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一种保护和美化北方城市景观水体的草本植被过滤带及其制备方法

已有 2867 次阅读 2017-8-2 15:31 |系统分类:科研笔记

一项发明专利获得授权。

一种保护和美化北方城市景观水体

的草本植被过滤带及其制备方法

技术领域

本发明属于城市生态环境治理和景观生态规划领域,特别涉及一种保护和美化北方城市景观水体的草本植被过滤带。

背景技术

城市景观水体是指城市绿地、公园、学校以及居民区中,通过自然或人为开挖形成的湖泊、河道、水塘等水体。这些水体与周围环境相协调,是城市景观不可或缺的重要组成部分。

城市景观水体通常可分为三类:一是长期自然形成的小型湖泊、河道以及湿地;二是公园和旅游区中人为营造的人工湖泊、溪流、水塘以及湿地;三是居民区中的水景。

良好的城市景观水体可为城市居民提供优美和谐的生活环境,成为休闲、娱乐以及旅游的主要场所;同时,它还能促进水汽循环、调节小气候、缓解城市热岛效应、涵养地下水源,具有一系列重要的生态功能;此外,城市景观水体还承担着雨洪消纳和园林浇灌等市政功能。

城市景观水体通常存有以下两方面的共性问题。首先,在主观上,由于缺乏设计规范,城市景观水体的设计大多只突出景观手法和表现效果,而忽视了水体的保护与治理;其次,在客观上,城市景观水体大多与自然河流和水系的连通性较差,多数为整体封闭型或主体封闭型的水体,他们通常水域面积较小、水量较少且补充不及时、水体静止或流动缓慢、生态系统不完整、环境容量小、自净能力低。

因此,城市景观水体的水质恶化现象十分普遍。调查结果显示,我国90%以上的景观水体均遭受不同程度污染,其水体透明度降低、发臭以及富营养化现象比较严重。尤其是在水资源短缺的北方城市,景观水体的补充水源大多为经过处理后的城市生活污水,其中富含氮、磷等营养物质,因此水质恶化现象更为突出。城市景观水体的水质恶化不仅使其丧失了景观效果和生态功能,而且还会成为新的污染源,造成二次污染。因此,当前对城市景观水体进行保护和美化有迫切需求。

城市景观水体的污染物可分为外源污染物和内源污染物两种。其中:外源污染物包括使用不洁净水源补水带入的污染物、城市暴雨径流携带的污染物、大气沉降带入的污染物以及人为活动带入的污染物等;而内源污染物主要是指由底泥所释放和溶出的污染物。

城市景观水体的保护与修复方法包括物理方法、化学方法以及生物-生态方法三类。其中:物理方法是指通过疏挖底泥和引水冲淤等措施清除底泥污染物,其治理效果好、见效快,但存在治理费用高、效果不稳定、持续时间短以及治标不治本等缺点;化学方法是指通过化学手段去除水体中污染物的方法,其操作简便、容易实施,但所添加化学药剂容易造成二次污染;生物-生态方法是指通过营造完整的水生态系统,利用动植物协同吸收、利用、富集水体中的污染物,从而清除水体中污染物的方法。与物理和化学方法相比,生物-生态方法具有操作简单、易于管理、成本低、环境友好等优点,因此在城市景观水体保护中得到了越来越广泛的关注和应用。

当前使用最普遍的生物-生态方法包括生态浮床(例如专利申请号CN201310205655.8(公开号为CN103274528A,水菾菜)、CN201410403375.2(公开号为CN104129858A,硼泥)、CN201110225375.4(公开号为CN102329002A,植株数量比在1101的滴水观音和马蹄莲组合植株))、植被缓冲带CN201210536695.6(授权公告号为CN103043796B)以及小型人工湿地(例如CN200410051577.1(授权公告号为CN100398461C)、CN200510103262.1(授权公告号为CN100400438C)、CN200810058565.X(授权公告号为CN101293722B)等,但这些方法均有其不足和缺陷。

其中:生态浮床只能去除景观水体中已有的污染物,而不能阻碍水体周边外源污染物的持续进入;植被缓冲带只能拦截去除景观水体周边外源污染物的输入,而不能控制和清除景观水体的内源污染,同时对实施区的地形要求较高,需要坡岸面积较大且相对平整、坡度平缓;人工湿地不仅只能去除景观水体中已有的污染物,而且还需要辅以工程措施建造水体循环系统,其建造成本和运行成本较高,占地面积较大,对地形要求更为苛刻。

综上,目前尚没有一种能同时去除景观水体中的外源污染物和内源污染物,从而对城市景观水体进行系统保护和美化的方法。

生态浮床是一种以高分子材料为载体和基质,采用现代农艺和生态工程措施综合集成的水面无土栽培技术。生态浮床可将原本只能在陆地种植的植物种植到水面,并取得与陆地种植相仿甚至更高的产量以及更好的景观效果。利用生态浮床治理水环境和修复水生态的主要途径包括以下三方面。(1)生态浮床中植物通过对水体中氮、磷等营养物质的吸收利用以及植物根系和浮床基质对悬浮物的吸附作用综合富集水体污染物,并最终通过收获植物体的方式将污染物移除水体;(2)生态浮床中植物的根系分泌物可降解有机物,从而加速水体中有机污染物分解;(3)随着水质改善,尤其是溶解氧浓度增加,水体中好氧微生物大量繁殖,从而加快了对水体中有机污染物和营养物质的分解利用。

生态浮床使水体中污染物大幅减少、水质得到改善,为高等水生生物的生存和繁衍创造了条件,并为最终修复水生态系统提供了可能。生态浮床具有操作简单、易于管理、成本低、效果较好以及环境友好等优点,因此在水污染治理中应用较为普遍。

但由于受浮床植物种类、植物生长速度、污染物类型、污染物耐受程度以及温度的影响,多数生态浮床存在净化效果不稳定、净化能力季节差异大(夏季高、春秋季低)以及适用地区有限等缺陷。就我国而言,生态浮床主要用于三峡、长三角、滇池以及太湖等南方地区开阔河道水体中营养物质的去除,在城市景观水体尤其是北方城市景观水体的保护和美化中应用较少。是在我国北方地区,由于冬季低温寒冷,绝大多数南方适用的浮床植物不能安全越冬。尤其关键的是,生态浮床只能去除景观水体中已有的污染物,而不能阻碍水体周边外源污染物的持续进入。而城市暴雨径流、大气沉降以及人为活动等带入的外源污染物是城市景观水体污染物的重要来源,可占城市景观水体总污染物的50%以上。

在拦截去除城市景观水体的外源污染物方面,草本植被过滤带可能有较好效果。但以往城市景观水体设计过于注重“观花”,而对“非观花”的草本植物重视不足,因此草本植被过滤带在城市景观水体保护和美化中应用较少。植被过滤带最初是一种用于农业面源污染防治的措施,它是位于污染源和水体之间的带状植被,能通过物理、化学、生物等作用使流经植被过滤带的污染物发生沉降、过滤、稀释、下渗和吸收,从而最大程度减少污染物进入水体。植被过滤带具有成本低廉、效果显著、容易实施、管理粗放、持续时间长、可自我修复等优点,被推荐为治理农业面源污染的有效措施。植被过滤带可分为草本植被过滤带、灌木植被过滤带、乔木植被过滤带以及复合植被过滤带等,其中草本植被过滤带是由优良草本植物构建的植被过滤带类型,它具有对污染物拦截去除效果好、投资少、易管理等优点,因此应用最为普遍。植被过滤带技术多用于农业面源污染防治,将其用于城市景观水体的保护和美化尚无先例。综合利用滨岸植被过滤带和人工浮床对水质进行系统净化仅在专利申请号CN201110225417(公开号为CN102285719A)中提及,该方法用于控制和防治河流面源污染,通过在河流旁新开挖一条河道,将其建设成为一个有效收集并处理河流面源污染的生物强化净化系统,最大限度地降低进入河流的污染负荷。该方法需重新开挖河道成本相对较高,占地面积较大,且耗时费力。

将草本植被过滤带技术引入城市景观水体,将其与生态浮床技术结合,综合对北方城市景观水体进行保护和美化,目前尚无报道和应用的先例。




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