退耕还湿湿地对水质的净化效果研究

2018-12-19李华军张勇斌李大伟李晓柏

绿色科技 2018年20期

李华军，张勇斌，李大伟，李晓柏

(1.湖南省林业科学院,湖南长沙 410000；2.郴州市林业局, 湖南郴州 423000)

1 引言

柏树河为郴州市最大的本土河流—西河的支流。西河发源于北湖区与桂阳县交界处的仰天湖、龙渡岭，流经桂阳、北湖、苏仙、永兴4个县(区)的14个乡(镇、街道)，在永兴县塘门口镇汇入耒水，为湘江上游耒水的支流。近年来，因河流两岸在农业种植中大量使用化肥农药，农业面源污水源源不断排入柏树河中，导致河水遭受污染，严重影响了河流两岸居民的用水安全，减少农业面源污染迫在眉睫。许多研究成果表面，河滨湿地在维持河流生态系统的稳定性和净化水质上有较好的效果[1,2]。西方国家早在20世纪70年代就开始了退化湿地的重建与恢复研究，自90年代开始，我国也开始越来越重视退耕还湿在湿地恢复中的重要作用，许多地方已经开展了大量针对退耕还湿方面的理论和技术研究，越来越多的研究成果显示，退耕还湿是一项恢复河滨湿地生态系统，减少农业面源污染的重要措施[3,4]。

2013年以来湘江保护和治理被列为湖南省委省政府的“一号重点工程”，成立了由省委书记亲自挂帅的湘江保护和治理委员会，推进湘江保护和治理工作。2016开始退耕还湿试点工作开始在全省各地陆续开展，2018年，作为试点县之一的桂阳县在柏树河两岸建设退耕还湿试点区，以检验退耕还湿湿地在净化水质和减少农业面源污染上的有效性和合理性，为湖南“一湖四水”的保护和治理提供低成本、可借鉴、可复制、可推广的示范样板。

湿地植物是湿地的重要组成部分，不同的湿地植物具有不同的生物学特性，因此不同的植物配置对污水水质的净化效果也会有所差异[5]。前人的研究结果表明挺水植物、浮水植物、沉水植物相互组合时对污水的净化效果要好于单独使用挺水植物[6]。因此，本次在退耕还湿湿地中构建了不同类型的植物搭配模式，以考察其对污水的净化效果，旨在为全省的农业面源污染治理提供技术支持。

2 实验区概况

柏树河退耕还湿湿地如图1所示。

图1 柏树河退耕还湿湿地平面布置

小班基本因子表如表1所示。

还湿湿地在项目实施前主要为在耕水田，通过退耕还湿，将水田改造为河滨潜流湿地。通过水系、田埂和围堰调整后，对还湿地块为土层结构良好的水田，以种植结构调整为主，实施经济型还湿，水深在20 cm以内种植水蕹菜、水芹菜；水深大于20 cm的地块，种植湘莲、菰(茭白)。其他区域以生态景观型还湿为主，根据不同水深设计湿地植物，水深小于40 cm，种植黄菖蒲、花菖蒲、水生鸢尾、水生美人蕉、风车草、水葱等观赏价值较高的挺水植物；水深40～80 cm的地块种植芦苇、芦竹、再力花、东方香蒲高大挺水植物；水深大于80 cm的种植睡莲、绿狐尾藻、黑藻、菹草等沉水植物。

表1 小班基本因子表

续表1

小班号名称还湿类型面积/hm2植物配置小班号名称还湿类型面积/hm2植物配置67退耕还湿生态景观型0.0979黄菖蒲、花菖蒲、水生鸢尾、水生美人蕉109退耕还湿生态景观型0.1639睡莲、香菇草、绿狐尾藻浮叶和黑藻68退耕还湿生态景观型0.1263黄菖蒲、花菖蒲、水生鸢尾、水生美人蕉110退耕还湿生态景观型0.1005睡莲、香菇草、绿狐尾藻浮叶和黑藻69退耕还湿生态景观型0.1133黄菖蒲、花菖蒲、水生鸢尾、水生美人蕉111退耕还湿生态景观型0.2018睡莲、香菇草、绿狐尾藻浮叶和黑藻70退耕还湿生态景观型0.0805黄菖蒲、花菖蒲、水生鸢尾、水生美人蕉112退耕还湿生态景观型0.1981睡莲、香菇草、绿狐尾藻浮叶和黑藻71退耕还湿生态景观型0.1771芦苇、芦竹、再力花、东方香蒲114退耕还湿经济型0.1292茭白 115退耕还湿经济型0.1163黄菖蒲、花菖蒲、水生鸢尾、水生美人蕉

种植密度根据植物的生态学特性来确定。湘莲种植密度为3.0 m×4.0 m，呈品字形排列；菰(茭白)种植密度为1.5 m×2.0 m，呈品字形排列；水蕹菜、芹菜种植密度为0.40 m×0.50 m，呈品字形排列；芦苇、芦竹、再力花、东方香蒲种植密度为0.50 m×0.60 m，呈小块状混交；黄菖蒲、花菖蒲、水生鸢尾、水葱种植密度为0.40 m×0.50 m，呈小块状混交，水生美人蕉、风车草、皇冠草种植密度为0.50 m×0.60 m，呈小块状混交；睡莲种植密度为3.0 m×4.0 m，香菇草、绿狐尾藻种植密度为0.50 m×0.60 m(丛植)。还湿湿地规划面积10.2362 hm2，整个还湿区总体保持湿地系统平均水力负荷控制在0.35 m3/(m2·d)以内，区域净化水量约3万m3/ d。

3 研究方法

4 净化效果

还湿湿地进水口、出水口、各植物种植区的污染物浓度及去除效果如表2所示。

图2 水质取样点分布

通过对比各种植区域取水点污染物浓度的变化范围，COD浓度变化最大的为黄菖蒲+花菖蒲+水生鸢尾+水生美人蕉+风车草+水葱种植区，差值为3.73 mg/L，最小的为睡莲+绿狐尾藻+黑藻+菹草种植区，差值为2.41 mg/L；TN浓度变化最大的为湘莲+茭白种植区，差值为0.37 mg/L，最小的为睡莲+绿狐尾藻+黑藻+菹草种植区，差值为0.04 mg/L；TP浓度变化最大的为黄菖蒲+花菖蒲+水生鸢尾+水生美人蕉+风车草+水葱种植区，差值为0.03 mg/L，最小的为睡莲+绿狐尾藻+黑藻+菹草种植区，差值为0.01 mg/L。