模拟湿地水分变化对小叶章枯落物分解及氮动态的影响

2005年5月-2006年9月,利用三江平原典型碟形洼地的自然水分梯度作为水分变化研究的替代系统,结合分解袋法,模拟研究了湿地水分变化对典型草甸小叶章(TMC)和沼泽化草甸小叶章(MMC)枯落物分解及氮动态的可能影响.试验沿水分梯度设漂筏苔草群落(PF)、毛果苔草群落(MG)、乌拉苔草群落(WL)、沼泽化草甸小叶章群落(XII)、典型草甸小叶章群落(XI)和岛状林群落(DZL)6个分解小区.研究表明.水分条件对枯落物分解有重要影响,当未来降水格局变化导致小叶章湿地形成积水环境后,TMC和MMC枯落物的失重率分别将增加4.33%-16.76%和24.84%-53.97%.分解速率将增加10.51%-32.73%和77.85%-93.92%,95%分解时间将减少0.72-1.85 a和3.67-4.05 a;TMC和MMC枯落物的氮含量及氮积累指数的变化较为一致.但不同小区间的变化模式差异较大.二者枯落物的氮在DZL、XI、WL、MG和PF小区整体上均表现处出释放累积的交替变化特征.但仍以释放过程为主.在XII小区,氮在整个时期一直表现为释放.C/N分解过程中氮养分的调控作用更为重要;TMC和MMC枯落物的氮现存量分别为12.75 g·m-2和8.29 g·m-2.氮年归还量分别大于1.95 g·(m2·a)-1和2.25g·(m2·a)-1;温度对枯落物相对分解速率具有促进作用,水分条件对其具有抑制作用.当分解环境的养分状况不发生较大变化时,相对分解速率取决于枯落物基质质量,当养分状况发生较大改变时,相对分解速率取决于环境养分供给状况.     

三江平原典型湿地植物枯落物中汞的变异特征

在野外进行现场实验 ,研究了 2种典型湿地植物枯落物经一个生长季的分解后汞的变化 ,并探讨了其影响因素 .在实验的 3 0d后 ,2种湿地大部分层次植物枯落物汞的浓度表现为先升高 ,随后降低 ,最后又明显升高 .枯落物分解程度影响着汞浓度的变化 .前 90d枯落物质量减少快 ,且汞的浓度降低 ,枯落物中的汞以损失为主 ,后期因植物残体吸附汞的能力增强 ,汞损失减少 .汞的损失率和水中溶解性汞的浓度呈显著负相关关系 .在 2 0cm和 3 0cm深度上 ,枯落物汞的损失率与积水深度和地温都具有显著相关关系 (P <0 0 5 ) .微环境的差异尤其是积水的变化对小叶章各层汞的损失的影响大于毛果苔草     

水力停留时间对潜流湿地净化效果影响及脱氮途径解析

利用连续进水的垂直潜流人工湿地和水平潜流人工湿地,比较分析了4种水力停留时间对常规污染物去除效果的影响,在最佳水力停留时间下探究了两种湿地内部各基质层硝化、反硝化和氨氧化功能基因丰度以及硝化与反硝化作用强度;通过对两种湿地脱氮影响因素的冗余分析和方差分解分析,得出影响湿地氮去除的主要因素.结果表明,当水力停留时间为24 h时,两种湿地系统对常规污染物（COD、TP、TN和NH₄⁺-N）去除效果最佳,去除率均大于70%,此时湿地内部对NH₄⁺-N和TN的去除率以及硝化和反硝化强度皆表现出沿水流方向逐级递减的趋势;3种功能基因中,反硝化功能基因（nirS）丰度远高于硝化功能基因（nxrA）和氨氧化功能基因（AOB-amoA）.在本研究中,两种潜流人工湿地氮去除能力均受环境因素和微生物因素共同影响,其中,微生物因素对脱氮贡献率最高（55%和48%）.除此之外,TN和NH₄⁺-N的去除率均与DO、基质比表面积、COD浓度和硝化功能基因及反硝化功能基因丰度呈正比,与pH值成反比.因此,为提高两种系统氮去除效果,均可通过提高基质层溶解氧和碳源含量以及适当地降低pH值来实现,水平潜流人工湿地还可通过更换比表面积较大的基质层来显著提高系统脱氮效果.本研究为人工湿地的设计以及最佳水力停留时间的选择提供了理论基础,脱氮途径的定量化解析对深入理解人工湿地氮去除机制以及提高氮素去除率具有重要的指导意义.     

开垦利用对三江平原湿地土壤硫含量的影响

以三江平原典型类型湿地及不同开垦年限的耕地 (旱田 )为研究对象 ,对其土壤中总硫及各形态硫的含量变化进行分析 ,结果如下 :总硫、水溶性硫、吸附性硫、盐酸可溶性硫、盐酸挥发性硫及有机硫含量排序均为小叶章 (Calamagrostisangusti folia)草甸 <乌拉苔草 (Carexmeyeriana)沼泽 <毛果苔草 (Carexlasiocarpa)沼泽 ;湿地开垦为耕地后 ,除盐酸可溶性硫含量增加以外 ,其余硫组分的含量均有不同程度的降低 ;耕地土壤中总硫及有机硫含量随开垦年限的增加而下降 ,而无机硫各组分随开垦年限的增加变化量不大 .湿地开垦前土壤总硫量为 6 2 2 4mg kg ,湿地开垦 2 0年后 ,土壤总硫量降低为 16 8mg kg ,因此在人类活动的干预下湿地开垦后表现出由汇转化为源 ,由累积转化为分散的特征     

潜流人工湿地填料筛选及其对小城镇微污染水的修复性能评价

为了选择适合小城镇潜流人工湿地的填料,选取小城镇较为常见的材料(废砖、卵石、碎石),结合物化性质,研究25℃下填料对磷的吸附效果,并分析了填料种类对野外潜流人工湿地运行的影响。结果表明:(1)25℃时,3种填料对磷的吸附量随着溶液中初始磷浓度的增加而增加,吸附能力依次为废砖>碎石>卵石;(2)野外潜流人工湿地运行过程中,随HRT的延长,组合填料湿地WL1和废砖填料WL2湿地对总磷的净化效果有所提高,且WL2湿地对总磷的去除效果略优于WL1。因此,可以选择废砖作为小城镇潜流人工湿地系统的填料。     

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.     

洞庭湖湿地有机碳垂直分布与组成特征

以洞庭湖3类湿地的9个典型剖面为代表,研究了洞庭湖湿地有机碳垂直分布和组成特征.结果表明,湖草滩地表层(0～10cm)有机碳含量(>40g/kg)明显高于芦苇滩地(20±2.8) g/kg和垦殖水田(28±8.6) g/kg .0～30cm内,湖草和芦苇滩地有机碳含量随深度的增加而下降,30cm以下有机碳含量基本稳定.垦殖水田的3个剖面间有机碳含量存在较大变异.湖草滩地表层0～10cm轻组碳占总有机碳的20%以上,而芦苇滩地和垦殖水田表层0～10cm的有机碳以稳定的重组碳为主(>90 %) .同一类型湿地垂直方向上,受有机碳来源复杂性的影响,轻组碳占总有机碳的比例具有明显的层次性.分组试验还表明,重组碳与总有机碳、容重与总有机碳、重组碳与重组氮之间具有极显著的相关关系(p<0.01).     

三江平原典型湿地类型土壤微生物特征与土壤养分的研究

为探讨不同湿地类型土壤微生物数量和酶活性的分布特征及其与土壤养分的关系,本研究选择了三江平原洪河湿地保护区4种典型湿地类型(小叶章+沼柳湿地、小叶章湿地、毛苔草湿地和芦苇湿地)的土壤为研究对象.结果表明4种湿地类型在0~30 cm土层内:1土壤有机碳、全氮和全磷均随土层深度的增加而减少,速效钾、速效磷和速效氮则未表现出有规律的变化,且不同湿地类型土壤养分含量差异显著.2土壤微生物数量为细菌放线菌真菌,3种微生物菌落数量均随土层深度的增加而减少.土壤微生物总数量以小叶章湿地最多,毛苔草湿地最少.3土壤蔗糖酶和纤维素酶活性均随土层深度的增加而减少,而土壤过氧化氢酶活性未表现出有规律的变化.小叶章+沼柳湿地和小叶章湿地中3种酶活性显著性高于毛苔草湿地和芦苇湿地(P0.05).4相关性分析表明,土壤细菌、真菌和纤维素酶与土壤养分各指标均呈极显著或显著正相关,放线菌和蔗糖酶与速效钾、过氧化氢酶与速效钾、速效磷无显著相关性关系.因此,土壤微生物和酶活性是反映土壤养分状况的重要指标.     

三江平原沼泽湿地污水处理的实地模拟研究

现场模拟发现，沼泽湿地生态系统对污水中N、P的净化速度随时间的延长呈指数规律下降，初期净化效果与污水中N、P的含量为正相关关系。毛果苔草（Carex lasiocarpa）生态系统和乌拉苔草（Carex meyeriana）生态系统对N、P的去除量大于纯沼泽水，毛果苔背系统又高于乌拉 苔草，表明植物各类和重量、泥炭土厚度等都影响净化效率。通过统计显示，毛果苔草生态系统不同组分对N的净化能力大小的排列次序为：茎叶＞泥炭＞根系＞枯落物；对P的净化能力排列次序为：根系＞泥炭＞茎叶＞枯落物。按单位质量组分对P的去除量由小到大对比，泥炭：茎叶：枯落物：根第为1.00:1.81:2.95:3.84；而对N的净化效果由小到大对比，泥炭：枯落物：根系：茎叶为1.00:1.62:2.00:5.11。毛果苔果地上部分单位干重对N的吸附量是地下部分的大约2.6倍，表现出N具有从根系向茎叶传递积累的特性；相反，毛果苔草地下部分单位干重对P的吸量是地上部分的大约2.1倍，显示P主要积累于毛苔草的根系中。     

Effectiveness of vegetation on phosphorus removal from reclaimed water by a subsurface flow wetland in a coastal area

This work was conducted to evaluate the effectiveness and influence factors of vegetation on phosphorus (P) removal from reclaimed water in constructed wetlands. Comparisons were conducted between one pilot scale subsurface flow wetland (P-SSFW) and two demonstration subsurface flow wetlands, which were series-wound and named as first subsurface flow wetland (F-SSFW), and second subsurface flow wetland (S-SSFW), respectively. The three wetlands had the same vegetation and substrate, but different pH values, total dissolved solids (TDS) and P loads. Results showed that the P content in the vegetation shoots of the F-SSFW was 2.16 mg/g, while 2.31 mg/g in the S-SSFW and 2.69 mg/g in the P-SSFW. These differences were likely caused by the higher pH and TDS in the reclaimed water. The P content also differed among the tissues of the plant, which were 5.94-6.44 mg/g, 2.20-2.77 mg/g, 1.31-1.46 mg/g and 1.53-1.88 mg/g in the flowers, leaves, stems, and roots, respectively. The greatest discrepancy was observed in the leaves, indicating that the environment of the wetlands had the greatest influence on the leaves. When the total phosphorus (TP) load was lower, the proportion of P removed by vegetation assimilation was 16.17% in the P-SSFW, 12.90% in the F-SSFW and 13.29% in the S-SSFW. However, the relative removal efficiency by vegetation among the three wetlands did not vary greatly from that observed in other studies. Moreover, the influence of pH, TDS and TP load was not as great as the influence of the vegetation species, type of substrate, influent style or climate.     

潜流型人工湿地堵塞机制及其模型化

从物理、化学、生物三个方面分析了人工湿地堵塞的机理,指出湿地堵塞的过程实质上就是有效孔隙率减少的过程,湿地的堵塞与否,堵塞的程度如何,可由其饱和水力传导系数来表征。对几个与人工湿地堵塞有关的数学模型作了介绍和分析,并探讨了一些预防人工湿地堵塞的措施以及其未来的研究方向。     

人工湿地生态根孔技术及其应用

人工湿地亚表层介质的堵塞问题一直是湿地系统持续有效运行的障碍,极大地限制了人工湿地技术的大规模工程应用.通过白洋淀自然湿地现场研究,发现由大型水生植物所形成的根孔异常发达,径级不等的死活根孔混合在一起,组成了庞大的湿地根孔网络.人工湿地生态根孔技术通过模拟白洋淀湿地自然的芦苇根孔系统,以人为填埋的植物秸秆作为湿地的填料/介质,有效地改变了土壤亚表层大孔隙结构,为人工湿地建设和应用开辟了一条新途径.通过构筑根孔和自然根孔之间的过渡和湿地根孔的不断更新,实现湿地填料/介质的自我更新,克服了一般潜流人工湿地其填料/介质易发生堵塞的缺点.构筑根孔有效填补了人工湿地运行初期大量自然根孔尚未形成的空白期.该技术在小试湿地中获得了成功应用.以玉米秸秆和地肤秸秆作为小试模拟湿地的填埋介质,其填埋量体积比为2%～4%.与未填埋秸秆的基质土壤处理单元相比,填埋秸秆处理单元其导水效率和营养盐去除能力都得到了有效提高.研究结果表明:填埋秸秆腐烂后形成的构筑根孔其水分侧向入渗率是基质土壤的20倍左右.在中、低营养盐负荷情况下,填埋秸秆处理单元对溶解性总氮(DTN)去除率平均提高4.5%～27.1%;对溶解性总磷(DTP)去除率平均提高7.0%～20.4%.     

三江平原湿地汞的地球化学特征

三江平原典型湿地土壤、植物、地表水中的总汞含量较高，表层土壤汞含量平均为88．4ng/g，高于本地区耕地土壤，并具有从上到下逐渐减少的趋势；在草根层和泥炭层土壤中，总汞含量为毛果苔草沼泽＞乌拉苔草沼泽＞小叶樟沼泽，与积水条件一致；湿地开垦以后总汞含量明显减少，耕地土壤在开垦初期降低速率很快。湿地植物汞含量较高，湿地水中的总汞含量春季为58．4－131．6ng/L。初步认为三江平原湿地汞的主要来源为大气沉降，湿地是河流和水库中汞的重要来源，人类活动增强了湿地中汞的迁移。     

基于生产可能性边界的黄河三角洲湿地生态系统服务权衡强度

提出了一种基于生产可能性边界（PPF）的湿地生态系统服务权衡强度计算方法,包括湿地生态系统服务定量评估、权衡关系判定、PPF曲线绘制和权衡强度计算四个步骤。以黄河三角洲湿地为研究对象,对保护情景、现状发展情景及开发情景三种土地利用发展模式下的主导生态系统服务进行了定量化权衡分析。结果表明：各生态系统服务间呈现显著相关关系（R²≥0.9,P<0.01）,各发展情景下,栖息地质量与碳储量之间均为协同关系;物质生产与栖息地质量间均为权衡关系,排序为保护情景<基期<现状发展情景<开发情景;而对于物质生产与碳储量之间,在保护及现状发展情景下存在协同关系;而开发情景下转变为权衡关系。该模型通过灵活比较不同生态服务间权衡关系分析进行系列管理规划的方案优选,为实现区域可持续发展提供科学依据。     

Bioaccumulation of heavy metals by Phragmites australis cultivated in synthesized substrates

Accumulation of heavy metals from various oxides with adsorbed cadmium by wetland plant Phragmites australis was studied to evaluate the fate of heavy metals in the sediment of constructed wetlands. Hoagland solution was used as nutrition supply, and single metal oxide with adsorbed cadmium was applied as contaminant to study the accumulation characteristics of cadmium and the substrate metals by P. australis. After 45-d treatment, the bioaccumulation degree in root followed the order: Al(OH)3 > Al2O3 > Fe3O4 > MnO2 > FeOOH. Heavy metals absorbed by P. australis were largely immobilized by the roots with little translocation to aboveground parts.     

潜流人工湿地堵塞程度的原位测定研究

人工湿地因其生态友好、运行费用低廉、处理效果好而被广泛运用于污水处理中,然而潜流人工湿地在运行过程中会发生填料堵塞,导致其利用率下降、寿命缩短,但目前还缺乏简单有效的原位测定人工湿地堵塞程度的方法和仪器.为了客观地评价湿地的堵塞程度,以渗透系数法为测定原理构建了人工湿地堵塞程度原位测定法,结合压力探测和数据处理模块开发了人工湿地堵塞程度原位测定仪,并进行了实验室试验和原位测量以检验方法和仪器的可行性.实验室试验中测量了利用砂土和砾石模拟的不同程度的堵塞.结果表明:当填料砂土与砾石的质量比为2:1、4:1、8:1时,堵塞系数分别为0.69、0.84、0.91 km/d,测得的堵塞系数和填料比例显著相关,能够准确地反映堵塞程度.原位测量选择运行了1~5 a的4个潜流人工湿地（A、B、C、D湿地）进行,运行一段时间后,潜流人工湿地入口处、湿地管道破损处和使用时间较长的湿地堵塞系数较高,最高达0.998 km/d,而运行情况良好的D湿地堵塞系数在0.5 km/d以下.研究显示,原位测定结果能很好地反映湿地的堵塞情况.      

基于全极化SAR影像的双台河口湿地分类及其变化分析

为了研究辽东湾双台河口湿地变化原因,对该地区全极化SAR影像进行湿地分类.引入Freeman分解建模全极化SAR影像,得到二面角散射、体散射、表面散射的散射功率,利用SVM分类法对散射机制假彩色影像进行分类,进而确定该地区的湿地分布情况.通过对比分析2007年与2016年的湿地分布情况,同时考虑区域特性和数据的可获取性,选取盘锦市年降水量、年均气温、年径流量、海平面高度、城市建成面积、原油年产量、水产品年产量和逐年GDP等8个驱动因子,研究双台河口湿地变化的驱动机制.结果表明:①全极化SAR影像分类结果总精度达到80.25%,较光学影像的分类精度提升7.43%,并且可将芦苇湿地进一步细分为芦苇池塘和芦苇草甸;②2016年双台河口各湿地面积占比依次为草本沼泽（28.54%）>浅海水域（22.44%）>灌丛沼泽（16.88%）>水产养殖厂（9.54%）>河流（8.91%）>稻田（7.58%）>淤泥质沙滩（6.11%）;③不同湿地的变化原因有所差异,驱动因子也不尽相同,如水产品年产量增加是水产养殖厂转化为淤泥质沙滩的直接驱动因子,而气温上升等自然因素和城市建成区面积增长等社会因素是草本沼泽退化和变化的主要驱动因子.研究显示,全极化SAR影像较光学影像更适合湿地分类,而双台河口湿地自然湿地减少和人工湿地增加是自然和社会因素共同作用的结果.      

以城市污水为水源和肥源对荒漠化土壤的修复效果

为了同步实现城市污水净化和荒漠化土壤修复,以荒漠化土壤(沙土)作为人工湿地基质(基质深度分别为0.1和0.6 m),分析不同运行条件(植物种类、水力负荷、基质深度、季节变化等)下湿地对净化城市污水、修复荒漠化土壤的效果. 结果表明:经过2 a的修复,城市污水中污染物作为荒漠化修复的肥源可以快速富集到荒漠化土壤中. 与原沙相比,沙土中w(有机质)、w(TN)、w(碱解氮)、w(TP)、w(速效磷)及电导率均极显著增加(P<0.01),而pH并无显著变化(P>0.05). 沙土容重极显著降低(P<0.01),孔隙率极显著增大(P<0.01). 当城市污水作为荒漠化土壤修复水源时,即使水力负荷低至0.0075 m3/(m2·d),植物仍能正常生长. 基质深度为0.1 m的潜流湿地在不同水力负荷时对污水中COD_Cr、TN、TP的最低平均去除率分别为59.46%、77.45%、62.36%;基质深度为0.6 m的潜流湿地对污水中三者的平均去除率分别为59.24%、32.02%、57.89%;基质深度为0.6 m的表面流湿地对污水中三者的平均去除率则分别为80.40%、14.00%、29.31%. 研究显示,以城市污水为水源和肥源对荒漠化土壤修复2 a后,沙土中养分含量均显著增加,沙土结构也得到明显改善,各湿地在夏秋季对污水中COD_Cr、TN、TP均有较好的去除效果.      

基于水质与浮游生物调查的汉石桥湿地富营养化评价

基于水质与浮游生物的综合调查与评价,可准确判断湿地的富营养化状况.本文以汉石桥湿地为研究对象,设置7个采样点,开展了水质、浮游植物、浮游动物分类监测与调查,并利用营养状态指数法、浮游植物评价法和浮游动物评价法3种方法,评价了水体富营养化状态,比较了各种方法的结果差异.结果表明,3种评价方法的评价结果在时空变化上具有较高的一致性,均显示非核心区富营养化程度较低,核心区富营养化水平较高;各月份相比,10月湿地的富营养化程度较低,6—8月富营养化程度较高.浮游植物和浮游动物评价法所得湿地富营养化程度较营养状态指数法略高,主要表现在4、10月的非核心区评价中.综合水质、浮游植物与浮游动物进行富营养化评价,可得到更为准确的评价结果.     

潜流人工湿地处理微污染河道水中有机物和氮的净化效率及沿程变化

摘要：以野外水平潜流芦苇砾石床人工湿地研究了湿地对微污染河道水的长期动态净化特性。2a多的运行结果表明,潜流湿地对污染物的去除性能存在波动、稳定过程。潜流湿地降解有机物和脱氮性能与植物生长和季节变化相关,其中植物生长和季节变化对湿地脱氮效能的影响大于对湿地去除有机物的影响。潜流湿地降解有机物的主要场所随运行时间沿程推移,启动期主要在湿地前部完成,稳定运行期主要在湿地的前、中部完成。湿地对有机物的去除率,在6.10%～37.83%之间变化。湿地运行期间,沿程水样C/N值基本大于5,碳源供应较充足。潜流湿地启动期TN平均去除率为15.51%,稳定运行期TN平均去除率为8.61%,低于启动期,整个运行期间湿地TN去除率不足40%。潜流湿地中硝化与反硝化反应在中部达到动态平衡,TN去除效率最高。稳定运行期间潜流湿地的前、中部耗氧强度最大,后部下层有明显硝化反应发生。潜流湿地对有机物降解、硝化与反硝化反应、TN去除具有沿程同步性。试验还初步发现,在植物生长旺盛的春夏季根系分泌的低分子有机酸对化能自养型硝化细菌可能有较大抑制作用,可能是影响脱氮效率提高的一个因素。