專利名稱：一種治理城市重度富營養(yǎng)化水體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種城市重度富營養(yǎng)化水體的治理方法。
背景技術(shù)：
城市水體的富營養(yǎng)化是困擾世界各國的普遍性環(huán)境問題，僅在中國每年造成的經(jīng)濟損失就數(shù)以億計。如何治理水體的富營養(yǎng)化，是當(dāng)前環(huán)境科學(xué)中急需要解決的難題。傳統(tǒng)的富營養(yǎng)化治理手段通常分為兩大類，一類是工程技術(shù)手段，但是其大多僅適用于點源污水的末端治理，且成本高、技術(shù)難度大、易造成二次污染；另一類是生物技術(shù)手段，雖然其成本較低，但有一個致命的弱點是這些水生植物在吸收利用了水體中的富營養(yǎng)化物質(zhì)之后，如果不進行及時轉(zhuǎn)移或利用，營養(yǎng)物質(zhì)最終又會返回到原來的水體中，不能從根本上解決水體營養(yǎng)物質(zhì)過剩的問題。而且值得注意的是，一些耐污能力強的植物，往往也是生長和繁殖比較快的品種，如果不能得到有效控制，極有可能造成嚴重的生物入侵，威脅個別水體甚至整個流域的生態(tài)安全，目前我國許多地區(qū)泛濫成災(zāi)的水葫蘆就是一個典型。
應(yīng)該看到，利用植物來吸收水體營養(yǎng)物質(zhì)應(yīng)該是未來發(fā)展的重要方向，但問題的關(guān)鍵是如何解決植物的資源化利用問題。另外，現(xiàn)在大多數(shù)城市水體除一定的景觀功能外，基本上沒有任何生產(chǎn)功能，這在土地相當(dāng)緊張的我國，尤其是城市化地區(qū)，是資源的巨大浪費。為此，本發(fā)明提出利用城市富營養(yǎng)化水體來培育高附加值的觀賞植物，起到既凈化水體，有生產(chǎn)綠化植物的雙重效果。

發(fā)明內(nèi)容
未發(fā)明的目的在于提出一種既有好的治理效果，又有高的生態(tài)安全的利用水培植物治理城市重度富營養(yǎng)化水體的方法。
本發(fā)明提出的利用水培植物治理城市重度富營養(yǎng)化水體的方法，其關(guān)鍵是選擇合適的水培植物和水培植物的栽培方式。本發(fā)明經(jīng)過大量調(diào)研和試驗，篩選到兩種可以作為治理城市重度富營養(yǎng)化水體的水培植物，即佛手蔓綠絨(Philodendron selloum俗稱小天使)和葉喜林芋(Philodendron selloum俗稱春羽)。栽培采用水培浮床的方式。
本發(fā)明的試驗過程如下通過文獻調(diào)查和市場調(diào)研，初步選擇春蘭、風(fēng)信子、仙客來等21種植物作為研究對象。利用富營養(yǎng)化水對擬定的植物進行栽培，栽培方法是采用傳統(tǒng)的泡塑浮床法。定期記錄植物的株高及葉片數(shù)，觀察植物的存活及生長情況。以此初步篩選出對溫度及富營養(yǎng)水質(zhì)適應(yīng)性強的植物12種風(fēng)信子、仙客來、葡萄風(fēng)信子、袖珍椰子、佛手蔓綠絨、黑美人、馬蹄蓮、萬年青、合果芋、常春藤、葉喜林芋、乳斑椒草綜合考慮耐污能力、生長情況、對高、低溫的抗逆性、栽培的難易程度以及市場前景等因素后，選出黑美人(Aglaonema comutatumcv.‘Sanpema’)、佛手蔓綠絨和葉喜林芋三種植物作進一步試驗。最后選定佛手蔓綠絨和葉喜林芋作為治理用植物。
1.耐污能力研究模擬室外自然環(huán)境條件，配制富營養(yǎng)污水濃度分別為100％、75％、50％、25％和清水五組濃度梯度。定期換水，保持各組濃度基本不變。每天記錄每株植物的生長情況，定期測量株高，以確定這些植物在不同溫度和光照條件下的適宜生長濃度。
實驗表明葉喜林芋在室內(nèi)環(huán)境中的生長情況不理想，100％與75％濃度的缸中各有一株死亡，另一株也生長不佳。其他三個濃度的缸中雖然沒有出現(xiàn)死亡的現(xiàn)象，但生長狀況都不佳。模擬室外環(huán)境中的葉喜林芋均生長良好，每個濃度中的植株都長出新葉，沒有表現(xiàn)出不良癥狀。葉喜林芋在高溫多光照的環(huán)境中生長更好，且能夠適應(yīng)100％濃度的生活污水環(huán)境。
佛手蔓綠絨在室內(nèi)環(huán)境中有6株死亡，這其中有種植方式不妥的原因。存活下來的植株中，只有100％濃度的缸中的3株生長最好，其余缸中的植株均生長不佳。模擬室外環(huán)境中的佛手蔓綠絨均生長旺盛，每個缸中的植株都有新葉長出，特別是100％濃度的缸中，試驗結(jié)束后植株尤其繁茂，根須發(fā)達。佛手蔓綠絨在剛進入到一個富營養(yǎng)水體中，表現(xiàn)出的不良性狀較明顯，需要一段時間來適應(yīng)新的環(huán)境，等到適應(yīng)期過后，佛手蔓綠絨即能良好地生長。
2.凈化能力研究根據(jù)其對光照的要求，每種植物設(shè)置5個重復(fù)，同時設(shè)空白對照組，用于消除污水本身自凈作用對實驗的影響。定期測量玻璃缸中總氮、總磷和CODcr濃度，直到該三類污染物濃度下降到測定限為止。
另外在實驗起始和結(jié)束時稱量植物重量，用來分析植物對營養(yǎng)物質(zhì)的凈吸收量及植物的增長量。以此篩選出凈化和生長效果好的植物。植物的凈吸收量由公式M=c0-c1t×m0V,]]>其中c1、c0分別為吸收達到平衡時實驗組和對照組的總氮、總磷和COD含量，V為供試水體的體積，t為達到吸收平衡的天數(shù)，m0為植物的重量。
結(jié)果表明佛手蔓綠絨、葉喜林芋對水體中氮磷有較好的吸收，其所在水體的COD也有所下降。
3.新型浮床設(shè)計及野外中試通過研究現(xiàn)有的浮床，分析其不足之處，以此為依據(jù)設(shè)計新型浮床，其模型由三個部件組成，外框、橫檔和卡子。材料是木頭或輕質(zhì)塑料，三者都具有浮力，能保證植物浮在水面上，詳見附圖4。
將篩選出的目標植物應(yīng)用所設(shè)計的浮床在吉浦路河進行野外中試，定期觀察植物的生長情況和浮床的使用情況，以此來評定目標植物在城市富營養(yǎng)化水體中推廣的可行性及新型浮床應(yīng)用的可行性。
結(jié)果表明浮床性能良好，植物沒有出現(xiàn)倒伏現(xiàn)象，且生長狀況良好且所篩選出的目標植物在天然環(huán)境下能較好地在天然富營養(yǎng)水體中生長，同時也證明了所設(shè)計地浮床具有較好地應(yīng)用和可推廣價值。
由上可見可用新型浮床將佛手滿綠絨及葉喜林芋種植在小區(qū)、公園等小型水體中，一段時間后植物長大，將其收回并分支繁殖，一部分繼續(xù)種植，另一部分投入市場可作為家居盆栽或水培植物，戶外景觀植物等，以此產(chǎn)生經(jīng)濟效應(yīng)。


圖1為室外環(huán)境下水體中COD濃度變化圖。
圖2為室外環(huán)境下水體中T-N濃度變化圖。
圖3為室外環(huán)境下水體中T-P濃度變化圖。
圖4為水培浮床結(jié)構(gòu)分解圖。
圖5為水培浮床使用狀態(tài)示意圖。
圖中標號1為外框，2為橫檔，3為卡子、4為固定膜、5為植物。
具體實施例方式
以水培浮床作為栽體，將以上兩種植物種植于城市的富營養(yǎng)水體中。水培浮床由三個部件組成外框、橫檔和卡子，組成框架式，材料是木頭或輕質(zhì)塑料，三者都具有浮力，能保證植物浮在水面上，詳見附圖4。橫檔的兩端有開口，主要是為了便于卡在外框上時具有靈活調(diào)節(jié)的能力。在一個固定的橫框上，可以靈活的調(diào)節(jié)橫檔的數(shù)量，繼而調(diào)節(jié)植物的密度。植物由卡子用塑料片固定在橫檔邊上，每一株植物的兩邊由卡子固定植物。隨著植物長大，可以調(diào)節(jié)卡子之間的距離。同時，由于卡子的靈活性，也是調(diào)節(jié)植物密度的方式之一。模型的示意圖見圖5。
佛手蔓綠絨既耐高溫又耐高污染負荷，生長迅速，根須發(fā)達，且是多年生常綠植物，分枝繁殖，易于大規(guī)模的培育。值得注意的是，在栽培時要求其莖部必須完全露出水面，否則會被浸泡腐爛而死，在水培時必須嚴格注意這一點。
葉喜林芋具有佛手蔓綠絨同樣的優(yōu)點，且不需要保持莖部完全露出水面，其葉片人，生長迅速，須狀根較發(fā)達，可分枝繁殖。因此是一種可供推廣使用的很好的耐污、吸污并具有高附加值的觀賞植物。
佛手蔓綠絨、葉喜林芋對COD去除量分別是300.4mg/(d·kg)、243.9mg/(d·kg)。佛手蔓綠絨根須發(fā)達，可為微生物附著生長，降解有機物提供場所，對COD有很好的去除效果。葉喜林芋根須不如佛手蔓綠絨發(fā)達，所以對COD的去除效果比佛手蔓綠絨略差。從每五天的COD去除量來看葉喜林芋在試驗五天后的去除量即達到最大，佛手蔓綠絨在試驗二十天后的去除量達到最大(見圖1)，這是由于水體自凈作用導(dǎo)致COD濃度的降低，而使其去除的絕對量也減少。
佛手蔓綠絨、葉喜林芋對T-N去除量分別是75.5mg/(d·kg)、57.57mg/(d·kg)。從每五天的T-N去除量來看佛手蔓綠絨和葉喜林芋在試驗前五天對T-N的去除量就達到最大(見圖2)。植物吸收加上水體自凈作用，使得水體中的T-N濃度下降很快，從而使植物的絕對吸收量也減少。
佛手蔓綠絨、葉喜林芋對T-P去除量分別是10.3mg/(d·kg)、10.6mg/(d·kg)。從每五天的T-P去除量來看佛手蔓綠絨和葉喜林芋在試驗后二十五天內(nèi)都保持著較高的吸收量(見圖3)，這也和水體對磷的自凈能力較差有關(guān)。
利用浮床無土種植方法，在富營養(yǎng)化水域表面種植既能產(chǎn)生直接的經(jīng)濟和社會效益、又具較大的干物質(zhì)生產(chǎn)潛力(與水生植物中的沉水植物和浮水植物相比)的陸生高等植物，在收獲植物，美化水域景觀的同時，通過植物根系的吸收和吸附作用，去除水體中的N、P元素，以實現(xiàn)變廢為寶，化害為利，凈化水質(zhì)，保護水域環(huán)境，并能使水體產(chǎn)生良性循環(huán)，可持續(xù)發(fā)揮水域功能的設(shè)想不但可行，且能取得良好的效果，從而為建立利用浮床陸生植物凈化富營養(yǎng)化水域提供了科學(xué)依據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種治理城市重度富營養(yǎng)化水體的方法，其特征在于選用佛手蔓綠絨和葉喜林芋作為水培植物，栽培于重度富營養(yǎng)化水體中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的治理城市重度富營養(yǎng)化水體的方法，其特征在于栽培采用水培浮床的方式，水培浮床為框架式結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種城市重度富營養(yǎng)化水體的治理方法。本發(fā)明選擇佛手蔓綠絨和葉喜林芋作為水培植物，栽培于重度富營養(yǎng)化水體中，栽培采用水培浮床的方式。本發(fā)明方法治理重度富營養(yǎng)化水體效果好，對該水培植物控制容易，不會形成生物災(zāi)害。而且，還可將水培植物的繁殖分支投放市場作為家居盆栽或水培植物，或戶外景觀植物等，以此產(chǎn)生經(jīng)濟效益。
文檔編號C02F3/32GK1709807SQ200510027080
公開日2005年12月21日 申請日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月23日
發(fā)明者王壽兵, 胡歡, 阮曉峰, 陸時藝 申請人:復(fù)旦大學(xué)