水葫芦在水生态修复中的研究进展

水葫芦是水生态修复中研究最早和最深入的水生植物之一.在此,归纳了国内外近年来水葫芦在水生态修复中的3个主要研究方向:净化水体能力与净化机理、控制水葫芦疯长和资源化利用本葫芦.探讨了水葫芦净化系统在水体修复中的合理位置:天然水体的生态修复、水葫芦与污水处理工艺的组合、低浓度生活污水和雨水处理等.最后展望了水葫芦在水体生态修复中未来的研究方向.     

紫根水葫芦对富营养化水体中氮磷的净化效果研究

以普通水葫芦和紫根水葫芦为试材,分别在室内和室外条件下,研究了两种水葫芦对富营养化水体中氮磷污染物的净化效果。结果表明:经过18d试验,不同条件下两种水葫芦均可提高水体中NH4+-N、NO3--N、TN、PO43--P、DTP和TP的去除率,且超过90%,但紫根水葫芦对氮磷污染物的去除率和去除速率均优于普通水葫芦。室内条件下,两种水葫芦均可降低碱性水体的pH值,紫根水葫芦组EC值高于普通水葫芦组的原因可能是由于其庞大的根系分泌了更多的化感物质;紫根水葫芦组ρ(DO)和ORP值均高于普通水葫芦组,表现出更好的水质净化效果。室外条件下,紫根水葫芦组水体中藻类的数量下降了4个数量级,明显好于普通水葫芦组和对照组。试验表明,紫根水葫芦不仅对富营养化水体中氮磷污染物的净化效果优于普通水葫芦,而且对水体理化指标的影响和藻类的去除效果均优于普通水葫芦,可以作为一种新型改良植物品种对富营养化水体进行修复。     

论紫根水葫芦种植对水质的影响——江川县星云湖紫根水葫芦净化水体示范工程调查报告

针对江川县星云湖紫根水葫芦净化水体示范工程,根据紫根水葫芦种植区域与种植区域外侧、湖区、入湖河道的水质监测数据,判断紫根水葫芦的种植对削减星云湖、入湖河水等内源污染物的影响程度,找出项目种植实践中存在的问题,为下一步的工作提供指导。     

水葫芦用于水质污染治理的生态环境效应及其对策研究

水葫芦净化水质的应用虽然已取得一定的成效,但是,由此却也伴生出一系列的问题。任何外来物种均是“双刃剑”,其带来的生态环境效应有利有弊。正确客观评估水葫芦这样的外来种的生态环境效应,对水葫芦生态工程净化工艺进行科学设计并逐步完善其净化系统,加强和优化生态工程的管理,从而使水葫芦达到对污染水体的最佳净化效果和对环境的最低危害程度,造福人类。     

生态植物对水质净化示范应用研究

在长三角地区,利用紫根水葫芦对水体进行净化工程示范研究。研究实验结果显示,紫根水葫芦对溶解氧最高改善率达到了51.5%,对总氮、总磷、CODMn、蓝藻的去除率最高分别达到了71.5%、63.2%、60.4%、97.6%。结果表明,紫根水葫芦在南方地区,工程应用情况下,水质净化效果明显,对水环境生态系统起到良好的恢复作用。     

不同污染负荷下浮水植物对水体营养盐的去除及生理响应

为了阐明在不同污染负荷下,水生植物对水体氮、磷、钾等营养盐的削减效果及不同营养水平下的生理响应,选用水质净化力强的漂浮植物水浮莲和水葫芦,探讨其对污水处理厂一级A达标排放尾水中氮、磷、钾的去除效果及此过程中水生植物的生理生态学变化.结果表明,尾水经过总长80m的水浮莲和水葫芦组合配置的净化塘后,水体TN、TP、TK分别由初始的11.97,1.69,8.10mg/L削减至5.23,1.10,4.73mg/L.随着水体营养盐浓度的逐渐降低,水浮莲和水葫芦根冠比均有显著增加,水浮莲茎叶叶绿素a含量明显降低,叶片微黄,而水葫芦叶绿素a含量变化不大.2种漂浮植物根系中与氮、磷、钾等营养盐相关的硝酸还原酶(NR)、Na~+-K~+ATP酶、H~+-K~+ATP酶均与水体氮、磷、钾浓度负相关,当环境中浓度营养盐浓度较低时,水生植物可通过提高根系中相关酶活性,满足自己对营养的高效吸收与利用.而水浮莲根系的碱性磷酸酶(AKP)活力与水体氮、磷、钾浓度呈正相关.其中水葫芦根系的Na~+-K~+ATP酶和H~+-K~+ATP酶相比于初始值分别提高了88.92%和103.20%.     

蓝藻水华聚集对水葫芦生理生态的影响

蓝藻水华聚集后常会引起水体溶氧(DO)下降、水体环境恶化,从而对水生植物的生长产生影响.采用模拟实验,研究了在不超过25℃、5种不同浓度蓝藻聚集后,对水葫芦生长的影响及其生理响应变化,以期为减轻蓝藻聚集对植物不良影响和提高水体净化效果提供理论依据.结果表明,蓝藻聚集浓度低于60 g·L-1的处理中,随着蓝藻浓度的增加,水体的DO、p H下降,ORP值降低到100 m V左右,TN降低了58%~78%、TP降低了43%~68%、COD降低了59%~73%,植物叶片可溶性蛋白、可溶性糖、MDA含量增加;并且蓝藻浓度越高,MDA含量越高.在不同蓝藻浓度处理中,在低于60 g·L-1的蓝藻聚集下,水葫芦仍可以生长;超过60 g·L-1的处理中,DO、ORP大幅度降低,水体出现缺氧乃至厌氧状态,植物叶片中可溶性糖的含量随着实验的进行表现为先增加、后减小的变化趋势,表明随着蓝藻浓度的增加,水葫芦对水体中氮磷的吸收能力降低,蓝藻聚集将对其产生不可逆的胁迫.各处理中植物的根长、总长、鲜重与实验刚开始相比,都呈现增加的趋势,根长增加0.29~2.44倍,总长增加0.41~0.76倍,鲜重增加0.9~1.43倍,并且随蓝藻浓度的增加,根长、总长增加的幅度减小.因此在利用漂浮植物水体净化中,将避免蓝藻的严重聚集,从而更好地发挥其水体净化功能.     

两种水生植物对滇池草海富营养化水体水质的影响

通过模拟实验,比较了2种典型水生植物水葫芦和轮叶黑藻对滇池草海富营养化水体水质的影响.结果表明,在实验过程中,水葫芦同化吸收的氮、磷量分别比轮叶黑藻所同化吸收的量高109%和17%.在水生植物采收前,水葫芦处理组水体DO和pH值显著性低于对照组,电导率(EC)和氧化还原电位(Eh)显著性高于对照组,与轮叶黑藻处理组结果相反.水葫芦和轮叶黑藻处理组水体TN和TP浓度均显著低于对照组;相同初始种养量的情况下,试验初期轮叶黑藻处理组水体TN、TP及Chl-a浓度显著性低于水葫芦处理组,与试验后期结果相反.当水生植物采收后约50 d,水葫芦处理组水体TN、TP浓度均维持在采收前的低水平;轮叶黑藻处理组TN和TP浓度也维持在采收前水平,而Chl-a浓度较采收前有所上升.     

水葫芦修复富营养化湖泊水体区域内外底栖动物群落特征

于2010年8~10月对滇池白山湾人工控制性种养的约70hm2的水葫芦区、近水葫芦区和远水葫芦区采样分析,探讨了水葫芦种养工程区域内外底栖动物群落结构特征.结果表明,在水葫芦区、近水葫芦区及远水葫芦区,底栖动物总密度分别为294.5,159,261ind/m2,其中寡毛类的霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)为绝对优势种,分别占各自区域总密度的68.3%,59.6%和86.0%.逐步回归分析显示,水体总磷(TP)和底泥非稳定态磷(Labile-P)与霍甫水丝蚓密度呈显著性正相关(P < 0.01),表明霍甫水丝蚓对水体的富营养状况有很好的指示作用.水葫芦区物种组成及生物多样性指数均高于近水葫芦区和远水葫芦区(P < 0.05),在水葫芦区、近水葫芦区和远水葫芦区分别共采集到底栖动物14种、10种和6种;Shannon-Wiener多样性指数分别为1.10,0.57和0.54.种植水葫芦后,在水葫芦区及近水葫芦区,10月份的Margalef、Shannon-Wiener、Simpson和Peilou指数较8月份和9月份有显著性增加(P < 0.05),而远水葫芦区,却未出现类似的结果.一定面积控制性种养水葫芦对大型富营养化湖湾水体无脊椎底栖动物群落结构未表现出不利影响.     

表面流人工湿地中水生植被的净化效应与组合系统净化效果

以无植物空白系统为对照,通过批量盆栽试验探讨了表面流人工湿地中不同类型水生植被(苦草(沉水植物)、水葫芦(浮水植物)、芦苇(挺水植物))的引人对富营养化水体不同污染物净化效果的影响;根据不同污染物去除的阶段性特征设计了分段式表面流人工湿地(好氧塘-水葫芦湿地一苦草湿地),并通过示范工程探讨了富营养河流的原位净化效果.研究表明,批量盆栽试验中,与无植物空白系统相比,芦苇的引入显著增加了表面流人工湿地的蒸发蒸腾量(为无植物空白系统的1.5倍),而水葫芦和苦草的引入则显著降低了表面流人工湿地的蒸发蒸腾量(分别为无植物空白系统的80%和30%);3种水生植物的引入均显著促进了CODcr、TN、NH 4-N的去除(与无植物空白系统相比),其中水葫芦系统具有最好的CODcr和TN去除效果(起始CODcr和TN水平分别为35.8 mg·L-1和6.86 mg˙L-1时,去除率分别为58.91%、76.67%),而苦草的引入则显著地促进了水体中氧化态氮的形成与积累.分段式表面流人工湿地的原位净化研究表明,水力负荷为6.2cm.d-1时,分段式表面流人工湿地对CODcr的净化效果较好,水力负荷过高会影响分段式表面流人工湿地的净化效果.     

基于分位数回归的洱海藻类对氮、磷及水温的响应特征

基于云南洱海长时间尺度水质观测数据,运用分位数回归方法分析浮游藻类叶绿素a(Chl-a)对氮(N)、磷(P)、水温的定量响应关系.结果表明过去20余年洱海藻类生物量受水温、N、P共同影响,随着洱海富营养化程度的加剧,水温对藻类生物量的相对重要度在持续下降,斜率平均值从2.70下降至0.44.而营养物对藻类的促进效应明显在提升,尤其是TP对藻类的相对重要度持续在攀升,斜率平均值从-0.3增长至0.8.TN对藻类生物量整体表现为较稳定的正效应,但近些年(2008~2013年)TN对藻类正效应达到最低.2002之后,P已逐渐取代N成为最重要的营养物限制因子.在季节方面,春季和秋季以水温和N的共同限制为主导,但春季当Chl-a8 mg·m-3时,N和水温对藻类的正效应逐渐被P取代.夏季完全以N、P共同限制效应占主导,当Chl-a3 mg·m-3时,TP的正效应逐渐超过TN,冬季则以P和水温的共同限制效应为主导.在气候变暖的大背景下,洱海富营养化控制应以"控P"为主和N、P协同削减的策略.当前富营养化控制过程中,应着重监控春、秋两季温度短期快速上升可能引发的全湖藻华风险.     

三峡蓄水期间汉丰湖消落区营养状态时间变化

为探明三峡蓄水后汉丰湖消落区水质营养状态的变化特征,于2013年10月至2014年2月对水质进行连续观察,测定了水质物理参数、营养盐与叶绿素(Chl-a)的质量浓度.结果表明,水体中营养盐与Chl-a质量浓度的增加,在淹水后营养程度有升高现象,2014年2月与2013年10月相比,TN、TP、高锰酸盐指数与Chl-a质量浓度分别增加了4.7、1.0、0.2、3.27倍,TN、TP质量浓度均超过藻类生长限值,随滞留时间延长易造成水体富营养化,应引起重视.Chl-a单因子评价反映出水质由贫营养向富营养演变.TN/TP结果表明,TN、TP分别在不同时间内制约着藻类的生长;2013年10~12月与2014年2月,藻类生长受TN限制;2014年1月,藻类生长受TP限制.Chl-a与p H、DO、NH+4-N、NO-3-N、TN、高锰酸盐指数及TP呈显著正相关,而与SD、水温呈显著负相关;蓄水期间,水质受到了同一污染源的影响.因子分析结果表明,汉丰湖消落区水质主要受p H、DO、NO-3-N、TN的影响,同时Chl-a、TP、NH+4-N与好氧性有机物的污染不可忽视;在蓄水稳定初期水体具有自净能力,随蓄水滞留时间的延长,水质污染程度整体上呈现逐步恶化的趋势,应加以控制;三峡蓄水期间,南河、东河营养程度相对较高,应加强治理.     

三峡水库支流大宁河冬、春季水华调查研究

以三峡水库主要支流--大宁河冬、春季2次不同类型水华的调查数据为依据,分析并比较了不同水华期间水质的变化、营养盐的构成及水华的特征.结果表明,大宁河冬季水华以唐家湾为中心,叶绿素a(Chl-a)含量较高[(Chl-a)_(max)/(Chl-a)_(min)=260];随着藻类的生长总氮(TN)、总磷(TP)和高锰酸盐指数出现富集而含量升高,溶解氧(DO)和pH却出现低值;水华高峰期水体藻类较少,共发现2门4种,水华优势种为铜绿微囊藻和水华微囊藻,藻密度高达3.15×10~7个/L,相关加权综合营养状态指数为80,属于重度富营养化水体.而春季水华属于自回水段以下整体性暴发,Chl-a含量也较高[(Chl-a)_(max)/(Chl-a)_(min)=140];TN、TP和高锰酸盐指数均是随着水华的发生逐渐升高;水华高峰期藻类种群丰富,共发现5门44种,各断面水华优势种和藻密度均不同,相关加权综合营养状态指数显示东坪坝和白水河为轻度富营养化水体.相关性分析表明,冬季水华期间Chl-a与TN、TP、高锰酸盐指数、水温呈显著正相关,与DO、透明度(SD)呈显著负相关;春季水华Chl-a与TP、高锰酸盐指数、DO、pH呈显著正相关,与SD呈显著负相关.冬季水华pH与SD呈显著正相关,与TN、TP、高锰酸盐指数呈显著负相关;而春季水华pH与Chl-a、TP、高锰酸盐指数、DO、气温呈显著正相关,与SD呈显著负相关.     

基于太湖微囊藻毒素的叶绿素a阈值研究

以探讨叶绿素a(Chl-a)阈值为主要目的于2013年6~10月间每月在太湖采样,通过固相萃取超高效液相色谱串联质谱法对水体中3种微囊藻毒素(MC-LR、MC-RR、MC-YR)进行检测.利用SPSS软件分析各种形态的微囊藻毒素(MCs)与总氮(TN)、总磷(TP)、Chl-a、高锰酸盐指数等富营养指标的相关性,分析了MC-LR、MCs与Chl-a的关系.结果表明,太湖MCs污染较严重,其浓度的空间分布特征为:梅梁湾>贡湖、西部沿岸区>湖心区>胥湖区、南部湖区,并以MC-LR浓度最高;相关性分析表明MC-LR、MC-RR、MC-YR及MCs均与高锰酸盐指数、TN、TP、Chl-a呈极显著正相关(P<0.01).结合饮用水中MC-LR和MCs的标准限值分析得出,太湖Chl-a的阈值是12.26 mg·m-3,与美国北卡罗莱纳州湖泊的Chl-a标准值比较属于安全阈值,具有一定的科学性.     

三峡水库成库后支流库湾营养状态及营养盐输出

三峡水库成库后,对受成库影响的12条主要支流库湾营养状态及营养盐输出状况进行了初步研究.结果表明,支流库湾总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数、叶绿素a含量和透明度差异较大,透明度范围为0.10～3.5 m,TN含量范围为0.535～7.47 mg·L-1,TP含量范围为0.016～0.835 mg·L-1,高锰酸盐指数范围为1.55～5.88 mg·L-1,叶绿素a范围为1.38～23.7 mg·m-3.支流受到不同程度污染,水体中N含量丰富,部分次级河流富营养化的限制因子为P.利用相关分析方法,分析了叶绿素a与营养盐之间的关系,叶绿素a与高锰酸盐指数呈显著正相关(r=0.6242,p＜0.01).利用综合营养状态指数法评价了次级河流富营养化程度,结果表明,5月和6月份分别有5条和8条支流达到富营养化水平,其余河流为中营养.三峡水库蓄水后,支流库湾的富营养化程度较成库前严重.12条次级河流排放TN、TP、高锰酸盐指数和NH4 -N分别为668、26.7、890和99.2 g·s-1.三峡水库完工后,因支流库湾区水体流速进一步减缓,富营养化趋势将加重.     

Temporal and spatial changes in nutrients and chlorophyll-a in a shallow lake, Lake Chaohu, China: An 11-year investigation

Temporal and spatial changes of total nitrogen (TN), total phosphorus (TP) and chlorophyll-a (Chl-a) in a shallow lake, Lake Chaohu, China, were investigated using monthly monitoring data from 2001 through 2011. The results showed that the annual mean concentration ranges of TN, TP, and Chl-a were 0.08-14.60 mg/L, 0.02-1.08 mg/L, and 0.10-465.90 μg/L, respectively. Our data showed that Lake Chaohu was highly eutrophic and that water quality showed no substantial improvement during 2001 through 2011. The mean concentrations of TP, TN and Chl-a in the western lake were significantly higher than in the eastern lake, which indicates a spatial distribution of the three water parameters. The annual mean ratio of TN:TP by weight ranged from 10 to 20, indicating that phosphorus was the limiting nutrient in this lake. A similar seasonality variation for TP and Chl-a was observed. Riverine TP and NH₄⁺ loading from eight major tributaries were in the range of 1.56×10⁴-5.47×10⁴ and 0.19×10⁴-0.51×10⁴ tons/yr over 2002-2011, respectively, and exceeded the water environmental capability of the two nutrients in the lake by a factor of 3-6. Thus reduction of nutrient loading in the sub-watershed and tributaries would be essential for the restoration of Lake Chaohu.     

大水面放养凤眼莲对底栖动物群落结构及其生物量的影响

为研究在太湖竺山湖进行200 hm2的水面放养凤眼莲后对底栖生态环境的影响,进行了连续3个月的底栖生物调查.结果表明,软体动物(主要是铜锈环棱螺)的平均密度从远离到种养区内分别为276.67、371.11和440.00 ind/m2,生物量从远离到种养区内分别为373.15、486.57和672.54 g/m2;表现为种养区内要高于种养区外围;种养区内寡毛类(主要是霍甫水丝蚓)和摇蚊幼虫类的密度和生物量的变化表现为种养区内远种养区近种养区.在8～9月间3种底栖动物优势种的密度和生物量都表现为快速增加、但在10月为快速下降的趋势.出现这种情况可能是在9～10月大量蓝藻开始死亡,蓝藻在死亡分解过程中消耗大量溶解氧,并释放出大量的N、P营养盐,提高水体富营养化程度,导致底栖动物死亡.利用Shannon-Weaver和Simpson指数来评价底栖环境,表明水体处于中-重度污染状态.因此,短期内(6个月左右的放养时间)的大水面、高密度的凤眼莲的种植模式尚未表现出对底栖生境及底栖生物的较大影响.     

阿什河流域10种水生植物对水质氮磷的净化能力比较

阿什河是松花江重要的一级支流,水环境污染问题最为突出.针对阿什河流域氮磷污染严重、水质恶化、生物多样性低等问题,选取千屈菜（Lythrum salicaria）、菖蒲（Acorus calamus）、泽泻（Alisma plantago-aquatica）、慈姑（Sagittaria trifolia）、芦苇（Phragmites australis）、菰（Zizania latifolia）、显脉苔草（Carex kirganica）、水葱（Scirpus validus）、狭叶香蒲（Typha angustifolia）、香蒲（Typha orientalis）10种阿什河流域常见植物作为研究对象,在室内静水条件下对其氮磷富集和水质净化的能力进行比较研究.结果表明:①不同植物净增生物量之间具有显著差异（P < 0.05）,生物量的变化范围为492.71~939.19 g/m2,其中净增生物量最高的泽泻是最低的慈姑的1.91倍.②不同植物的植株茎叶部和根部的氮、磷含量也具有一定的差异,茎叶部TN含量（以质量分数计）为3.46~19.55 mg/g,TP含量为1.34~4.77 mg/g;根部TN含量为3.88~13.59 mg/g,TP含量为1.16~7.59 mg/g;TN、TP在茎叶部的富集能力均大于根部,有效刈割是彻底去除污染物的有效手段.③在水体中TN、TP浓度（以质量浓度计）为2.08~3.03、0.56~0.77 mg/L时,不同植物对水质的净化能力也存在一定的差异,不同植物对TN、TP的去除率为64.96%~86.03%、64.64%~85.12%.④不同植物TN、TP富集贡献率范围分别为50.24%~80.71%、54.85%~93.44%.研究显示,植物净增生物量湿质量、干质量均与TP富集率相关性较高,可以作为植物筛选的一个重要的参考因素;水葱、芦苇、菰和千屈菜可作为阿什河流域生态修复的备选植物.      

绿潮硬毛藻分解对天鹅湖水体氮磷水平的影响

为了解绿潮硬毛藻衰亡分解对上覆水体营养水平的影响,以荣成天鹅湖不同湖区的沉积物和暴发的硬毛藻为试材,通过室内模拟研究了藻类分解过程中水体氮磷水平及理化性质的变化,并评价了不同湖区沉积物中氮磷的释放潜力.结果表明:硬毛藻衰亡分解使上覆水体中ρ(TN)和ρ(NH₄+-N)均明显上升,并且前期(0~16 d)上升较快,ρ(TN)和ρ(NH₄+-N)最高分别可达12.40和7.98 mg/L;水体中ρ(TP)和ρ(SRP)表现为前期变化不大,19 d后大幅增加,含量变幅分别为0.02~1.14和0.01~0.40 mg/L.在试验中后期(约16 d后),不同湖区沉积物处理的水体中ρ(TN)、ρ(NH₄+-N)、ρ(TP)、ρ(SRP)均表现为有沉积物含藻处理>无沉积物含藻处理>有沉积物无藻处理.在藻分解的条件下,不同湖区沉积物的氮磷释放能力存在很大差异,氮释放量的顺序为湖中心>西北部>南部,而磷表现为西北部>湖中心>南部.在硬毛藻绿潮的衰亡阶段,由于初期藻体营养盐的直接释放和后期促进沉积物内源释放的间接影响,水体中ρ(TN)和ρ(TP)均明显增加,进而加重了天鹅湖水体的富营养化水平.      

水源水库沉积物中营养元素分布特征与污染评价

为了揭示水源水库沉积物中的营养元素分布对水体富营养化的影响,以周村水库为研究对象,采用现场取样及实验室分析方法,探究了沉积物中营养元素的分布特征,并对TOC与TN、TP的相关性进行了分析,同时参考沉积物质量评价指南并采用综合污染指数对沉积物的污染状况进行了评价.结果表明,周村水库研究区域沉积物TOC含量均随深度增加而下降,而沉积物中氮负荷有增加的趋势,磷则表现出表层富集现象,表明周村水库沉积物营养盐负荷在加重;TOC与TN、TP存在较好的相关性,相关系数分别为r=0.68(P0.01)、r=0.89(P0.01),TOC/TN值表明,纤维束植物碎屑是水库沉积物有机质的主要来源;综合污染指数评价结果表明,3个采样点表层沉积物均达到重度污染程度,表层沉积物中TN、TP含量分别为3 273~4 870 mg·kg~(-1)、653~2 969 mg·kg~(-1),TOC含量为45.65~83.00mg·g~(-1),均超过沉积物质量评价指南规定的引发最低级别生态毒性效应的标准值,周村水库沉积物存在较大安全风险,水体面临富营养化威胁.