本發(fā)明涉及富營養(yǎng)化水體治理技術領域，具體涉及一種富營養(yǎng)化水體的水生植物原位修復方法。

技術背景

水體富營養(yǎng)化是因水體中營養(yǎng)物質(zhì)增加，引起藻類植物等過量生長和整個水體生態(tài)平衡的改變，從而造成水體污染。水體富營養(yǎng)化已成為近百年來國內(nèi)外水污染治理的一個難題。目前判斷水體富營養(yǎng)化的一般標準為：氮含量超過0.2mg/L，磷含量大于0.01mg/L。

農(nóng)業(yè)面源，如養(yǎng)殖廢棄物的無組織排放、生活污水的無組織排放、農(nóng)田噴灑的農(nóng)藥化肥等，是我國水體富營養(yǎng)化的主要原因。長江流域是我國淡水湖泊最集中的區(qū)域，(絕大多數(shù)為淺水湖泊)，這些地區(qū)山清水秀，是著名的魚米之鄉(xiāng)。然而隨著近30年的經(jīng)濟發(fā)展，農(nóng)業(yè)面源污染等因素致使廣大水庫湖泊不同程度的水體富營養(yǎng)化，水質(zhì)性缺水己經(jīng)嚴重制約了局部地方經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，很多村民連基本的飲水安全都得不到保障。

目前國內(nèi)外針對水體富營養(yǎng)化的控制修復技術主要分為3大類：(1)傳統(tǒng)的控制措施：營養(yǎng)鹽控制，如外源性污染采取截污、污水改道等；內(nèi)源性污染采取清淤挖泥、營養(yǎng)鹽鈍化、底層曝氣、稀釋沖刷等措施。(2)直接除藻：采用:機械打撈等方法控制藻類生長，還可采用殺草劑殺死藻類。(3)生物調(diào)控和生態(tài)恢復：以浮游動物、魚類控制浮游植物，以水生高等植物控制水體營養(yǎng)鹽，同時結(jié)合環(huán)境工程和生態(tài)工程，以恢復受損的生態(tài)系統(tǒng)。前兩類主要為物理和化學方法，化學方法具有速度快、效果明顯等特點，但容易造成二次污染，而物理方法往往治標不治本。第三類為生態(tài)學方法，是目前公認的未來發(fā)展?jié)摿ψ顬橛行У姆椒ㄖ?。該方法通過強化自然界生物間的相互作用關系或水體本身的自凈能力，最終達到恢復水質(zhì)的目的。發(fā)達國家在治理水體富營養(yǎng)化時也多采取“高強度治污—自然生態(tài)恢復”的技術路線，即采取控制外源氮磷污染負荷并配合生態(tài)恢復的措施。

生態(tài)恢復主要是生物修復。對于富營養(yǎng)化水體修復而言，主要是水生植物修復。富營養(yǎng)化水體的水生植物修復技術相比其他修復技術具有以下優(yōu)點：能有效地將水體底部不溶有機物降解為可溶有機物，尤其是含氮有機物；能抑制藍藻及其他耗氧強的菌類與藻類的生長與繁殖，增加水中的溶氧量，提高水生生物的成活率；不向水體投放藥劑，不會形成二次污染；修復成本與養(yǎng)護管理成本較低，不耗能或低耗能，并易創(chuàng)造人與自然相融合的優(yōu)美環(huán)境。中國目前共有水生(含濕生)維管束植物61科，155屬，共430多種，但在富營養(yǎng)化水體修復經(jīng)常被研究的不足50種?，F(xiàn)在普遍認可的淡水水生修復植物有鳳眼蓮(Eichhornia crassipes)、多花黑麥草(Loliumperennel)、水蕹菜(又名空心菜,Ipo-moea aquatica Forsskal)、水芹(Oenanthe stolonifera Roxb.wall)、水蔥(Scirpus tabernaemontani)等。但實際應用中，利用水生植物修復富營養(yǎng)化水體也存在以下問題：修復起效時間長，因而普及度不高；水生植物利用價值往往較低，且若不及時采收易于在水體中腐爛而導致二次污染；類似鳳眼蓮等水生修復植物，具有強大的氮磷富集修復能力，但因其強大的生命力且沒有天敵，其在水體中過度繁殖，加上植株冬季易于越冬而難于控制，易導致生態(tài)災難。

大薸，俗名水白菜，水蓮花或大葉蓮，天南星科大薸屬的唯一物種，多年生浮漂性的水生草本植物，植株根系發(fā)達，生長、繁殖迅速。大薸在溫度不低于10℃的地方，可以全年放養(yǎng)，而在冬季有霜的地方就需要保護越冬，并在春季氣溫升到15℃以上時拿到露天放養(yǎng)。因此，大薸在珠江流域可以全年放養(yǎng)，四季常青。長江流域則可以放養(yǎng)7–8個月，其余時間要保護越冬。目前有文獻研究報道種植于人工模擬富營養(yǎng)化水體中大薸的氮磷吸收能力，但尚無利用大薸原位修復實際富營養(yǎng)化水體的技術案例。另外，由于大薸繁殖迅速，已經(jīng)被列入我國100種最危險的入侵物種名單。因此，在應用大薸原位修復富營養(yǎng)化水體時，如何使其能夠最大程度吸收水中營養(yǎng)元素，又避免成為水中侵略物種，兼顧生態(tài)安全和方便推廣是目前富營養(yǎng)化水體修復技術的關鍵。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供富一種富營養(yǎng)化水體的水生植物原位修復方法，該方法能高效、高生態(tài)安全性地對富營養(yǎng)化水體進行原位修復，并取得資源高利用率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具體提供了如下的技術方案：

一種富營養(yǎng)化水體的水生植物原位修復方法，其特征在于，在亞熱帶季風性濕潤氣候地區(qū)，當環(huán)境溫度超過10℃時，將修復植物大薸放到在富營養(yǎng)化水體中進行漂浮種植，依靠水體的河岸或現(xiàn)有堤壩，采用圍欄加以固定以防止其隨意擴散，大薸在生長過程中富集水體中的氮磷，通過定期打撈大薸，去除水體中的氮磷富營養(yǎng)化物質(zhì)，并將打撈獲取的大薸植株資源化利用。

進一步，所述亞熱帶季風性濕潤氣候地區(qū)的年平均氣溫在18℃左右，冬季最低氣溫平均在6-8℃。

進一步，通過分株繁殖獲得大薸苗株之后進行漂浮種植。

進一步，打撈頻率為水體溫度>20℃時，每3天打撈1次，水體溫度大于15℃小于20℃時，每5天打撈1次，打撈原有生長量的1/2到3/5。

進一步，所述資源化利用包括作為沼氣發(fā)酵的生物質(zhì)能材料、漚制農(nóng)家肥的原材料和畜禽養(yǎng)殖飼料的原材料。

進一步，大薸能夠富集去除氮、磷含量分別達50.05～600.89g/m²、10.10～120.32g/m²。

進一步，所述富營養(yǎng)化水體中總氮和總磷含量分別為1.78mg/L～16.7mg/L和0.15mg/L～12.30mg/L。

進一步，所述圍欄為竹竿圍欄或其他耐腐蝕材料圍欄。

本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明通過利用大薸獨特的生物學特性，獲得富營養(yǎng)化水體的一種高效原位修復及其資源化利用的方法。經(jīng)長期的試驗研究得知，在15-35℃溫度范圍內(nèi)，大薸的氮磷臨界營養(yǎng)點低，其正常生長要求的氮磷濃度遠低于富營養(yǎng)化水體中氮磷濃度，因此在富營養(yǎng)化水體中大薸生長勢強。

(2)大薸根須發(fā)達，氮磷富集能力強，適宜于各營養(yǎng)級水體中生長，同時較易受到水體溫度的限制：當環(huán)境溫度在28℃左右時其繁殖最快，約在2～3天內(nèi)其數(shù)量即增加1倍；當環(huán)境溫度低于10℃時停止生長，5℃時則死亡，因此具有生態(tài)安全性的特點，值得在亞熱帶季風性濕潤氣候區(qū)大力推廣應用。

(3)在養(yǎng)殖期內(nèi)，僅利用水體邊緣或堤壩與竹竿圍欄漂浮種植大薸，采用竹耙定期打撈：夏季(水體溫度>20℃)每3天打撈1次，秋季(水體溫度大于15℃小于20℃)每5天打撈1次，可以極大地取走水體中的氮磷等污染，降低水體中的氮磷等營養(yǎng)鹽的含量，改善水體水質(zhì)，進而達到修復富營養(yǎng)化水體的目的，同時還能增加水體中的溶解氧有明顯效果，且能有效抑制藻類生長，水質(zhì)凈化能力強。

(4)本發(fā)明方法管理簡單，不采用浮床工藝，直接進行漂浮放養(yǎng)，僅利用水體邊緣或堤壩簡單加以圍欄固定。

(5)多年種植的歷史表明，無性繁殖大薸植株必須在有保護設施的環(huán)境中才能越冬保存，因此在冬季氣溫持續(xù)低于10℃的地區(qū)限制種植利用，不會造成外來物種入侵，其生態(tài)安全性好。

(6)采收的大薸可以作為飼料、肥料和能源的原材料，資源化利用前景廣闊；美化河道、庫泊等水體，兼具生態(tài)景觀效果。

具體實施方式

下面通過實施例對本發(fā)明進行具體的描述。

實施例1 大薸原位修復富營養(yǎng)化水庫

實驗地點：重慶市巴南區(qū)成功橋水庫：小二型水庫，面積59336m²，庫容32萬m³，總氮和總磷主要營養(yǎng)鹽指標含量分別為1.78mg/L和0.15mg/L，屬富營養(yǎng)化水體。

在亞熱帶季風性濕潤氣候地區(qū)(具體特征如下：年平均氣候在18℃左右，冬季最低氣溫平均在6-8℃)，當環(huán)境溫度超過10℃時，將通過分株繁殖獲得的大薸苗株，具體做法如下：將母株連根從越冬養(yǎng)殖水池拔出，用剪刀分割成若干小株，每一小株再次放到富營養(yǎng)化水體中，依靠水體的河岸或現(xiàn)有堤壩，采用竹竿圍欄，單個修復面積小于500m²，以防止其隨意擴散。

之后進行漂浮種植。在種植過程中，大薸可利用富營養(yǎng)化水體中的營養(yǎng)元素自然生長。由于植株分株生長迅速，分株量增大，易造成植株的擁擠，因此在大薸即將溢出圍欄前，進行定期打撈：夏季(水體溫度>20℃)每3天打撈1次，秋季(水體溫度大于15℃小于20℃)每5天打撈1次，打撈工具為普通竹耙，打撈原有生長量的1/2到3/5，以防止過多的植株死亡、腐敗造成二次污染。打撈出來的大薸晾曬后可資源化利用。

當水體溫度低于10℃，大薸將發(fā)生爛根爛葉；低于5℃時，將自然枯萎死亡。因此，為了保存翌年的種株，可將健壯的植株移到到溫度為15℃潔凈水體中，進行越冬栽培。

打撈所得的大薸進晾曬后可以作為原材料投放進沼氣池中，進行生物質(zhì)能的資源化利用，也可以將大薸植株配以適當?shù)那寮S水和過鈣進行堆肥的漚制，漚制好的堆肥作為農(nóng)家肥，還可以將大薸配合添加適量的麥麩和玉米粉等其他原材料，作為畜禽養(yǎng)殖的飼料。

按照上述的方法，實驗時間從6月上旬持續(xù)到11月末，大薸種植面積2000m²，大薸鮮樣產(chǎn)量超過22.49kg/m²，實驗結(jié)束后大薸富集去除總氮、磷分別達50.05g/m²、10.10g/m²，(計算公式如下所示)，去除效果顯著。

m_去除＝m_大薸*A*B

m_去除為每平方米大薸干樣中氮或磷的質(zhì)量，即大薸直接去除總氮或磷的質(zhì)量，單位為g/m²

m_大薸為每平方米大薸鮮重，單位為kg/m²

A為干重系數(shù)

B為實測大薸干樣中總氮或磷的濃度，單位為g/kg

注：本公式中，大薸在移植到富營養(yǎng)化水體前，由于生物量小，其體內(nèi)總氮或磷含量可忽略不計。

實施例2 大薸原位修復養(yǎng)鴨場廢水

實驗地點：巴南區(qū)界石鎮(zhèn)某小型養(yǎng)鴨場廢水池。該養(yǎng)殖場每年養(yǎng)鴨規(guī)模為2000-3000只，由于附近無配套的污水處理設施，養(yǎng)殖場場主將廢水排到自家自留地挖掘的一塊面積約500m²，深度約0.3m的池子里。池子中廢水的總氮為16.7mg/L，總磷為12.30mg/L，溶解氧為0，該廢水為嚴重富營養(yǎng)化水體。

修復時間從6月末持續(xù)到11月末，將整個廢水池種滿大薸。實驗結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)大薸產(chǎn)量超過114.60kg/m²。按照實施例1中計算公式，大薸直接去除總氮、磷分別約600.89g/m²、120.32g/m²。

最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。