白洋淀水生植物腐解水质效应与元素去向动态平衡

采用室内模拟的方法研究了白洋淀典型沉水植物菹草、挺水植物芦苇腐解过程的水质效应,并定量探究了两种植物腐解过程中碳、氮、磷元素在植物残体、水体和沉积碎屑等不同要素中的动态迁移转化规律,旨在为水环境模拟中主导水质过程确定提供基础.结果显示,菹草、芦苇腐解过程中C、N、P元素释放速率表现为P＞C＞N,腐解可引起水体C、N、P等指标呈先升高后降低并最终稳定的变化趋势.菹草腐解速率为0.082 d^-1,分别在第16、16、8 d对水体C、N、P指标影响达到最大,此时菹草体内40.6%的C、31.8%的N和71.5%的P以溶解态和悬浮碎屑态转移到水体中,导致水体水质劣于地表Ⅴ类标准.菹草44 d的腐解量占总生物量的72.1%;留存在水体中的C、N、P比例分别由最高的33.7%、32.8%和66.8%减小为11.1%、7.2%和8.0% ;以气体形式离开水体的C占29.8%、N占16.3%,转变为沉积碎屑的C、N、P占比分别为38.5%、52.7%、76.2%.芦苇腐解的整个过程中,水体中溶解态C占比一直处于1.9%~4.2%的较低状态,溶解态N、P占比最高分别为16.8%和10.0%. 芦苇腐解90 d时,腐解量占初始生物质量的18.1%,此时留存在水体中的C、N、P占比不足3%,植物残体C、N、P占比分别为62.8%、73.6%和33.3%.腐解过程中的元素去向动态平衡计算说明,沉水植物菹草腐解对白洋淀水质影响时间相对集中,主要影响途径为植物残体腐解,C、N、P以可溶态和悬浮碎屑态直接进入水体;挺水植物芦苇腐解速度较慢且相对均一,对白洋淀水质尤其是DOC影响持续时间长、累积效应大, 通过植物残体腐解和沉积碎屑释放2种途径共同影响水质.     

洪湖三种水生植物的分解速率及氮、磷动态

用分解袋法,对生长于洪湖的菰(茎、叶)、莲(叶、叶柄)、微齿眼子菜(整株)进行480d原位分解研究.结果表明,莲叶和菰叶分解最快,其干重损失率分别为96.5%和96.6%;微齿眼子菜和莲叶柄分解最慢,其干重损失率分别为66.8%和71.6%.到实验结束时,菰茎和莲叶柄中的N浓度分别增加了1倍和2倍,P浓度均增加了1倍;莲叶和微齿眼子菜中的N、P含量均降低.5种分解材料分别释放其初始N、P总量的22.6%～98.0%和43.5%～97.4%.分解速率和N、P变化取决于分解材料的烧失重与总氮比值.     

九段沙上沙海三棱藨草湿地植物与土壤间营养元素含量的灰色关联分析

利用灰色关联分析方法对九段沙上沙海三棱藨草中营养元素含量与不同深度土壤相应元素含量的关联度进行分析,旨在了解海三棱藨草生长过程对不同深度土壤营养元素的吸收程度.结果显示,海三棱藨草生长过程中与深层土壤中N,P,K元素含量关联最密切,关联度顺序是40～60 cm＞15～40 cm＞0～15 cm.与土壤营养元素含量的关联序为N＞K＞P,生长过程吸收的N元素最多,其次是K元素,吸收的P元素最少.不同生长阶段对营养元素的需求程度不同,生长初期与N元素含量关联最密切,旺盛生长期与N,P,K元素含量关联均密切,生长末期与N元素含量的关联程度减小,与P,K元素含量的关联程度增加.     

九段沙上沙海三棱草湿地植物与土壤间营养元素含量的灰色关联分析

利用灰色关联分析方法对九段沙上沙海三棱草中营养元素含量与不同深度土壤相应元素含量的关联度进行分析,旨在了解海三棱草生长过程对不同深度土壤营养元素的吸收程度.结果显示,海三棱草生长过程中与深层土壤中N,P,K元素含量关联最密切,关联度顺序是40～60 cm＞15～40 cm＞0～15 cm.与土壤营养元素含量的关联度顺序为N＞K＞P,生长过程吸收的N元素最多,其次是K元素,吸收的P元素最少.不同生长阶段对营养元素的需求程度不同,生长初期与N元素含量关联最密切,旺盛生长期与N,P,K元素含量关联均密切,生长末期与N元素含量的关联程度减小,与P,K元素含量的关联程度增加.      

百花湖消落带常见植物氮磷钾营养元素含量分布特征研究

于2011年9月在百花湖消落区进行随机采集,选取常见的30种百花湖消落带植物,如狗牙根(Cynodon dactylon)、牛鞭草(Hemarthria altissima)、白花三叶草(Trifolium repens)、喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)、鬼针草(Bidens pilosa)、菖蒲(Acuros calamu Linn)等为研究对象,对其根、茎、叶中氮磷钾营养元素的分布进行比较研究.结果表明:大多数植物根、茎、叶中N、P、K含量表现出一致性,即K＞N＞P,并且N、P、K相互之间呈现出显著的正相关关系,这与该地区土壤中N、P、K的含量有着显著的关系.在同一植物不同器官中N、P、K的含量也表现出一致性,即叶＞茎＞根,并且根、茎、叶中的含量相互之间也呈现出现显著的正相关关系.消落区植物总体根、茎、叶的营养状况分别为低、中、高,并且地上部分的营养元素占整株植物总营养元素的平均值为80％以上.因此,收割地上部分的茎和叶,即可达到对土壤中N、P较好的处理效果.禾本科、蓼科及菊科植物中营养元素含量较低,又具有一定的耐水淹性,适宜在消落区水淹时间较长且土壤中N、P营养元素含量较低的这种特殊环境下生长.该研究揭示了百花湖消落区常见植物的营养状况,以及有助于筛选出适合消落区生长的植物,对控制水体富营养化和研究消落区生态系统的完整性有着重要的意义.     

菹草残体厌氧分解过程中上覆水的硫酸盐还原特征

在富营养化淡水湖泊中,微生物对水生植物的厌氧分解会导致局部水域泛黑发臭,产生草源性"湖泛"现象,但是当前对上覆水中硫酸盐还原细菌(SRB)在水生植物残体分解中的作用还不甚了解.本研究通过室内模拟实验,分别向湖水(本底硫酸根浓度为40 mg·L~(-1))中添加不同浓度的硫酸根,研究了硫酸根浓度升高对上覆水中SRB参与水生植物菹草(P.crispus)残体分解的影响.结果表明,硫酸根浓度升高显著促进了上覆水中硫酸盐还原作用,实验第50 d时,添加了40 mg·L~(-1)硫酸根实验组(40S)中可溶性硫化物(∑H_2S)为(100.11±5.08) mg·L~(-1),远高于未添加硫酸根对照组(CK)的(46.83±3.79) mg·L~(-1).硫还原细菌如脱硫化弧菌属(Desulfovibrio)、脱硫肠状菌属(Desulfotomaculum)和脱硫微菌属(Desulfomicrobium)在40S中的相对丰度显著高于CK(p0.05),而脱硫化孢弯菌属(Desulfosporosinus)则在CK中的相对丰度更高,这说明硫酸根浓度升高促进了菹草残体厌氧分解过程中某些特定种属SRB的生长繁殖.此外,硫酸根浓度升高也影响了菹草厌氧分解过程中有色溶解有机物(CDOM)组分含量的变化,类腐殖质组分在第63 d的荧光强度显著高于第10 d(p0.05),这说明硫酸根浓度升高促进了菹草厌氧分解过程中类腐殖质的产生.本研究对于进一步认识淡水水体中硫酸盐还原的环境效应及生物学机制具有重要意义,也为富营养化水体生态系统修复提供理论依据.     

菹草对湖泊水质及浮游植物群落结构的影响

沉水植物的季节性死亡分解会引起水体环境的巨大改变,如大量释放有机碳和氮磷等植物营养素,进而可能引起浮游植物群落结构的显著变化.本文以菹草为例,调查了我国江淮中下游平原14个浅水湖泊中该物种春季生长期和夏季衰亡期水环境物理化学指标和浮游植物相关参数,并量化了菹草衰亡对水质和浮游植物群落结构的影响.结果表明,在春季,菹草的生长显著抑制了沉积物的悬浮,提高了水体的透明度,同时菹草在生长过程中,吸收了水体中的营养元素并将其储存在植株体内或输送到沉积物中,菹草的光合作用还显著提高了水体的溶解氧和pH.然而,夏季菹草的衰亡使得湖水变得十分浑浊,水体有机质含量显著上升.此外,本研究还发现夏季有草区与无草区浮游植物组成和蓝藻生物量差异显著,对应的蓝藻占总藻生物量的比值分别为18.96%和34.05%.菹草衰亡区的蓝藻表现出更大生物量的原因如下:一是植株体的分解为蓝藻提供了充足的有机质和氮磷物质,为蓝藻的增殖提供了营养来源;二是夏季菹草衰亡导致水体浊度增加,使得蓝藻在竞争中占据了更好生态位,使其具备更大的氮、磷营养盐利用效率.     

根生沉水植物菹草(Potamogeton crispus)对滇池水体的净化作用

研究了根生沉水植物菹草对富营养和重金属等污染的滇池水体和底泥的净化作用。结果表明,菹草对水体和底泥中的P、N、Pb、Zn、Cu、As有较大的吸收、富集量,单位生物量的菹草对N、Cu的富集量>水葫芦>茭草>芦苇,P、Zn则>茭草>芦苇;对底泥中N、P、Cu、Pb的吸收系数>水葫芦,尤以N、P为最显;研究还表明,植物对水体和底泥中污染物的富集量和净化效率与生物量大小有关,当菹草保持其群体覆盖率为50%时,生物量最大,净化效率也最大。     

杭州湾潮滩湿地植物不同分解过程及其磷素动态

湿地植物枯死物分解影响湿地营养物质循环.为分析杭州湾潮滩植物枯死物分解过程和磷素动态,开展了3种优势植物芦苇(Phragmites australis)、互花米草(Spartina alterniflora)和海三棱藨草(Scirpus mariqueter)立枯阶段的观测和分解袋法模拟实验.结果表明,观测期间立枯干物质量逐渐降低,180 d后逐步凋落至地面;立枯磷含量则波动下降.植物分解具有明显的阶段性,初期(0~15 d)损失最快,然后降低.地下根系分解速率表现为:海三棱藨草>芦苇>互花米草,地上部分则相反.分解95%所需时间在1.2~8.3 a之间.植物磷含量先下降后上升,绝对含量则表现为净释放.分析表明,植物分解速率与C/N比没有显著的相关关系,而受C/P比的影响较大.环境因子中的大气温度对分解也有影响.立枯阶段和分解袋法模拟下植物所处的环境不同是影响两者分解过程差异的主要原因.     

巢湖沉积物有效态磷与硫的DGT原位同步分析研究

沉积物有效态磷(P)与硫(S)的含量分布是影响湖泊营养元素循环和水体富营养化的重要因子.本文利用Zr O-Ag I薄膜梯度扩散技术(Zr O-Ag I DGT)原位同步获取了南淝河-巢湖沉积物中有效态P和S的高分辨分布信息.结果发现:绝大部分沉积物有效P和S自界面向下呈急剧升高趋势,并在50 mm深度内出现峰值;河道内沉积物有效P和S的含量高于湖体,且P在界面的表观释放通量明显高于湖体,表明河道沉积物是湖体P的输入源.部分采样点出现有效P与S同步变化的现象,两者具有显著相关性,证实沉积物内部P和S存在同步释放的规律.     

酞酸酯在模拟海河菹草微宇宙中的消减和分布特征

模拟海河干流水体构建了室内菹草微宇宙,同时设置了无菹草微宇宙为对照,对微宇宙中酞酸二丁酯(DBP)和酞酸二异辛酯(DEHP)的消减和分布特征进行了研究.结果表明,实验过程中,有草组水和沉积物中这2种酞酸酯(PAEs)的浓度始终低于对照组;实验结束时,这2种PAEs主要分布在沉积物中,其次是水中,并且在菹草中也有一定程度的富集,尤其是疏水性较强的DEHP;菹草(以湿重计)对水中DBP和DEHP富集系数(BCF)的平均值分别为22.4 L.kg-1和180.7 L.kg-1;计算得出整个实验过程中,有草微宇宙中DBP和DEHP的降解率分别为输入量的94.2%和60.8%,较对照组(DBP和DEHP分别为91.0%和45.5%)分别提高了4.1和15.3个百分点;有草组DBP和DEHP的残留率分别为输入量的-0.6%和30.7%,而对照组为4.7%和37.7%.可见,菹草体系不仅能够有效增强这2种PAEs的降解作用,还能减少系统残留量,降低内源污染.     

氨氮浓度及基质对附着藻类群落组成的影响

为了了解水体富营养化过程中附着藻类群落演替规律,本文设置了0.5、1.5、2.5、5、10 mg·L-15组氨氮浓度,利用显微计数法研究了5组氨氮浓度下菹草和载玻片上附着藻类群落组成.结果表明,将相同群落组成的附着藻类接种到不同氨氮浓度下进行培养,在低浓度氨氮条件下附着藻类群落以硅藻门的舟行藻、异极藻以及蓝藻门的色球藻为优势藻,在氨氮浓度较高时则以硅藻门的舟行藻和异极藻以及绿藻门的纤维藻为优势属;在相同氨氮浓度下,基质性质影响附着藻类优势种群个数,载玻片基质上附着藻类优势种群数量小于菹草上的种群数量,但当氨氮浓度较高时,基质不仅影响附着藻类优势种群个数而且还影响附着藻类优势种,载玻片上绿藻门的毛枝藻(65%)的丰度远远超过附着在菹草上毛枝藻(1%).表明氨氮浓度及基质种类影响附着藻类优势种群组成.     

溶解氧对悬浮与附着生长系统短程硝化反应的影响机制

溶解氧(DO)是控制短程硝化的重要因素,其对不同的生物处理系统有不同的影响.本文研究了DO对悬浮污泥及生物膜系统短程硝化效果的影响,并利用高通量测序技术分析了微生物群落结构变化.结果表明,对于悬浮污泥系统,当DO从0. 25 mg·L~(-1)增加到0. 50 mg·L~(-1)时,氨氧化速率(AOR)从18. 08 mg·(L·h)-1升高至30. 27 mg·(L·h)-1;当曝气继续增加,DO达到3. 00 mg·L~(-1),仅运行14 d,进水氨氮(NH_4+-N)基本全部转化为硝酸盐氮(NO_3--N),且通过降低DO来恢复短程硝化效果需77 d,恢复过程缓慢.对于生物膜系统,DO由2. 50 mg·L~(-1)上升到3. 00 mg·L~(-1)的过程中,AOR稳定在11. 50～13. 50mg·(L·h)-1,当DO为3. 00 mg·L~(-1)时,80 d的运行结果显示,出水中氨氮与亚硝酸盐氮(NO_2--N)的比值可长期稳定在1∶1. 2～1∶1. 7,基本满足ANAMMOX工艺进水要求.微生物群落结构分析结果表明,悬浮污泥系统在DO从0. 25 mg·L~(-1)增加到3. 00 mg·L~(-1)的过程中,主要氨氧化菌(AOB)菌属Nitrosomonas丰度由10. 07%增长至18. 64%.当DO为3. 00 mg·L~(-1)时,生物膜系统中Nitrosomonas菌属丰度与悬浮污泥系统相近为20. 43%,且生物膜系统富集了0. 78%的ANAMMOX菌属Candidatus_Kuenenia.综上,生物膜系统内DO的变化受曝气量影响较小,短程硝化效果受DO影响较小,短程硝化速率更稳定,更适合作为ANAMMOX脱氮工艺的前处理单元.     

高铵条件下绿狐尾藻的生理与氮磷吸收特征

为了探讨水生植物绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)在生态湿地系统对高铵态氮(NH_4~+-N)的耐受及氮(N)、磷(P)吸收能力,试验设置3个高NH_4~+水平(70、210、420 mg·L~(-1))的营养液,对绿狐尾藻培养21 d,研究高浓度NH_4~+对绿狐尾藻生理及N、P吸收特征的影响.结果表明,70 mg·L~(-1)高NH_4~+处理,绿狐尾藻生长健壮,培养21 d后,茎高和生物量分别达到40.56 cm和17.82 g·穴-1;与70 mg·L~(-1)高NH_4~+对照相比,210 mg·L~(-1)高NH_4~+处理下,绿狐尾藻丙二醛含量显著增加,但叶绿素和可溶性糖含量仍较高,说明其受到一定NH_4~+的胁迫,但不影响其正常生长,茎和生物量的生长速率与对照无显著差异.当NH_4~+水平达到420 mg·L~(-1)时,丙二醛含量增加了2倍,茎高和生物量生长速率仅为对照的27.4%和17.9%,植物受到严重胁迫,生长受阻甚至死亡.3种高NH_4~+处理下,绿狐尾藻总N和总P含量的变化范围为30.7~53.4 mg·g~(-1)和3.8~7.7mg·g~(-1),表现出对N、P超高的吸收能力.鉴于绿狐尾藻在高浓度NH_4~+-N中的高耐受性,及很强的N、P吸收能力,绿狐尾藻可作为高铵/氨废水生物处理中理想的湿地生物,将具有良好的应用前景.     

沉水植物生长期对沉积物和上覆水之间磷迁移的影响

分别在春季培养黑藻(Hydrilla verticillata)和苦草(Vallisneria natans),在冬季培养菹草(Potamogeton crispus),跟踪监测在沉水植物影响下环境因子的变化,及上覆水和沉积物各形态磷的浓度变化,以探讨沉水植物对磷在沉积物和上覆水中迁移转化的规律.结果表明,不同季节实验条件下沉水植物均能不同程度降低上覆水中各形态磷的浓度.在植物生长期上覆水磷浓度保持在相对较低的水平,黑藻、苦草和菹草组上覆水中总磷(TP)的浓度分别保持在0.03～0.05、0.04～0.12和0.02～0.11 mg.L-1.沉水植物组沉积物中各形态磷的浓度均呈现不同程度的降低,黑藻、苦草和菹草组沉积物TP的含量最大降低幅度分别为35.34、60.67和25.92 mg.kg-1.植物组上覆水溶解氧(DO)、氧化还原电位(Eh)和pH均显著提高(DO 10.0～14.0mg.L-1;Eh 185～240 mV;pH 8.0～11.0),沉积物中Eh(-140～-23 mV)也明显提高,并使得沉积中pH保持在中性范围内(7.2～8.0).沉水植物通过提高上覆水中的DO、Eh和pH及沉积物Eh的方式影响上覆水和沉积物之间磷的迁移转化.     

贾鲁河梯级河滩湿地冬季植被构建及净化效果研究

在地处黄河之滨的河南郑州建设运行梯级河滩湿地净化贾鲁河水,技术示范工程在2009年夏、秋季节取得了良好的水质净化效果,为了验证冬季沉水植物对水质净化的效果,用菹草、伊乐藻、西伯利亚鸢尾等耐低温植物组建冬季湿地植被,研究了冬季植被的发育情况和水质净化效果.结果表明,菹草和伊乐藻这两种沉水植物能够在冬季湿地中成活并发育形成...     

模拟氮沉降对太岳山油松林土壤呼吸的影响及其持续效应

以太岳山油松林为研究对象,对林地分别作3种凋落物处理:对照(C)、去凋(B)、去凋+切根(A),并设计了4个氮水平:对照(CK,0 kg·hm-2·a-1,以N计,下同)、低氮(LN,50 kg·hm-2·a-1)、中氮(MN,100 kg·hm-2·a-1)和高氮(HN,150 kg·hm-2·a-1),研究了土壤呼吸速率在施氮后的连续变化,以及与温度、湿度、微生物生物量C、N、土壤酶活性的关系.结果表明:去凋+切根、去凋、对照样方不同施氮水平下土壤呼吸速率基本都在施N后的第1 d处在最高峰,随即下降,切根+去凋、去凋处理样方的土壤呼吸速率在施氮后第3 d趋于稳定,而对照处理样方的土壤呼吸速率一直处于下降状态.施氮在一定程度上抑制了切根+去凋处理的土壤呼吸速率,而促进了去凋处理、对照处理的土壤呼吸速率,并且土壤微生物生物量C、N的变化与土壤呼吸速率变化一致,土壤呼吸速率与土壤酶活性、土壤湿度的拟合关系不显著(p0.05),而与土壤温度的拟合关系显著(p0.05).以土壤温度、土壤湿度构建的复合模型R s=aebTWc预测土壤呼吸的准确性高于单因子模型,施氮降低了每种凋落物处理指数关系模型(R s=aebT)的决定系数R2,并且施氮降低了切根+去凋、去凋处理的温度敏感性指数Q10,而对对照处理的Q10无明显影响.     

扰动强度对菹草浸泡过程中氮磷碳释放的影响

以在北京前海采集的菹草（Potamogeton crispus）为实验材料,研究了在不同扰动强度下菹草残体浸泡过程中氮磷及高锰酸盐指数（PI）的释放特征和规律.结果表明,扰动可以加快菹草中总磷（TP）和PI的释放,在240 h的高强度扰动下,水中的氨氮（NH 4^＋-N）和总氮（TN）出现了显著（ANOVA,p〈0.0...     

羟胺对氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的竞争性选择

有效抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)是实现稳定短程硝化的关键.使用运行方式为厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)的SBR反应器,探究羟胺(NH_2OH)对氨氧化菌(AOB)和NOB的竞争性选择.在混合液NH_2OH浓度分别为3 mg·L~(-1)和5 mg·L~(-1)条件下采用不同处理频率观察短程硝化的启动情况.结果表明,每2个周期投加1次混合液浓度为5mg·L~(-1)的NH_2OH时,亚硝态氮积累率(NAR)在6 d内从0.1%增长到57.4%,并保持在(62.0±4. 6)%至实验结束;通过分析第6 d的典型周期中可以看出:好氧阶段结束时,氨氮浓度由26. 05 mg·L~(-1)降至8. 06 mg·L~(-1),同时生成9.02 mg·L~(-1)的亚硝态氮和6.70 mg·L~(-1)的硝态氮;AOB最大活性(rAOB)与NOB最大活性(rNOB)的比值从第1 d的1.05增长到第9 d的4.22;通过进一步qPCR分析可以看出:实验第9 d时, AOB与NOB丰度分别下降至处理前的30. 2%和19. 1%.因此,基于NH_2OH对AOB和NOB的竞争性选择有望为城市污水短程硝化的快速启动提供可能.     

五种水生植物对水中铀的去除作用

采用水培实验,研究了浮叶植物野生水葫芦(Eichhornia crassipes)、漂浮植物浮萍(Lemna minor L)、满江红(Azolla imbircata)、沉水植物菹草(Potamogeton crispus)、挺水植物空心莲子草(Alligator Alternanthera Herb)在初始铀浓度分别为0.15、1.50和15.00 mg·L^-1水中的生长状况及它们对水中铀的去除能力.结果表明,在21 d的水培试验期内,满江红对铀表现出了最强的抗性,0.15、1.50和15.00 mg·L^-1的铀对满江红的生长抑制率分别只有4.56%、2.48%和6.79%,而满江红对水中铀的去除率分别达到了94%、97%和92%.进一步的试验表明,每1 L水中种植7.5 g满江红,可以获得最大的铀去除率,将初始铀浓度为1.25、2.50、5.00和10.00 mg·L^-1的水体降至国家排放标准(GB 23727—2009)规定值(0.05 mg·L^-1)以下分别需要17、19、23和25 d.研究结果为进一步开展铀污染水体植物修复的研究打下了基础.