处理生活污水湿地植物的筛选与净化潜力评价

为了建立一套科学的湿地植物筛选与净化潜力评价体系,以17种湿地植物为材料,在综合应用原有各种湿地植物筛选与评价指标的基础上,增加植物逆境酶和基质酶,对所有指标进行聚类分析.结果表明,17种植物的根系数量、长度、活力、叶片过氧化物酶活性、生长量、氮磷平均浓度、氮磷的积累能力存在一定的差异,根系附近基质脲酶活性与磷酸酶活性也存在一定的差异.根据净化潜力的综合评价体系,可以把17种植物聚类为3大类,第1大类净化潜力较强,包括美人蕉、芦苇、风车草、水葱、再力花、千屈菜、花叶美人蕉;第2大类净化潜力中等,包括菖蒲、花叶芦竹、香蒲、梭鱼草;第3大类净化潜力较弱,包括野芋、鸢尾、灯心草、葱兰、泽泻、花菖蒲.     

亚热带地区潜流人工湿地木本植物筛选与净化潜力评价

为了解决亚热带地区人工湿地植物的冬季草本植物地上部分枯死的问题,本研究引入16种木本植物到潜流人工湿地中进行净化潜力筛选与评价,并对木本植物的适应形态特性、生理特性、氮磷积累量指标进行了聚类分析.结果表明,测试木本植物的成活率、株高增幅、根长增幅、根系活力、叶绿素含量、超氧化歧化酶、丙二醛、脯氨酸、过氧化物酶、生长量、氮磷平均浓度、氮磷的积累量都存在很大差异.采用建立的净化潜力评价体系将测试植物聚类分为3大类,较强的有夹竹桃、木槿,中等的有:棕榈、小叶迎春、栀子花、六月雪、龟甲冬青,较弱的有:大叶冬青、常春藤、金森女贞、金叶女贞、金边七里香、七里香、桂花、十大功劳、红叶石楠.     

垂直流湿地基质中酶的分布与氮磷及有机质的关系

为了解垂直流人工湿地基质中酶的空间分布特点及其与基质中氮磷和有机质的关系,采用垂直流人工湿地微宇宙试验系统进行了为期4个月的运行试验,分析种植植物的皇竹草系统和不种植物的对照系统基质中不同深度层酶活性的变化,以及酶活性与基质中污染物的关系. 结果表明:脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、转化酶、蛋白酶和纤维素酶这6种酶的活性在上层(0~<10 cm)的分布特点相一致,即皇竹草系统基质中的酶活性显著高于对照系统(P＜0.05). 在垂直方向上,两个系统中6种酶的活性都表现为上层显著较高,这与基质中w(TN)、w(TP)和w(有机质)的分布规律相一致;Pearson相关性分析发现,脲酶活性与w(TN)、w(TP)、w(有机质)均呈极显著正相关(相关系数依次为0.951、0.970、0.933,P均小于0.01),过氧化氢酶、转化酶活性均与w(TN)呈极显著正相关(相关系数依次为0.997、0.916,P均小于0.01),磷酸酶活性与w(TP)、w(有机质)均呈极显著正相关(相关系数依次为0.925、0.919,P均小于0.01),转化酶活性与w(TP)呈显著相关(相关系数为0.869,P<0.05),纤维素酶活性与w(有机质)呈显著相关(相关系数为0.864,P<0.05). 研究显示,在垂直流人工湿地系统中种植皇竹草有助于提高基质中酶的活性,酶活性与氮磷及有机质等污染物的积累和迁移密切相关.      

唐山市南湖湿地水体富营养化治理研究

以芦苇作为人工湿地植物,土壤为基质建立人工湿地,采用人工湿地控制试验的方法深入研究了芦苇和湿地基质对唐山人工湿地南湖污水中氮磷的净化能力以及氮、磷在芦苇根、茎、叶的时空分布和动态变化,实验结果表明：芦苇湿地对污水中的氮、磷的净化效果十分明显,在一个月内对污水中TN的平均去除率可达到61.99%,TP平均的去除率可达51.97%,其中基质吸附和植物吸收作用是湿地脱氮除磷的重要形式。     

修复富营养化水体的潜流湿地中微生物生物量特征

构建了水平潜流芦苇人工湿地,在固定水力负荷条件下,对富营养化污水进行了近2年的修复处理.分别在第2年的1、5、8和10月份在湿地前、中、后部不同深度处取基质样品,采用氯仿熏蒸法测定了微生物生物量.结果表明,湿地基质微生物碳(MB-C)、微生物氮(MB-N)和微生物磷(MB-P)基本遵循前部大于中部大于后部和上层大于下层的规律.微生物量1、5月份大于8、10月份.考察了基质微生物量与同期湿地氮磷去除效率的关系,结果显示,湿地基质微生物量与TN去除率相关性不显著;MB-C与TP以及MB-N、MB-P与TP去除率呈显著负相关,r分别为-0.98(P<0.05)和-0.99(P<0.01).在人工湿地中,微生物量本身参与到系统中氮素、磷素的循环转化,成为一个动态活性营养库,可以被植物利用,在每个生长年内随植物生长和温度变化而波动,在本试验条件下,第2年MB-C、MB-N和MB-P平均分别为85.0-160.6、16.3～34.9和3.12～5.77μg·g-1.湿地微生物量和氮磷净化能力的变化特征是温度、微生物、植物、基质以及酶等因素综合作用的结果.     

人工湿地植物水体净化效能研究进展

通过检索近20年来人工湿地植物在净化水质方面代表性文献,筛选出50种常见人工湿地植物,包括水生植物(挺水植物、浮水植物及浮叶植物、沉水植物)、湿生植物、旱生植物,对该50种常见植物的净化效能进行分析比较;指出湿地植物在净化水体时可能受物种、环境因子、种类配置模式三方面的影响;提出未来人工湿地植物选择应用方面发展方向为:应进一步扩大其种类的选择范围,加强探究维持其生长代谢的机理,加强与微生物的耦合作用完成水体污染物净化的效能研究,根据不同人工湿地和水体污染物类型进行配置等4个方面。     

复垦矿区土壤有机碳和微生物活性变化及其解析

以适当比例混合煤矸石、粉煤灰和活性污泥并种植黑麦草构建植物-矿区复合基质体系,测试复合基质有机碳及酶活性变化,利用群落水平生理结构(CLPP)对复合基质微生物功能多样性进行解析,分析了矿区复合基质中有机碳动态变化及其与酶活性、微生物多样性关系。结果表明:植物-矿区复合基质体系3种基质中有机碳随复垦年限增长而增加,且在第3年煤矸石+粉煤灰+污泥(F+G+S)区有机碳达到最大,分别是煤矸石+粉煤灰(F+G)区和对照区的1.1和1.2倍。3个复垦区域复合基质中蔗糖酶、脱氢酶、酸性磷酸酶酶活性随复垦时间增长而增加。微生物多样性CLPP解析结果表明,微生物种类在复垦1年时最多,微生物优势度和均一性随复垦时间逐渐变大;同时3个区域基质微生物多样性与营养元素相关性不大,可能有机碳可获得性低成为微生物生长的限制因子。     

不同植物人工湿地净化效果及基质微生物状况差异分析

为研究不同植物对人工湿地污染物净化效果和基质微生物状况的影响,采用序批式运行的沙培模拟人工湿地,探讨了菖蒲、香蒲、千屈菜、芦苇和白鹤芋5种湿地植物在不同HRT(水力停留时间,分别为1,3和5 d)下对模拟废水中TP,NH4+-N和CODCr去除效果的影响,比较了不同植物类型模拟人工湿地中基质微生物的数量差异.结果表明,不同植物系统对污染物的去除随HRT延长逐渐提高,HRT为5 d时各植物系统对污染物的去除效果最佳.TP,NH4+-N和CODCr的最高去除率分别达90.4%,61.7%和96.4%.相对于其他试验系统,菖蒲系统对各污染指标均具有最优的去除效果.植物种类对基质微生物数量的影响无显著差异.研究还发现,各系统中亚硝酸细菌数量与NH4+-N去除率之间呈显著相关.     

生物炭基人工湿地的水体净化作用及其机制

生物炭基人工湿地是以生物炭为基质来实现水体净化的一种人工生态系统。生物炭基质是人工湿地去除水体中氮磷素和有机污染物的关键要素,同时支持植物和微生物生长。基于文献调研和综合分析,文章探讨了生物炭基质对人工湿地中氮、磷素和有机污染物的去除路径、作用机制和影响因素,分析了生物炭基质对人工湿地植物生长的影响。生物炭不仅能够通过吸附和络合等作用去除水体中的氮、磷素和有机污染物,还能通过促进微生物和植物的生长,提升微生物的生化作用,从而促进水体的净化效果。生物炭的综合利用不仅为中国农林固废和市政污泥资源化提供了更广阔的应用前景,还能将吸附和络合了氮、磷素的生物炭回收,作为土壤改良剂和缓释肥应用于农业生产中,有力地推动了中国绿色发展和生态文明建设。文章分析了优化生物炭基人工湿地水体净化的研究方向,并探讨了生物炭在人工湿地中的应用前景。     

垂直潜流人工湿地低温净化效果及其与微生物作用关系

人工湿地净化过程受基质、微生物及植物的多重作用,但有关湿地系统水质净化效果与微生物之间的关联及响应机制的认识较为匮乏.本文针对垂直潜流人工湿地,分析了其低温条件下水质净化效果,通过16S rDNA扩增子测序技术,在OTU水平上利用微生物丰度聚类热图和基于Bray-Curtis距离的NMDS分析,揭示了湿地基质微生物群落结构的时空变化及其与主要水质指标之间的相互作用关系.结果表明,湿地对TN、COD的去除效果较好,但对TP的去除效果不佳.基质微生物群落时空变化显著,与湿地净化效果密切相关,革兰氏阴性菌门类众多和假单胞菌属相对丰度较低,分别是TN去除效果较好和TP去除效果不佳的重要原因.COD、DO是影响微生物群落的主要因子,而氮含量在一定程度上影响脱氮微生物的活跃度.基质微生物在湿地运行2周后,对污染物去除的介导作用稳定,建议设立这一关键时间点,并辅以菌群、碳源投入等措施,提升湿地的净化效果.     

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...     

多种湿地植物组合对污水中氮和磷的去除效果

通过室内静水实验,研究了再力花(Thalia dealbata)、鸢尾(Iris tectorum)、菖蒲(Acorus calamus)、茭白(Zizania aquatica)、睡莲(Nymphaea tetragona Georgi)、大聚藻(Myriophyllum aquaticum)、马蹄莲(Zantedeschia aethiopica Spreng)7种不同生态型的湿地植物进行镶嵌组合后各组合对水体中氮、磷的去除效果.结果表明,不同生态型的湿地植物组合对污水中氮和磷的去除效果较好,8种组合中对总氮和氨氮去除效果最好的组合为睡莲+再力花(S+Z)和睡莲+马蹄莲+茭白+菖蒲(S+M+J+C),最大去除率分别为92.29%和95.50%.对总磷的去除效果最好的组合为睡莲+再力花+鸢尾(S+Z+Y),较无植物对照组的最大净化率提高了43.73%.不同水生植物组合后对氮、磷的净化效果差异较小,种湿地植物组合对总氮、氨氮和磷的去除率范围分别为83.19%～92.29%、86.50%～95.50%和85.67%～99.87%.运用隶属函数进行综合评价,筛选出对污水中氮和磷净化能力较强的组合为:睡莲+再力花(S+Z)、睡莲+马蹄莲+茭白+菖蒲(S+M+J+C)、睡莲+再力花+鸢尾(S+Z+Y)及睡莲+再力花+茭白+菖蒲(S+Z+J+C).     

生物炭对人工湿地植物根系形态特征及净化能力的影响

构建了菖蒲人工湿地,通过向人工湿地中加入小麦秸秆生物炭、芦苇生物炭及木屑生物炭以研究生物炭对人工湿地中植物根系形态、溶解氧及净化能力的影响.结果表明,加入3种生物炭能显著增加人工湿地中菖蒲根的总根长、总投影面积、总体积、总表面积、根尖数、分枝数和根干重以及人工湿地中的溶解氧含量(P0.05);其中加入木屑生物炭后,菖蒲根的根长、投影面积、表面积、总体积、根尖数、分枝数和根干重分别增加了96.1%、106.2%、185.6%、172.5%、75.3%、121.5%和84.9%.加入生物炭后,菖蒲根系形态与人工湿地中溶解氧含量、总氮去除率、总磷去除率和COD去除率间均显著正相关(P0.05).在水力负荷0.022 m3·(m2·d)-1时,加入木屑生物炭显著增加了人工湿地对总氮、总磷和COD的去除率(P0.05).木屑炭有效地促进了人工湿地中植物根系的生长,增加了人工湿地溶解氧含量,提高了人工湿地的净化能力.     

Cd对小白菜生长及氮素代谢的影响研究

采用水培的方法,研究了不同Cd2 水平(0、1、2.5、5、10 mg·L-1)对小白菜叶片中铵态氮、硝态氮、可溶性蛋白质、游离脯氨酸、叶绿素、部分营养元素含量以及蛋白水解酶、硝酸还原酶、谷氨酰胺转化酶与合成酶活性的影响.结果表明,低浓度的Cd处理(1 mg·L-1)刺激了小白菜的生长,提高了小白菜的生物量、叶绿素含量以及硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶与转化酶活性.Cd处理降低了小白菜对Cu、Ca、Fe、Mg的吸收,但促进了P的吸收.10 mg·L-1的Cd处理显著降低了可溶性蛋白质含量、硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和转化酶活性(p＜0.05),提高了蛋白水解酶活性,不利于叶片中铵态氮与硝态氮的同化,造成叶片中铵态氮和硝态氮的累积.小白菜叶片中游离脯氨酸含量与铵态氮含量成极显著正相关(p＜0.01),说明小白菜叶片中游离脯氨酸的累积在一定程度上缓解了铵的毒害.     

3种地被竹对重金属复合污染农田土壤的修复潜力

选用菲黄竹、箬竹和鹅毛竹这3种地被竹在Cu、Zn、Cd和Pb复合污染农田上进行为期2 a的田间试验,分析其在污染条件下的生长富集特征,并结合土壤中重金属含量变化情况,对比3种地被竹对重金属复合污染的修复潜力.结果表明,菲黄竹在重金属复合污染农田上适应性最好,生长株数为种植时的63.8倍.3种地被竹体内重金属含量均集中在根部,且对Cd的富集效果最好,对Pb的富集能力最差.3个竹种的根部和鞭部的Cd富集系数均远大于1,其中菲黄竹和箬竹根部富集系数分别为17.68和14.63.重金属累积量则主要集中在根部和鞭部,其中菲黄竹对Cu、Zn和Cd的累积量分别为157.14、363.3和7.18 g·hm^-2,高于鹅毛竹和箬竹.种植2 a后,地被竹周围表层土壤中重金属含量较种植前均有下降,其中Cd含量下降最多,为39.6%~40.4%.此外,菲黄竹和鹅毛竹根际土壤中Cu、Zn和Cd含量均显著小于表层土壤（P<0.05）.试验证明,3种地被竹对Cd均有较强富集能力,可作为Cd修复植物继续深入研究;菲黄竹在生长状况、重金属富集量和累积量等方面均优于箬竹和鹅毛竹,对土壤重金属复合污染修复潜力最高.     

洛克沙胂在青菜及土壤中的残留及降解特性

通过向土壤中施加含洛克沙胂有机肥的田间试验,研究有机肥中的洛克沙胂在土壤-蔬菜中的降解、迁移转化及残留.结果表明,土壤中施加低浓度的洛克沙胂对青菜的生长具有一定的抑制作用,相比于对照组减产15%~32%;青菜对土壤中砷具有一定的富集作用,且其根部为砷主要蓄积部位;土壤中总砷含量与施入洛克沙胂的量成正相关,并且随着种植时间的延长先升高再下降,最高达12.94 mg·kg-1,土壤无机砷含量随着种植时间的延长先升高并于30 d后趋于稳定,占总砷的66.75%~98.56%;青菜中总砷含量与土壤总砷含量及青菜砷富集系数之间均存在一定的正相关;洛克沙胂在土壤中的降解速率缓慢,含洛克沙胂有机肥量添加量高于5 000 kg·hm-2时,45 d后土壤中有洛克沙胂残留;施入一定量的洛克沙胂能显著提高土壤中细菌的数量,对于霉菌和放线菌的生长,较低浓度的洛克沙胂具有一定的抑制作用,较高浓度的洛克沙胂具有一定的促进作用.     

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.     

构筑根孔湿地中金属元素的来源、分布及其累积效应

石臼漾湿地是我国最大的饮用水源处理湿地,成为微污染水源水质改善的典范案例,已运行超过4年,主要运用人工湿地生态根孔技术、多级塘/植物床-沟壕系统协同净化技术来净化微污染水源.为了探明多级塘/植物床-沟壕系统对源水中常规金属K、Na、Ca、Mg、Al、Fe与重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Zn、Pb的累积效应,研究了嘉兴石臼漾湿地岸边带与植物床-沟壕系统中沉积物/土壤的金属分布与累积量.结果表明,沉积物中的金属(Mg除外)均发生了富集和累积(富集系数EF∈(1.5,10.5)1.5).湿地内重金属潜在生态风险指数(RI∈(24.7,128.9)150)基本处于轻微风险水平,其最高值出现在湿地前端约1/8处的预处理塘(RI=174.94150).总体而言,重金属风险指数随水力流程而逐步降低.在湿地前端的预处理河道、预处理塘内,重金属沉积通量(23.97~157.72 mg·m-2·d-1)较高,而植物床-沟壕系统的沉积通量((38.80±16.17)mg·m-2·d-1)相对较低.占湿地面积11.35%的预处理河道、预处理塘中沉积的重金属高达9941.65 kg,占全湿地沉积量的37.90%,是重金属沉积的关键区域.而占湿地面积57.23%的植物床-沟壕系统中截留的重金属高达10601.89 kg,占全湿地沉积量的40.41%,是重金属去除的重点区域.湿地对重金属的主要持留机制是沉积作用,在湿地中单位平均沉积通量高达32.19 mg·m-2·d-1.据估算石臼漾湿地可沉积重金属6558.40 kg·a-1,植物吸收重金属约13.16 kg·a-1.本研究证明,多级塘/植物床-沟壕系统协同净化机制能够有效持留微污染水源中的金属特别是重金属,从而有效降低石臼漾湿地净化后源水的潜在生态风险.     

碱矿渣材料协同耐盐植物强化人工湿地净化高盐水体的效果

为深入探讨人工湿地中耐盐植物协同基质材料在高盐条件下净化水体的作用机理,以美人蕉(Canna indica L.)、互花米草(Spartina alterniflora Loisel.)、海三棱藨草(Scirpus mariqueter)三种植物为研究对象,探讨了植物协同单一填料、复合填料,在不同碳氮比、盐度条件下,各装置对受损高盐水水质的净化效果,在对系统内植物的酶活性、植物根际与填料表面微生物多样性与群落结构分析基础上探讨其净化机理. 结果表明:①当碳氮比为4∶1、盐度为15时,含碱矿渣材料的海三棱藨草装置(CW-Sc)对TN、TP、COD的净化效果最佳,净化率分别为45.38%、78.89%、50.32%. ②CW-Sc装置中植物叶片酶活性、可溶性糖、蛋白及过氧化氢酶(CAT)含量较高,丙二醛(MDA)含量较低,表明植物受损坏程度低. 碱矿渣材料协同植物可提升可溶性糖、蛋白含量及保护酶的活性,增强湿地植物修复受损水体的效果. ③碱矿渣材料电镜扫描(SEM)结果表明,海三棱藨草装置中碱矿渣材料对微生物的挂膜效果与其他装置差异显著. ④CW-Sc装置中植物根系微生物和填料表面微生物群落的丰度、多样性和结构分布状况较佳,碱矿渣材料可有序优化装置内微生物结构分布,协同发挥菌群优势;植物根际革兰氏阴性菌、杆菌比例显著提高,使系统在运行过程中逐渐适应盐胁迫,提升微生物蛋白质直系同源基因簇(clusters of orthologous groups of proteins, COG)功能的丰富度,强化湿地中污染物的降解效果. 研究显示,在高盐条件下耐盐植物海三棱藨草协同碱矿渣材料能够提高湿地系统对污染水体的净化效果,可为近海、滨海高盐水生态修复提供一定参考依据与理论技术支撑.