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发布日期:2015-12-24
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社会实践:富营养化水体下沉水植物网床生态修复技术的优化

近年来,我国许多地区的河道、湖泊富营养化问题依然严重。运用沉水植物净化水质是对富营养化水体进行生态修复的重要手段之一。沉水植物可以有效吸收水体中的NP等营养物质,降低水体的污染负荷,同时对藻类也存在化感作用,抑制浮游植物的生长,从而降低藻类的现存量,控制藻类暴发,最终改善水体环境。一般地,水体营养盐含量越高,沉水植物生长越好。但水体营养盐过高,更容易引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖,水体溶氧量下降,鱼类及其它生物大量死亡,而大量死亡水生生物的沉积,被微生物分解,消耗大量的溶解氧,使水体溶解氧含量急剧降低,水质恶化,大大加速了水体的富营养化过程。一旦水体透明度或溶氧量过低,沉水植物则难以存活。因此就如何在富营养水体中保证沉水植物很好的存活,成为沉水植物生态修复技术的关键问题。

与物理方法成本高、化学方法易造成二次污染等传统的水处理方式相比,生物方法污染小甚至无污染且成本较低,故而生物净化已成为新型水处理方式的必然发展趋势。

2010年,上海海洋大学水域环境生态上海高校工程研究中心研发了沉水植物网床引导的富营养化水体生态修复技术,并在河道治理工程取得了很好的生态修复效果。该技术是通过调节网床悬浮高度,使沉水植物一直处于旺盛生长的光照强度范围里,从而实现了沉水植物可随水位及透明度状况而连续改变生态位,克服了透明度对沉水植被恢复的限制,提高了生态修复效果。然而在用软质尼龙绳将沉水植物直接捆绑于网床上,由于沉水植物的茎维管束和机械组织极不发达,且叶表面也没有角质层加厚、油质或栓质,表现沉水植被表皮硬度差,在捆绑部位极易损伤,培养一段时间后,该损伤部位便会腐烂,最终从网床上脱落,降低了沉水网床的生态修复效果。而我们的项目目的就是在最大限度内增加沉水植物的存活率并保证较低的成本。

本项目首先采用粘扣式网床(背靠背粘扣带将沉水植物粘扣于网床上)来保证沉水植物的高存活率。由于这是一个新的想法,故而需要大量的对比实验和较长时间的效果认证。在后期的实验中,本组成员希望找到更好更有效的方法来增加沉水植物的存活率。

下面介绍操作方式:将经处理好的河底泥平铺于12个聚乙烯塑料桶内,铺设厚度约125px。于每个聚乙烯塑料桶中放145L的同一河道内的污浊河水。

实验设置4个处理。1.是为空白对照组,三个平行;2.用软质尼龙绳将苦草扎堆均匀捆绑于单片网床上,沉水植物约300g,并设置三个平行,再把网床分别固定悬浮于3个塑料桶内,悬浮网床离塑料桶中的底泥约250px3.用背贴背粘扣带将300g的苦草扎堆分别均匀粘扣于网床上,其余步骤同第2种处理,设置三个平行实验;4.300g的苦草扎堆分别均匀放置于经优化的网箱内,其余步骤同上,设置三个平行实验。合计12个塑料桶,9个网床,3个网箱。将各组组进行对应编号进行实验。

预期效果:第一组塑料桶中河水依旧浑浊;第二组塑料桶中河水污浊度稍有改善,然而苦草存活率低,大部分苦草死亡;第三组塑料桶中河水污浊度明显改善,大部分苦草长势良好;第四组塑料桶中河水污浊度与第三组类似,苦草全部存活。

本项目采用粘扣式网床(背靠背粘扣带将沉水植物粘扣于网床上)、网箱及捆绑式网床三种种植模式对苦草(Vallisneria spiralis)(沉水植物)进行种植培养。通过沉水植物的生长势、活性及对水体的净化效果对比研究,为完善可调式沉水植被网床生态修复技术提供了科学的理论基础。

理论假设阶段过后将进入实验准备、实验实施以及结果分析阶段。

我们小组实验共分两个阶段。目前为止,第一阶段实验已经完成,第二阶段实验正在进行中。

第一阶段实验时间201411月至20151月。

20141121日,我们查阅了各方资料,最终敲定三份论文作为实验始终参考文献,并制定第一阶段详细计划。

1122日,在吴建勇师兄带领下沿着湖边一路找寻实验用苦草,并了解苦草的喜好、生活习性、形态结构等。

1128日,前往芦潮港购买实验材料。根据实验要求,选择合适尺寸的聚乙烯塑料桶,并且定制实验专用网箱,购买粘扣、尼龙绳等。

1129日,挖取底泥,经过筛选得到较细腻的底泥。将底泥铺设在塑料桶中月250px。从学校湖中取水放至塑料桶标线。加入营养盐准备测水。

127日,基地购买苦草,挑拣,称重,分堆,捆绑。

126-310日,测水,测水中总氮、总磷并绘制标曲做成图表。

20151月,因天气寒冷,实验水样结冰,第一阶段实验终止,后苦草死亡,第一阶段实验结束。

310日,第一阶段苦草网箱中部分过冬存活,猜测多种原因并组员讨论。计划第二阶段实验。

424日,清洗第一阶段实验用品,重新注入湖水,加入营养盐,并取水样测水。

51日,配置实验用品,用以待测总氮总磷。学习三氮一磷,COD等测样方法。

58日,测量总氮、总磷、氨氮以及COD

515日,测量总氮、总磷、氨氮以及COD

522日,测量总氮、总磷、氨氮以及COD

530日,测量总氮、总磷、氨氮以及COD

615日,测量总氮、总磷、氨氮以及COD

630日,测量总氮、总磷、氨氮以及COD

目前,实验接近结尾,但后期数据仍需精确处理。实验结果尚未分析,但根据预期结果,现对即有结果进行模拟,待与后期结果相比较以得出匹配度,从而评判本次项目成功与否以及其中的问题和需要改进的地方。

沉水植物可吸附沉降水体中的悬浮颗粒,提高透明度,并通过吸收氮磷及克生效应抑制藻类生长,实现对富营养化水体的有效修复。光合作用是沉水植物最重要的代谢活动,通常受到低光照的限制,由于水体溶解物、悬浮颗粒和水深的影响,加上光照在空气与水交界处会损失10%左右,因此最易发生光照不足的现象固。沉水植物光合作用光补偿点等特征,决定了沉水植物在水下可分布的最大深度、光合产量和竞争能力。因此,沉水植物的恢复只能在生态补偿区内进行。连续可调式沉床技术可以很好地克服沉水植物恢复中的光抑制问题,网床通过提高低透明度水域的沉水植物的生态位,使沉水植物快速生长,从而使沉水植物通过吸附水体中生物性和非生物性悬浮物,提高水体透明度,增加水体溶解氧,改善水下光照条件,通过根、茎、叶吸收固定水体和底泥中氮、磷等营养元素等,实现对水质的改善。

研究的水体区域为上海海洋大学校内流动水系。校园水系水体透明度平均值1833.25px,水体清澈,无污染。水深平均值3541.7499999999995px,总体水深较浅。植被覆盖率总体呈较高的水平。污染源少,几乎没有,湖中小岛鸭、鹅产生的污染在一定条件下(整个水系处于流动状态下)可忽略不计。

有研究表明,植物浮床技术对氮、磷的去除率高达84.7%94.4%,水生植物种植浮床正广泛应用于河道、湖泊景观及生态修复领域。Hosper S P等指出,生物调控后湖泊能否保持清水状态,很大程度上依赖于沉水植物群落恢复的状况.Meijer M等研究结果也表明,沉水植物对稳定清水态有重要作用。

利用可调式沉水植物网床对富营养化河流进行生态修复,克服了生态修复工程中对富营养化深水区域沉水植物难以存活的难题,运用综合水质标识指数法评价,以求结果与实验过程中水质时空变化效果一致。

下面,以往沉水植物网床成功案例项目者对网床种植沉水植物技术提出以下建议:①网床应选择耐水性强、柔性好、成本低的材料,沉水植物网床适用于水深在1.5 m以上的富营养化水体;②网床应选取适应性强、观赏性好、长茎且成本低廉的沉水植物;③直接将沉水植物捆于网床上,易造成沉水植物损伤,降低存活率,因此沉水植物如何固定在网床上,有待进一步研究;④网床逐步往下调整,应保证沉水植物能进行光合作用,以有利于生长为前提。

相信在前人经验和我们组成员的共同努力下,我们会取得自己期待的结果。