初春苦草腐解过程中营养盐释放过程及规律

采用室内模拟方法研究初春温度条件下苦草在腐解过程中碳、氮和磷的释放过程,研究沉水植物衰亡过程中营养盐的释放规律.结果表明,在初春温度条件下,苦草迅速腐解,向水体释放大量碳、氮和磷.随着时间的推移,苦草向水体释放的磷大部分沉积进入底泥,而氮则是部分沉积进入底泥,部分以气体形式移出水体.苦草腐烂分解产生的厌氧条件和大量有机碳的供给促进了水体反硝化作用并加快氮素移出水体.较大的生物残留量会引起水体缺氧,同时产生大量营养盐,导致水质严重恶化,因此需要适时收割水生植物来控制水体残留生物量.     

不同水生植物的除氮效率及对生物脱氮过程的调节作用

选取漂浮植物凤眼莲(Eichhornia crassipes)和大薸(Pistia stratiotes)、浮叶植物乌菱(Trapa bicornis)和沉水植物轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)4种不同类型水生植物为供试植物,构建富营养化水体净化系统,在植物生长初期(6—7月)、快速生长期(7—8月)和缓慢生长期(9月)研究其吸收富集氮的能力、去除水体中氮的效率及对水体生物脱氮过程的影响。结果表明,4种水生植物去除水体氨氮、硝态氮、总氮的效率有所差异,凤眼莲、大薸在3个生长阶段对上覆水中各种形态氮的去除效率均较高,对氮的富集能力也较强,轮叶黑藻去除水体中氮的效率最低。快速生长期各类植物净化水体氮的速率最快,其次是生长初期。4种植物体内富集氮能力从大到小依次为凤眼莲、大薸、乌菱和轮叶黑藻,种植沉水植物的水体生物脱氮气体N2和N2O的释放通量以及气体释放总量明显高于其他类型水生植物。     

浮叶植物重建对富营养化湖泊氮磷营养水平的影响

利用太湖五里湖污染底泥，在不破坏表层沉积物形态和结构的情况下，利用大口径的采样器采集沉积物柱状样，研究浮叶植物荇菜（Limnanthemun nymphoides）在此底泥上适应性生长情况及其对水体以及沉积物中氮磷的影响。结果表明，在培养实验过程中，荇菜生长使上覆水体中的氮、磷营养水平逐渐降低，藻类的生长明显受到克制，水体透明度增加，水质逐渐改善。通过植物根系对沉积物和问隙水中营养盐的直接吸收，使表层（0～5cm）沉积物与问隙水中氮磷营养盐的水平在实验结束后有明皿下降，对于控制沉积物内源营养盐释放有重要的作用。因此，恢复以水生植物为丰的水生生态系统足重建富营养湖泊生态系统和控制湖泊内源负荷的重要措施。     

利用无人机遥感技术结合采样开展水生植物调查——以滇池大泊口水域为例

水生植物对改善水环境、维持生态系统正常功能具有不可替代的作用,恢复水生植物已成为湖泊生态修复中最重要的手段之一。准确高效地调查水生植物的组成、盖度和生物量是评价水生态系统的健康状况、开展和评价受损湖泊生态修复的基础。基于固定样点采样的水生植物调查方法(如网格法)劳动强度大,且无法准确反映水生植物的整体分布状况,而无人机遥感技术在此方面有非常大的应用前景。基于此,文章拟开发无人机遥感技术和采样调查相结合的水生植物监测方法,并应用于滇池大泊口水域。首先对无人机遥感影像进行校正和拼接,获得整个水域的遥感影像。通过影像分析,共分辨出74个相互独立的斑块,分别鉴定为挺水植物莲(Nelumbo nucifera)、香蒲(Typha orientalis)和菰(Zizania latifolia),浮叶植物莕菜(Nymphoides peltata)、野菱(Trapa incisa)和睡莲(Nymphaea spp.),以及沉水植物穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)和艾格草(Egeria densa)。根据不同斑块的类型和面积,计算出大泊口水域水生植物盖度为17.23%,其中挺水、浮叶和沉水植物的层盖度分别为3.30%、5.29%和10.05%。结合采样调查,计算出水生植物总生物量为676 t,其中挺水、浮叶和沉水植物的生物量分别为90、97、489 t。无人机遥感结合针对性的采样调查,能准确获得水生植物在整个水域的分布和生物量信息,为水生植物的调查和研究提供强有力的支持。该方法特别适合水生植被恢复的重点水域的水生植被生物量和盖度常规监测。     

不同水生植物对富营养化水体释放气体的影响

水体反硝化脱N、温室气体排放以及O2释放过程均是水体生态系统中发生的重要生化反应过程。为了明确不同类型水生植物对这些过程的影响程度,采用自主研发的原位收集水体释放气体装置,于2012年7—8月对滇池草海中自然生长的挺水植物〔菖蒲(Acorus calamus)〕、浮叶植物〔睡莲(Nymhaea tetragona)和荷花(Nelumbo nucifera)〕、漂浮植物〔凤眼莲(Eichhornia crassipes)〕、沉水植物〔狐尾藻(Myriophyllum verticillatum)和轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)〕及对照(无植物)区域内释放的N2、CH4、O2、CO2和N2O的规律进行研究。结果表明,各种水生植物生长区及对照区释放气体主要由N2、CH4和O2组成,其余成分主要是CO2和N2O。沉水植物通过光合作用明显促进了水域内O2释放过程,进而提高了水体释放气体的速率及各气体成分通量值。而睡莲、荷花和凤眼莲由于叶片覆盖水面的影响,降低了水体藻类的光合能力,造成该区域水体释放气体的速率中值低于对照区,且各气体成分释放通量值也较低。各区域释放气体中CH4浓度无显著差异(P0.05),菖蒲区释放的气体中N2浓度显著高于对照区(P0.05)。     

六六六(HCHs)在小白洋淀水生植物中的分布与富集

利用GC-ECD测定了小白洋淀6个采样点的9种浮水、挺水和沉水植物中4种六六六(hexachlorocyclohexanes,HCHs)异构体的含量,分析了其分布、组成及富集特征。结果表明:1)小白洋淀水生植物中总HCHs含量范围在ND~7.47 ng·g-1(ww),浮水植物中HCHs含量最高,挺水植物各组织含量也有明显差异,根部HCHs含量明显高于茎叶2种组织。2)4种HCHs异构体中,γ-HCH的残留水平要显著高于其他3种异构体。在沉水植物和浮水植物中,均以γ-HCH占绝对比例,相对含量达60%~99%;而在挺水植物中,δ-HCHs占有较高比例,并且主要富集在挺水植物的根部,茎中次之,叶中最少。3)小白洋淀浮水植物和沉水植物HCHs含量与水体中HCHs含量呈显著的正相关关系,而挺水植物荷花、蒲草中HCHs各组分含量与水体中HCHs的相关关系不显著。4)水生植物对水中HCHs的富集系数BCF在8.7~661.2范围;浮水植物的BCF最高,沉水植物次之,挺水植物的茎对水体中HCHs的BCF最低。     

人工景观生态湖滨净化带植物的遴选

对水生植物处理生活污水的效果等展开了一些初步的研究。利用盆栽试验,比较了香蒲、美人蕉等8种水生植物的净化效果,所选的8种植物对污水均有不同程度的去除效果。挺水植物对污水的净化效果和耐污能力均优于沉水植物。利用水生植物处理生活污水,5 d的停留时间可以使污水达到较好的去除效果。挺水植物中美人蕉和水竹对污水的净化效果比香蒲和灯心草更好;沉水植物中伊乐藻的净化效果最好。植物对污水的净化效率有明显的季节差异,冬季污水净化效率低于夏秋两季,沉水植物在不同季节脱氮除磷效果有显著的差异。     

生长不同根冠比沉水植物的实验水体对磷输入的响应比较研究

沉水植物是维持浅水湖泊清水型生态系统的关键因子.沉水植物可以从水和沉积物中吸收营养盐,但具有不同根冠比的种类有明显的差异,因此对生态系统的影响可能存在差异.以根冠比不同的两种常见沉水植物——苦草(Vallisneria natans)和轮叶黑藻(简称黑藻)(Hydrilla verticillata)为研究对象,通过建立实验水体,比较不同磷负荷条件下沉水植物生物量、水和沉积物中磷含量的变化,以探讨具有不同沉水植物种群的水体对外源营养盐负荷的响应特征.结果显示:随着磷负荷增加,苦草生物量降低,而黑藻生物量上升;苦草的根冠比显著高于黑藻,且两种沉水植物的根冠比都随磷负荷增加而降低.与没有沉水植物的结果比较显示:苦草和黑藻在不同磷负荷条件下,都能显著降低水和沉积物中磷的含量;苦草对沉积物中磷含量的影响大于黑藻,而黑藻对水中磷含量的影响大于苦草.因此,在外源营养盐负荷较高时,黑藻比苦草能更有效地削减水中磷浓度,从而更有利于维持浅水湖泊清水型生态系统;但沉积物扰动较强时,苦草和黑藻对水体的影响尚需进一步研究.     

天津典型湿地芦苇种群生产力和氮磷营养结构与环境因子的关系

天津芦苇(Phragmites australis)湿地是东亚—澳大利亚候鸟迁徙必经之地,具有重要的生态功能。近几十年来,随着城市化进程的快速发展和人口的增加,天津地区水体咸化、氮污染等问题严重。调查了天津典型湿地七里海、北大港和大黄堡湿地芦苇种群地上部生物量、形态特征及氮、磷营养状况,探讨其与环境氮、磷营养和含盐量的关系,结果表明:(1)天津典型湿地芦苇种群地上部最大生物量变化范围为978~1 263 g·m-2,并未随样地间含盐量和氮含量等环境因子的变化而显著改变;(2)在最大生物量时期(8月),北大港湿地芦苇地上部氮含量和氮储量明显低于七里海和大黄堡;8月北大港湿地芦苇叶片氮磷比为12.48,氮限制植物生长;七里海和大黄堡湿地芦苇叶片氮磷比分别为14.89和15.72,氮、磷共同限制植物生长;(3)当前环境压力显著影响了芦苇地上部氮、磷营养状况。底泥含盐量增加可降低芦苇叶片氮、磷含量;随着底泥氮营养的增加,芦苇茎氮含量呈线性增加;而随着底泥磷营养的增加,芦苇叶和茎磷含量并未增加。虽然天津地表水体氮污染严重,但是氮而非磷成为芦苇生长的主要限制因子,天津芦苇湿地仍然具有吸纳环境氮污染物的潜力。     

沉水植物净化人工水源湖原水中氮磷和悬浮物的试验研究

水源湖作为城市中重要的人工饮用水水源地,其水质的维持改善至关重要。恢复和构建高等水生植物群落尤其是沉水植物是控制湖库营养盐水平、防止富营养化的重要手段。以上海市人工水源湖——金泽水库为研究对象,开展实际原水浓度下两种不同沉水植物群落净化水体中氮磷和悬浮物质的原位中试试验,研究沉水植物对水源湖体中营养物质的净化效果和影响因素,为水源湖水生植物系统构建和水质维持改善提供科学依据。结果表明,沉水植物对水体中的氮、磷营养物质和悬浮物的净化效果均明显高于对照组,且苦草(Vallisneria natans)和伊乐藻(Elodea nuttallii)组合群落的净化效果总体优于黑藻(Hydrilla verticillata)群落。沉水植物对试验水体的净化效果以PO_4~(3-)-P最高,净化率为42.3%±13.9%;其次为对SS的净化率,为28.1%±7.7%;对NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、TP的净化率分别为17.5%±5.1%、11.0%±3.9%、8.2%±3.7%和18.1%±4.1%,植物对磷营养盐的去除效果优于对氮营养盐的去除效果。在试验期间,沉水植物生长总体经历了"快-慢-衰亡"的过程,生物量(干重)峰值为1 153.3 g·m~(-2)。生物量和进水浓度对水质净化效果影响的分析表明,植物对氮磷营养盐的去除效果主要受植物生物量大小的影响,二者表现出显著的正相关关系;同时去除率还与进水氮磷浓度有一定的相关性,进水浓度高,植物对营养物质的去除率也相对较高。     

不同水生植物对滇池入湖河道污水净化效能的比较

有关水生植物净化污水的研究已有广泛报道,但现有成果多来源于静态的室内研究,所用植物多为生活型接近的物种.为了比较不同生活型植物对河道污水的原位净化效果差异,构建了由水芹菜(Oenanthe javavdnica)、马尾草(Equisetum flu-viatile)、伊乐藻(Elodea Canadensis Michx.)和狐尾藻(Myriophyllum verticillatum L.)等4种不同生活型水生植物组成的水生植物塘系统,研究塘中不同植物对滇池入湖河道污水中氮、磷等指标去除效能的差异.结果表明:4种植物都具有一定的抗水力冲击负荷能力,能适应河道污水水质和水量均不稳定的动态变化特征,并对污水中CODCr、NH3-N、NO3-N、TN和TP等指标均有去除作用;但各种植物对不同指标的去除能力有较大差异,其中浮水植物水芹菜和沉水植物狐尾藻综合净化效能较强.整个植物塘系统对CODCr的去除率最高,达到41.4%;而对NO3-N的去除率最低,只有5.7%.研究成果对滇池人湖河流及其它类似污染水体的生态治理具有示范作用.     

太湖沉水和浮叶植被及其水环境效应研究

运用GPS定位技术和常规采样方法,于2004年5月和9月对太湖沉水植物与浮叶植物的种类、群落类型、生物量及其水质状况进行了调查。结果表明:沉水植物与浮叶植物是太湖水生植被的主要类型,沉水植物群落类型主要有6个:微齿眼子菜群落;马来眼子菜群落;伊乐藻群落,穗花狐尾藻群落,金鱼藻群落,苦草群落;浮叶植物群落类型主要有3个:莕菜群落,金银莲花群落,菱群落。在春季,沉水植物占绝对优势,在夏秋季,浮叶植物则逐渐发展,尤其以莕菜生长最快。通过对有草区和无草区水质的比较,发现水生植被能显著提高水体的透明度、降低营养盐浓度和叶绿素含量,改善水质。     

淠史杭灌区渠道水生植物过度生长影响因素及防治措施

基于中国最大的灌区——淠史杭灌区渠道内水生植物过度繁殖的现象,为了探究导致渠内水生植物过度繁殖的原因,该研究于2018年4、7、9月,利用野外调查和室内分析的方法,分3次调研了总干渠和干渠内的水生植物类型及分布,测量了不同类型水生植物的生物量,分析了光照、温度、水体营养盐状态和水文情势等因素对水生植物生长的影响,在此基础上,针对性地提出了适合淠史杭灌区水生植物的去除措施。研究结果如下:淠史杭灌区渠道内主要水草分为沉水植物、挺水植物和浮水植物三类,共计16种,主要分布在离渠道岸堤20 m以内水域;4月沉水植物、挺水植物和浮水植物的生物量分别为57.60、13.00、9.00 kg·m~(-2),7月分别为60.99、27.40、16.71 kg·m~(-2),9月分别为62.21、27.50、17.50 kg·m~(-2);水生植物生物量与气温和光照呈极显著正相关(P0.01),相关系数分别为0.89和0.87;与氨氮、pH值呈显著正相关(P0.05),相关系数分别是0.76和0.62;与浊度、流速呈显著负相关(P0.05),相关系数-0.74和-0.54。对于水生植物的去除措施,12月份至次年5月份开展人工打捞除草效果最好,pH值介于5—7之间可抑制除了荇菜之外大部分水生植物的生长,疏浚除草措施可在每年冬天12至次年2月实施,疏浚厚度30 cm左右,疏浚部位为距离岸边2 m之外区域。     

巢湖东湖区入湖河流的水生植被群落结构和区系特征及其与环境因子的关系

采用野外调查方法结合典范对应分析(CCA),研究了巢湖东部湖区的入湖河道水生植被的群落结构特征和区系特征及其与环境因子的相关性.结果表明:共发现常见水生植物物种63种,隶属于28科54属,其中沉水植物4种,漂浮植物3种,浮叶植物2种,挺水植物10种,湿生植物44种.区系分析发现该区域的水生植被呈现隐域性和热带向北温带过渡的亚热带特征,植物种属主要以世界分布属和北温带分布属为主,其次是泛热带分布属,分别占总数的35.19%、31.48%和12.96%;这54属水生植物的地理分布区类型共有中国种子植物所占的15个分布区类型中的10个,而缺少5个地理分布区类型.入侵种空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)分布广泛,河道呈现一定程度的堵塞状态;沉水植物物种则趋于单一化和分布面积狭小,尤其在水体污染严重的区域(如:双桥河流域和小柘皋河下游)几近衰退.CCA分析表明巢湖东部湖区入湖河道水生植物的空间分布主要受水体理化指标影响,而非水深的影响.总之,巢湖东部湖区入湖河道水质污染加重,水生植物群落结构极不合理、地理成分复杂程度偏低且具有明显的隐域性,沿河村镇的污水处理以及保护与恢复水生植物尤其沉水植物类群迫在眉睫.     

竹银水库库底氮磷营养盐释放潜力研究

竹银水库是珠海新建的目前最大的对澳门供水水库,总库容达4500×104 m3。氮和磷是浮游植物生长繁殖的主要限制性营养元素,氮、磷的供应很大程度决定着水生生态系统的初级生产力和有机质的微生物循环,而水体氮、磷营养盐的一个重要来源就是沉积物,即底泥。以竹银水库蓄水前库内不同区域的底泥为对象,对水库内代表不同区域的10个位点底泥进行采样,通过水库蓄水模型装置,模拟无氧条件下各区域底泥在蓄水后短期内向上覆水体释放氮、磷营养盐的情况,并对释放到水体中的总氮、总磷进行2天一次的定期监测,评估该水库底泥氮、磷营养盐的释放潜力。结果表明：竹银水库库底氮、磷营养盐的释放存在空间差异,农业种植区和畜牧养殖区附近的采样点具有较大的总氮和总磷释放潜力;各采样点的总氮平均释放潜力达15 g·m-3,总磷平均释放潜力达30 mg·m-3,磷释放的风险远低于氮,磷仍将是竹银水库最主要的限制性营养元素;预计该水库在蓄水后10 d内最多可释放近1.7×105 kg的氮和1.5×103 kg左右的磷,按满库容计算,则底泥营养盐的释放使水库水体氮、磷营养盐质量浓度分别提高4.25 mg·L^-1和0.038 mg·L^-1。建议对不同区域性质的底泥采取具有针对性的处理措施：对农业种植区与牲畜养殖场区域的底泥应以清淤为主,对于其他区域可采取底泥覆盖等技术降低其营养盐释放风险。     

梯级河滩湿地模型对受污染河水氮磷和CODCr的净化效果

在贾鲁河畔构建3组并联的梯级河滩湿地模型,引种9种不同类型的湿地植物进行筛选试验,将湿地模型串联运行比较研究3种不同植物配置的梯级湿地对受污染河水的净化效果,在此基础上设定12h和24h等两组不同水力滞留时间,研究延长滞留时间对水质净化效果的影响。试验结果表明：对氮磷和有机物的去除效果挺水植物明显好于沉水植物,其中茭草（Zizania caduciflora）、荆三棱（Scirpus fluviatilis）和狭叶香蒲（Typha angustifolia）去除效果最好;沉水植物和挺水植物对氨氮的去除表现好于浮叶植物;延长水力滞留时间对改善水质净化效果明显,滞留时间由12h延长到24h后,TN、TP、氨氮和CODCr去除率分别提高10.2%、21.7%、30.2%和12.9%,对氨氮的净化效果改善最为明显;挺水植物＋沉水植物＋浮叶植物组合较单纯挺水植物组合在对氨氮和TN去除效果方面表现出较明显的优势,主要是由于不同类型湿地植物所营造的好氧、厌氧环境提高了对氨氮和TN去除效果。研究结果证明在湿地植被组建中,根据进水水质,应灵活选择植物种类,进行合理的植物配置,可提高湿地的净化效果。     

氧化还原电位及微生物对水库底泥释磷的影响

为了解上覆水环境以及生物作用对水库底泥释磷作用的影响,本研究通过选取石砭峪水库底泥作为贫营养水库底泥代表,在实验室模拟了不同物理化学条件及不同微生物条件下水库底泥静态释磷过程.实验期间调查了上覆水处溶解氧(DO)、氧化还原电位(ORP)、pH等条件的影响,定期监测了上覆水中的溶解性正磷酸盐(PO3-4)、总磷(TP)、亚铁离子(Fe2+),反应开始前与结束后测定了底泥中不同持留形态的磷组分,其中包括铁铝结合态磷(Fe/Al-P)、钙磷(Ca-P)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、总磷(TP),同时测定了反应前后底泥中碱性磷酸酶活性(APA).实验证明,ORP0 mV的强还原性条件能够促进底泥中的磷大量释放,同时伴随着大量的Fe2+进入上覆水中.底泥中释放的磷是以Fe/Al-P和IP为主,并且进入水体中的磷大部分是PO3-4,占超过水体中TP的50%以上.底泥中微生物的活动能够促进OP的分解和转化,对底泥中其他形态的磷转化为PO3-4进入水体影响不大.同时微生物也可以吸收上覆水中除PO3-4之外的磷营养进入底泥中储存起来.     

几种挺水植物对重金属锌的抗性能力及其影响因素

水生植物已被用于重金属污染水体的生态修复,但不同水生植物对重金属的抗性能力存在差异,选择对重金属抗性和吸收能力强的植物有利于提高污水生态修复效果.以4种挺水植物为材料,通过室内培养实验研究挺水植物对重金属锌的抗性能力及其影响因素,结果表明:挺水植物地上部分铁含量显著(p<0.05)低于根和根表铁氧化物胶膜上铁含量,铁主要积累在挺水植物地下部分.加入高浓度锌时,灯心草(Jancus effuses)和菖蒲(Acorus gramineus)对锌的抗性能力较强,而茭白(Zizania ceduciflora)和美人蕉(Canna indica)则较弱.挺水植物对锌的抗性能力与其根表铁氧化物胶膜含量和地上部分铁含量有关,铁氧化物胶膜可作为一个障碍层,而降低锌对植物的毒害,而植物地上铁与锌竞争植物叶中的代谢性敏感位点而降低锌对植物的毒害.灯心草对锌的抗性能力比较强与其根表铁氧化物胶膜和地上部分铁含量较高有关,灯心草可作为一种工程植物用于锌污染水体的植物修复.     

初期采煤沉陷积水区底泥及周边土壤覆水条件下营养盐释放潜能

选择淮南矿区典型采煤沉陷积水区作为研究对象,以周边农田土壤作为对比,采用静态培养柱进行了底泥营养盐的释放潜能实验,设定好氧、缺氧两种条件,通过测定在240 h内上覆水中pH、氧化还原电位(ORP)、溶解氧(DO)、NH_4~+、NO_2~-、NO_3~-、PO_4~(3-)和总有机碳(TOC)的浓度值,研究了沉陷积水区底泥及周边土壤中营养盐向上覆水的释放潜能.结果表明,在积水初期,上覆水pH、ORP、DO等对底泥中氮、磷及有机物的富集与释放起着重要的作用,底泥会释放以NH+4为主的无机氮,厌氧条件下氨化作用更强烈,而好氧、厌氧两种条件土壤培养柱中无机氮和总氮均是从上覆水向土壤富集.采煤沉陷积水区底泥向上覆水释磷,而土壤淹水后好氧、厌氧两种条件下均不释放磷.综合来看,积水初期沉陷积水区低水位(2—5 m)条件下的好氧环境有利于上覆水中的有机物、氮、磷元素向底泥富集,内源负荷潜能较低.     

三种水生植物对不同形态氮素吸收动力学研究

进行水生植物对NH4 和NO3-吸收动力学的研究.目的在于进行水体的生态修复时,可以根据不同营养状况的富营养化水体而选择相应的养分吸收效率的水生植物.该研究中比较了3种水生植物黄花水龙(Jussiaea stipulacea Ohwi)、伊乐藻(Elodea nuttallii)、凤眼莲(Eichhornia crassipes)对于铵态氮和硝态氮吸收动力学特征.结果表明:漂浮植物黄花水龙和凤眼莲具有较大的吸收速率Vmax和Km值,因此,它们更适合作为先锋植物对污染严重的富营养化水体进行前期的修复治理,待水体水质提高到一定的程度时,再利用去污能力低的沉水植物进行对修复水体水质的维持和提高,并在此基础上可逐步建立一个较为稳定的、生物多样性的生态系统.由于沉水植物伊乐藻对铵态氮和硝态氮的吸收有较低Km值和Vmaz值,因此更适合对轻度污染的富营养化水体直接应用伊乐藻来去除养分和维持水体水质.