南四湖湿地六种水生植物的磷素根际效应

利用根际土壤溶液的原位抽提和微量样品分析技术,对南四湖湿地的芦苇(Phragmites communis)、芦竹(Arundo donax)、香蒲(Typha latifolia)、水葱(Scirpus validus)、茭草(Zizania aquatica)和喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)等6种水生植物进行了野外原位根际土壤溶液的磷素浓度分析,并从根系形态、磷素吸收利用有效性、根际土壤有效磷素和pH值变化等根际效应差异,揭示不同种类湿地植物磷素净化效率差异的内在机制.结果表明,香蒲对磷素的吸收最大;其次是芦苇、芦竹和茭草;再次是水葱和喜旱莲子草.香蒲的根际土壤溶液磷素浓度(PO43-,0.37μg/L)显著低于非根际区浓度(PO43-,0.47μg/L);而芦苇、芦竹和水葱则表现为根际土壤磷素浓度高于非根际.香蒲通过强大的根系获取了较多的磷素,芦竹则通过根际酸化促进了根系对磷素的吸收,实现了根际土壤较高的磷素去除率.喜旱莲子草根际土壤有效磷增加了48%,可能是由于其较强的根际酸化(pH值降低约0.9)增加了土壤磷素向水体流失的风险,故在湿地磷素修复中应避免使用.     

2种水生植物根际溶液磷素时空变异及有机酸分泌

利用根际土壤溶液的原位抽提和微量样品分析技术,比较了喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)和香蒲(Typhalatifolia)2种水生植物根际土壤溶液磷素含量的时空变异和根系分泌有机酸种类及数量的差异,从植物吸收磷素、根系分泌有机酸和根际土壤pH值变化等角度探讨了植物磷素高效净化的根际调控机制.结果表明,2种水生植物的根际溶液磷素含量均明显低于非根际溶液;喜旱莲子草的根际溶液磷酸根离子质量浓度(2.53 mg.L-1)显著低于香蒲的根际溶液(5.43mg.L-1)(p<0.05),且喜旱莲子草根系对土壤溶液磷酸根的影响范围大于香蒲.与香蒲相比,喜旱莲子草分泌了较多的苹果酸(浓度27.33μmol.L-1),在活化土壤磷素、促进根系对磷素的吸收方面起了更大的作用.喜旱莲子草吸收磷素的根际效应强于香蒲.     

2种湿地植物根表铁氧化物胶膜的形成及其对磷素吸收的影响

在田间条件下,运用土壤溶液原位抽提和毛细管电泳分析等技术,比较了芦竹(Arundo donaxLinn)和香蒲(Typhalatifolia)根表铁氧化物胶膜数量、土壤根际溶液磷质量浓度、根际土和根际溶液pH及根膜比等的差异,阐明了湿地植物根表铁氧化物胶膜对磷素从非根际土壤-根际土壤-根际溶液-根表铁氧化物胶膜-根系的迁移过程的影响以及在磷素净化中的根际调控机制.结果表明,芦竹和香蒲根表铁氧化物胶膜数量(以根系鲜重计)分别为20 170.8和7 640.3 mg/kg.有铁氧化物胶膜沉积的芦竹、香蒲的根际土有效磷含量分别是28.85、34.99 mg/kg;各比其无铁氧化物胶膜增加了46.2%、21.9%.有铁氧化物胶膜沉积的芦竹、香蒲的根际溶液磷质量浓度为0.65、0.56 mg/kg,分别比其无铁氧化物胶膜沉积高9.2%、33.9%.芦竹根表铁氧化物胶膜吸附的磷占根系吸附吸收磷的81.7%,香蒲是85.7%.根表有铁氧化物胶膜沉积的芦竹磷素利用有效性比无铁氧化物胶膜的植株高16.5%,香蒲高31.4%.有铁氧化物胶膜沉积的芦竹和香蒲植株体内磷含量均比无铁氧化物胶膜高.同时,铁氧化物胶膜对磷酸盐的吸附提高了磷酸盐从非根际向根际、固相(根际土壤)向液相(根际土壤溶液)的迁移速率.有铁氧化物胶膜沉积的湿地植物根际土有效磷含量累积,无铁氧化物胶膜沉积的湿地植物根际土有效磷含量耗竭.     

野鸭湖湿地挺水植物磷素截留量动态变化分析

野鸭湖湿地位于官厅水库上游,在截留养分、预防水库水体富营养化方面发挥着重要作用.通过野鸭湖湿地中4种优势挺水植物(茭白、扁秆藨草、香蒲、芦苇)的分布区域研究,分析了植物生物量及养分元素磷含量随季节的动态变化特征,得到了研究区域内4种挺水植物对磷素截留总量的动态变化.结果表明,研究区域内4种优势挺水植物地上部分磷含量为茭白>香蒲>扁秆藨草>芦苇;地下部分磷含量呈现茭白>扁秆藨草>香蒲>芦苇的分布特点;4种植物的地上部分和地下部分磷含量均随生长季节而降低;4种植物的单位面积磷素蓄积能力存在明显差异,表现为茭白>香蒲>扁秆藨草>芦苇的规律,其单位面积蓄积峰值依次为4910、4140、2190和1390g.m-2;研究区域内挺水植物磷素蓄积总量在夏季达到峰值2210.8kg,最小值出现在冬季,为1263.5kg;区域内上、中、下游挺水植物的磷素截留总量依次递减.     

野鸭湖湿地芦苇根际微生物多样性与磷素形态关系

以野鸭湖湿地芦苇(Phragmites communis)根际微生物为研究对象,采用化学连续提取法分析了芦苇根际/非根际土壤中各形态磷随植物生长(4、7、10月)的变化规律,同时基于细菌的16S rRNA高通量测序技术,分析了芦苇根际/非根际土壤微生物多样性,进一步采用CCA法分析了土壤样品中特定微生物与磷素形态转化关系.结果表明,无机磷含量的总体顺序大小为:钙磷(Ca-P)闭蓄态磷(Oc-P)铁磷(Fe-P)交换态磷(Ex-P)铝磷(Al-P),无机磷含量变化主要受芦苇生长状况影响,在芦苇旺盛期达到最低,且根际土壤中的总无机磷含量普遍低于非根际.有机磷含量分布为高稳定性有机磷(HR-OP)中稳定性有机磷(MR-OP)中活性有机磷(ML-OP)活性有机磷(L-OP),各组分含量均随芦苇生长先降低后升高.芦苇根际/非根际土壤微生物中的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria),但在芦苇生长过程中,其根际和非根际微生物群落结构受季节影响变化显著,且根际和非根际的变化有所差异.同时发现了芽孢杆菌属(Bacillus)、肠杆菌属(Enterobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)、伯克霍尔德氏菌属(Burkholderia)、不动杆菌属(Acinetobacter)等可能是与磷形态转化有关的主要功能菌属,这些菌属能利用大部分的有机磷和无机磷,在湿地土壤磷素转化中起着关键作用.     

土石山区小流域土壤磷素的空间分布特征与有效性

以汉江余姐河小流域为研究区域,运用经典统计学与地统计学方法,分析流域不同土地利用类型下表层(0~20 cm)土壤全磷和速效磷的空间分布特征及磷素有效性.结果表明:流域农地、林地和草地土壤全磷含量平均值分别为0.368 g·kg~(-1)、0.347 g·kg~(-1)和0.348 g·kg~(-1),土壤速效磷含量均值分别为17.52 mg·kg~(-1)、19.23 mg·kg~(-1)和17.90 mg·kg~(-1).土壤全磷和速效磷空间分布的最优模型均为高斯模型且均具有中等空间相关性.克里格插值表明研究区土壤全磷呈斑块状分布,速效磷含量的高值区沿河流呈网状分布,尤其是速效磷含量为10~20 mg·kg~(-1)和20~30 mg·kg~(-1)的区域从流域上游至下游以河流为主线依次连通.经ANOVA检验,土地利用类型对土壤全磷和速效磷的空间分布影响不显著(p0.05),不同土地利用下每平方米土壤全磷含量表现为草地农地林地,分别为0.092 kg·m~(-2)、0.089 kg·m~(-2)和0.087 kg·m~(-2),速效磷含量表现为草地林地农地,分别为4.67 g·m~(-2)、4.11 g·m~(-2)和3.89 g·m~(-2),流域土壤磷素的有效性呈现出林地草地农地的特征.     

富营养水体中2种水生植物的根际微生物群落特征

选取宁波市城区内河2个营养类型水体日湖(中-富营养类型)和卧彩江(重富营养类型),于2008年8～11月,利用MIDI Sherlock MIS系统和其他传统方法,跟踪监测了2个水体内2种常见水生净化植物粉绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)、喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)根际微生物的种类、数量及其季节变化,分析了水体主要水质参数、水体微生物与植物根际微生物之间的相关性.结果表明,水生植物根际效应显著,不同月份植物根际微生物数量均要显著高于水体环境;植物种类对植物根际微生物影响显著,在日湖水体,狐尾藻根际微生物数量要显著高于喜旱莲子草;在卧彩江,2种植物根际细菌数量无显著差异,放线菌、真菌数量差异显著,植物根际微生物数量与水体环境因子之间具有一定的相关性,调查期间,日湖水温、TN、TP、Chla与植物根际微生物数量间均无显著相关,仅COD与喜旱莲子草根际细菌数量显著负相关;在卧彩江,TP与粉绿狐尾藻、喜旱莲子草根际放线菌数量显著负相关,其余水质参数与根际微生物数量均无显著相关.植物根际优势菌种以假单胞菌属(Pseudomonas)、微球菌属(Micrococcus)、黄杆菌属(Chryseobacterium)、不动杆菌属(Acinetobacter)等有机物降解微生物为主,环境因素的变化和植物种类的不同也导致了葡萄球菌属(Staphylococcus),食酸菌属(Acidovorax)、节杆菌属(Arthrobacter)等特有菌种的出现.对植物根际微生物群落结构进行聚类分析表明,除日湖喜旱莲子草根际微生物群落结构在夏、秋两个季节相似性较高外,其余几个处理的根际微生物群落结构相似性在21.60%～51.57%.日湖植物根际微生物多样性夏季高于秋季,而卧彩江中夏季低于秋季;日湖中2种植物之间无论夏秋均无显著差异,而在卧彩江,夏季喜旱莲子草要显著高于粉绿狐尾藻,秋季则完全相反,据此说明植物根际微生物多样性受水体富营养化程度和植物种类等多重因素的影响.     

湿地挺水植物根系土壤中的磷形态变化与分析

以野鸭湖湿地中扁秆藨草、芦苇和茭白3种优势挺水植物为研究对象,利用化学连续提取法对根际和非根际土壤中不同形态无机磷和有机磷进行分级提取,分析了不同形态磷的含量特点和分布规律,探讨了植物对磷素的潜在吸收机制.结果表明,根际Ca-P含量均显著低于非根际,Ex-P、Fe-P和Oc-P相反.4种形态有机磷含量均为根际高于非根际,表现出累积的趋势.根际Ca-P/TP值显著小于非根际,说明植物将有效性低的Ca-P形态大量转化为其他形态无机磷以供自身利用;根际HR-OP/TP值小于非根际,而MR-OP/TP大于非根际,表明稳定有机磷形态有向活性高的有机磷转化的趋势;TIP/TP均为根际小于非根际,而TOP/TP根际大于非根际,推测根系在吸收利用磷素的过程中主要吸收无机磷,同时积聚大量有机磷供转化后利用.     

基于生物有效性的农田土壤磷素组分特征及其影响因素分析

适宜的磷素分级方法是研究磷素组分特征与评价其有效性的关键.以磷素的化学与生物活化特点,采用改进的生物有效性的磷素分级方法,应用其研究不同土地利用方式下旱地土与水田土中磷素组分与有效磷（Olsen-P）的关系,并分析环境因子对磷组分的影响.磷素分级方法将磷素分为4个组分：①自由扩散或根际截留的磷（CaCl₂-P）;②有机酸活化和无机弱结合磷（Citrate-P）;③系列酶矿化的有机磷（Enzyme-P）;④潜在活化的无机磷库（HCl-P）.结果表明,旱地土及水田土4种磷素组分含量均表现为：HCl-P > Citrate-P>Enzyme-P > CaCl₂-P,且旱地土各磷组分均显著高于水田土.Olsen-P与各磷素组分均呈显著正相关,表明各磷素组分对有效磷都有贡献.具体表现为：在旱地土中,Olsen-P与CaCl₂-P和Enzyme-P相关性较高（R²=0.359;R²=0.386）;在水田土中,Olsen-P与Citrate-P相关性较高（R²=0.788）,说明旱地土中有效磷主要来自土壤自由扩散的无机磷和易矿化的有机磷部分,而水田土中有效磷主要来自弱酸活化的无机磷.冗余分析结果表明,磷素组分主要受土壤pH和黏粒含量的影响,指示在农业生产活动中,可通过调节土壤pH值,提高土壤有效磷含量.     

XP1菌株强化湿地植物脱氮及其对根际微生物的影响

利用从南四湖人工湿地中分离的一株具有良好脱氮作用的反硝化细菌XP1,分别接种于湿地植物芦竹、芦苇和香蒲的根际土壤,考察菌株XP1对3种植物的强化脱氮作用,并利用PCR-DGGE(变性梯度凝胶电泳)考察强化脱氮过程中菌株XP1在3种植物根际土壤微生物中的变化.结果表明:模拟湿地在未强化脱氮时,3种植物湿地在相同条件下脱氮能力大小顺序为芦竹>芦苇>香蒲;3种植物的根际土壤所含微生物种类基本相同,所含微生物总量顺序为芦竹>芦苇>香蒲,其中土著XP1菌株在芦竹、芦苇和香蒲根际土壤微生物中的含量比值约为1.5∶1.3∶1.加入菌株XP1强化脱氮后,香蒲、芦苇、芦竹3种植物湿地总氮去除率分别由14%,56%和56%提高至98%以上,强化脱氮作用明显;含氮废水ρ(TN)降至《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ类水质要求〔ρ(TN)≤1 mg/L〕时,3种植物根际土壤中的微生物种群数及微生物总量都有所下降,其中菌株XP1在3种植物根际土壤中的含量分别下降了40%,53%和67%,但根际细菌菌群结构未发生较大变化.     

剩余污泥中磷的回收利用

基于我国磷资源的短缺和城市污泥处理处置的现状,针对磷元素的流动特性,分析了城市污泥中磷回收的必要性。探讨了污泥中磷由固相释放至液相的厌氧消化法、臭氧氧化法、热处理法、超声波溶胞法和焚烧溶出法等方法,并对回收污泥中磷的化学沉淀法、吸附解析法、焚烧热处理法、纳滤法等的原理和研究现状进行了综述,对城市污泥中磷释放与回收技术的研究、开发与应用前景进行了展望,为城市污泥中磷的资源化回收利用提供指导。     

废水除磷技术及进展分析

介绍了磷污染的危害,指出磷是产生水体富营养化的最主要因素.全面阐述废水除磷的技术,分析了各种工艺的特点,指出了生物除磷技术的发展趋势.     

城市污泥中磷的释放与回收

基于我国磷资源和城市污泥的现状,针对城市污泥中的营养元素,分析了城市污泥中磷回收的必要性;探讨了城市污泥中磷由固相释放至液相的微生物消化法、热处理法和药剂溶出法等;综述了回收液相中磷的磷酸铵镁、磷酸镁钾、磷酸钠钾镁结晶法和磷酸钙盐沉淀法的原理和研究现状;展望了城市污泥中磷释放与回收技术的研究、开发与应用前景。     

侧流污泥返送到缺氧池对A2/O系统效能影响研究

为了探究侧流化学磷回收后生物污泥返送对主流系统的影响,连续85d对A²/O系统厌氧池混合液中的磷进行侧流化学回收,并将侧流生物污泥回流到缺氧池,考察了系统整体的磷、氮、有机物的去除,及生物除磷途径与污泥性能的变化.结果表明,刚开始系统除磷效果有所提高,出水PO₄^3-浓度为（0.07±0.04） mg/L;20d后污泥沉降性能开始变差,除磷性能恶化,但对氮和有机物去除一直无显著影响;厌氧释磷速率和好氧吸磷速率下降,但缺氧吸磷速率却增加,缺氧反硝化聚磷和好氧聚磷的除磷比例由43.20%上升为53.38%,反硝化聚磷除磷得到了加强;污泥微生物胞内PHA和糖原的代谢模式无变化,但厌氧段合成的PHA量逐步下降;侧流磷最大回收量占进水磷量的24.75%,能够实现可观的磷回收效果;系统发生崩溃后,停止侧流化学磷回收,系统各功能就会逐渐得到恢复,可实现系统连续运行.     

沉积物磷形态空间分布特征及释放风险评估——以沱江流域为例

为阐明沉积物磷赋存形态的空间分布特征及潜在释放风险,提供更准确合适的风险评估指标, 分析了沱江干流及其支流12个样点表层沉积物的磷赋存形态,测定了水溶性磷(WSP)及磷平衡浓度(EPC0),计算沉积物磷吸附指数(PSI)、磷吸附饱和度(DPS)及其衍生的磷释放风险指数(ERI).结果表明,沉积物5种形态磷含量顺序为:铁/铝结合磷(CDB-P,60.63%)>钙磷(Ca-P,30.84%)>有机磷(OP,3.92%)>亚铁磷(Fe(Ⅱ)-P,3.48%)>松散态磷(Loosely-P,1.13%).CDB-P是沉积物磷的主要存在形态(0.468~2.287mg/g),由上游至下游逐渐降低,这主要与上游工业污染有关.DPS、EPC0和PSI在空间分布上均呈现由上游至下游逐渐增大的趋势,变化范围分别为44.28%~80.39%、0.012~0.084mg/L和0.153~1.526L/g;上游大部分采样点ERI均超过了25%;各指标综合表明:上游存在较高的磷释放风险.回归分析与相关性表明,EPC0与上覆水磷、CDB-P、OP、有机质(OM)以及粒径均呈极显著相关性,且相关性远高于其他指标(ERI,DPS,PSI,WSP).因此,EPC0是评估沱江流域沉积物磷释放风险潜力更准确高效的指标,Fe/Al含量、粒径的增加以及有机质的减少会增加磷释放风险,因此应控制工业污染以及农业面源污染的输入.     

石灰法处理磷化废水的试验研究

采用生产废水和模拟废水为处理对象，系统探讨了石灰法处理磷化废水的反应时间、投药量、搅拌强度和沉淀时间等因素对废水处理的影响。试验结果表明，混凝反应时间达到2h，石灰投加量理论用量的2．5倍才可使废水中的磷、钙充分反应生存羟基磷酸钙，从而使含磷废水出水达标。搅拌强度和沉淀时间对除磷效果影响不大。     

镧改性膨润土对底泥内源磷控制效果

以商业化的锁磷材料—镧改性膨润土(Phoslock®)为对象,研究了Phoslock®对磷的吸附动力学和等温线,同时研究了材料对上覆水体以及底泥内源磷释放的控制效果.结果表明,Phoslock®对磷的吸附可以用Langmuir模型拟合,相关性达到0.96,模型计算磷的最大吸附量为10.4mgP/g,且磷吸附符合拟一级和拟二级动力学模型.室内模拟培养结果表明,当锁磷剂投加剂量为1553g/m2时,70d(好氧17d和厌氧53d)内,对上覆水中的磷酸盐去除率达到90%以上,沉积物内源磷释放削减83.1%,但会引起上覆水体中总氮、氨氮以及硝氮的增加,磷形态分析结果表明,表层(0~2cm)底泥中有超过50%的Mobile-P和Al-P转化为稳定态的Ca-P和Res-P,且控磷效果随着投加量的增加而增加.研究表明,Phoslock®对底泥内源磷具有较好的控制效果,但长期效果需加强研究.     

倒置AAO工艺聚磷微生物的吸磷行为

 采用人工配水和市政污水研究了“缺氧-厌氧-好氧”(倒置AAO)脱氮除磷工艺中,聚磷微生物(PAOs)在低碳源、高硝酸盐环境下的释磷和吸磷行为.结果表明,在低碳源、高氮和磷环境中,尽管PAOs在缺氧厌氧段释磷程度低,如果适当延长厌氧段和好氧段的HRT、且好氧曝气较充分,仍能超量吸收磷.PAOs过量吸磷的能量来源不仅仅是厌氧段吸收与合成的胞内聚合物在好氧段的氧化,还来自好氧环境正常代谢过程中多余的能量.外加碳源的投加时间点对PAOs吸磷的影响不显著.PAOs在厌氧段后期出现过量吸磷现象,推测是细胞内有机物厌氧降解产生的ATP通过某种代谢途径被用于无机磷的吸收.     

强化生物除磷体系中反硝化聚磷菌的选择与富集

采用SBR反应器 ,对以硝酸盐作为电子受体的反硝化聚磷菌的选择和富集作了研究 .结果表明 ,反硝化聚磷菌存在于传统的强化生物除磷体系之中 .经过 3个阶段的选择和富集 ,反硝化聚磷菌在聚磷菌中的比例从 15 %上升到 73% .稳定运行的强化反硝化生物除磷体系具有良好的强化生物除磷和反硝化脱氮性能 ,缺氧结束时体系中磷浓度小于 1mg L ,除磷和脱氮效率分别大于 94 %和 95 % .     

A~2O-MBR工艺的脱氮除磷特性研究

将传统的脱氮除磷工艺(厌氧/缺氧/好氧,A2O)与膜分离技术相结合,构建具有强化脱氮除磷作用的A2O-MBR工艺。以某城市污水处理厂的A2O-MBR工程为研究对象,通过长期的跟踪监测和实验研究,结果表明,该工艺具有非常好的脱氮除磷效果,出水总氮、氨氮及总磷的平均浓度分别为5.69 mg/L、1.32 mg/L和0.18 mg/L,去除率分别达到85%、94%和97%,优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准。另外,硝化速率随温度的降低而降低。释磷/吸磷效果较好,趋势明显。