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洱海水生植被防退化技术

洱海水生植被防退化技术,供应,水专项,水体治理与修复

洱海水生植被防退化技术

技术详情
应用领域:适用于洱海等类似湖泊的水生植被防退化
技术应用形成:;
技术成熟度:;
知识产权形式:自主研发/优化集成

技术简介/摘要

       一、基本原理

洱海水生植物优势种演替剧烈,其变动可以划分为三个主要时期。即 60年初至80年代初期的扩张期、80年代中期到90年代中期的稳定期、以及90 年代至今的衰退期。已有洱海水生植物研究表明,对环境条件反应最为敏感的水生植被 沉水植被的演替有如下规律:由红线草、大茨藻与海菜花等群落为主的水生植被演替到黑藻占优势的群落,到黑藻与苦草占优势,上世纪末至今形成了微齿眼子菜占绝对优势的植被格局。
  近年来,洱海水生高等植物经历了由原生群落到多优势群落再到单优势群落和开始退化的过程;期间水生植物多样性降低,群落结构趋于简单化,种类由贫营养型过渡到中-富营养型占据优势。较耐污的微齿眼子菜和苦草成为为洱海最大的 >个种群,广泛分布于各个群落之中,其生物量占全湖总生物量的77%。金鱼藻因其生长及扩张的速度很快,夏季往往在北部大部分区域形成单一优势种。而其他物种一般分布面积很小,整体生物量所占比例低,其生境逐渐被微齿眼子菜或苦草取代。
   一般认为在湖泊中沉水水生植物面积超过 15% 以上才开始对湖泊生态系统结构产生影响,面积超过30%以上才开始具有显著的清洁水质功能,面积接近50%时表明水生植物优势和清水稳态已得到确立,植被面积超过50%以后的继续扩张容易产生湖泊的沼泽化趋势。而洱海的沉水植被分布面积由80年代的约40%骤降至目前的5%,并且在现阶段富营养化趋势无法短期内遏制的情况下,仍有可能持续下降。因此随着沉水植被分布面积的下降,它对于洱海湖泊系统的反馈、调控、稳定的一系列生态功能亦会逐渐消失,从而不利于生态系统的稳定与恢复。

   二、工艺流程
   
   在综合分析洱海水生态现状的基础上,进行了多项沉水植被修复技术研发,并参考国内外研究成果,初步形成一套适合洱海沉水植被修复的技术体系。已经开展了不同水位梯度下沉水植物的种类筛选技术,沉水植物种子库复苏技术,沉水植物修复的水底光需求评价技术等。洱海沉水植被放退化技术体系主要包括:水质与透明度改善技术、水位优化试运行技术、沉水植物繁殖体补充技术、人工辅助植被修复技术、洱海沉水植被种植资源保护区规划和洱海沉水植被管理方案。通过这些综合技术的运用和推广,有望使洱海沉水植被在
"十二五 增加到 13%,在"十三五 ”增加到18%

   三、关键技术
   (1)水质改善

有效改善水质与提高水体透明度是目前洱海水生植被恢复的重要前提条件,通过截污、减排等方式结合行政手段削减入湖营养盐。基于"十一五 期间研究获得的有关参数及阈值,水质改善的总体目标分为两个阶段: 
   第一阶段, "十二五期间将水体透明度提高至2,水体营养盐总氮削减至0.45mg/L,总磷削减至0.04mg/L

第二阶段, "十三五期间将水体透明度从2.0m提高到2.5>,水体营养盐总氮削减至0.35mg/L,总磷削减至0.03mg/L
 
  (2)优化水位运行节律

洱海近 50年来沉水植被的扩展和衰退都与水体底部光照环境息息相关,底部光照环境主要由水位和水体透明度决定,而水体透明度又与入湖营养盐和水体自净能力相关。这些因素相互影响,可见洱海水生态系统管理应从总体上把握,多渠道协同管理才能获得预期成效。鉴于面源污染和入湖污染控制已成为共识,只是这些行动的成效具有时间滞后性。
  在洱海管理条例允许范围内,适度降低(0.5-1)春季3-6月的运行水位,使这一时期洱海底部光照环境得到改善,有利于沉水植物复苏。 2009-2010 年洱海水生态调查表明,3-6月份是沉水植被复苏和快速生长的重要阶段,这一时期洱海水体透明度高,水温相对较低,浮游植物数量低,水华风险低,是水位优化的良好时期。因此在春季实施低水位运行,降低洱海春季(3-5 月)水位,使湖心平台大部分区域水深在4 以内,待沉水植被充分恢复后可适当提高水位,夏季湖心平台最大水深不超过6。可在湖心平台投掷沉水植物种子和种植黄丝草、黑藻、苦草等耐阴喜肥植物,或在培养盆中萌发和培育后嵌入式投入。

在秋冬两季仍实施高水位运行,即维持适当的年水位变幅,有利于沉水植被的生长和分布。从长远考虑,须维持洱海相对稳定的周年水位变化,有利于改善目前沉水植被群落结构和分布格局,延缓沉水植被演替进程,对于洱海的可持续发展与利用具有重大意义。

   水位优化试运行须与水生态系统监测同步进行。为了及时掌握水位调控的生态效益,需要同步监测沉水植被生长、分布水深、浮游植物、水体理化等指标的动态,综合判断水位优化的生态效益与风险。 

   (3)繁殖体补充技术

1)水生植物优选
   目前洱海水体氮磷浓度较高,水体透明度、底质条件、水生植被组成与种群密度具有较大的区域性差异。主要优势种为:金鱼藻、黄丝草、狐尾藻。其中金鱼藻生物量季节性变化极大,不利于生态系统的稳定;狐尾藻形成的花序较少,无性繁殖体比较少见,而且种子很小,不易采集;黄丝草等眼子菜属植物的种子产量很大,容易收获,对整个生态系统的稳定能够发挥积极的作用。所以,在繁殖体修复中应以黄丝草为主要修复对象,同时兼顾其他眼子菜属物种(比如,穿叶眼子菜、马来眼子菜、菹草、光叶眼子菜、蓖齿眼子菜)和苦草的使用,加强景观美化的作用。 
繁殖体收集

2)在繁殖体收集过程中
   通过有性和无性繁殖体的搭配,本地和异地材料的搭配,提高恢复种群遗传多样性水平。对黄丝草,马来眼子菜,蓖齿眼子菜,苦草等物种可在
9-10月花果期结束时大量采集当年的种子,在12月冬初时期集中采集休眠芽和块茎;对菹草可5 月末同时采集种子和芽苞。断枝可通过扦插技术用于植被恢复。采集断枝应重点选取地下匍匐茎,可与采集休眠芽和块茎工作同时在秋末冬初进行。

依据现有种群分布特点划定采集区域。将北部沙坪湾,海潮湾和南部体育馆作为黄丝草繁殖体的采集区;从才村码头向北直到喜洲湾,以及双廊湾作为马来眼子菜和穿叶眼子菜的主要采集区;双廊湾与海东湾作为苦草主要采集区;才村码头北部至下鸡邑附近作为菹草繁殖体采集区。 color:black">

3)繁殖体萌发

沉水植物无性繁殖体的萌发率较高,而种子的萌发率比较低。眼子菜属的种子萌发率仅在 20% 左右,苦草的种子萌发率在50%左右,通过一些辅助手段可以有效提高。
  低温层积处理:在萌发前的低温处理能够打破种子的休眠期,有效提高种子萌发率。处理温度为4℃,处理时间2个月。
  去除种皮:眼子菜属的种子一般形体较大,种皮较厚,成为阻碍萌发的主要原因。在萌发前通过机械作用将种皮部分破碎,可有效提高萌发率。
  萌发温度:沉水植物适宜的萌发温度为20 左右,通过温室调节萌发温度进行有效诱导,提高萌发率与幼苗成活率。

水深诱导:对萌发出的幼苗进行集中培养,逐步增加水深至100cm,加快幼苗成长速度,在较短的时间内形成成熟植株,用于植被修复。
     
      4
)优化种群遗传结构

  有性繁殖体的大量使用:沉水植物由于较低的种子萌发率和幼苗更新速度,使得种群遗传结构较为单一。因此有针对性的大规模使用种子繁殖来恢复种群的遗传结构。 color:black">

异地物种的使用:采集洱海附近水体(剑湖、丽江黑龙潭、拉市海等)相应物种的繁殖体,对洱海种群加以补充,通过引入与本地种群遗传背景差异较大的种群繁殖体,增加洱海种群的遗传多样性,使本地种群在基因水平上的适合度有所提高。

       5
)繁殖体的投放

在温室中将繁殖体进行大规模萌发后,于幼苗培养基地进行预培养,待植株具有较强的存活能力后投放到植被修复区。并结合春季水位优化运行措施,逐步恢复洱海沉水植物种群规模。
       6)繁殖体保存与种子库补充

洱海湖区当前的种子库资源较为贫乏,沉积物理化环境不适合种子的长期保存,而沉水植物在每个繁殖周期又会产生大量的有性和无性体,造成资源浪费。因此,通过建立繁殖体保存设施,将每年收集的各种繁殖体有效保存起来,在适宜的环境中保持其萌发活力,保证长期水生植被恢复工程所需的种质资源。

4)人工辅助水生植物修复

采用水草草皮技术、水草适应性定植技术、水草幼苗补充、多样性镶嵌技术、沉水植物抗风浪剪切物理辅助技术等因地制宜、因时制宜的开展沉水植被辅助修复。

  (5)种质资源保护

1)保护区的选定

保护区应具备以下几个条件:风浪影响较小;底质坡度平缓;水位变化不大;人类和渔业活动干扰较小;物种资源基础较好。湖湾是建立保护区的首选地点。洱海中的海东湾位于海东镇西侧( N 25°42'34.88" ,E 100°14'53.36"),水域面积2 km2,外围有金银岛有效降低风浪影响,底部平坦,渔业活动较少,物种资源丰富( 19个物种),是建立种质资源保护区的最佳地点。

2)本地物种保护措施
 
  在不影响景观的前提下,通过渔网或栅栏将需保护水域围起来,将保护水域的大型草食性鱼类清除出去,并安排工作人员定期清理漂浮植物。在充分调查保护区内现有物种资源的基础上,对容易形成单优群落的物种(金鱼藻,黄丝草)加以严格管理。每年收集保护区内各物种的成熟种子,将其中部分进行萌发,在幼苗培养基地培养至成年株进行补充栽种,以逐步扩大保护区范围,将另一部分种子作为种质资源保存于繁殖体保藏设施。

        3)引种措施

每年分两次(春秋两季)从附近水体中(丽江、香格里拉等地)采集洱海缺少的沉水植物的繁殖体与幼苗,向保护区引种,以丰富洱海水生植物资源。

6)水生植被管理

1)优势植物收割工程

通过收割方式不仅能有效保证湖泊休闲与景观功能,有利于渔业捕捞等经济活动,促进了其他沉水植物物种在生长期有效占据各自的生态位;而且还可以通过带走植物体内的氮和磷等营养盐的方式起到削减湖泊中营养水平的作用。

规划在北部海潮湾(7.6 km 2 )和喜洲湾(2.2 km2)的两个微齿眼子菜单优群落进行人工或机械收割,目前这两个湖湾的沉水植物群落结构已经呈现严重单优化,在春季生长期微齿眼子菜生物量能达到每平方公里2.1万吨和1.8万吨,其密度每平方米分别约为7600株和6500株,覆盖度约78%85%。并且它能在水体形成非常密集的遮阴层,严重影响到其他物种生长以及渔业捕捞。因此在春季生长期将这两个湖湾微齿眼子菜的生物量收割至每平方公里 color:black">1 color:black">万吨左右、密度降至每平方米3000株左右。 
   
   而在夏季,金鱼藻生长相对其他物种快许多,能迅速扩张覆盖至大部分水面,所引起的遮光作用十分不利于其他沉水植物物生长。该物种一般分布在北部沙坪湾(
5.6 km2)且呈斑块状分布,覆盖度约为70%,生物量约为每平方公里 4万吨。因此在夏季将湖湾金鱼藻的生物量收割至每平方公里0.8万吨左右。

 

推广应用案例

      应用单位:大理州大理市洱海管理局与大理州大理市环境保护局

实际应用案例介绍。
   
  应用案例概况

课题研发技术在本课题示范工程洱海水生态防退化综合示范工程得到应用,本课题示范工程在 2011 年1月开始进行监测,完工后连续监测,对水质和水生生物进行连续监测。示范工程区内负荷削减 30 %,生物多样性指数增加20%,黑藻和苦草群落占沉水植被总面积30%,并形成可自我维持的稳定群落。
   示范工程发挥了良性的示范作用,对于促进洱海藻源内负荷消减和水生态长期管理具有重要意义。通过综合示范工程的建设,使得示范区水域沉水植被覆盖度提高,水生生物多样性指数提高,透明度增加,示范区水域总体上达到以沉水植被占优势的清水稳态,水体藻类生物量下降,水华爆发风险大幅减低;示范工程综合技术经济指标具有一定的示范性,采用的技术具有针对性、系统性和完整性和可操作行。控制入湖污染负荷,修复沉水植物,实施生态调整是洱海水生态防退化的关键环节。
   
   根据本课题的现场调查、现场原位的模拟研究以及中试研究认为,目前洱海防治沉水植被退化的关键参数是改善水体的透明度和改善水质。初步认为,到
2015 年,洱海水体透明度由1.5米提高到2米,水质总磷浓度改善到0.03mg/L,总氮浓度改善到0.4mg/L,沉水植被方面可由现在的5%增加到13%左右,逐步完成洱海一圈沉水植被的恢复;到2020年,透明度进一步提高到2.5 米,洱海沉水植被的面积可以恢复到约18%

本项研究成果是本课题通过现场研究与调查研究获得,从历史的角度剖析了洱海沉水植被退化的原因,重点研究了水位与透明度对沉水植被分布的影响,并研究了湖心平台种子库特征,初步揭示了洱海沉水植被退化消失的原因,填补了洱海水生态空白,是洱海下一步恢复沉水植被的重要基础和依据。

效益评价及应用前景分析
   
   本课题主要的成果包括两个方面,其一是诠释了洱海作为富营养化初期湖泊的水生态特征,并掌握了洱海水生态演变的主要驱动力,该成果是科学决策洱海保护和治理的科学依据,支撑了洱海今后保护和治理工作;其二是研究确定了洱海从全湖角度防治生态系统退化的关键技术参数,是支撑洱海流域水质改善、污染物削减以及环境管理决策的关键,是洱海保护和治理的抓手,具有极大的应用前景。
 

工艺流程图:

 
联系方式
  • 联系人:刘滨
  • 电话:
  • 单位:大理州大理市洱海管理局,大理州大理市环境保护局
  • 地址:大理白族自治州州级龙山行政办公区
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