当前位置：文档之家 › 29—草型湖泊沉水植物收割工程对生态改善的试验_尚士友

29—草型湖泊沉水植物收割工程对生态改善的试验_尚士友

  • 格式：pdf
  • 大小：241.34 KB
  • 文档页数：6

第19卷第6期2003年11月农业工程学报T ransactions of the CS AE V ol.19　N o.6N ov.　2003草型湖泊沉水植物收割工程对生态改善的试验尚士友,杜健民,李旭英,申庆泰,厚福祥,吴利斌(内蒙古农业大学机电工程学院,呼和浩特010018)摘要:在典型草型湖泊—内蒙古乌梁素海设立研究基地,进行较大规模沉水植物收割工程试验,试验表明:以机械化方式收割沉水植物转移氮、磷营养盐,可以有效地减缓湖泊内源性营养物负荷的储备速度,使输入与输出的营养盐趋于平衡,并可显著抑制生物填平作用,是草型湖泊富营养化适度控制的一项关键性的实用技术;有计划、合理地收割沉水植物可以保证沉水植物净化水质的功能,不会造成藻类泛滥,也不会影响沉水植物的繁殖,收割沉水植物转移氮、磷营养盐的生物治理工程技术可以长期正常运行;在实施沉水植物收割工程对草型湖泊进行生态恢复的同时,即可收获大量高蛋白优质水草饲料,使湖泊治理与水生资源开发取得和谐统一,促进环境与区域经济的持续发展。

关键词:草型湖泊;乌梁素海;富营养化;沉水植物;收割工程中图分类号:X 171.4;S 963.22 文献标识码:A 文章编号:100226819(2003)0620095206收稿日期:2003205216　修订日期:2003208213基金项目:国家自然科学基金资助项目(30160022);国家科技成果重点推广计划项目(2002EC 000128)作者简介:尚士友,教授,呼和浩特市,内蒙古农业大学机电工程学院,0100181　引　言目前,湖泊富营养化已经成为世界范围内一个突出的环境问题,我国三分之二的湖泊面临着日益严重的富营养化危害。

2002年11月国家林业局报告,我国平均每年有30个湖泊在消亡,在这些消亡的湖泊中绝大多数是草型湖泊,富营养化为这些湖泊的沼泽化进程提供了巨大的动力,给这些地区环境与经济的持续发展造成了不可挽回的损失。

防治湖泊富营养化通常比较重视外源性营养物的输入,但是对许多草型湖泊来说,当内源性营养物负荷的储备量已经很高的情况下,控制外源性营养物输入的恢复效应要在很长时间以后才能体现出来,而且耗资巨大,在这种情况下有效地抑制内源性营养物负荷的积累和释放可能更为重要。

我们于1999～2003年在我国典型的草型湖泊—内蒙古乌梁素海投入8个9G SCC —1.4H 型水草收割机船队,实施较大规模沉水植物收割工程试验,收割面积约33km 2,收获高蛋白优质水草饲料3850t (干重),向湖外转移出氮63.525t 、磷6.545t ,在适度控制富营养化与延缓沼泽化进程方面进行了一次综合性的较高生态系统层次上的科学探讨。

近年来,关于沉水植物收割机械与沉水植物收割工程的研究随着水体富营养化的加剧越来越受到世界各国的重视。

加拿大1989年推出一种小型沉水植物收割机械,采用前置式切割架、侧置式驱动明轮与全液压传动系统,用于在河道和小型湖泊内清除沉水植物。

日本、俄罗斯、德国等都有一些沉水植物收割机械在使用,其中最大割幅4～5m [1],但未曾见有实施大规模沉水植物收割工程的相关报道。

国内沉水植物收割机械主要是内蒙古农业大学研制的9G SCC —1.4型水草收割机,已在内蒙古哈素海、天津市水上公园、天津市尔王庄水库、北京市京密引水河道等水域试验应用,我国较大规模收割沉水植物进行生态治理的工程正在内蒙古乌梁素海实施。

由于人类生产及生活的影响,从农田退水、工业废水、生活污水及地表有机物的流失中输入到湖泊、水库及河道中的氮、磷营养盐越来越多,许多水域面临着日益严重的富营养化危害。

在以大型水生植物响应型的草型湖泊内,各种挺水植物和沉水植物过量生长,形成了极大的初级生产力,其群落盖度可达100%,最大生物量(鲜重)为22.5kg/m 2以上[2],它们充塞水体空间,破坏自然景观,危害渔业生产,沉落腐败后对水体造成二次污染,同时还形成强烈的生物促淤作用,导致草型湖泊迅速沼泽化。

据调查,乌梁素海、哈素海、红山水库、伊胡塔湖、于桥水库、异龙湖、南四湖、东太湖、固城湖、滇池、洱海、赤湖、保安湖、隔湖等都在不同程度上存在着这方面的影响。

沉水植物在生长期间具有从水中和底质中吸收与富集营养盐的能力,收获沉水植物即可使湖泊内氮、磷营养盐的积累效应得到抑制,并将生物填平作用减少到最小程度。

目前,国际上对“通过控制营养盐而控制湖泊营养状态的途径”已达成共识[3],因此通过机械化方式收割沉水植物,在地球化学物质循环中转移氮、磷营养盐已成为草型湖泊富营养化治理的核心问题与关键技术。

2　乌梁素海富营养化及沉水植物概况乌梁素海位于内蒙古乌拉特前旗境内,湖区界于40°47′～41°03′N ,108°43′～108°57′E ,湖面高程1018.5m ,库容量2.5～3×108m 3,80%水域水深0.8～1.2m ,现有水域面积293km 2。

乌梁素海是河套灌区农田退水唯一的承泄通道,河套灌区农田化肥用量已由1978年的7×104t 迅速上升到1997年的43.8×104t ,至2002年化肥用量已经超过52×104t ,化肥利用率仅为30%～35%,大量流失的化肥随农田退水进入乌梁素海。

据1970～2002年入海口水质监测,总氮平均1.74mg/L ,总磷平均0.07mg/L ,分别为国际通用判断富营养水平标准的8倍与3.5倍[4],已使乌梁素海成为以大型水生植物过量生长为主要表征的富营养化草型湖泊。

乌梁素59海沉水植物主要是龙须眼子菜(Potamogetonpectinatus )和狐尾藻(Myriophyllum spicatum ),以龙须眼子菜为优势种,属多年生草本植物,其群落盖度100%,生产量8.5×104t ・a -1(干重),平均生物量875g ・m -2(干重)。

2001年乌梁素海卫星遥感图象显示沉水植物区域97.5km 2,占明水区面积的96.2%。

沉水植物过量生长,不仅破坏水体环境,而且每年自生自灭沉积湖底造成强烈的生物促淤作用,湖底正在以7～13mm ・a -1的速度在抬高。

现在底质淤积深度已达360mm ,照此演化速度,如不治理乌梁素海将在30年内演变成为芦苇沼泽地。

1996年与1987年乌梁素海卫星遥感图象各类地貌解析如表1所示。

表1　乌粱素海1987年与1996年T M 卫星遥感各种地类解析分析(面积:km 2)T able 1　Analysis of different satellite rem ote sensing regions in Lake Wuliangsuhai (1987and 1996)km 2接收日期明水区芦苇区湖中沼泽区湖周浅水沼泽区洪积扇区人造芦苇区1987204206128.3194.8826.1921.0307.761996209205107.13112.9728.4624.76 1.1022.69对比结果-21.18+18.09+2.27+3.73+1.10+14.933　沉水植物收割机械与收割工程的技术途径3.1　9G SCC 21.4H 型水草收割机的结构及其技术性能9G SCC 21.4H 态恢复提供了一项实用的机械化技术手段,大规模收割水生植物可以有效地转移氮、磷营养盐,削弱乌梁素海内源性营养物负荷,抑制生物促淤作用。

这项技术在对草型湖泊进行治理的过程中还可同时收获大量高蛋白水草饲料,是湖泊生态治理与水生植物资源开发利用兼顾的一个技术典型。

3.1.1　沉水植物收获特性及水域工作条件1)沉水植物收获特征柔性沉水植物易倒伏,植株茎叶相互连成一片,易缠绕和堵刀,并影响捡拾与输送。

2)水域工作条件生长沉水植物的水域深度为0.6～2.5m ,输水河道的水流速度为0.1～1m/s ,水底起伏不平,有障碍物和多年沉积物。

3.1.2　切割、捡拾及输送装置的配置1)切割装置的布置水下切割沉水植物以往复式割刀为宜,采用旋转割刀极易缠绕,割刀的布置形式为:切割架(6)与割刀(7)后置,安放在双体船(9)中间,利用切割架上的捡拾装置直接将水草输送到船尾牵引的装草船上。

2)捡拾与输送装置考虑水下捡拾对堵刀及漏收率的影响、柔性沉水植物捡拾与输送装置适宜选择带爪片的输送链,并应保证切割架在水下不同工作位置上均可实现割刀与输送链的驱动。

3)防缠绕装置在旋转部件与非旋转部件中间的间隙处均应设防缠绕罩,使沉水植物无法通过这一缝隙,从而避免缠绕在旋转部件上[5]。

3.1.3　9G SCC 21.4H 型水草收割机结构及其主要技术经济性能指标9G SCC 21.4H 型水草收割机由船体、动蹼明轮推进器、切割架、往复式割刀、切割架升降机构、液压传动系统、发动机、变速箱、操纵系统等组成,可在水下对各种沉水植物进行收割,以切割、捡拾、传送、牵引、运输一体化作业方式进行连续生产。

其主要技术经济指标:工作速度2.8km/h ,割幅1.4m ,切割深度1.2m 内可调,转弯半径<6m ,吃水深度0.55m ,平均作业面积1800m 2/h ,平均生产率(鲜重)9t/h ,漏割率0,漏收率5%,动力14.7kW ,油耗9kg/hm 2,装草运输船载重量5t 。

用1台水草收割机与1条牵引船和5条装草运输船配套使用时可以连续进行生产并取得最好的经济效益,日产量(两班生产)为13t 水草(干重),年产量以120个工作日计可达1560t (干重)。

9G SCC —1.4H 型水草收割机结构简图如图1所示。

1.发动机2.变速箱3.动蹼明轮推进器4.操纵系统5.切割架升降机构6.切割架(布置在双体船的中间)7.往复式割刀8.液压传动系统9.船体图1　9G SCC -1.4H 型水草收割机Fig.1　9G SCC -1.4H hydrophytes reaper69农业工程学报 2003年　3.2　沉水植物收割工程途径3.2.1　沉水植物收割工程的主要技术途径于1999～2003年在乌梁素海连续进行各项收割对比试验及生产性试验,收割面积约33km2,收获高蛋白优质水草饲料3850t(干重),向湖外转移氮63.525t、磷6.545t。

每年收割时间为5月中旬至10月末,每年实际工作日为120～130d。

每个船队由1人操纵水草收割船,1人驾驶牵引船,2人在装草船上传递堆放水草,岸上安排卸草人员,实现连续生产作业。

其主要工程技术途径是收割—捡拾—输送—装船—水上运输—卸草—晾晒干燥—除尘清选—压捆或粉碎。

上岸水草的含水率约82%,采用人工自然晾晒,水份干燥到13%～17%即可压捆存放。

人工自然晾晒占地面积较大,易受天气影响,而且水草营养成分有一定损失,应该采用连续式干燥设备进行即时干燥。

合集下载

水生植物修复富营养化水体应用研究综述

水生植物修复富营养化水体应用研究综述

水生植物修复富营养化水体应用研究综述刘建英，周湘灿（江苏农林职业技术学院，江苏镇江212400）首先对水体富营养化现象以及水生植物修复富营养化水体进行了概述，然后重点阐述了水生植物修复机理及具体应用（包括污水净化应用、湿地生态修复应用、生物浮床技术应用），最后从5个方面指出未来水生植物修复水体技术的应用研究重点。

水生植物；富营养化；修复响，以江苏南部区域为例，适生的挺水植物有黄菖蒲、香蒲、芦苇、千屈菜、旱伞草、荷花等；浮水植物有睡莲、芡实、萍逢草、莼菜、凤眼莲等；沉水植物有苦草、黑藻、轮叶黑藻、金鱼藻、狐尾藻、菹草等。

不同水生植物种类、不同水生植物种类组合等都将影响修复的效果。

2水生植物修复机理2.1水生植物根区法修复原理德国学者Kickuch 在1977年首次提出根区法理论，以后的水生植物修复水体的机理都是以此为核心，并在这个基础上发展而来。

水生植物利用根区生化效应修复水体的原理包括2个方面。

一方面，它们从地上部分吸收氧气并将其输送到根部，由植物的根细胞扩散到根部，在地下形成一个好氧的微环境。

好氧微生物在好氧环境中繁殖，分解有机物。

另一方面，在根较少的地方形成厌氧区和兼氧区，有利于硝化与反硝化wt 作用，达到脱氮除磷的目的。

2.2水生植物的吸收、吸附和过滤作用水生植物需要吸收大量的N 、P 等营养元素以满足其生长，其发达的根系对水体中氮磷的富集与转移具有良好的效果[11]。

同时，水生植物通过植株对污染物质的吸附和过滤作用实现水体的部分净化作用。

2.3水生植物对藻类的抑制作用水体中浮游藻类的过度生长会导致水体富营养化，而水生植物与浮游植物相比，在养分与光能的利用上具备竞争优势。

在生长过程中，水生植物的生命周期长，植株体积大，吸收和贮存养分的能力强，能较强地抑制浮游藻类的生长[12]，具有一定的克藻效应[13]。

3水生植物修复的具体应用3.1污水净化应用纽约州农业和生物科学院的Willian J.Jewell 认为，以水生植物为基础的生态处理系统的净化效果与典型的生化处理系统相同[14]。

浅水湖泊沉积物中水生植物残体降解过程及微生物群落变化

浅水湖泊沉积物中水生植物残体降解过程及微生物群落变化

浅水湖泊沉积物中水生植物残体降解过程及微生物群落变化刘新;黄庆慧;江和龙;宋娜【摘要】In this study, a long-term (700 days) laboratory incubation test was carried out to investigate the decomposition processes of aquatic plant residue based on Potamogeton malaianus, a typical submerged plant in Lake Taihu. The driving mechanisms related to microbial community structure for the residue decomposition were also determined by using 454 pyrophosphate high-throughput sequencing method. The results showed that the organic matter removal efficiencies decreased as sediment depth increased, which were 49.6%, 40.7%, and 38.7% in the 0~8, 8~18 and 18~28 cm sediments, respectively. Humification degree and the contents of humus (including HA and FA) in the sediment increased as the depth increased; in particular, the humus contents in the 18~28 cm sediment were significantly (P<0.01) higher than those in other depths. After the incubation test, the transformation of organic matter from labile to refractory fractions were observed, and most of lignin-like compounds in the plant residue were retained in the sediment. Further analysis indicated that the dominant bacteria at the phylum level were the same in the initial and incubated sediments, which were Proteobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Spirochaetes, and Firmicutes. The dominant bacteria at the genus level also had little difference between the initial sediment and the incubated surface sediment, which were Flavobacterium, GOUTA19, LCP-6, and Crenothrix. However, substantial changes of thedominant bacteria at the genus level were found in the deeper sediment after incubation, and microorganisms in the sediment were dominant by anaerobic bacteria, such as Treponema in spirochete phylum, with the relative abundances of 7.4% and 8.8% in the 8~18 and 18~28 cm sediments, respectively. The results of this study will enrich the knowledge about the decomposition characteristics of aquatic plant residue in lake sediment and provide theoretical supports for eutrophication control.%通过长期（700 d）的室内模拟实验，研究太湖优势沉水植物——马来眼子菜（Potamogeton malaianus）在不同深度沉积物中的分解过程，并通过454焦磷酸高通量测序方法研究了此过程中微生物群落结构的变化。

不同沉水植物对水质净化效能的研究

不同沉水植物对水质净化效能的研究

不同沉水植物对水质净化效能的研究孙作登;宋祥甫;付子轼;何文辉;王金庆;刘福兴;商传莲;宋芳芳【摘要】Four kinds of submerged plants,i.e, Vallisneria natans,Hydrilla verticillata ,Potamge-ton malaianus and an improved variety of V. natans,were used as test materials to study their purifying effects on water quality. The results showed that all tested plants exerted some purifying effects on dominant water pollutants. The improved variety of V. natans had the best comprehensive purification capacity and its rates of purifying the water of TN.TP and CODMn were 65.1%,57.7% and 17.3% .respectively.The water purification capacity of P. malaianus was medium,and that of H. verticillata was relatively poor.%以苦草、黑藻、马来眼子菜和常绿苦草4种沉水植物为研究对象,考察其对水质的净化效果.结果表明:供试沉水植物对水体中的主要污染物均有一定的净化效果；但各品种之间存在较大差异,其中常绿苦草的综合净化效能最强,对TN、TP和CODMn的净化率分别为65.1％、57.7％和17.3％,马来眼子菜次之,黑藻相对较差.【期刊名称】《上海农业学报》【年(卷),期】2012(028)002【总页数】6页(P30-35)【关键词】沉水植物;水净化;水质;水污染【作者】孙作登;宋祥甫;付子轼;何文辉;王金庆;刘福兴;商传莲;宋芳芳【作者单位】上海海洋大学水产与生命学院,上海201306;上海市农业科学院生态环境保护研究所,上海201403;华东理工大学资源与环境学院,上海200237;上海市农业科学院生态环境保护研究所,上海201403;上海海洋大学水产与生命学院,上海201306;上海市农业科学院生态环境保护研究所,上海201403;上海海洋大学水产与生命学院,上海201306;上海市农业科学院生态环境保护研究所,上海201403;华东理工大学资源与环境学院,上海200237;上海海洋大学水产与生命学院,上海201306;上海市农业科学院生态环境保护研究所,上海201403【正文语种】中文【中图分类】S682.32随着社会经济的不断发展和城市现代化进程的加快，大量的工业废水和生活污水排入河流、湖泊，导致水体富营养化和生态系统退化。

沉水植物化感作用对西湖湿地浮游植物群落的影响

沉水植物化感作用对西湖湿地浮游植物群落的影响

沉水植物化感作用对西湖湿地浮游植物群落的影响姚远;贺锋;胡胜华;孔令为;刘碧云;曾磊;张丽萍;吴振斌【摘要】通过微宇宙实验,在控制光照和营养盐浓度的条件下分别研究了苦草(Vallisneria spiralis)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)和穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)的化感作用对采集于杭州西湖湖西湿地的藻类密度、叶绿素a浓度、群落结构、多样性指数等的影响.其结果表明,3种沉水植物对微宇宙系统中的藻类都具有明显影响,藻类密度与叶绿素a浓度受到显著抑制,3个草-藻研究系统中藻类群落结构都发生了变化.在实验末期苦草组、金鱼藻组和穗花狐尾藻组中藻类总生物量(以细胞密度计)分别较初始值降低了37.06％、78.37％和83.40％.栅藻对3种沉水植物的化感作用敏感性较弱.藻类生物多样性方面,穗花狐尾藻系统中最高,其次是金鱼藻组,最后是苦草组,其Shannon-Wiener指数(H)分别为2.76、2.06和0.72,穗花狐尾藻组中H的显著高于苦革组(P＜0.05).【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2016(036)004【总页数】8页(P971-978)【关键词】沉水植物;化感作用;藻类群落结构;微宇宙系统;杭州西湖湖西湿地【作者】姚远;贺锋;胡胜华;孔令为;刘碧云;曾磊;张丽萍;吴振斌【作者单位】淡水生态与生物技术国家重点实验室,中国科学院水生生物研究所,武汉430072;中国科学院大学,北京100049;淡水生态与生物技术国家重点实验室,中国科学院水生生物研究所,武汉430072;淡水生态与生物技术国家重点实验室,中国科学院水生生物研究所,武汉430072;淡水生态与生物技术国家重点实验室,中国科学院水生生物研究所,武汉430072;淡水生态与生物技术国家重点实验室,中国科学院水生生物研究所,武汉430072;淡水生态与生物技术国家重点实验室,中国科学院水生生物研究所,武汉430072;中国科学院大学,北京100049;淡水生态与生物技术国家重点实验室,中国科学院水生生物研究所,武汉430072;淡水生态与生物技术国家重点实验室,中国科学院水生生物研究所,武汉430072【正文语种】中文姚远，贺锋，胡胜华，孔令为，刘碧云，曾磊，张丽萍，吴振斌.沉水植物化感作用对西湖湿地浮游植物群落的影响.生态学报，2016，36(4):971-978.Yao Y，He F，Hu S H，Kong L W，Liu B Y，Zeng L，Zhang L P，Wu Z B.Effects of allelopathy of submerged macrophytes on the phytoplankton community collected from the west part of the West Lake wetland in Hangzhou，China.Acta Ecologica Sinica，2016，36(4):971-978.沉水植物与浮游植物都是水生生态系统中的重要组成部分，两者的生态位重合度高，因此在空间、光照、营养等生存资源方面存在激烈的竞争［1-2］。