与重建创造了良好条件。在我国湖泊富营养化治理、尤其在持续改善湖泊水源地水质方面，具有较高的应用前景。


图1是网袋结构的漂浮植物浮床实施例示意图；图2是竹排结构的漂浮植物浮床实施例示意图。
具体实施例方式
参看图1，网袋结构的漂浮植物浮床单体，考虑到加工方便及降低成本，小于400cm宽的网片比较合适。网太宽，后续加工不便，网太窄，后续加工一定规模成本增大。试验表明网目太大，植物的根茎，在风浪的作用下，容易逃离；网目太小，不利于植物的茎叶穿出网孔，影响其生长，使用2-3cm网目聚乙烯抗老化有结网片比较适宜(例如7号渔网，3*4股)；选择苋科、莲子草属的喜旱莲子菜作为漂浮植物，种植方法用网袋将其包裹，网袋孔2～3cm，用桩、绳或石笼固定于水底。种植时间宜选在喜旱莲子菜未发芽或刚发芽，此时加工方便，且加工所造成的损失较小，成活率较高(例如，在太湖地区，宜选在每年初春2月至3月)。
为了加强上述渔网的抗风浪强度以及便于固定，同时降低造价，经比较实验，选用以下材料与方法将该渔网的中线用粗干绳(Ф5mm的聚乙烯抗老化线绳)、两侧用细干绳(Ф3mm的聚乙烯抗老化线绳)固定，并且每隔25cm在粗细干绳上分别用聚乙烯线(15股聚乙烯抗老化线绳)固定，制作成“再加工渔网”。
为了提高抗风浪的能力，最好选择成片的喜旱莲子菜的群体(面密度5-10kg/m2)，在水中将其裁剪成宽150cm左右的条带；用上述“再加工渔网”将其上下包裹；将渔网中线的粗干绳留在“喜旱莲子菜的群体条带”的一侧，渔网两侧细干绳放在“喜旱莲子菜的群体条带”的另一侧的上下；缝合细干绳(及原渔网两侧)即完成对喜旱莲子菜条带的包裹。或者将喜旱莲子菜捞取，运至工程区的湖边；将上述“再加工渔网”铺开，在其中半侧渔网平铺厚约为15cm喜旱莲子菜(面密度8-15kg/m2)，形成条带，尔后将另外半侧渔网翻转180度，覆盖该喜旱莲子菜条带，再缝合细干绳，即可完成对喜旱莲子菜条带的包裹。为了减少在风浪作用下的相对运动造成喜旱莲子菜的损伤，将上述已经包裹好的喜旱莲子菜，在垂直于主、细干绳的方向，每隔100cm，加固1井绳(Ф1.5mm聚乙烯抗老化绳)，穿连喜旱莲子菜上下的渔网，每隔30cm左右打一死结。即可完成宽140cm左右，厚15cm左右、面密度5-10kg/m2“漂浮植物浮床的单体”。将上述3～4个单体漂浮植物浮床的单体用聚乙烯抗老化绳(Ф3mm的)平行缝合，每隔30cm左右打一死结，即可完成构建宽400～600cm，厚15cm左右的漂浮植物浮床，再将它们延长度方向串联联结后，构成长条状植物浮床，多个长条状间隔设置在水面上。在水深较浅(小于200cm)处，在漂浮植物浮床的两侧用2排毛竹桩(Ф8～15cm)或钢桩固定(Ф4cm)；每排中，桩的间距200～250cm，桩与浮床的间距约为500cm，用聚乙烯抗老化绳(Ф5mm)连接即可。由于湖泊风浪区，时常经遭暴风浪袭击，上述桩固定，一旦有桩被拔起，则工程的抗风浪强度随之下降，利用石笼固定可克服这一缺陷。经比较实验，选用以下材料与方法用7号渔网制作线密度15kg/m石笼，每隔1m，牢系牵绳(Ф6mm聚乙烯抗老化绳，其长度为工程区的水深再加2m的和)，分别在需要种植漂浮植物浮床区域的两侧布置两条石笼，通过牵绳将两条石笼分别与漂浮植物浮床的两侧连接固定。在太湖风浪区-梅梁湾小湾里取水口，利用该技术，种植的飘浮植物群落(浮床)，成功经历强风浪(2004年“蒲公英”台风过境)、藻华灾害(2004年7～9月)考验，良好生长，基本不需要维护，最好在6～8月在生长过密处进行刈割1～2次。实验表明，在覆盖度15％～25％的下条件下，在7～15天内，可使劣V类水质改善为III水质。
参看图2，竹排(大小头交错设置)结构的漂浮植物浮床单体，将数根喜旱莲子菜的茎，用绳捆扎后(每隔25cm左右扎一道，制成粗细为Ф6～8cm、长500cm(或等于竹排单体单根毛竹的长度)长圆柱体单体)平行地安置在竹排的两根毛竹之间的孔隙，并用绳与两侧的毛竹进行固定连接，用桩、绳固定。在太湖风浪区-梅梁湾小湾里取水口，为改造基础生态环境在湖泊风浪区施工的竹排(宽10m；单体长5m，用2t钢筋混凝土方柱固定于水底；若干竹排单体延长度方向串联联结后，构成长条状植物浮床，多个长条状间隔设置在水面上。利用该技术，种植喜旱莲子菜，良好生长，发挥良好作用。种植时间选在初春2月至3月，此时喜旱莲子菜未发芽或刚发芽，加工所造成的损失较小。越往后，效果越差，9月以后，不宜种植。
效果验证2004年4月5日在太湖梅梁湾小湾里水厂取水口外强化净化区水草A区布置喜旱莲子菜浮床后，一周内便有大量的喜旱莲子菜的芽穿出网孔，4月5日～6月26日生长量平均为4.51kg/m2；7月上旬经历13号台风以及龙卷风的袭击，工程区的围隔等工程遭到严重破坏，大量藻华进入工程区，沉水植物、浮叶植物等遭到灭顶之灾时，喜旱莲子菜却长得很好。经测定6月27日～7月19日生长量平均为4.40kg/m2，平均生长速度为前期的3.5倍；尤其7月下旬～8月上旬，由于藻华死亡腐烂，此时水草A区基本没有沉水植物(除岸边局部小范围有沉水植物外)，大量浮叶植物菱也在腐烂，发出阵阵腥臭，显示水体的营养盐很高，而喜旱莲子菜却长得更好，叶子翠绿，株体高度超过1m，并出现喜人的侧向横长，其长度超过2.5m。
根据在太湖五里湖、贵州红枫湖、莫愁湖对喜旱莲子菜体内TN、TP测定，其鲜物质TN、TP的平均含量分别为2.31g/kg、0.262g/kg，由此估算前期(假定水深2.5m，4月5日～6月26日)单位面积喜旱莲子菜可使单位面积水柱降低TN 4.158mg/l、降低TP 0.472mg/l即平均每天降低TN 0.1268g/d/m2、TP 0.0144g/d/m2；后期(6月27日～7月19日)每平方米的喜旱莲子菜平均每天可使每平方米的水柱降低可降低TN、TP分别为0.176mg/l、0.020mg/l。
2005年3月15日-4月4日在强化净化区的45000m2竹排上种植了喜旱莲子菜种植1～2kg/m2，在10月29日，对20个内外竹排生物量抽样称量，竹排平均生物量为总平均为5.6kg/m2，最大值为10.1kg/m2，总生物量为252t，即每天生长量为约1t，喜旱莲子菜从水体吸收TN、TP的平均分别为2.31kg/d、0.262kg/d。由于喜旱莲子菜的吸收直接从水体带走的TN、TP分别为490Kg、55.5Kg。
风浪对漂浮植物的生长产生重大影响，如果不采取有效措施，在湖泊风浪区，很难生长。例如，2005年8月12日下午，在太湖梅梁湾距岸120m湖区的5m×6m的围隔(具体位于中国科学院太湖湖泊生态系统研究站保护区)中放养400kg喜旱莲子菜(即没有利用上述浮床或竹排)，覆盖度100％，至当月29日累计损失量达5％，9月1日累计损失量达15％，9月14日的，累计损失量已超过60％(即约一个月的时间)，大部分喜旱莲子菜的根叶被磨光、其茎被折断，大大影响后来的恢复与生长。10月6日，剩余量已不到10％，即累计损失量超过90％。因此，尽管喜旱莲子菜具有很强的生命力，在梅梁湾沿岸，不乏种源，然而很少见有存在，更不见成片分布。再次说明湖泊风浪区恢复漂浮植物不易，也反证了有效措施的必要性。
权利要求
1.一种用漂浮植物浮床治理湖泊风浪区富营养化的方法，其特征是选择苋科、莲子草属的喜旱莲子菜作为漂浮植物，将其种植在漂浮载体上共同构成一漂浮植物浮床，漂浮植物浮床用固定装置定位在水面上。
2.根据权利要求1所述方法，其特征是所说漂浮植物浮床串联设置成长条状，多个长条状间隔设置在水面上。
3.根据权利要求1或2所述方法，其特征是在喜旱莲子菜未发芽或刚发芽期种植。
4.根据权利要求1或2所述方法，其特征是所说漂浮载体是网袋，网袋内包裹漂浮植物喜旱莲子菜，网袋孔2～3cm，用桩、绳或石笼固定于水底。
5.根据权利要求3所述方法，其特征是所说漂浮载体是网袋，网袋内包裹漂浮植物喜旱莲子菜，网袋孔2～3cm，用桩、绳或石笼固定于水底。
6.根据权利要求1或2所述漂浮植物种植方法，其特征是所说漂浮载体是竹排，将数根喜旱莲子菜的茎，用绳捆扎后平行地安置在竹排的两根毛竹之间的孔隙，并用绳与两侧的毛竹进行固定连接，用桩、绳固定于水底。
7.根据权利要求3所述漂浮植物种植方法，其特征是所说漂浮载体是竹排，将数根喜旱莲子菜的茎，用绳捆扎后平行地安置在竹排的两根毛竹之间的孔隙，并用绳与两侧的毛竹进行固定连接，用桩、绳固定于水底。
全文摘要
一种用漂浮植物浮床治理湖泊风浪区富营养化的方法，其特征是选择苋科、莲子草属的喜旱莲子菜作为漂浮植物，将其种植在漂浮载体上共同构成一漂浮植物浮床，漂浮植物浮床用固定装置定位在水面上。所说漂浮植物浮床设置成长条状，多个条状间隔设置在水面上，最好在喜旱莲子菜未发芽或刚发芽期种植。所说漂浮载体可以是网袋，网袋内包裹漂浮植物喜旱莲子菜，网袋孔2～3cm，用桩、绳或石笼固定于水底；所说漂浮载体也可以是竹排，将将数根喜旱莲子菜的茎，用绳捆扎后平行地安置在竹排的两根毛竹之间的孔隙，并用绳与两侧的毛竹进行固定连接，用桩、绳固定于水底。
文档编号A01G31/00GK1836495SQ20061003990
公开日2006年9月27日 申请日期2006年4月26日 优先权日2006年4月26日
发明者胡春华, 朱泽聪 申请人:中国科学院南京地理与湖泊研究所