河湖清淤后剩余底泥生态系统的快速构建及评价方法与流程

本发明涉及河湖清淤领域，尤其是涉及一种河湖清淤后剩余底泥生态系统的快速构建及评价方法。

背景技术：

1、底泥是河湖水体生态系统的重要组成部分，氮、磷、重金属及有机污染物在底泥与上覆水体之间反复多次迁移，底泥污染物通过内源释放进入上覆水体成为加剧水质恶化和黑臭反复的重要原因。当河流外源污染得到控制后，黑臭水体底泥污染成为限制河湖水质的制约因素。河湖底泥疏浚是解决水体内源污染的最直接手段，传统清淤是直接将底泥全部清除，这种方式确实能够将所有底泥污染物全部清除，但也会对底栖生境和底栖动物造成毁灭性破坏，不仅不利于水生态系统的恢复，还会破坏水生态系统完整的生态链；但若清淤太浅，只能将表层污染物清除，底层污染物暴露在泥水界面后会重新释放到水体，导致水体受到二次污染，不利于水生态系统的恢复。因而，有研究提出将河湖淤泥清理到一定深度后再进行生态修复，但如何快速构建底泥生态系统是行业需要解决的难题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种河湖清淤后剩余底泥生态系统的快速构建及评价方法，实现了剩余底泥生态系统的快速构建。

2、为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

3、本发明所述的河湖清淤后剩余底泥生态系统的快速构建及评价方法，包括

4、s1，生态系统的构建

5、s11，向清淤后的剩余底泥中投加一定量的生物炭；其中，生物炭的添加量为剩余底泥干重的3%～5%；

6、s12，在剩余底泥中种植沉水植物；其中，沉水植物包括矮状苦草、常绿刺苦草、穗状狐尾藻和马来眼子菜的任意一种或任意两种以上的组合；

7、s13，待沉水植物种植完成后，向底泥中投加底栖动物；其中，底栖动物包括环棱螺、无齿蚌、青虾中的任意一种或任意两种以上的组合；

8、s2，生态系统的评价

9、s21，定期取样检测沉水植物和底栖动物的生长情况，定期取样检测上覆水体的水质参数和底泥参数，上覆水体的水质参数包括cod、总氮、总磷和氨氮浓度，底泥参数包括底泥有机质、底泥总氮、底泥总磷和底泥氨氮浓度；

10、s22，根据s21获取的参数，确定s1构建的底泥生态系统的功能性系数 f；

11、s23，根据功能性系数 f确定结果。

12、有益效果是：本发明利用沉水植物、底栖动物和生物炭快速构建底泥生态系统，通过将底泥污染物削减、底泥污染物向上覆水体扩散、底泥微生物多样性、底栖动物和沉水植物长势五个方面的影响量化确定所构建的生态系统的可靠性。结果证明，本发明可以实现河湖清淤后底泥生态系统的快速构建，有效削减底泥污染物，显著减缓底泥污染物向上覆水体扩散，提高了底泥微生物群落多样性，为保障河湖水体生态系统功能性提供有力支持。

13、本发明在剩余底泥中投加生物炭，既有助于强化沉水植物耦合底栖动物体系对底泥污染物的去除效果，还能抑制底泥中的污染物向上覆水体扩散。

14、优选的，所述s1还包括：在投加底栖动物前，在底泥上方15～30cm位置处间隔放置多个曝气头，在投加底栖动物后进行曝气。其中，曝气量和水体温度有关，水体温度≥15℃时，曝气量为6l/min；当水体温度＜15℃时，曝气量为4l/min。本发明通过生物炭和曝气相结合强化了沉水植物耦合底栖动物体系对底泥污染物的去除效果，还能够抑制底泥中的污染物向上覆水体扩散。

15、所述s12中，矮状苦草的株高≥10cm、种植面积为240株/m2、常绿刺苦草的株高≥15cm、种植面积为80株/m2、穗状狐尾藻的株高≥25cm、种植面积为120株/m2、马来眼子菜的株高≥25cm、种植面积为120株/m2；

16、在所述s13中，环棱螺单体重量≥5g、投加密度为50g/m2；无齿蚌单体重量≥50g、投加密度为80g/m2；青虾单体重量≥1g、投加密度为5g/m2。

17、在s11中，当底泥温度≤15℃时，生物炭的添加量为剩余底泥干重的3%；当底泥温度＞15℃时，生物炭的添加量为剩余底泥干重的5%。其中，生物炭优选玉米秸秆生物炭，将其研磨至80目筛后投加到底泥中。本发明的生物炭为颗粒炭，确保其与底泥充分接触，进一步保证底泥中污染物的去除效果。

18、在所述s21中，在构建10天后，每隔两天监测沉水植物的存活率、根系长度和株高、底栖动物的存活率和增重、上覆水体参数、底泥参数和底泥微生物；其中，上覆水体的水质参数包括cod、总氮、总磷和氨氮浓度，底泥参数包括底泥有机质、底泥总氮、底泥总磷和底泥氨氮浓度。

19、在所述s22中，功能性系数 f的计算过程如下：；

20、其中， f 1 =a 1× (1+b 1 )× 0.15，式中 a 1为底栖动物存活率，%； b 1为底栖动物的平均个体重量增量，%；

21、 f 2 =a 2 ×( 1+b 2 ×0.4＋c 2 ×0.6) ×0.15，式中 a 2为沉水植物存活率，%； b 2为沉水植物的平均根系长度增量，%； c 2为沉水植物平均植株高度增量，%；

22、 f 3 =( a 3 ×0.8＋b 3 ×0.2) ×0.10，式中 a 3为底泥微生物多样性变化情况，显著增加取1，无显著增加取0，显著下降取-1； b 3为底泥微生物优势微生物种的变化情况，出现优势微生物种属取1，未出现优势微生物种属取-1；

23、 f 4 =( a 4 ×0.30＋b 4 ×0.30＋c 4 ×0.30＋d 4 ×0.10) ×0.30，式中， a 4为底泥有机质含量的变化，显著下降取1，不显著下降取0，显著增加取-1； b 4为底泥总氮含量的变化，显著下降取1，不显著下降取0，显著增加取-1； c 4为底泥总磷含量的变化，显著下降取1，不显著下降取0，显著增加取-1； d 4为底泥氨氮含量的变化，显著下降取1，不显著下降取0，显著增加取-1；

24、 f 5 =( a 5 ×0.30＋b 5 ×0.30＋c 5 ×0.2＋d 5 ×0.2) ×0.30，式中， a 5为上覆水体cod浓度的变化，显著下降取1，不显著下降取 0，显著增加取-1； b 5为上覆水体总氮浓度的变化，显著下降取1，不显著下降取0，显著增加取-1； c 5为上覆水体总磷浓度的变化，显著下降取1，不显著下降取0，显著增加取-1； d 5为上覆水体氨氮浓度的变化，显著下降取1，不显著下降取0，显著增加取-1。

25、有益效果是：本发明将底泥污染物削减、底泥污染物向上覆水体扩散、底泥微生物多样性、底栖动物和沉水植物长势五个方面的影响量化确定底泥生态系统的功能性系数，进而确定底泥的生态修复情况。

26、与现有技术相比，本发明实现了河湖清淤后底泥生态系统的快速构建、有效削减底泥污染物、显著减缓底泥污染物向上覆水体扩散、提高底泥微生物群落多样性，为保障河湖水体生态系统功能性提供有力支持。另外，本发明能够河湖底泥生态系统的快速修复，修复成本低，施工简单，具有重要的推广价值。