沉水植物水槽对农村水体净化效果与机制的模拟

实验设计中试水槽装置,模拟研究2种沉水植物轮叶黑藻(Hydrilla nerticillata)和苦草(Vallisneria natans)对农村水体的净化效果,并探讨沉水植物在水体氮、磷去除中的作用.结果显示,沉水植物系统均能显著降低水体中总氮、铵态氮、硝态氮和磷酸盐浓度,去除率分别达到50.5%、84.4%、41.9%和64.6%,且轮叶黑藻组选择20 g/m2,苦草组选择40 g/m2为适种密度.水体流经各串联单元时氮、磷去除负荷存在显著差异,其中总氮、硝态氮、磷酸盐浓度在有植物单元高于无植物单元,铵态氮浓度相反,结合单元内溶解氧浓度、硝化与反硝化细菌总数表明,有植物单元可显著发生反硝化作用,无植物单元可显著发生硝化作用,有无植物串联单元更有利于氮的去除.     

抚仙湖沉水植物分布及其碳、氮和磷化学计量学特征

目前对于沉水植物碳(C)、氮(N)和磷(P)化学计量学的野外研究主要集中在中营养或富营养化水体,而对于贫营养水体中沉水植物C、N和P的积累特征研究较少.基于对贫营养湖泊抚仙湖沉水植物的调查,研究抚仙湖9种常见沉水植物C、N和P化学计量学特征及其种间和种内差异.结果表明:1)抚仙湖沉水植物主要分布在湖岸浅水区域,分布水深范围为0.5~14.0 m,平均分布水深为3.6 m;2)抚仙湖沉水植物地上部分C、N和P含量平均值分别为381.89、18.59和2.13 mg/g,N∶P比平均值为9.21,且C、N和P含量之间呈显著正相关;3)抚仙湖沉水植物地上部分C、N和P含量及C∶N比和C∶P比值种间差异大于种内差异,而N∶P比种内差异大于种间差异;4)抚仙湖沉水植物C含量和N:P比平均值要大于长江中下游一些富营养化湖泊的沉水植物,抚仙湖沉水植物的生长可能潜在地受到P的限制.     

滇池沉水植物生长过程对间隙水氮、磷时空变化的影响

2015年6-10月通过原位采集滇池沉水植物分布区和无植物对照区柱状沉积物间隙水,分析其溶解性总氮(DTN)和溶解性总磷(DTP)、溶解性无机氮(DIN)和溶解性无机磷(DIP)及溶解性有机氮(DON)和溶解性有机磷(DOP)浓度的时空变化,探讨沉水植物分布对间隙水氮、磷浓度、形态贡献及氮磷比的影响.结果表明:滇池沉水植物生长过程显著影响间隙水氮、磷浓度.与无植物对照区相比,沉水植物生长过程对间隙水氮浓度的削减主要发生在6、8月,而对间隙水磷浓度的削减主要发生在7月,反映了沉水植物对氮、磷两种元素的生物地球化学循环作用机制不同;间隙水氮形态贡献受季节性影响较大,6-7月以DON贡献为主,沉水植物分布区和无植物对照区分别达到61%和84%;而8-10月以DIN贡献为主,沉水植物分布区和无植物对照区分别为76%和75%;沉水植物分布区磷形态贡献随季节波动变化,沉水植物分布区以DOP贡献为主(63%),无植物对照区以DIP贡献为主(62%);沉水植物生长对沉积物间隙水各形态氮磷比影响显著.沉水植物生长显著增加间隙水DTN/DTP比,尤其是DIN/DIP比,相反降低DON/DOP比.沉水植物对间隙水氮、磷吸收及转化过程改变了沉积物氮、磷释放机制,从而影响上覆水氮、磷组成及氮磷比,很可能会影响到浮游植物生长及藻类水华过程,这对于湖泊水质管理具有重要意义.     

沉水植物生长对沉积物间隙水中的氮磷分布及界面释放的影响

采集未破坏沉积物结构的柱状沉积物样品,通过室内41 d的培养实验,研究了沉水植物生长过程对间隙水中NH_4~ -N和PO_4~(3-)-P的浓度的动态影响,分析了沉水植物生物量与沉积物中氮磷释放通量的对应关系．结果表明：随沉水植物生长和生物量增加,上部0-5 cm沉积物垂向各层间隙水中NH_4~ -N含量呈逐步降低,表现出沉积物-水界面氮的释放通量与沉水植物生物量存在负相关性;而间隙水PO_4~(3 )-P含量则随沉水植物生长呈单峰型变化,磷释放通量与生物量相关性不明显．初步反映沉水植物在沉积物的生长过程中对氮磷吸收的生物地球化学机制是不同的．     

不同生长型沉水植物配置对生物量积累和水质净化效果的影响

种植水生植物,尤其是沉水植物,是目前广泛应用于受损水体的最主要的生态修复方法之一.研究不同生长型沉水植物组合对水体理化因子的影响及营养物质的去除效率可为受损水生生态系统修复提供重要的科学依据.本研究以我国水体修复中常用的3种不同生长型沉水植物苦草(Vallisneria natans)、黑藻(Hydrilla vertiillata)和穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)为研究对象,采用1种生长型种植和2种生长型及3种生长型混种模式,研究不同生长型沉水植物组合及其不同生长阶段对实验系统水质指标及氮、磷等营养物质去除率的影响.结果表明,所有植物组合处理均显著提高了系统中总氮、总磷和氨氮去除率;在实验前中期总氮、总磷和氨氮去除率最高.从本实验受试物种组合来看,1种和2种生长型组合比3种生长型组合具有更高的生物量累积量和总氮去除率.Pearson相关性分析显示,实验系统中的pH、DO浓度与植物总生物量呈显著正相关,总氮、总磷、氨氮浓度均与植物总生物量呈显著负相关.建议在受损浅水水生态系统修复过程中,根据生态修复不同阶段考虑不同生活型、生长型和功能群的水生植物组合;在生态修...     

垂直流人工湿地对尾水的净化效果及最佳水力负荷

以污水厂尾水为处理对象,研究垂直流人工湿地在4种水力负荷(125、250、375和500 mm/d)条件下的周年净化效果,结果表明:秋季时系统的总氮去除率最高,冬季则显著降低;温度为10℃、溶解氧浓度为1.1 mg/L是反硝化强度显著降低的关键拐点;总磷在冬季较其他季节净化效果高;125 mm/d水力负荷下CODCr去除率显著高于其他水力负荷,冬季CODCr去除率显著降低,而其他水力负荷及季节下的去除效果没有显著差异;当湿地以高去除率为目标时,最佳水力负荷为125 mm/d;当湿地以地表水水环境质量Ⅴ类标准为目标时,最佳水力负荷为375 mm/d;当湿地以污染物去除量为目标时,最佳水力负荷为500 mm/d.综合推荐375 mm/d为最佳水力负荷.     

改良型生物稳定塘对滇池流域受污染河流净化效果

对滇池流域大清河生物稳定塘系统中的水质净化效果进行了分析,同时对各塘中的浮游藻类种类组成、细胞密度和多样性进行了调查。结果表明,当污水流经预处理塘、好氧塘、水生植物塘、养殖塘的过程中,pH、DO、叶绿素a浓度呈逐渐上升趋势,TN、TP、NH_4~+-N、BOD_5和COD浓度呈逐渐下降趋势,生物稳定塘系统对TN、TP、NH_4~+-N、BOD_5和COD的去除率分别达29.29%,48.68%,33.68%,68.14%和71.25%。叶绿素a浓度和pH(r=0.955,P0.05)、DO(r=0.992,P0.01)显著正相关,而和TN(r=-0.936,P0.05)、TP(r=-0.925,P0.05)以及NH_4~+-N(r=-0.927,P0.05)等显著负相关。在塘系统中,共出现浮游藻类53种,藻类种类数和生物多样性呈增加趋势,总细胞密度呈下降趋势;塘系统中共出现6种藻类优势种,其中绿色微囊藻和惠氏微囊藻细胞密度呈现出逐渐下降的趋势,梅尼小环藻、啮蚀隐藻、美丽网球藻和球囊藻细胞密度呈现出逐渐上升的趋势。     

富营养水体中沉水植物与浮游藻类相互竞争的研究

本文就沉水植物与浮游藻类在富营养水体中的相互竞争现象及机制作了初步研究。室内外实验结果表明,二者之间存在着复杂的相互竞争关系。在光资源竞争上,浮游藻类占有相对优势;对水中营养盐的竞争是单向的,沉水植物因可以从底泥中得到营养盐而处于优势地位;当光照和营养盐充足时沉水植物对浮游藻类有明显的生化抑制效应,这种抑制可能通过促进藻类沉降而起作用。二者的互竞争受水深、水温及水中营养盐含量的强烈影响,高水温、高营养盐含量及深水均不利于沉水植物,而助长了浮游藻类的竞争优势。沉水植物群落一旦形成较大的密度,就能对浮游藻类产生强烈的抑制,保持自己的优势地位。因此,沉水植被恢复应从水温和水位均较底的冬季开始,严格控制营养盐输入量是非常重要的。     

沉水植物苦草(Vallisneria natans)对沉积物中磷赋存形态的影响

湖泊富营养化是世界面临的重大环境问题,磷在沉积物-水界面的循环在富营养化过程中起关键作用,因此,研究沉水植物对沉积物-水界面磷循环的作用及其机理具重要的理论和实践意义.本实验通过在水泥池中(4.0 m×7.0 m×1.5 m)种植苦草(Vallisneria natans),并采用定期更换原位上覆水的方式模拟自然状态下的水体交换,研究了沉水植物苦草从定植到生长末期沉积物中不同形态磷含量的变化,以期揭示期间苦草对沉积物中磷赋存形态的影响.结果表明,本实验条件下苦草经历了两个生长阶段,在约1个月的快速生长期内能显著降低沉积物中的总磷(TP)含量,TP含量降低了78.79 mg/kg,其中有机磷(Org-P)含量降低49.99 mg/kg,对TP降低的贡献度为62.67%,而钙结合态磷(Ca-P)比对照组减少2.20%,因此,苦草可能主要通过促进Org-P的矿化向水柱和间隙水中释放磷的方式降低沉积物中TP含量,其次苦草可促进Ca-P的分解;此外,苦草为满足植株生长,所吸收的沉积物铁结合态磷(Fe-P)和铝结合态磷(Al-P)分别为2.99和4.10 mg/kg,但苦草对沉积物中闭蓄态磷(Oc-P)含量没有显著影响.在缓慢生长阶段,苦草促进有机物的沉降以及Fe-P和Oc-P的形成,Fe-P和Oc-P含量分别增加14.82和101.53 mg/kg.苦草对Al-P的形成也略有促进作用,其含量升高7.39%.研究结果表明,苦草在不同生长阶段对沉积物中磷形态的转化以及各形态磷的迁移方向具有不同的影响.在快速生长期苦草转化吸收高活性磷,将其固定到植株体内;缓慢生长阶段则促进水体中的磷转化成沉积物中难分解态的磷,对磷的沉降表现出积极促进作用.     

沉水植物驱动的水环境钙泵与水体磷循环的关系

水体磷循环是水柱和对应的沉积物中发生的各种非生物和生物的磷迁移转化过程.与此同时,沉积物中钙通过沉水植物吸收和转运,从该类植物的叶面释放至水柱中,释放的Ca2+与水柱中的CO23-一起形成碳酸钙.在这一过程中,水柱中少量溶解性磷分配在碳酸钙中形成CaCO3-P共沉淀,导致水体中可溶性磷向难溶性磷转化,这种由沉水植物驱动的水环境钙泵在水体磷循环中发挥着重要作用.研究证明,沉水植物菹草叶面上有CaCO3-P共沉淀的形成,且这种共沉淀的含磷量变化范围很宽.另一方面,新近沉积物中钙与磷的沉淀物存在一个由聚磷酸盐向磷灰石逐渐演变过程,而沉水植物叶面上的含磷共沉淀作用是否也存在由聚磷酸盐向磷灰石的变质过程,该过程在沉水植物生长期间是否发生关系到沉水植物除磷效果值得深入研究.本文从水体磷循环概述、钙在水体磷循环中的作用和沉水植物驱动的水环境钙泵假说及其在水体磷循环中的意义等方面综述了钙在水环境中的迁移对水体磷循环的贡献.     

沉积物理化性质与沉水植物鲜重、多样性指数及种的饱和度相关性

在沉水植物的生活史中,沉积物提供植物固着基质和所需的大量营养元素,对沉水植物的兴衰有长期且深远的影响.对太湖沉积物理化性质与沉水植物生物量、种的饱和度和物种多样性之间的相关关系进行研究.数据的典型相关分析表明,两组数据的第一典型相关系数为0.795,达到显著水平.最后的典型变量冗余分析显示,沉水植物指标形成的第一典型分量能解释沉积物指标变化的26.75%.但是,沉水植物指标的变化中的56.52%不能被沉积物的第一典型分量解释.沉水植物的第一典型变量对沉积物氮磷比有一定预测能力(多重相关的平方0.5258),而对含水率几乎没有预测能力(0.0280).来自沉积物的第一典型变量对沉水植物的鲜重(0.7503)、香农-威纳指数(0.4841)和种的饱和度(0.4613)都有一定预测能力.中层沉积物(5-10cm)和底层沉积物(10-15cm)理化性质与沉水植物的相关指标分析结果显示,数据之间相关性不显著.表明中下层沉积物对沉水植物影响不明显.     

种植不同植物的人工湿地深度处理城镇污水处理厂尾水的中试研究

利用种植不同植物的人工湿地对污水厂尾水进行深度处理以达到更严格的排放标准.利用5块尺寸一致的中试规模人工湿地,以潮汐流作为运行方式,研究不同植物对尾水的处理效果.经过一年的实验,结果表明：5块人工湿地出水各指标均能达到提升标准的排放要求.在不同植物的去污效果对比实验中,种植芦苇（Phragmites communis）的人工湿地对化学需氧量（COD）、氨氮和总氮（TN）的平均去除率均为最高,分别为24.01%、68.15%和92.70%;种植风车草（Cyperus alternifolius）的人工湿地对TP的平均去除率最高,为71.68%.在不同季节的去污效果对比实验中,春季芦苇湿地对COD、氨氮和TN的去除效果最好,平均去除率分别为52.51%、76.06%和92.04%,美人蕉（Canna indica）湿地对TP去除效果最好,平均去除率为66.72%;夏季对COD、氨氮、TP和TN处理效果最好的分别是种植丝带草（Phalaris arundinacea）、菖蒲（Acorus calamus）、风车草和芦苇的人工湿地,平均去除率分别为15.83%、78.11%、67.30%和91.73%;秋季对COD、氨氮、TP、TN处理效果最好的分别是种植芦苇、丝带草、风车草、美人蕉的人工湿地,平均去除率分别为12.19%、58.82%、83.16%和94.01%;冬季对COD去除效果最好的是种植丝带草的人工湿地,平均去除率为33.39%,对氨氮、TP处理效果最好的是种植美人蕉的人工湿地,平均去除率分别为76.33%和79.43%,对TN处理效果最好的是种植芦苇的人工湿地,平均去除率为94.97%.在以后的实际工程中,可以考虑用种植不同季节、不同指标对应的最佳去污植物为主,并且搭配种植其他植物的人工湿地进行污水厂尾水的深度处理.     

极端洪水导致的湖泊水位抬升和氮磷输入增加对苦草(Vallisneria natans)的复合影响

据全球气候变化模型预测,未来极端洪水事件将呈现增多和加剧态势。极端洪水对沉水植物功能性状、生长发育状况及整个生态系统均有深远的影响,研究极端洪水对沉水植物生长发育的影响对理解和预测气候变化过程中水生态系统的变化具有重要意义。本文针对极端洪水事件引起的水位急剧上升和营养负荷量增加双重效应,在实验周期90 d内设置对照(水位保持75 cm)、2种极端洪水条件(水位在第1天从75 cm快速上升至150 cm + NP输入、水位从75 cm逐步上升至150 cm + NP输入)以及水位保持75 cm + NP输入4项处理(后3项处理中营养输入总量相同),研究了极端洪水对沉水植物苦草(Vallisneria natans)生长、繁殖对策及生物量分配的影响,实验过程中还同步监测了浮游植物、附着藻类和水体营养状况(TN和TP)。在苦草的17个测定指标中,只有根生物量分配和有性繁殖分配在4个处理下无明显变化。从水位的单独作用看,相对于营养增加且水位恒定的处理,两种洪水条件(水位急剧上升和逐步上升)均降低了苦草的分株数、叶片数、间隔子数、间隔子总长、最大根长、花果数以及各器官生物量和总生物量,促进了人工基质表面附着藻类的生长。水位急剧上升时,植株对间隔子的生物量投资倾向于最小,而株高和植株对叶的生物量投资倾向于最大。从营养负荷的单独作用来看,相对于对照组,营养增加且水位恒定的处理中水体N浓度显著增加,促进浮游植物和苦草表面附着藻类的生长,但是从二者的Chl.a浓度来看,浮游植物遮光作用相对较大,抑制了苦草叶、根和间隔子的生长,但有性繁殖生物量无明显变化。从水位和营养负荷联合作用的模式来看,水位上升和营养负荷两个环境因素的联合作用会使入湖营养负荷加强水位上升对沉水植物生长的影响效应,二者的联合作用使叶、根、间隔子和有性繁殖生物量均大大降低。因此,极端洪水对沉水植物的不利影响较大,一方面水位抬升会直接影响沉水植物,另一方面会通过浮游植物间接影响沉水植物生长发育。     

三峡工程运行对鄱阳湖水位影响试验

三峡工程运行改变了长江中下游水沙情势,影响了鄱阳湖湖区水位,造成了水资源利用、水质、湿地和生态等方面的新问题.实测日水位资料分析认为:湖区水位年内变化可分为低水、涨水、顶托倒灌和退水4个阶段;顶托倒灌阶段湖区水位基本由长江干流控制,另外3个阶段湖区水位受湖口流量和长江干流的共同影响,受影响程度与水位站位置、湖口流量和长江干流相互作用强弱有关;三峡工程运行没有改变鄱阳湖水位"高水湖相、低水河相"的基本特征,但对水位造成了一定影响.开展物理模型试验探索三峡工程运行对湖区水位的影响程度,结果表明:蓄水期三峡工程运行造成湖区水位降幅较大,枯水年都昌站平均(最大)降幅为0.94 m(2.58 m),枯水年湖区水面面积减小68%;增泄期会增加湖区水位,都昌水位最大增幅约1 m,平水年湖区面积增加约32%;枯水期三峡工程运行对鄱阳湖水位基本无影响.     

改性粘土辅助沉水植物修复技术维持清水稳态的原位研究

在富营养湖泊治理实践中,修复沉水植被被认为是改善水质的长效措施,而壳聚糖改性粘土是短期快速改善水质的有效手段.本研究利用改性粘土辅助沉水植被修复,旨在探索改善水质的长效方案.2011年5-11月在太湖梅梁湾开展了四组不同处理(对照、水草、水草+粘土、粘土)围隔实验,在水草(盖度13.0%)和水草+粘土(盖度52.3%)围隔中不同程度重建了苦草群落.实验期内每3 d一次的水质监测表明,粘土处理可显著改善水质,水体总氮(TN)、总磷(TP)、正磷酸盐(PO34--P)和叶绿素a(Chl.a)含量分别比对照下降了20.7%、74.6%、31.0%和80.4%,透明度(SD)升高了90.4%;粘土辅助植被修复改善水质效果最长稳,水体TN、TP、PO34--P和Chl.a含量分别比对照下降了36.2%、64.0%、28.6%和71.1%,SD升高了76.4%;低盖度苦草群落单独处理对水质改善效果不显著.在三种处理中,粘土辅助植被修复改善底质效果最好,使间隙水的TN、TP、PO34--P、NH4+-N分别比实验前下降了15.6%、61.7%、55.8%和82.8%.本研究表明改性粘土辅助沉水植被修复可作为重富营养水体中水质改善的整合技术,但其长期生态效应仍需谨慎评估.     

武汉东湖不同营养型子湖的水生生物与水域功能

于１９９１－１９９３年研究了武汉东湖４个营养型不同的子湖中水生生物与水域功能,表明各子湖之间各类水生生物的生态特征存在明显差异,茶港湾的ＨＢＣ和ＦＣ的数量,藻类的细胞密度和初级生产量,浮游动物和底栖动物的个体密度等均居４个子湖之首,其水质已达到了超富营养水平,将该湖区的作为污水天然净化区进行管理,可望对东湖的主体湖区起到缓冲和保护作用,郭郑湖的水质状况仅次于茶港湾湖区,处于富营养阶段,该湖区多项生