專利名稱：一種人工構(gòu)筑濕地根孔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人工濕地方法，尤其是一種人工構(gòu)筑濕地根孔的方法。
背景技術(shù)：
人工濕地技術(shù)因其形式多樣、處理率高、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在國內(nèi)外獲得廣泛應(yīng) 用，已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家和地區(qū)探索解決水污染和水資源不足問題的有效途徑。傳統(tǒng)的人工 濕地主要由土壤、基質(zhì)填料(如礫石等)以及濕地床上方種植的水生植物等組成一個具有 水處理功能的獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)，并發(fā)揮相應(yīng)功能。人工濕地克服了一般濕地其土壤為沉積 形成、粘度較大、導(dǎo)水率低的缺點(diǎn)，但是，傳統(tǒng)人工濕地技術(shù)的基質(zhì)填料主要以物理性填料 構(gòu)成，具有填料介質(zhì)更新較難、容易發(fā)生堵塞等不足。人工濕地基質(zhì)堵塞(clogging)是人 工濕地運(yùn)行管理中常見的問題，它影響濕地系統(tǒng)對污染物的去除效果?；|(zhì)材料、濕地植 物、進(jìn)水污染物負(fù)荷、有機(jī)物累積等是濕地堵塞的主要因素，在濕地設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中需對 其給予充分重視，以保持濕地系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)作能力(管淑英，郭晶.人工濕地基質(zhì)堵塞影響 因素分析.廣西輕工業(yè)，2008，(8) :73-74)。在發(fā)生堵塞的垂直潛流人工濕地中，通過研究 基質(zhì)間各物質(zhì)與雍水面積、基質(zhì)間孔隙率之間的相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)人工濕地發(fā)生堵塞的成因 主要是基質(zhì)層中不可濾物質(zhì)的積累，并得出以砂子為基質(zhì)的人工濕地每mL基質(zhì)間不可濾 堵塞物超過18. 2;3mg時即會出現(xiàn)雍水表觀現(xiàn)象(葉建鋒，徐祖信，李懷正.垂直潛流人工濕 地堵塞機(jī)制堵塞成因及堵塞物積累規(guī)律.環(huán)境科學(xué)，2008，四(6) :1508-151 。不同類型 的濕地具堵塞速率和堵塞過程差異甚大。對蘆葦潛流型濕地，從長期運(yùn)行而言，垂直流濕 地的堵塞情況較水平流濕地更為嚴(yán)重(鄢璐，王世和，黃娟，劉洋，王峰.潛流型人工濕地基 質(zhì)堵塞特性試驗(yàn)研究.環(huán)境科學(xué)，2008，四(3) :627-631)。人工濕地的堵塞是一個涉及物 理、化學(xué)、生物等領(lǐng)域的極其復(fù)雜的過程，濕地堵塞的過程實(shí)質(zhì)上就是有效孔隙率減少的過 程(于濤，吳振斌，徐棟，詹德昊.潛流型人工濕地堵塞機(jī)制及其模型化.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)， 2006,29(6) :74-76)。對構(gòu)建的潛流人工濕地污染河水處理中試系統(tǒng)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng) 運(yùn)行兩年后，潛流人工濕地填料存在一定的堵塞現(xiàn)象，填料孔隙率最大減少了 2.67% (靖 玉明，張建，張成祿，邵文生，高寶玉.潛流人工濕地污染河水處理系統(tǒng)中的填料堵塞問題 研究.環(huán)境污染與防治，2007，四(10) :770-772，792)。據(jù)美國環(huán)保局(USEPA)對100多個現(xiàn) 有人工濕地的調(diào)查，有將近一半的人工濕地在投入運(yùn)行5年內(nèi)形成了不同程度的堵塞，其 水力傳導(dǎo)系數(shù)降低，除污效果變差，運(yùn)行壽命縮短(USEPA. Subsurface flow constructed wetlands for wastewater treatment. Washington, D. C. USEPA, 1993)。人工濕地的堵塞 問題越來越成為其應(yīng)用的障礙，弄清人工濕地堵塞的機(jī)理，探尋相應(yīng)的解決措施和預(yù)防對 策十分必要而迫切。在今后很長一段時間里，堵塞問題將成為人工濕地污水處理技術(shù)研究 中的重點(diǎn)。通過更換濕地表層基質(zhì)可以有效恢復(fù)人工濕地的功能，缺點(diǎn)是對大規(guī)模的濕地 而言工程量較大、更換困難、更換時人工濕地需要停床且更換所花時間長。選擇開發(fā)更加 合適、成本低廉的人工濕地基質(zhì)填料，特別是如何選擇一些通透性好、比表面積大、具有強(qiáng) 吸附能力的基質(zhì)填料，在保證污水處理效果的同時，還能有效防止堵塞是濕地堵塞研究的熱點(diǎn)、重點(diǎn)和難點(diǎn)問題(朱潔，陳洪斌.人工濕地堵塞問題的探討.中國給水排水，2009， 25(6) :24- ，33 ；張翔凌.不同基質(zhì)對垂直流人工濕地處理效果及堵塞影響研究.中國科 學(xué)院水生生物研究所理學(xué)博士論文，2007)。目前，在國內(nèi)外尚未見采用人工構(gòu)筑根孔作為 濕地填料介質(zhì)的報道。

發(fā)明內(nèi)容
1.要解決的技術(shù)問題為了既克服一般濕地其土壤粘度較大、導(dǎo)水率低的缺點(diǎn)，又克服傳統(tǒng)人工濕地基 質(zhì)填料介質(zhì)更新較難、容易發(fā)生堵塞等不足，本發(fā)明提供一種人工構(gòu)筑濕地根孔的方法，即 在濕地構(gòu)建初期形成人造根孔，通過人造根孔和自然根孔之間的過渡和濕地根孔的不斷更 新，實(shí)現(xiàn)濕地基質(zhì)填料介質(zhì)的自我更新，從而不發(fā)生堵塞。2.技術(shù)方案本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是以土壤為介質(zhì)，在濕地構(gòu)建初期，在 濕地土壤亞表層預(yù)先埋植植物秸稈，在埋植秸稈的濕地床上種植能形成自然根孔的水生和 /或濕生植物。在本發(fā)明中埋植的植物秸稈腐爛后在濕地中形成人造根孔，腐爛周期為3-15個 月。在濕地構(gòu)建初期、自然根孔尚未發(fā)育成熟之前，濕地以人造根孔導(dǎo)水為主，人造根孔成 為土壤生物性大孔隙的重要組成，有效地改變濕地構(gòu)建初期土壤亞表層的孔隙結(jié)構(gòu)，減少 了土壤容重，使?jié)竦氐臋M/側(cè)向?qū)蚀蠓忍岣摺ｋS著水生植物生長自然根孔逐漸成為 主導(dǎo)，而且自然根孔在其發(fā)育過程中亦能實(shí)現(xiàn)新老更替，此時濕地的導(dǎo)水功能主要由自然 根孔完成。濕地植物根狀莖或根系在生長過程中形成活根孔，待其死亡腐爛后形成死根孔， 活、死根孔不斷地更新實(shí)現(xiàn)濕地根孔系統(tǒng)的自我更新。在人工濕地中，具有根孔(人造根 孔，自然活根孔，自然死根孔)的區(qū)域稱之為“根孔區(qū)”。在本發(fā)明中埋植植物秸稈的土層為濕地土壤地表下0. 2-1. 5m的亞表層，這與天 然濕地中自然根孔的集中分布范圍相一致。在本發(fā)明中預(yù)先埋植的植物秸稈直徑為2_50mm。根據(jù)對天然濕地中植物根孔的導(dǎo) 流與污染物凈化的現(xiàn)場研究和人工構(gòu)筑根孔濕地的模擬研究結(jié)果，如果秸稈直徑過細(xì)，則 根孔區(qū)的優(yōu)先導(dǎo)流效果不明顯；如果過粗，則形成根孔的比表面積較小，且在濕地中容易發(fā) 生內(nèi)部“短流”現(xiàn)象。在本發(fā)明中預(yù)先埋植的植物秸稈的主軸方向與濕地入水通過濕地床的亞表層流 方向平行，這樣有利于濕地入水以亞表層潛流的形式均勻通過濕地上壤，實(shí)現(xiàn)對營養(yǎng)物和 顆粒物的較高截留效能。在本發(fā)明中單位土壤剖面面積內(nèi)埋植的植物秸稈主軸向截面積占土壤剖面總面 積的比例維持在0.5%-10%。植物秸稈的直徑(如前所述)和植物秸稈的截面積占土壤 剖面總面積的比例共同決定了濕地中人造根孔的數(shù)量和有效比表面積。若濕地中人造根孔 的數(shù)量過少，則不利于根孔導(dǎo)流和物質(zhì)凈化功能的實(shí)現(xiàn)；若人造根孔的數(shù)量過多，則濕地土 壤基質(zhì)的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，存在坍塌和崩潰的危險。在本發(fā)明中向濕地土壤中添加-10%重量的淤泥，以補(bǔ)充人工濕地構(gòu)建初期 的微生物種源和養(yǎng)分物質(zhì)。這些淤泥成為緩釋肥，逐漸釋放出養(yǎng)分物質(zhì)，源源不斷地滿足濕
4地先鋒植物生長和根際微生物繁育的養(yǎng)分需求。在本發(fā)明中的人工濕地運(yùn)行維護(hù)和管理過程中，通過對濕地關(guān)鍵節(jié)控點(diǎn)位的水力 調(diào)控，和/或藉助整個濕地床的梯級地勢差，營造濕地床兩側(cè)的水頭差，從而促使水流在濕 地床中的根孔系統(tǒng)中濾過。3.有益效果本發(fā)明的有益效果是，在人工濕地構(gòu)建初期加速土壤生物性大孔隙的發(fā)育，使原 本需要較長時間通常是三至五年形成的濕地根孔系統(tǒng)在較短時間內(nèi)(3-15個月)即可完 成；人工促成濕地亞表層形成較發(fā)達(dá)的橫/側(cè)向過濾網(wǎng)絡(luò)，有效改良人工濕地的亞表層過 濾結(jié)構(gòu)，促使?jié)竦貋啽韺訁^(qū)域產(chǎn)生明顯的優(yōu)先流，使處理的水大部分通過根孔區(qū)，快速傳導(dǎo) 至濕地土壤內(nèi)部并在更寬范圍內(nèi)得到深度凈化，從而大幅度提高濕地的處理效率；通過人 工埋植秸稈形成人造根孔和濕地植物自然根孔發(fā)育之間的過渡，為濕地的健康演替奠定了 良好的基礎(chǔ)；通過在濕地的演替過程中順利實(shí)現(xiàn)人造根孔和自然根孔的自然更替以及濕地 植物活、死根孔的自我更新，從而達(dá)到濕地基質(zhì)填料介質(zhì)的更新和促使?jié)竦鼗|(zhì)永不堵塞 的目標(biāo)。該方法為人工濕地構(gòu)建提供了一種快速而簡便的技術(shù)手段，成為把自然濕地根孔 凈化功能和機(jī)制開創(chuàng)性地移植到人工濕地中的有益探索和成功案例。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明的凈化原理示意圖。圖2是本發(fā)明的一個實(shí)施例的剖面構(gòu)造圖，即濕地床秸稈根孔層鋪設(shè)模式示意 圖。圖3是本發(fā)明的另一個實(shí)施例的縱剖面構(gòu)造圖，即根孔系統(tǒng)縱剖面圖。圖4是圖3中所示實(shí)施例的A段的放大圖，即根孔系統(tǒng)邊坡的放大圖。圖5是圖3中所示實(shí)施例的B段的放大圖，即根孔系統(tǒng)中央段的放大圖。圖6是圖5中所示的實(shí)施例的B段沿C-C的橫向剖面圖。圖7是本發(fā)明的又一個實(shí)施例的縱剖面構(gòu)造圖。圖8是植物床-小溝壕-濕地臺埂-大溝壕連續(xù)體的剖面示意圖。附圖中主要標(biāo)記符號1 土壤基質(zhì)，2活的植物根狀莖，3根系分解物，4植物秸稈層，5淤泥保育層，6植物 床面，7根孔系統(tǒng)，8溝壕底，9粗秸稈，10細(xì)秸稈，11小溝壕，12大溝壕，13濕地臺埂。附圖中標(biāo)注或數(shù)值的含義和單位(1)逐點(diǎn)標(biāo)注的含義是長度或深度，其 數(shù)值的單位為mm ；⑵三角形標(biāo)記(一！1^)的含義是高程標(biāo)注，其數(shù)值的單位為m，采用 85國家標(biāo)準(zhǔn)高程系(黃海高程)；C3)坡度標(biāo)記(1 6，1 幻用以表示斜坡的斜度，是指 坡面的鉛直高度h和水平寬度1的比，或叫做坡比；(4)圖IA中的箭頭(一，__ )表示活 的植物根狀莖周圍的過程或物質(zhì)流的方向；(5)圖4至圖6中的“ca. ”表示“大約”；(6)圖 7中直徑標(biāo)記(ji)的單位為mm ； (7)圖8中HWL表示高水位(High Water Level)，LWL表 示低水位(Low Water Level)。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖，更具體地說明本發(fā)明。圖1是本發(fā)明的凈化原理示意圖。其中，A為活根孔，B為死根孔。對于活體根系 (包括根狀莖，下同)生長形成的根孔，由于根系的吸收、分泌以及根際微生物的活動等，形 成了一個根系吸收分泌-微生物代謝-空氣傳輸-溶質(zhì)流動的持續(xù)界面。根系分泌為植物 根孔周圍的“微生物膜”提供持續(xù)的碳源，而根系的吸收和微生物膜的代謝活動對土壤溶質(zhì) 流動中的轉(zhuǎn)化具有重要意義。由根系腐爛形成的根孔，由于其在土壤中形成廣泛連續(xù)的大 孔徑孔隙，使得土壤水分和溶質(zhì)形成優(yōu)先水流，在土壤導(dǎo)流中具有重要意義；而且孔隙中豐 富的根系分解物3，加之水分、溶質(zhì)和空氣的傳輸，為微生物提供了良好的生長界面和條件， 形成所謂“微生物膜”，所以此類根孔在土壤溶質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化中的作用也是相當(dāng)重要的。 濕地根孔縱橫交錯，組成龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為人工濕地提供了水分、營養(yǎng)鹽、污染物、空氣、 微生物等的優(yōu)先傳輸路徑，成為濕地生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)傳輸?shù)陌l(fā)達(dá)的“地下鐵路”。國外學(xué)者 認(rèn)為由于溶質(zhì)在土壤大孔隙中的運(yùn)輸，為人孔隙周圍的土壤微生物提供了充足的營養(yǎng)和生 長所需的各種底物，所以大孔隙周圍的微生物具有較高的生物量和代謝活性，例如反硝化 作用等。根孔區(qū)周圍由于根系、微生物膜、土壤膠體、酶等物質(zhì)存在，發(fā)生著對營養(yǎng)鹽、有機(jī) 污染物和重金屬的植物吸收、微生物降解、物理吸附、化學(xué)分解和生物抑制等反應(yīng)。植物根 孔的凈化是由根孔的優(yōu)先導(dǎo)流和周圍基質(zhì)的凈化作用共同承擔(dān)的，因此根孔凈化應(yīng)是由根 孔-根際土壤基質(zhì)聯(lián)合體系來完成的，我們稱之為“根孔系統(tǒng)”。根孔系統(tǒng)是一個由植物活根 系、死根孔、土壤基質(zhì)、土壤微生物、水、空氣等組成的“多層次界面系統(tǒng)”，其良好的多層次交叉 管孔分布特征對污染物質(zhì)的空間傳輸遷移過程具有明顯的移向、導(dǎo)流和整合富集作用，并影響 土壤亞界面各種物質(zhì)動態(tài)和能量流動過程。氮磷及其他污染物在土壤-根孔微界面發(fā)生優(yōu)先 流動和遷移，并在土壤系統(tǒng)的物理、化學(xué)和微生物過程中，達(dá)到轉(zhuǎn)化降解并最終去除的目的。濕地人造根孔對空氣的優(yōu)先傳輸和自然根孔對氧氣的擴(kuò)散傳輸，有效地加強(qiáng)了人 工濕地的自然富氧能力。通過水流在根孔區(qū)的濾過作用，以及濕地水位波動造成根孔區(qū)的 周期性水位漲落，使得根孔區(qū)呈現(xiàn)間歇性厭氧/好氧狀態(tài)，在好氧狀態(tài)下或濕地土壤的好 氧區(qū)促使好氧微生物的發(fā)育和聚集，在根孔周圍出現(xiàn)鐵銹斑，這被稱之為“氧化性根際”，它 常作為濕地水文的重要表征之一。濕地植物根孔與其他孔隙(如蟲孔、自然裂隙)一起組成了濕地的大孔隙系統(tǒng)。在 這個系統(tǒng)中通常被認(rèn)可的優(yōu)先流機(jī)制包括三種類型①大孔隙流；②指紋流；③漏斗流。大 孔隙流描述水分通過由于蚯蚓、腐爛的根和土壤裂隙所形成的連續(xù)孔洞后的運(yùn)動。典型地， 指紋流發(fā)生于均勻濕潤前鋒進(jìn)入到非常粗糙并且干燥的土壤，之后水流分成不連續(xù)的柱狀 紋路，也有稱之為“舌狀流”。漏斗流發(fā)生于任何傾斜的土壤質(zhì)地邊界上，邊界區(qū)孔隙大小分 布發(fā)生突然變化，從而將水流匯聚成獨(dú)特的水流通道。所有這三種優(yōu)先流類型可以在一塊 濕地中同時發(fā)生。圖2至圖7是具體實(shí)施例的剖面圖。詳細(xì)說明見實(shí)施例。圖8中，植物床、小溝壕11、濕地臺埂13、大溝壕12等組成一個空間上的連續(xù)體。 基于本發(fā)明所述方法建設(shè)的人工構(gòu)筑根孔濕地的主要形式是植物床-溝壕系統(tǒng)。在人工濕 地中，植物床是物質(zhì)傳輸?shù)妮d體和生態(tài)凈化的主體，本發(fā)明所提出的人工構(gòu)筑濕地根孔的 方法即用在此處，在植物床的土壤亞表層預(yù)先埋植有粗細(xì)搭配、比例適當(dāng)?shù)闹参锔山斩?，?br> 6植物床上方種植根孔類植物；小溝壕11、大溝壕12在濕地中縱橫交錯、脈脈相連，主要起調(diào) 節(jié)水流、營造水頭差和輸水等作用；濕地臺埂13上方依靠自然繁衍生長著其他濕地植物， 在濕地中起到緩沖作用，同時也有部分凈化功能。概括而言，人工構(gòu)筑根孔濕地系統(tǒng)由大小 溝壕等“洼陷”結(jié)構(gòu)和植物床、濕地臺埂等“隆起”結(jié)構(gòu)組成一個空間上相連續(xù)和水力上相 通連的鑲嵌景觀，其中縱橫交錯的小溝壕和大溝壕等組成蜿蜒曲折的宏觀水力傳輸系統(tǒng)， 在植物床中的構(gòu)筑根孔系統(tǒng)成為濕地的微觀潛流過濾系統(tǒng)。二者相輔相成，共同承擔(dān)著人 工濕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)凈化功能。在濕地的關(guān)鍵節(jié)控點(diǎn)位安裝卡口、閘口、堵頭等調(diào)控設(shè)施。在人工濕地運(yùn)行維護(hù)和 管理過程中，通過對這些點(diǎn)位的水力調(diào)控，包括水位周期性/間歇性漲落、水流控制等，以 及藉助整個濕地床的梯級地勢差，營造濕地床兩側(cè)的水頭差(5-20cm)，從而促使更多的水 流在濕地床中的根孔系統(tǒng)中濾過。同時，濕地水位周期性/間歇性漲落亦能為根孔潛流過 濾系統(tǒng)帶來充足的氧氣，使水體充分與濕地的土壤、根孔、植物以及空氣接觸，從而更好地 發(fā)揮濕地的凈化功能。下面詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。實(shí)施例1圖2示出本發(fā)明的實(shí)施例1，其中構(gòu)筑的濕地土層總厚度約60cm。其中，在濕地底 部預(yù)先埋置兩層干秸稈，選用的植物秸稈由玉米秸稈和油菜秸稈組成，其含水量必須低于 20%，二者體積比例為75% :25%。經(jīng)計(jì)算，濕地單位面積的秸稈用量為玉米秸稈18噸/ 公頃；油菜秸稈12噸/公頃。所用玉米秸稈的長度為1.6-aii，直徑為2-3cm，將葉去除。油 菜秸稈長度為0. 6-lm,直徑為2-5mm。濕地區(qū)植物秸稈層4采取粗-細(xì)+細(xì)-粗的鋪設(shè)模 式進(jìn)行構(gòu)筑。具體方法為在濕地植物床底部高程達(dá)到理論下挖深度并平整之后，鋪設(shè)第 一層秸稈(玉米秸稈9噸/公頃，上覆蓋油菜秸稈6噸/公頃)；在第一層秸稈的上方鋪設(shè) IOcm的自然土壤，進(jìn)行壓實(shí)；然后鋪設(shè)第二層秸稈(油菜秸稈6噸/公頃，上覆蓋玉米秸稈 9噸/公頃)；在第二層秸稈的上方鋪設(shè)IOcm的自然土壤，進(jìn)行壓實(shí)；然后鋪設(shè)5cm的淤泥， 構(gòu)成淤泥保育層5 ；最后鋪設(shè)按60cm計(jì)算的剩余土方量，壓實(shí)。由于單根秸稈的長度有限， 在實(shí)際鋪設(shè)時采用秸稈首尾相接的方式達(dá)到延伸鋪設(shè)的目標(biāo)。根孔區(qū)鋪設(shè)土壤必須為熟 土。由于在根孔區(qū)建設(shè)時所鋪設(shè)的大部分土壤為已經(jīng)翻耕過的虛土，容重較低，因此在實(shí)際 工程施工時增加鋪設(shè)IOcm厚的土方量。在濕地區(qū)每鋪設(shè)一層土壤，都要用履帶拖拉機(jī)進(jìn)行 壓實(shí)。壓實(shí)后土壤的容重為當(dāng)?shù)刈匀煌寥廊葜氐?0%。在濕地植物床上方種植能形成自然根孔的水生植物，如蘆葦、香蒲、菰、水蔥、燈芯 草。在水生植物種植之前，植物床的根孔區(qū)要有水淹上來-降下去來回三次的水位升降過 程，每次淹水持續(xù)時間他以上，總時間約為5-7d。通過這樣的過程將濕地地勢搞平、壓實(shí)、 趨于穩(wěn)定，干后方能種植相應(yīng)的水生植物。所選水生植物的種苗必須健康。要根據(jù)濕地中 不同植物的具體要求合理選擇種植季節(jié)和時段，分別選擇根狀莖、種子、小苗、成體等不同 的繁殖體進(jìn)行水生植物栽培，并合理采取不同的繁殖方式。在植物床的寬度方向上水生植 物種植密度要稀疏一些，在植物床的長度方向上水生植物彼此之間的株距是寬度方向株距 的約2倍，這樣可以使得水生植物地下根系統(tǒng)(包括根狀莖)在橫向蔓延拓展過程中，有助 于形成與主根孔軸向一致的根孔，提高濕地的水文交換率和凈化效果。實(shí)施例2
圖3至圖6示出本發(fā)明的實(shí)施例2，其中濕地植物床邊坡的坡度比為1 6，濕地溝 壕邊坡的坡度比為1 3，濕地植物床構(gòu)筑土層的深度為55cm。植物秸稈的鋪設(shè)范圍為濕 地植物床內(nèi)部，邊緣鋪設(shè)外界距離為離植物床邊坡邊緣0. 5m向內(nèi)的范圍。濕地植物床的寬 度為21. 7m,長度在濕地的不同區(qū)域有所變化，從2 !到220m不等。在建設(shè)大規(guī)模人工構(gòu)筑 根孔濕地時，濕地植物床面6和溝壕底8的高程在濕地的不同區(qū)域之間有40cm的高程差， 主要目的是讓濕地入水在水頭差的驅(qū)動下從濕地較高一側(cè)流向濕地較低一側(cè)，整個濕地的 總坡度比約為1 1750。在此實(shí)施例中，在濕地植物床的土層中共鋪設(shè)了 4層植物秸稈。 圖6為植物床局部的橫向剖面圖。這4層秸稈層各自的具體鋪設(shè)方式均為上亞層為油菜 秸稈，鋪設(shè)密度為0. 3kg/m2 ；下亞層為玉米秸稈，鋪設(shè)密度為0. 45kg/m2。在濕地植物床上方 種植水生植物，其種植要求同實(shí)施例1。在整個濕地區(qū)中具體種植的水生植物及其所占比 例分別為菖蒲4.2%，慈姑4.7%，燈芯草0.9%，菰13.0%，花葉水蔥2.0%，蘆葦57. 7%， 美人蕉0. 8 %，千屈菜0. 8 %，石菖蒲3. 8 %，水蔥5. 3 %，水芹菜2. 8 %，水生美人蕉1.8%， 水鳶尾1. 4%，芒1. 4%，香蒲2. 2%，澤瀉1. 9%。該實(shí)施例是在浙江省嘉興市石臼漾水廠 水源生態(tài)濕地治理工程(一期)中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的。石白漾生態(tài)濕地核心凈化區(qū)工程規(guī)劃 面積1630畝，包含預(yù)處理區(qū)、濕地根孔生態(tài)凈化區(qū)、深度凈化區(qū)、達(dá)標(biāo)引水區(qū)。工程區(qū)域涉 及13. 8639萬平方米的濕地根孔系統(tǒng)鋪設(shè)，18. 0375萬平方米的濕地水生植物種植。石臼漾 濕地工程于2007年4月1日正式開工建設(shè)，其中北郊河以東區(qū)域已于2008年7月2日投 入試運(yùn)行，北郊河以西區(qū)域已于2009年1月20日投入試運(yùn)行。目前整個濕地系統(tǒng)運(yùn)行良 好，均沒有出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，實(shí)踐證明這種人工構(gòu)筑濕地根孔的方法是可行的，而且獲得了成 功的工程應(yīng)用。實(shí)施例3圖7示出本發(fā)明的實(shí)施例3，其中植物秸稈在濕地植物床中的鋪設(shè)方式是 粗-細(xì)-細(xì)-粗相間排列的。本實(shí)施例區(qū)別于實(shí)施例1和2的是在每一單獨(dú)的秸稈層中均 是以粗-細(xì)-細(xì)-粗G個亞層)模式進(jìn)行鋪設(shè)的，而且植物秸稈在相應(yīng)層次中是在土壤中 均勻分布的；實(shí)施例1中植物秸稈的粗-細(xì)和細(xì)-粗排列是對稱分布的，但中間隔了一層 IOcm的自然土壤層；實(shí)施例2中植物秸稈是以細(xì)-粗相間模式排列的，中間也隔了約IOcm 厚的自然土壤層。下面對實(shí)施例3的鋪設(shè)模式進(jìn)行具體說明。濕地植物床構(gòu)筑土層總深度 約為65cm，其中共鋪設(shè)兩層植物秸稈，每層厚度均為15cm。這兩層秸稈層分別鋪設(shè)于距離 濕地地表下25-40cm和50-65cm的土層，兩層秸稈層之間是IOcm厚的自然土壤層。粗細(xì)混 合秸稈的截面面積占濕地土壤剖面面積的比例為4%。使用直徑在0. 67-1. 95cm之間的干 玉米秸稈作為粗秸稈，用直徑在0. 2-0. 32cm的干掃帚苗作為細(xì)秸稈。這2層秸稈層各自的 具體鋪設(shè)方式均為上亞層為玉米秸稈，鋪設(shè)密度為0. 94kg/m2 ；上中亞層為掃帚苗秸稈，鋪 設(shè)密度為0. 40kg/m2 ；中下亞層為掃帚苗秸稈，鋪設(shè)密度為0. 40kg/m2 ；下亞層為玉米秸稈， 鋪設(shè)密度為0.94kg/m2。在濕地植物床上方種植水生植物，其種植要求同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1.一種人工構(gòu)筑濕地根孔的方法，其特征是以土壤為介質(zhì)，在濕地構(gòu)建初期，在濕地 土壤亞表層埋植植物秸稈，在埋植秸稈的濕地床上種植能形成自然根孔的水生和/或濕生 植物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工構(gòu)筑濕地根孔的方法，其特征是埋植植物秸稈的土層為 濕地土壤地表下0. 2-1. 5m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工構(gòu)筑濕地根孔的方法，其特征是在濕地土壤亞表層埋植 的植物秸稈直徑為2-50mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工構(gòu)筑濕地根孔的方法，其特征是埋植的植物秸稈的主軸 方向與濕地入水通過濕地床的亞表層流方向平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工構(gòu)筑濕地根孔的方法，其特征是單位土壤剖面面積內(nèi)埋 植的植物秸稈的主軸向截面積占土壤剖面總面積的比例維持在0. 5% -10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工構(gòu)筑濕地根孔的方法，其特征是向濕地土壤中添加 1% -10%重量的淤泥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工構(gòu)筑濕地根孔的方法，其特征是通過濕地關(guān)鍵節(jié)控點(diǎn)位 的水力調(diào)控，和/或藉助整個濕地床的梯級地勢差，營造濕地床兩側(cè)的水頭差，從而促使水 流在濕地床中的根孔系統(tǒng)中濾過。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工構(gòu)筑濕地根孔的方法，其特征是在濕地土壤亞表層埋植 1至6層植物秸稈。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的人工構(gòu)筑濕地根孔的方法，其特征是每個植物秸稈層中的鋪 設(shè)模式為粗-細(xì)或細(xì)-粗或粗-細(xì)-細(xì)-粗。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種人工構(gòu)筑濕地根孔的方法，該方法包括在濕地構(gòu)建初期，在濕地土壤亞表層埋植植物秸稈，在埋植秸稈的濕地床上種植能形成自然根孔的水生和/或濕生植物。植物秸稈腐爛后在濕地中形成人造根孔。通過營造濕地床兩側(cè)的水頭差，促使水流在濕地床中的根孔系統(tǒng)中濾過。此方法在人工濕地構(gòu)建初期加速土壤生物性大孔隙的發(fā)育，人工促成濕地亞表層形成較發(fā)達(dá)的橫/側(cè)向過濾網(wǎng)絡(luò)，使水分快速傳導(dǎo)至濕地土壤的內(nèi)部，從而大幅度提高濕地的處理效率；通過人造根孔和自然根孔之間的過渡和濕地根孔的不斷更新，實(shí)現(xiàn)濕地基質(zhì)填料介質(zhì)的自我更新，克服了一般人工構(gòu)筑濕地填料介質(zhì)易發(fā)生堵塞的缺點(diǎn)，為濕地的健康演替奠定了良好的基礎(chǔ)。
文檔編號C02F3/30GK102115260SQ20091024450
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者尹澄清, 李靜, 王為東, 趙洪濤 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心