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一种基于氮磷含量确定水生 植物收割时间的方法

阅读：220发布：2020-05-16

专利汇可以提供一种基于氮磷含量确定水生植物收割时间的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本申请涉及一种基于氮磷含量确定水生植物收割时间的方法。具体来说，本申请的方法包括确定所述水生植物不同生长阶段的氮磷含量和总生物量变化，然后在水生植物相邻生长阶段的总生物量变化较小且氮磷累积含量出现极大值时收割水生植物，且在再生长的水生植物种子或营养繁殖体成熟之后进行最后一次收割。本申请的有益效果在于考虑了水生植物的降解，能以合理的收割次数最大限度地通过水生植物除去其生长环境中的氮磷营养盐，消除了水生植物残体在水中腐烂导致的二次污染。，下面是一种基于氮磷含量确定水生植物收割时间的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于氮磷含量确定水生植物收割时间的方法，所述方法包括：
(1)确定所述水生植物的氮磷含量和总生物量变化
确定所述水生植物在至少第一生长阶段和第二生长阶段的总氮含量、总磷含量和总生物量，和所述水生植物在至少第一生长阶段和第二生长阶段的氮降解总量和磷降解总量；
(2)确定水生植物收割时间
当所述水生植物在相邻生长阶段的总生物量变化率小于或等于5％时，且所述水生植物氮磷累积量达到极大值时收割该水生植物，且在再生长的水生植物的种子或营养繁殖体成熟之后进行最后一次收割；
其中，所述总生物量变化率通过下述公式(1)来计算：
其中，水生植物处于各生长阶段的氮磷累积量通过下述公式(2)来计算：
TNP＝(TN+TP)-(TND+TPD) 公式(2)，
在公式(2)中，TNP表示氮磷累积量，TN表示直到该生长阶段结束时水生植物的总氮含量，TP表示直到该生长阶段结束时水生植物的总磷含量，TND表示直到该生长阶段结束时水生植物的氮降解总量，TPD表示直到该生长阶段结束时水生植物的磷降解总量。
2.如权利要求1所述的基于氮磷含量确定水生植物收割时间的方法，其特征在于，当所述水生植物在相邻生长阶段的总生物量变化率小于或等于3％时，计算该水生植物当前生长阶段和后续相邻生长阶段的氮磷累积量。
3.如权利要求1或2所述的基于氮磷含量确定水生植物收割时间的方法，其特征在于，所述水生植物的收割次数为2次。
4.如权利要求1或2所述的基于氮磷含量确定水生植物收割时间的方法，其特征在于，所述水生植物包括挺水植物。
5.如权利要求4所述的基于氮磷含量确定水生植物收割时间的方法，其特征在于，在对所述挺水植物进行最后一次收割之前的收割时，收割高度为水面上20-40厘米。
6.如权利要求4所述的基于氮磷含量确定水生植物收割时间的方法，其特征在于，在对所述挺水植物进行最后一次收割时，包括对挺水植物根部以上全部进行收割。
7.如权利要求4所述的基于氮磷含量确定水生植物收割时间的方法，其特征在于，所述挺水植物包括下述中的一种或几种：荷花、茭草、芦苇、香蒲或菖蒲。
8.如权利要求1所述的基于氮磷含量确定水生植物收割时间的方法，其特征在于，所述水生植物的生长环境包括平均水深为1-2m的湖滨带或湿地。
9.如权利要求1所述的基于氮磷含量确定水生植物收割时间的方法，其特征在于，所述水生植物为芦苇，所述方法包括下述步骤：
(1)确定芦苇的氮磷含量和总生物量变化
确定芦苇在生长期、孕穗期、抽穗期、开花期、种子成熟期、落叶期的总氮含量、总磷含量和总生物量，以及芦苇在生长期、孕穗期、抽穗期、开花期、种子成熟期以及落叶期的氮降解总量和磷降解总量；
(2)确定芦苇收割时间
根据公式(1)计算芦苇各相邻生长阶段的总生物量变化率，发现从开花期到种子成熟期总生物量变化率小于5％，且芦苇在种子成熟期氮磷累积量出现极大值，因此在种子成熟期对芦苇进行第一次收割，且在再生长的芦苇的种子成熟之后进行最后一次收割。

说明书全文

一种基于氮磷含量确定水生 植物收割时间的方法

技术领域

[0001] 本申请涉及水生态环境保护领域，具体来说，涉及一种基于氮磷含量确定水生植物收割时间的方法。

背景技术

[0002] 湖滨带是湖泊生态系统与陆地生态系统的缓冲地带，具有重要的生态学功能和经济美学价值。挺水植物是湖滨生态系统的重要组成部分，在水质净化、污染物拦截与环境美化方面发挥了重要的作用。

[0003] 挺水植物生长受到季节变化的显著影响，春初至夏末属于其生长阶段，挺水植物从环境介质中吸收大量的氮磷等营养物质，形成生物量，促进其快速发育生长，同时降低水体中营养盐含量，对水质改善起到重要作用；秋初至冬末属于植物衰亡阶段，挺水植物器官的生理功能逐渐丧失，植株停止生长，叶片枯萎、脱落，后期枝干出现死亡。在立枯阶段，挺水植物枝叶凋敝腐烂，在微生物作用下分解释放出氮磷等营养物质，这些物质重新回到湖滨带生态系统中，造成水生态系统功能失调，水质恶化。

[0004] 此外，挺水植物残体影响其第二年嫩芽萌发以及美学观赏价值。适时收割挺水植物，一方面保持挺水植物旺盛生长，另一方面彻底移除植物从水体中吸收的氮磷等营养物质。目前一般在冬季收割挺水植物，收割前植物残体脱落至水体，开始腐烂分解，并且一部分营养物质返回至水体，加剧水质的季节性污染；另外冬季收割水生植被缺乏科学依据支撑。

[0005] 中国发明专利申请201110376425.9“一种基于水生植物收割的水生态环境保护的方法”披露了在水体中栽培水生植物或利用自然恢复的水生植物，利用水生植物生长吸收氮磷营养盐，于生长期人工或使用水草收割设备收割水生植物，促进水生植物再生长，多次收割，并于生长期结束、水生植物生出种子或者营养繁殖体后，进行最后一次收割。在该文献的实施例中，披露了分别在5月14日、7月18日和9月1日分别对芦苇进行收割，发现与只在9月1日进行单次收割的对照样方相比，通过多次收割可以增加芦苇的生物量。但该专利文献只是笼统地以生物量来表示芦苇除去氮磷营养盐的能力，没有考虑到芦苇生长阶段中各器官中氮磷的降解。

[0006] 为了充分发挥水生植被改善水质的功能，降低其腐烂分解产生的次生污染，迫切需要发展一种基于氮磷含量来确定挺水植物收割时间的方法，以满足当前大力提倡的湿地生态文明建设与管理需求。

发明内容

[0007] 本申请之目的在于提供一种基于氮磷含量确定水生植物收割时间的方法。具体来说，本申请的方法包括确定所述水生植物不同生长阶段的氮磷含量和总生物量变化，然后在水生植物相邻生长阶段的总生物量变化较小且氮磷累积含量出现极大值时收割水生植物，且在再生长的水生植物种子或营养繁殖体成熟之后进行最后一次收割。

[0008] 为了实现上述技术目的，本申请提供下述技术方案：

[0009] 在第一方面中，本申请提供一种基于氮磷含量确定水生植物收割时间的方法，所述方法包括：

[0010] (1)确定所述水生植物的氮磷含量和总生物量变化

[0011] 确定所述水生植物在至少第一生长阶段和第二生长阶段的总氮含量、总磷含量和总生物量，和所述水生植物在至少第一生长阶段和第二生长阶段的氮降解总量和磷降解总量；

[0012] (2)确定水生植物收割时间

[0013] 当所述水生植物在相邻生长阶段的总生物量变化率小于或等于5％时，且所述水生植物氮磷累积量达到极大值时收割该水生植物，且在再生长的水生植物的种子或营养繁殖体成熟之后进行最后一次收割；

[0014] 其中，所述总生物量变化率通过下述公式(1)来计算：

[0015]

[0016] 其中，水生植物处于各生长阶段的氮磷累积量通过下述公式(2)来计算：

[0017] TNP＝(TN+TP)-(TND+TPD) 公式(2)，

[0018] 在公式(2)中，TNP表示氮磷累积量，TN表示直到该生长阶段结束时水生植物的总氮含量，TP表示直到该生长阶段结束时水生植物的总磷含量，TND表示直到该生长阶段结束时水生植物的氮降解总量，TPD表示直到该生长阶段结束时水生植物的磷降解总量。

[0019] 在第一方面的一种实施方式中，当所述水生植物在相邻生长阶段的总生物量变化率小于或等于3％时，计算该水生植物当前生长阶段和后续相邻生长阶段的氮磷累积量。

[0020] 在第一方面的另一种实施方式中，所述水生植物的收割次数为2次。

[0021] 在第一方面的另一种实施方式中，所述水生植物包括挺水植物。

[0022] 在第一方面的另一种实施方式中，在对所述挺水植物进行最后一次收割之前的收割时，收割高度为水面上20-40厘米。

[0023] 在第一方面的另一种实施方式中，在对所述挺水植物进行最后一次收割时，包括对挺水植物根部以上全部进行收割。

[0024] 在第一方面的另一种实施方式中，所述挺水植物包括下述中的一种或几种：荷花、茭草、芦苇、香蒲或菖蒲。

[0025] 在第一方面的另一种实施方式中，所述水生植物的生长环境包括平均水深为1-2m的湖滨带或湿地。

[0026] 在第一方面的另一种实施方式中，所述水生植物为芦苇，所述方法包括下述步骤：

[0027] (1)确定芦苇的氮磷含量和总生物量变化

[0028] 确定芦苇在生长期、孕穗期、抽穗期、开花期、种子成熟期、落叶期的总氮含量、总磷含量和总生物量，以及芦苇在生长期、孕穗期、抽穗期、开花期、种子成熟期以及落叶期的氮降解总量和磷降解总量；

[0029] (2)确定芦苇收割时间

[0030] 根据公式(1)计算芦苇各相邻生长阶段的总生物量变化率，发现从开花期到种子成熟期总生物量变化率小于5％，且芦苇在种子成熟期氮磷累积量出现极大值，因此在种子成熟期对芦苇进行第一次收割，且在再生长的芦苇的种子成熟之后进行最后一次收割。

[0031] 与现有技术相比，本申请的有益效果在于考虑了水生植物的降解，能以合理的收割次数最大限度地通过水生植物除去其生长环境中的氮磷营养盐，消除了水生植物残体在水中腐烂导致的二次污染。

具体实施方式

[0032] 下面将结合实施例对本申请进行详细描述。

[0033] 实施例1

[0034] 本实施例涉及通过不同方式来收割挺水植物芦苇。

[0035] 在太湖胥口湾湖滨带设立1个3m*3m样方进行挺水植物芦苇的收割实验。首先，在2014年，监控在不同生长阶段中，芦苇的根、茎和叶器官中氮含量和磷含量，结果参见表1，其中氮含量根据半微量蒸馏法来测定，磷含量根据钼锑抗吸光光度法来测定。

[0036] 在表1中，根据芦苇的生长特性，将芦苇的生长阶段划分为：生长期(4月初-6月上旬)、孕穗期(7月下旬-8月上旬)、抽穗期(8月上旬-下旬)、开花期(8月下旬-9月上旬)、种子成熟期(10月上旬)以及落叶期(10月底后)。

[0037] 表1单株芦苇在不同生长阶段根茎叶器官中的氮磷含量

[0038]

[0039] 此外，还监控到在芦苇的生长期、孕穗期和抽穗期，芦苇各器官的降解量可忽略。但从种子成熟期开始，芦苇的各器官以下述释放速率分解氮磷，具体参见表2，其中氮分解速率根据半微量蒸馏法来测定，磷分解速率根据钼锑抗吸光光度法来测定。

[0040] 表2芦苇不同器官腐烂分解氮磷释放速率

[0041]

[0042] 基于表1的数据，计算得到芦苇从开花期到种子成熟期的总生物量变化率如下：

[0043] 总生物量变化率＝(2001-1950)/1950＝2.6％。

[0044] 此外，基于表1和表2的数据，可以确定在种子成熟期时，芦苇各器官中的氮磷累积量达到极大值。

[0045] 综上，理论上预测在种子成熟期(10月上旬)对芦苇进行第一次收割，然后在再生长的芦苇的种子成熟之后进行最后一次收割。

[0046] 为了进一步验证根据本文所述的芦苇收割方案的预料不到的技术效果，发明人在太湖胥口湾湖滨带设立3个3m*3m样方进行挺水植物芦苇的收割实验。第一个样方收割方式与中国发明专利申请201110376425.9“一种基于水生植物收割的水生态环境保护的方法”披露的收割方式相似，即在2015年的5月14日、7月18日和9月1日分别对芦苇进行收割，且在12月31日进行最后一次收割，命名为C1。第二个样方，仅在2015年12月31日进行一次收割，命名为C2。对于第三个样方，分别在2015年5月30日和2015年12月31日进行收割，命名为E1。

[0047] 在对芦苇进行最后一次收割之前的收割时，收割高度为水面上40厘米。在对芦苇进行最后一次收割时，对芦苇根部以上全部进行收割。对样方C1、C2和C3的芦苇进行收割所得总生物量如下文表3所示。

[0048] 表3 C1、C2和E1的收割的芦苇总生物量情况(鲜重kg)

[0049] C1 C2 E1
第一次收割 7.5 / 7.8
第二次收割 6.1 / /
第三次收割 3.0 / /
最后一次收割 1.7 14.5 12.1
总计 18.2 14.5 19.9

[0050] 对样方C1、C2和C3的芦苇进行收割时的氮磷累积量如下文表4所示。

[0051] 表4中芦苇收割时的氮磷累积量通过下述公式(2)来计算：

[0052] TNP芦苇＝(TN芦苇+TP芦苇)-(TND芦苇+TPD芦苇) 公式(2)，

[0053] 在公式(2)中，TNP芦苇表示直到收割时芦苇的氮磷累积量，TN芦苇表示直到收割时芦苇的总氮含量，TP芦苇表示直到收割时芦苇的总磷含量，TND芦苇表示直到收割时芦苇的氮降解总量，TPD芦苇表示直到收割时芦苇的磷降解总量。

[0054] 表4 C1、C2和E1的收割的氮磷累积量情况(干重g)

[0055] C1 C2 E1
第一次收割 72.0 / 75.5
第二次收割 56.8 / /
第三次收割 22.8 / /
最后一次收割 11.2 140.3 120.5
总计 162.8 140.3 196.0

[0056] 从表3和表4的数据可知，样方E1的芦苇总生物量略高于C1，显著高于C2。此外，样方E1的氮磷总量显著高于C1和C2。上述实验结果表明，通过使用本申请披露的方法来收割芦苇，可最大限度地从水体中除去氮氧营养盐。

[0057] 上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。

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