湖滨带自然湿地的恢复及其多级抗污调控技术工艺.pdf

本发明是在对湖滨带湿地植被进行普查的基础上，应用植被生态学、恢复生态学以及景观生态学的相关理论，对受损的湖滨带湿地进行恢复。以增加湖滨带湿地生态系统的生物多样性，恢复自然湿地生态系统的功能，同时实现自然湿地群落的自维持机制。在此基础上，经过不同类型湿地植被与土壤的生物代谢过程和物理化学作用，河水中的各种有机的和无机的溶解物和悬浮物被截流在湿地生态系统中，其中的许多有毒有害复合物被分解转化为无害物质，达到净化河水水质的目的。该种技术工艺具有可操作性强，成本低，维护费用低，景观效果明显，净化水质效率高等特点，适用于我国的河道及浅水湖泊等的河滨带或湖滨带自然湿地的恢复和水体治理的工作中。

1、  一种恢复浅水湖泊湖滨带自然湿地，并利用已恢复后的湿地对入湖水体中的悬浮物以及氮、磷等导致水体富营养化的营养物质进行沉降和逐级削减的生物处理方法，包括下列步骤：
(1)利用湖滨带自然地理地形，应用部分强化工艺形成水位梯度，组成多级湿地生态系统单元。部分强化工艺是指对现存的湖滨带基底进行局部修复，以满足不同生活型植物正常生长对水位梯度的需要。每个单元根据不同生活型湿地植被正常生长对不同水位的要求，构建由沉水植物群落、浮叶植物群落、小型挺水植物群落和大型挺水植物群落组成的湿地功能区。
(2)以种植乡土物种为原则，在对湖滨带湿地植被进行普查的基础上，根据每个单元不同水深区域，分别选取不同的生活型植被，组成不同的湿地植物群落。其中大型挺水植物群落类型有芦苇、香蒲和茭草等三种；小型挺水植物群落类型有慈姑、荸荠、鸢尾和水芹四种；浮叶植物群落类型有睡莲、芡实和野菱三种；沉水植物群落有金鱼藻、马来眼子菜、苦草、轮叶黑藻、狐尾藻和菹草六种。
(3)在受损湿地上进行植被恢复时，尽可能地保留已存在的乡土湿地植物物种。根据构建植物群落和景观的需要，对已存在的植物群落物种数量进行补植，对缺失的植物群落进行引种构建。
(4)根据受损湿地地形现状，确定每个恢复后的湿地单元占地面积。
(5)每个单元以大型挺水植物群落为优势种。其中大型挺水植物群落的种植密度为2兜/平方米；小型挺水植物分布在单元的四周，种植密度为6丛/平方米；浮叶植物群落种植密度为1丛/平方米，不同物种间隔种植；沉水植物群落种植密度为5丛/平方米。
(6)根据不同湿地植被正常生长对水位梯度的要求，大型挺水植物区域水深0.8-1米；小型挺水植物区域水深0.3-0.5米；浮叶植物水深1-1.5米；沉水植物区域水深1.5米左右。每个单元不同生活型植物群落的具体位置遵循现状地形和现存的湿地植被而定。
(7)为防止各单元之间护坡的水土流失和增强湿地的自然景观效果，每个单元之间以竹桩和竹排环绕四周，每根竹桩长4米，竹桩间距为0.5米；每张竹排面积为1.5米×1米；护坡宽度1.5米，其上种植狗牙根和垂柳。
(8)将入湖河水、农田用水以及养殖用水引入到第一个湿地单元，然后随地势的依次降低而逐级流过其他五个湿地单元，最后返回河道。
(9)根据不同沉水植物对水体抗污能力的大小，按进水的先后顺序，将抗污能力强的沉水植物种植于前面的处理单元。因此六个湿地单元中的沉水植物种植区依次种植马来眼子菜、菹草、金鱼藻、狐尾藻、轮叶黑藻和苦草六种群落。

湖滨带自然湿地的恢复及其多级抗污调控技术工艺
技术领域：
本发明属于环境保护和生物技术领域，涉及利用植物生态学、恢复生态学和景观生态学理论和实践经验进行湖滨带受损自然湿地的恢复，同时利用已恢复后的湿地进行富营养化入湖河水治理的方法。
背景技术：
湖滨带湿地是湖泊的一道保护屏障，是健康的湖泊生态系统的重要组成部分，具有截留过滤、净化水质、保持生物多样性、提供生物栖息地等功能，没有湖滨带的湖泊是十分脆弱的。河口区湖滨带生态修复不仅要恢复湖滨带自然湿地的景观生态功能，还要求构建河口区生态系统和水污染强化净化设施，使其具有净化河道污染物的功能。开展河口区基底修复，尽可能恢复河口、湖滨带自然环境条件，为河口湖滨带生态恢复创造良好基础；在查明原生态系统退化及原有植物物种消失原因的基础上，确定乡土物种中工具物种的生态阈值，筛选适宜的功能群物种，进行移植驯化、种群扩繁、维护和管理等技术过程；水生植物群落构建技术以功能群(挺水植物、浮叶植物、漂浮植物、沉水植物)为单位，按照植物功能群之间及其功能群内物种之间的相互关系，所建群落具有自我稳定和调整能力；充分考虑水生系统的完整性、物种多样性及其时变环境，综合配置了植物、动物和微生物功能群，可恢复水生系统的自然属性，使湿地水生生态系统自我维持和运行。
湖滨带湿地生态修复国外已经开展多年研究，由于我国人口众多，湖滨地区人口密集，围湖造田以及大规模的养殖活动，导致大面积的湖滨带湿地受损，甚至丧失；另外，沿湖区域化工类乡镇企业的迅猛发展，大量的生活污水，有害、有毒工业废水直排入湖，湖滨带自然湿地生态系统严重破坏，入湖水质的日益恶化，直接影响到湖滨带地区环境与经济的可持续发展和用水安全。湖滨带生态破坏严重，其恢复难度较国外大得多。虽然进行了一系列的水环境治理工程，即以点源污染治理为重点，但结果是耗资巨大，收效甚微。而面源污染，例如生活污水，随着人口的大量增加而加剧；大量使用化肥、农药的农田用水，随着地表径流排入河道，水体富营养化日益加剧。因此，恢复湖滨带自然湿地，发挥其截留过滤污染物、净化水质的生态功能是解决水体富营养化，实现湖滨带自然湿地资源可持续利用的根本。
发明内容：
本发明的目的是通过引入植物生态学、恢复生态学和景观生态学的科学理论，利用研究区湖滨带自然地理地形，应用部分强化工艺(部分强化工艺是指对现存的湖滨带基底进行局部修复，以满足不同生活型植物正常生长对水位梯度的需要。)形成水位梯度，组成多级湿地生态系统单元，经过不同类型湿地植被与土壤的生物代谢过程和物理化学作用，河水中的各种有机的和无机的溶解物和悬浮物被截流在湿地生态系统中，其中的许多有毒有害复合物被分解转化为无害物质，达到净化河水水质，增加湖滨带湿地生态系统的生物多样性，恢复自然湿地生态系统的功能，同时实现自然湿地群落的自维持机制。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
1、对现有湖滨带湿地中的植物群落类型、植物种类和群落内的物种数量进行调查。为湿地的恢复进行乡土物种的筛选及种苗的大规模培育打下基础。
2、在实验室进行沉水植物的组培工作，为在恢复湿地过程中对大量种苗的需要做准备。
3、根据现存的受损湿地地形条件以及植物生长状况，因地制宜将该区域划分为多个湿地恢复单元。对湿地中现存的较好植物群落予以保留，作为恢复后的湿地植物群落的一个组成部分。
4、对单元内的部分地段进行必要的基底改造，以满足不同生活型的湿地植物正常生长对不同水位梯度的需要。
5、各单元四周用竹排、竹桩等耐水浸的天然材料加固坡岸，坡上种植狗牙根、柳等植被。以加固堤岸，防止水土流失，同时起到亮化湿地景观的作用。
6、湿地植物群落的构建应选取大型挺水植物为优势种，这也符合湖滨带自然湿地自然演替的规律。
7、根据其生理特性，选取不同的沉水植物植于不同水质的湿地单元中。以保证沉水植物的正常生长和繁殖。
8、植物的种植密度视野外调查的结果及种植经验而定，以保证植物群落的正常生长。一般大型挺水植物种植密度为2兜/平方米；小型挺水植物种植密度为6丛/平方米；浮叶植物种植密度为1丛/平方米；沉水植物种植密度为5丛/平方米。
具体实施方式：
依据上述设计方案，对本发明作进一步的说明。
1、进行自然湿地的恢复之前，开展大范围的湖滨带自然湿地植被调查。即对湖滨带湿地中地植物群落类型、植物种类和群落内的物种数量进行调查。为湿地的恢复进行乡土物种的筛选及种苗的大规模培育打下基础。
2、由于水体富营养化程度的加重，乡土沉水植物物种逐渐消失，物种数量锐减。因此在野外调查和相关历史资料的帮助下，在实验室进行沉水植物的引种和组培工作，为在恢复湿地过程中对大量种苗的需要做准备。
3、根据现存的受损湿地地形条件以及植物生长状况，因地制宜将该区域划分为多个湿地恢复单元。以种植乡土物种为原则，对湿地中现存的较好植物群落予以保留，作为恢复后的湿地植物群落的组成部分。同时对已存在的植物群落物种数量进行补植，对缺失的植物群落进行引种构建。
4、对单元内的部分地段进行必要的基底改造，以满足不同生活型的湿地植物正常生长对不同水位梯度的需要。
5、各单元四周用竹排、竹桩等耐水浸的天然材料加固坡岸，每根竹桩长4米，竹桩间距为0.5米；每张竹排面积为1.5米×1米；坡上种植狗牙根、柳等植被。以加固堤岸，防止水土流失，同时起到亮化湿地景观的作用。
6、芦苇、香蒲和茭草等大型挺水植物不仅具有巨大的生物量，而且具有发达的根系。既能大量吸收水体中的氮、磷等营养物质，又能拦截水体中的悬浮物。湿地植物群落的构建应选取大型挺水植物为优势种，这也符合湖滨带自然湿地自然演替的规律。
7、沉水植物对水土中营养物质的吸收起关键性的作用，同时不同种类的沉水植物对水体的抗污能力不同。根据其生理特性，选取不同的沉水植物植于不同水质的湿地单元中。以保证沉水植物的正常生长和繁殖。因此六个湿地单元中的沉水植物种植区按照不同沉水植物抗污能力由强到弱的顺序依次种植马来眼子菜、菹草、金鱼藻、狐尾藻、轮叶黑藻和苦草六种群落。
8、植物的种植密度视野外调查的结果及种植经验而定，以保证植物群落的正常生长和繁殖。一般大型挺水植物种植密度为2兜/平方米；小型挺水植物种植密度为6丛/平方米；浮叶植物种植密度为1丛/平方米；沉水植物种植密度为5丛/平方米。
本发明具有治污效率高、可操作性强、基建费用和维护费用低的特点，同时为湖滨带自然湿地的恢复探索出了一条切实可行的路子。本发明在国家“863”太湖项目——“河网区面源污染控制成套技术”应用过程中，不仅成功地恢复了示范区的自然湿地，而且经课题项目监测中心监测达到了专题合同任务书所要达到的水体悬浮物(SS)去除50％和TP削减35％的目标和要求。