退耕還濕濕地對(duì)水質(zhì)的凈化效果研究

李華軍，張勇斌，李大偉，李曉柏

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410000；2.郴州市林業(yè)局, 湖南 郴州 423000)

1 引言

柏樹(shù)河為郴州市最大的本土河流—西河的支流。西河發(fā)源于北湖區(qū)與桂陽(yáng)縣交界處的仰天湖、龍渡嶺，流經(jīng)桂陽(yáng)、北湖、蘇仙、永興4個(gè)縣(區(qū))的14個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道)，在永興縣塘門(mén)口鎮(zhèn)匯入耒水，為湘江上游耒水的支流。近年來(lái)，因河流兩岸在農(nóng)業(yè)種植中大量使用化肥農(nóng)藥，農(nóng)業(yè)面源污水源源不斷排入柏樹(shù)河中，導(dǎo)致河水遭受污染，嚴(yán)重影響了河流兩岸居民的用水安全，減少農(nóng)業(yè)面源污染迫在眉睫。許多研究成果表面，河濱濕地在維持河流生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和凈化水質(zhì)上有較好的效果[1,2]。西方國(guó)家早在20世紀(jì)70年代就開(kāi)始了退化濕地的重建與恢復(fù)研究，自90年代開(kāi)始，我國(guó)也開(kāi)始越來(lái)越重視退耕還濕在濕地恢復(fù)中的重要作用，許多地方已經(jīng)開(kāi)展了大量針對(duì)退耕還濕方面的理論和技術(shù)研究，越來(lái)越多的研究成果顯示，退耕還濕是一項(xiàng)恢復(fù)河濱濕地生態(tài)系統(tǒng)，減少農(nóng)業(yè)面源污染的重要措施[3,4]。

2013年以來(lái)湘江保護(hù)和治理被列為湖南省委省政府的“一號(hào)重點(diǎn)工程”，成立了由省委書(shū)記親自掛帥的湘江保護(hù)和治理委員會(huì)，推進(jìn)湘江保護(hù)和治理工作。2016開(kāi)始退耕還濕試點(diǎn)工作開(kāi)始在全省各地陸續(xù)開(kāi)展，2018年，作為試點(diǎn)縣之一的桂陽(yáng)縣在柏樹(shù)河兩岸建設(shè)退耕還濕試點(diǎn)區(qū)，以檢驗(yàn)退耕還濕濕地在凈化水質(zhì)和減少農(nóng)業(yè)面源污染上的有效性和合理性，為湖南“一湖四水”的保護(hù)和治理提供低成本、可借鑒、可復(fù)制、可推廣的示范樣板。

濕地植物是濕地的重要組成部分，不同的濕地植物具有不同的生物學(xué)特性，因此不同的植物配置對(duì)污水水質(zhì)的凈化效果也會(huì)有所差異[5]。前人的研究結(jié)果表明挺水植物、浮水植物、沉水植物相互組合時(shí)對(duì)污水的凈化效果要好于單獨(dú)使用挺水植物[6]。因此，本次在退耕還濕濕地中構(gòu)建了不同類型的植物搭配模式，以考察其對(duì)污水的凈化效果，旨在為全省的農(nóng)業(yè)面源污染治理提供技術(shù)支持。

2 實(shí)驗(yàn)區(qū)概況

柏樹(shù)河退耕還濕濕地如圖1所示。

圖1 柏樹(shù)河退耕還濕濕地平面布置

小班基本因子表如表1所示。

還濕濕地在項(xiàng)目實(shí)施前主要為在耕水田，通過(guò)退耕還濕，將水田改造為河濱潛流濕地。通過(guò)水系、田埂和圍堰調(diào)整后，對(duì)還濕地塊為土層結(jié)構(gòu)良好的水田，以種植結(jié)構(gòu)調(diào)整為主，實(shí)施經(jīng)濟(jì)型還濕，水深在20 cm以內(nèi)種植水蕹菜、水芹菜；水深大于20 cm的地塊，種植湘蓮、菰(茭白)。其他區(qū)域以生態(tài)景觀型還濕為主，根據(jù)不同水深設(shè)計(jì)濕地植物，水深小于40 cm，種植黃菖蒲、花菖蒲、水生鳶尾、水生美人蕉、風(fēng)車草、水蔥等觀賞價(jià)值較高的挺水植物；水深40～80 cm的地塊種植蘆葦、蘆竹、再力花、東方香蒲高大挺水植物；水深大于80 cm的種植睡蓮、綠狐尾藻、黑藻、菹草等沉水植物。

表1 小班基本因子表

續(xù)表1

小班號(hào)名稱還濕類型面積/hm2植物配置小班號(hào)名稱還濕類型面積/hm2植物配置67退耕還濕生態(tài)景觀型0.0979黃菖蒲、花菖蒲、水生鳶尾、水生美人蕉109退耕還濕生態(tài)景觀型0.1639睡蓮、香菇草、綠狐尾藻浮葉和黑藻68退耕還濕生態(tài)景觀型0.1263黃菖蒲、花菖蒲、水生鳶尾、水生美人蕉110退耕還濕生態(tài)景觀型0.1005睡蓮、香菇草、綠狐尾藻浮葉和黑藻69退耕還濕生態(tài)景觀型0.1133黃菖蒲、花菖蒲、水生鳶尾、水生美人蕉111退耕還濕生態(tài)景觀型0.2018睡蓮、香菇草、綠狐尾藻浮葉和黑藻70退耕還濕生態(tài)景觀型0.0805黃菖蒲、花菖蒲、水生鳶尾、水生美人蕉112退耕還濕生態(tài)景觀型0.1981睡蓮、香菇草、綠狐尾藻浮葉和黑藻71退耕還濕生態(tài)景觀型0.1771蘆葦、蘆竹、再力花、東方香蒲114退耕還濕經(jīng)濟(jì)型0.1292茭白 115退耕還濕經(jīng)濟(jì)型0.1163黃菖蒲、花菖蒲、水生鳶尾、水生美人蕉

種植密度根據(jù)植物的生態(tài)學(xué)特性來(lái)確定。湘蓮種植密度為3.0 m×4.0 m，呈品字形排列；菰(茭白)種植密度為1.5 m×2.0 m，呈品字形排列；水蕹菜、芹菜種植密度為0.40 m×0.50 m，呈品字形排列；蘆葦、蘆竹、再力花、東方香蒲種植密度為0.50 m×0.60 m，呈小塊狀混交；黃菖蒲、花菖蒲、水生鳶尾、水蔥種植密度為0.40 m×0.50 m，呈小塊狀混交，水生美人蕉、風(fēng)車草、皇冠草種植密度為0.50 m×0.60 m，呈小塊狀混交；睡蓮種植密度為3.0 m×4.0 m，香菇草、綠狐尾藻種植密度為0.50 m×0.60 m(叢植)。還濕濕地規(guī)劃面積10.2362 hm2，整個(gè)還濕區(qū)總體保持濕地系統(tǒng)平均水力負(fù)荷控制在0.35 m3/(m2·d)以內(nèi)，區(qū)域凈化水量約3萬(wàn)m3/ d。

3 研究方法

4 凈化效果

還濕濕地進(jìn)水口、出水口、各植物種植區(qū)的污染物濃度及去除效果如表2所示。

圖2 水質(zhì)取樣點(diǎn)分布

通過(guò)對(duì)比各種植區(qū)域取水點(diǎn)污染物濃度的變化范圍，COD濃度變化最大的為黃菖蒲+花菖蒲+水生鳶尾+水生美人蕉+風(fēng)車草+水蔥種植區(qū)，差值為3.73 mg/L，最小的為睡蓮+綠狐尾藻+黑藻+菹草種植區(qū)，差值為2.41 mg/L；TN濃度變化最大的為湘蓮+茭白種植區(qū)，差值為0.37 mg/L，最小的為睡蓮+綠狐尾藻+黑藻+菹草種植區(qū)，差值為0.04 mg/L；TP濃度變化最大的為黃菖蒲+花菖蒲+水生鳶尾+水生美人蕉+風(fēng)車草+水蔥種植區(qū)，差值為0.03 mg/L，最小的為睡蓮+綠狐尾藻+黑藻+菹草種植區(qū)，差值為0.01 mg/L。

表2 還濕濕地對(duì)污染物的去除效果

5 結(jié)論與討論

StudyonthePurificationEffecttoWaterQualityofConversionFromCultivationBacktoWetland

Li Huajun1, Zhang Yongbin2, Li Dawei2, Li Xiaobai2

(1.HunanAcademyofForestry,Changsha,Hunan, 410000,China; 2.ZhuzhouForestryBureau,Zhuzhou, 423000,China)

Keywords: conversion from cultivation back to wetland; plant allocation; water purification