[发明专利]柳树部分淹水法净化富营养水体的方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于水体环境修复领域，涉及富营养水体的植物修复方法，具体涉及一种柳树部分淹水法净化富营养水体的方法（植物营建方法）及其应用。

背景技术

水体富营养化已成世界性的重大环境问题。随着经济发展和时间推移，我国湖泊、河流等富营养化日趋严重，如何对富营养化水体进行有效治理，是我们所必须面对的现实问题。现有水体富营养化的治理有物理、化学与生物等方法，物理方法存在着成本高、化学方法易产生二次污染等问题。目前植物修复富营养化水体受到普遍关注，植物修复是一种生态友好、成本低廉、易于人工操纵、兼具一定景观效应的方法。

柳属（Salix spp.）植物是适合植物修复的一种重要植物资源。柳属植物具备适合环境植物修复的显著特征：极易无性繁殖、速生（表现为幼年生长迅速）、光合作用效率高（具有把太阳能转变为化学能极大潜力）、生物量大、蒸腾速率高、根系深而发达、营养元素吸收和利用率高。同时，柳树耐水涝和能够生长在低氧、水分饱和的土壤环境。柳树耐修剪，具有极强萌发能力，容易更新，适合短周期矮林化栽培。同时，适应较宽的生态环境（如贫瘠、干旱等）。由于柳树能够耐低氧，柳树成了构建人工湿地的首选木本植物。柳树具有较宽的遗传基础，通过遗传改良能够产生大量的无性系，为改善植物修复效率提供了大量材料。

柳树作为重要的资源植物，具有较高的经济价值，如燃料、造纸、纤维原材料、板材、编织和家畜饲料等多种用途。柳树具有营养效率高、蒸腾速率大、生长速率、生物量大和适宜短周期栽培等特点，成最理想的能源树种。柳树萌发强，可一次栽培多年受益，在同等面积生物质产量是农作物的20倍。因此，欧美等国应用柳树短轮伐期集约化栽培解决能源需求，利用机械化种植和收获，通过地面每2~3年平茬一次，可连续收获20~25年，每年每公顷可产生10~15t干物质。

而且，欧美一些国家如美国、英国、比利时、瑞典、芬兰、瑞士、捷克、荷兰等，用速生的柳树修复矿山弃地、工业废物、疏浚底泥、污水淤泥、石油溢露、核废物、垃圾填灭场等污染区。涉及柳树属许多种和无性系，如Salix viminalis、 S. dasyclados、 S. burjatica、 S. calodendron、 S. caprea, S. cinerea、 S. cordata、 S. fragilis、 S. discolor、 S. eriocephala、 S. exigua、 S. lucida、S. nigra等。

短轮伐期柳树矮林能够高效利用废水，如城市生活废水、工业废水、垃圾填埋场渗透液等，这些废水满足柳树生长需求。通过废水灌溉柳树人工能源林提高柳树生产力，同时，废水也得到资源化利用。在修复水体时，柳树根系深与发达，蒸腾作用强，可有效地吸收和去除污水氮和磷，因此柳树显示适合净化废水的强大优势。瑞典和波兰等国已运用短轮期柳树过滤、净化水体污染，改善水体质量，同时生物量可以作为生物能源，具有显著的经济与生态效益。

目前，发现柳树营养吸收能力大、蒸腾速率高等特点，修复废水效率明显优于其他植物。应用柳树修复富营养化水包括植物—土壤净化系统、人工构建植物—特殊基质净化系统、人工湿地及河岸林生态系统等修复废水。

柳树一些特点使之成为富营养水体生物修复的理想植物，关键在于柳树有极强的耐低氧能力和极大的根生物量，而且根系长度超出许多草本挺水植物，使之具有修复富营养化水体潜力。但是柳树作为木本植物，无论是灌木，还是乔木，存在水中定植难问题，不易通过简单人工浮床和生态浮岛来实现。

虽然柳树具有较强的耐淹能力，在致密淹水土壤严重影响柳树生长。在淹水条件下，柳树根功能受到严重抑制，倾向于缩短根长和降低根生物量。因为根生长是一个能量依赖的需氧过程，根对低氧的敏感性要高于地上部。由于缺氧，柳树生长明显受到影响，从而导致植物生物量降低，最终影响修复效率。

柳树能够生长在水文波动的岸边，通过生长可塑性和生理适应性来对付低氧胁迫，柳树有几种策略适应淹水环境，如淹水或低氧诱导大皮孔形成，出现不定根，形成发达的通气组织。在低氧情况下利用通气组织给根部供氧。通气组织运输氧气至根部维持需氧呼吸代谢，此过程称之为根际泌氧（ROL），ROL是湿地植物对低氧适应的表现，ROL可增加土壤Eh，同时氧化根际的还原性物质促进根际硝化能力，有助于提高对水体净化能力。