高緯度河流沿岸植物緩沖帶的制作方法
【專利摘要】高緯度河流沿岸植物緩沖帶，它涉及一種河流沿岸植物緩沖帶。它解決了現(xiàn)有植物緩沖帶寬度過寬，不適合城市現(xiàn)狀，以及我國高緯度地區(qū)建設有效的河流沿岸植物緩沖帶難度大的問題。高緯度河流沿岸植物緩沖帶由蒙古櫟、暴馬丁香和草本植物構成，河流沿岸植物緩沖帶的寬度為28～30m。本發(fā)明緩沖帶區(qū)域內(nèi)，地表徑流氨氮平均去除率為32%～34%，土壤下20cm處氨氮平均去除率為82.2%～84.5%，土壤下40cm處氨氮平均去除率為89.7%～90.2%。本發(fā)明應用于環(huán)境治理領域。
【專利說明】高緯度河流沿岸植物緩沖帶
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種河流沿岸植物緩沖帶。
【背景技術】
[0002]根據(jù)國家環(huán)保部門的統(tǒng)計，在我國水土流失面積達到360萬平方千米。全國有大約50%的河流受到污染，隨著水體的不斷惡化，以水資源短缺和暴雨造成的洪澇災害，為代表性的水危機的不斷爆發(fā)，已經(jīng)開始影響我們國家發(fā)展的腳步。水體污染定義為水體因某種外界物質(zhì)的進入，使得水體化學性質(zhì)、生物構成或者放射性等方面的改變，使水體的利用率降低，對水體中的生物形成有害的威脅，對人體的健康產(chǎn)生不利的影響。水體富營養(yǎng)化則是在人類和其他生物活動的過程中，有意或無意的使含有氮、磷的物質(zhì)流入湖泊、江河、海洋等，造成了水體中藻類，以及其他水體中的浮游生物的數(shù)量快速增加。在這種情況下，會使水體中溶解氧的含量迅速下降，因水體中缺少魚類所必需的氧氣含量，而造成了魚類和其他水生生物的大量死亡。
[0003]城市面源污染是指在降水的條件下，雨水和城市徑流沖刷城市地面，使溶解的和固體的污染物從非特定的地點匯入受納水體，引起的水體污染，亦稱為城市非點源污染。在美國面源污染已成為水環(huán)境污染的第一因素，60%的水污染起源于面源污染。在我國城市面源污染污染水環(huán)境的情況十分嚴重，其中太湖、巢湖水質(zhì)惡化的主要原因就是城市面源污染。雨水攜帶污染物，通過徑流的方式進入城市水系造成水質(zhì)惡化，污染加劇。
[0004]植物緩沖帶可以利用植被區(qū)域，將潛在的污染物質(zhì)與收納水體阻斷開，使得城市內(nèi)河的水質(zhì)標準得到提聞。
[0005]但是選擇何種植被，如何搭配以提高植物緩沖帶去除氨氮的效果一直困擾著該領域的技術人員。國外文獻認為選擇何種植物構建植物緩沖帶對氨氮的去除效果沒有影響，關鍵在于植物緩沖帶的寬度，植物緩沖帶的寬度越寬，氨氮的去除率越高。當然，植物緩沖帶越寬環(huán)境保護的效果越好，但是對于現(xiàn)今寸土寸金的城市來說，難以實現(xiàn)。而且，在我國東北地區(qū)，由于緯度高，冬季寒冷、溫度低，很多在溫帶和熱帶地區(qū)去除氨氮效果比較理想的植被都難以在東北進行種植。因此，在我國高緯度地區(qū)建立有效的河流沿岸植物緩沖帶困難重重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有植物緩沖帶寬度過寬，不適合城市現(xiàn)狀，以及我國高緯度地區(qū)建設有效的河流沿岸植物緩沖帶難度大的問題，而提供的一種高緯度河流沿岸植物緩沖帶。
[0007]高緯度河流沿岸植物緩沖帶由蒙古櫟、暴馬丁香和草本植物構成，河流沿岸植物緩沖帶的寬度為28~30m ;蒙古櫟種植于距河岸下沿22~28m處，種植方式為定植，種植密度為3mX3m，種植深度為40~50cm ;暴馬丁香種植于距河岸下沿12~18m處，種植方式為定植，種植密度為2mX2m，種植深度為30~40cm ;草本植物由早熟禾和黑麥草按3:1的比例構成,種植方式為播種,播種面為河流沿岸植物緩沖帶,種植密度為20~35kg/m2。
[0008]蒙古櫟為落葉喬木，高可達30m，胸徑達60cm ;樹冠卵圓形；根頸莖5毫米，主根發(fā)達，側根細，平展，黃褐色。蒙古櫟喜溫暖濕潤氣候，也能耐一定寒冷和干旱；對土壤要求不嚴，酸性、中性或石灰?guī)r的堿性土壤上都能生長，耐瘠薄，不耐水濕。根系發(fā)達，有很強的萌蘗性。蒙古櫟能適應東西伯利亞_56°C乃至_60°C的低溫。
[0009]暴馬丁香為落葉小喬木或落葉大灌木，株高達6~10m。
[0010]早熟禾為纖細的一年生或多年生禾草，根莖發(fā)達，具有極強的分蘗能力和青綠期長等優(yōu)良性狀；在嚴寒冬季，無覆蓋可以越冬。早熟禾為冷地型禾草，喜光，耐陰性也強，可耐50%~70%郁閉度，耐旱性較強，在-20°C低溫下能順利越冬，_9°C下仍保持綠色，抗熱性較差，對土壤要求不嚴，耐瘠薄，但不耐水濕。早熟禾對氮肥敏感，氮肥能加速早熟禾的生長。
[0011]黑麥草是禾本科黑麥屬多年生疏叢型草本植物，耐濕，須根發(fā)達，主要分布于15厘米深的土層中。
[0012]本發(fā)明高緯度河流沿岸植物緩沖帶的寬度僅為28~30米，適合城市的發(fā)展要求。本發(fā)明構建高緯度河流沿岸植物緩沖帶選用了蒙古櫟、暴馬丁香、早熟禾和黑麥草，這些植物都適合在高緯度寒冷地區(qū)的生長。
[0013]本發(fā)明高緯度河流沿岸植物緩沖帶可有效的降低流經(jīng)污水中的氮、磷含量。在本發(fā)明緩沖帶區(qū)域內(nèi)，地表徑流氨氮平均去除率為32%~34%，土壤下20cm處氨氮平均去除率為82.2%~84.5%，土壤下40cm處氨氮平均去除率為89.7%~90.2%。在本發(fā)明緩沖帶區(qū)域內(nèi)，地表徑流磷的平均去除率為42%~54%，土壤下20cm處磷平均去除率為86.28%~92.72%，土壤下40cm處磷平均去除率為88.42%~96.86%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是【具體實施方式】一高緯度河流沿岸植物緩沖帶的示意圖。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明技術方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的任意組合。
[0016]【具體實施方式】一:結合圖1說明本實施方式，本實施方式高緯度河流沿岸植物緩沖帶由蒙古櫟1、暴馬丁香2和草本植物3構成，河流沿岸植物緩沖帶的寬度為28~30m ；蒙古櫟種植于距河岸下沿22~28m處，種植方式為定植，種植密度為3mX3m，種植深度為40~50cm ;暴馬丁香種植于距河岸下沿12~18m處,種植方式為定植,種植密度為2mX2m,種植深度為30~40cm ;草本植物3由早熟禾和黑麥草按3:1的比例構成，種植方式為播種，播種面為河流沿岸植物緩沖帶，種植密度為20~35kg/m2。
[0017]雖然和其它高緯度樹木相比蒙古櫟根系的生物量不大，但是檢測發(fā)現(xiàn)蒙古櫟下土壤O~60cm深的土層內(nèi)全氮的含量及速效氮的含量變化微小，說明蒙古櫟整個根系對土壤中的氮元素進行吸收，具有吸收氮元素深度深、攔截性好的優(yōu)點。
[0018]蒙古櫟因其不耐水濕，所以在以往的河流沿岸植物緩沖帶的研究中基本不予以考慮。本實施方式將蒙古櫟種植在距河岸下沿22~28m遠離河流4的位置上，而且該位置的水平高度遠遠高于河流4的河面，因此蒙古櫟的生長不受影響。
[0019]徑流的水量在河流沿岸植物緩沖帶頂端最大，滲入土壤的深度也最深，因此將根系發(fā)達的蒙古櫟種植在河流沿岸植物緩沖帶的上部，能更有效的降解地下徑流帶入的氨氮。
[0020]暴馬丁香比蒙古櫟的種植密度大，種植密度較小有利于根系發(fā)達的蒙古櫟的根系生長，暴馬丁香種植密度較大可更有效的攔截地下徑流。
[0021]本實施方式將蒙古櫟種植在河流沿岸植物緩沖帶上部，不但考慮到蒙古櫟不耐水濕，根系比暴馬丁香發(fā)達，更是因為蒙古櫟根部的微生物群落能夠將徑流水中不同形態(tài)的氮元素大量轉換為堿解氮。堿解氮不僅有利于蒙古櫟自身的生長利用，而且蒙古櫟轉換的堿解氮還會隨地下徑流輸送給沿途的草本植物3和暴馬丁香2。暴馬丁香根部有大量孢間菌絲和孢內(nèi)圈狀菌絲，孢子密度高，叢枝菌根真菌(AMF)侵染暴馬丁香的侵染率約為90%以上。由于堿解氮對叢枝菌根真菌侵染暴馬丁香具有直接作用，能夠提高叢枝菌根真菌侵染暴馬丁香的侵染率，促進暴馬丁香的生長，同時叢枝菌根真菌的大量增殖也使土壤中更多的氨氮被植物利用；所以將暴馬丁香種植于蒙古櫟下方，還可以通過蒙古櫟根部的微生物作用提高暴馬丁香的生長，進一步促進徑流水中氨氮和其他污染物的去除。
[0022]本實施方式蒙古櫟種植時間為每年4月20日~5月5日。本實施方式暴馬丁香種植時間為每年5月10日~5月31日。本實施方式早熟禾和黑麥草播種時間為每年4月25日~4月30日。先種植蒙古櫟和草本植物能夠有效的固土護坡，并且能夠提高土壤中堿解氮的含量，對促進暴馬丁香的生長、提高叢枝菌根真菌的侵染，提升暴馬丁香的存活率有很大幫助。
[0023]早熟禾對氮肥非常敏感，氮肥可加速早熟禾的生長，因此早熟禾對氨氮的去除效果非常好。但是早熟禾不耐水濕，因此本實施方式將耐濕、且須根發(fā)達的黑麥草與早熟禾混合播種。黑麥草根部有內(nèi)生菌根菌，能為早熟禾和暴馬丁香提供可用的氮肥，促進早熟禾和暴馬丁香的生長。蒙古櫟和暴馬丁香都為落葉樹木，因此高緯度河流沿岸植物緩沖帶土壤中的有機質(zhì)含量較高，而土壤有機質(zhì)又能提高黑麥草的產(chǎn)量。所以，在高緯度河流沿岸植物緩沖帶內(nèi)的植物之間形成良性循環(huán)，相互間促進生長，提高了該緩沖帶對徑流氨氮的去除率。
[0024]黑麥草的根系分泌物在一定濃度下可促進微生物的生長，從而促進了土壤微生物生物量碳和微生物熵的增加；但當根系分泌物超過一定濃度后，便會抑制微生物的生長，導致土壤微生物生物量碳和微生物熵的下降。所以，將早熟禾和黑麥草的播種比例控制為3:1最有利于高緯度河流沿岸植物緩沖帶中植物的生長。
[0025]早熟禾和黑麥草的種植能夠有效的提高地表徑流氨氮的去除率。
[0026]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一的不同點是:蒙古櫟種植于距河岸下沿23~27m處。其它步驟及參數(shù)與實施方式一相同。
[0027]本實施方式中蒙古櫟采用等邊三角形的種植方式，即每棵蒙古櫟種在等邊三角形的定點上，所有蒙古櫟與之周圍的蒙古櫟的距離都為3m。
[0028]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二的不同點是:蒙古櫟種植于距河岸下沿24~26m處。其它步驟及參數(shù)與實施方式一或二相同。
[0029]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一、二或三的不同點是:暴馬丁香種植于距河岸下沿13~17m處。其它步驟及參數(shù)與實施方式一、二或三相同。
[0030]本實施方式中暴馬丁香采用等邊三角形的種植方式，即每棵暴馬丁香種在等邊三角形的定點上，所有暴馬丁香與之周圍的暴馬丁香的距離都為3m。
[0031]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一的不同點是:暴馬丁香種植于距河岸下沿14~16m處。其它步驟及參數(shù)與實施方式一至四之一相同。
[0032]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一的不同點是:草本植物種植密度為25~30kg/m2。其它步驟及參數(shù)與實施方式一至五之一相同。
[0033]實施例1
[0034]在哈爾濱市何家溝選取5塊相臨近的濱岸區(qū)域作為樣地進行高緯度河流沿岸植物緩沖帶去除氨氮實驗。
[0035]5塊樣地的構建信息如表1所示。在每塊樣地距河岸下沿3m和30m處各分別設置2個1.5mX 1.5mX0.5m米樣坑 ,坑內(nèi)上坡面20cm、40cm處垂直插入1.5m米樣板。其中樣地3采用本發(fā)明技術方案。
[0036]表1
[0037]
【權利要求】
1.高緯度河流沿岸植物緩沖帶，其特征在于高緯度河流沿岸植物緩沖帶由蒙古櫟、暴馬丁香和草本植物構成，河流沿岸植物緩沖帶的寬度為28~30m ;蒙古櫟種植于距河岸下沿22~28m處,種植方式為定植,種植密度為3mX3m,種植深度為40~50cm ;暴馬丁香種植于距河岸下沿12~18m處，種植方式為定植，種植密度為2mX 2m，種植深度為30~40cm ；草本植物由早熟禾和黑麥草按3:1的比例構成，種植方式為播種，播種面為河流沿岸植物緩沖帶，種植密度為20~35kg/m2。
2.根據(jù)權利要求1所述的高緯度河流沿岸植物緩沖帶，其特征在于蒙古櫟種植于距河岸下沿23~27m處。
3.根據(jù)權利要求1所述的高緯度河流沿岸植物緩沖帶，其特征在于蒙古櫟種植于距河岸下沿24~26m處。
4.根據(jù)權利要求1所述的高緯度河流沿岸植物緩沖帶，其特征在于暴馬丁香種植于距河岸下沿13~17m處。
5.根據(jù)權利要求1所述的高緯度河流沿岸植物緩沖帶，其特征在于暴馬丁香種植于距河岸下沿14~16m處。
6.根據(jù)權利要求1所述 的高緯度河流沿岸植物緩沖帶，其特征在于草本植物種植密度為 25 ~30kg/m2。
【文檔編號】E02B3/00GK103609291SQ201310586964
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權日:2013年11月20日
【發(fā)明者】高大文, 張帥, 王詩樂, 梁紅, 沈海龍 申請人:東北林業(yè)大學