沟渠湿地对农业非点源污染物的净化能力研究

沟渠湿地可通过底泥截留吸附、植物吸收和微生物降解净化农田排水汇集的非点源污染物,芦苇(Phragmites communis) 和茭草(Zizania latifolia)是长江下游地区沟渠中自然生长的2种主要挺水植物,能有效吸收N、P营养成分,是湿地净化非点源污染物的主要机制.芦苇和茭草收割以后,每年可带走 463～515kg/hm²的N和127～149 kg/hm²的P,相当于当地2.3～3.2 hm²农田流失的氮肥、1.3～3.0 hm²农田流失的磷肥.茭草的吸收和分解能力明显高于芦苇.收割除带走植株体中的营养成分外,也改善了湿地光照和曝气条件,促进营养物质的分解转化,芦苇收割区底泥和水体中的有机质、TN、TP明显低于未收割区.因此,定期收割是保证自然湿地净化功能,减轻湖泊富营养化的有效措施.     

茭草、芦苇与水葫芦的污染物释放规律

选取昆明某人工湿地中的茭草、芦苇和水葫芦进行浸泡试验,考察因植物组织的溶解而导致的污染物释放规律.最快的释放发生在最初的24h内.COD的释放率小于TN和TP的释放率.芦苇的COD和TN释放速率最小,茭草的TP释放速率最小,茭草的COD释放速率最大,水葫芦的TN和TP释放速率最大.在停留时间为5d,水力负荷为8.7cm/d,TN、TP和COD负荷为1.52,0.11,13.7g/(m²d)条件下,植物组织释放N、P、COD的量分别占去除负荷的29%,20%和38%.这表明对于进水负荷较低的人工湿地,收割植物可以改善湿地低效率时期的处理效率.     

农田排灌水的稳定塘-植物床复合系统处理

采用稳定塘-植物床系统处理农田排灌水,植物床栽植茭草和芦苇.监测结果表明,雨季、旱季平均流量分别为417.1,206.8m3/d,无降雨期间渗漏、蒸发蒸腾损失的水量之和占进水的42.1%～60.5%.系统雨季进水COD、总氮(TN)、氨氮和总磷(TP)平均浓度分别为97.9,8.09,3.38,0.69mg/L,旱季分别为112,7.76,3.78,0.98mg/L.各项污染物平均去除率大于57%.芦苇和茭草的生长速度在5月最大.因植物收割去除的N和P量分别占进水的14.6%和27.1%.从2002年4月~2003年7月湿地截留SS量为297.5m³.     

镉污染农田农业生态整治与安全高效利用模式

传统的镉污染治理策略多以改造和净化环境、恢复土壤质量为宗旨。作者从有效利用污染农田的角度,提出了农业生态整治策略,即将污染农田作为一种特殊资源,通过发掘利用生物（植物）自身的耐（抗）镉基因,使污染土地在农业领域重新获得安全而高效的利用。介绍了对某铀矿区近40hm²镉污染农田进行治理利用的成功实践。通过采用桑蚕生产模式替代粮作生产模式,杜绝了污灌污染,消除了食物链中镉的危害,使土壤生产力得到恢复,农田年均产值比水稻模式提高2880元/hm²,比种玉米提高8880元/hm²,利税增加1980元/hm²,耕层土壤镉含量年平均下降1.33mg/kg。还论述了镉在桑树中的分布特征及其对桑树生长和蚕茧质量的影响。     

潜流湿地中植物对脱氮除磷效果的影响中试研究

通过潜流湿地的中试,研究了芦苇和茭草在潜流湿地中的氮磷吸收量变化,植物收割对系统的影响以及植物对改善系统流态的作用.结果表明,依靠收割植物去除氮磷是不显著的,氮磷吸收量占去除量在5%左右.同时证明植物在进入冬季前开始出现释放氮磷现象,最佳收割期应该在9～10月份.植物对维持根系周围微生态环境起着重要的作用,收割会导致系统出水水质的波动.流态试验表明,植物根系能够改善系统的流态,植物床较空白床死区率减少5%～10%,增加系统的空间利用率,延长系统的水力停留时间.     

植被收割对滨海湿地沉积物中CO_2和N_2O释放的影响

为了揭示冬季滨海湿地植被收割对其沉积物中温室气体释放的影响,以长江入海口典型滨海湿地——崇明东滩为研究对象,观测季节性(冬季)植被收割(分别于收割后第0天、第10天、第30天、第60天采样)与不收割条件下芦苇(Phragmites australis)、米草(Spartina alterniflora)、芦苇-米草交互带和光滩沉积物中CO2与N2O的释放特征.结果表明:1米草和芦苇-米草交互带植被收割并未增加沉积物中CO2的释放(P0.05),但芦苇收割可能会增加N2O的释放(P0.05),说明植被收割对湿地沉积物中CO2和N2O释放的影响与植被类型密切相关.2与芦苇带相比,米草和芦苇-米草交互带沉积物中CO2累积释放量分别高出12%~57%和17%~43%,但芦苇植被覆盖下沉积物中N2O累积释放量分别比二者高出11%~81%和8%~95%.可见,米草和芦苇-米草交互带沉积物碳的呼吸损失明显高于芦苇带,但芦苇植被覆盖下沉积物中N2O逸失量相对较高.34种植被类型下,沉积物中N2O累积释放量为0.1~0.4 mg/kg,CO2累积释放量则高达1 024~2 645 mg/kg.因此,冬季滨海湿地植被收割不会显著增加N2O的温室效应,但选择性收割米草有望减少沉积物碳的呼吸损失.     

互花米草碳、氮、磷化学计量特征及季节变化

以胶州湾湿地外来种互花米草作为研究对象,文章对其各器官的生物量,C、N、P生态化学计量特征及其季节变化规律进行了分析,揭示了植物生长过程中主要营养元素的生态化学计量学特征,对于有效控制和管理湿地植物的入侵以及理解植被生态系统的生长具有一定的意义。研究结果表明:(1)各器官在不同生长季节的养分分配顺序:C含量为茎(383.83 g/kg)叶(381.03 g/kg)根(354.02 g/kg);N含量为叶(5.8 g/kg)根(3.62 g/kg)茎(3.45 g/kg);P含量为叶(1.62 g/kg)根(0.93 g/kg)茎(0.70 g/kg)。根的N、P含量季节变化动态表现为先升高后降低再升高,茎和叶中的C、N含量随季节的变化均表现出先降低后上升的趋势。在整个生长阶段中,N、P主要分配到同化器官叶,其次是繁殖器官根,说明叶对N、P养分的吸收作用最强。(2)互花米草各器官的C/N、C/P与N/P均表现为茎根叶,各器官的N/P均14,结合N、P元素的含量与N/P值推测互花米草的生长主要受营养元素N的限制。(3)在不同器官间的N、P含量呈现出正相关性,说明互花米草各器官对C、N、P变化的应对具有相对的一致性。各器官中N与C/N,P与C/P均表现为负相关,而茎中P与N/P呈极显著负相关,说明了各器官对营养元素吸收的过程,与其他元素的获取关系密切。     

基于微分变换的湿地植物高光谱全氮反演

叶片全氮含量是监测和诊断湿地植物生理状况及生长趋势的重要指标,利用高光谱技术监测湿地植物氮含量,对于理解湿地生态系统氮循环具有重要意义.为探究湿地植物叶片全氮含量遥感光谱的估算方法,以云南省大理西湖湿地公园优势植物芦苇（Phragmites australis）和茭草（Zizania caduciflora）全氮含量为研究对象,对叶片光谱数据进行预处理并建立二者的关系模型,包括单变量模型、多变量模型（偏最小二乘回归模型和BP神经网络模型）,并利用决定系数（r²）和均方根误差（RMSE）对模型精度进行检验.结果表明:（1）不同形式的光谱变换增强了植物全氮含量与光谱变量的细节特征,二者的短波红外波段相关性强于可见光近红外波段.芦苇二阶微分（R"）反射率与全氮含量在1682 nm处相关性最强,相关系数为0.70;茭草平方根二阶微分[(R^1/2)"]反射率与全氮含量在1 190 nm处相关性最强,相关系数高达-0.80.（2）不同植物类型相比,利用茭草的变换光谱反射率建立的单变量和偏最小二乘回归模型建模精度都高于芦苇.（3）不同回归模型相比,BP神经...     

珠海淇澳与广州南沙湿地3种植物稳定碳氮同位素组成比较

研究了珠海淇澳和广州南沙3种湿地植物互花米草、芦苇和短叶茳芏的碳、氮含量及其稳定同位素的组成,结果表明外来入侵的C₄植物互花米草在植物体的C含量、C/N值、底泥的δ13C值（-23.83‰）和δ15N值（6.56‰）均显著与本地植物芦苇和短叶茳芏的不同,外来入侵种互花米草对土壤微生物的影响依赖于其密集的根系,使其入侵的潮间带土壤微生物种类、酶活性显著升高,体现出互花米草对湿地系统中C、N循环的深刻影响,为此有必要控制该外来入侵植物的蔓延生长。所测定的芦苇和短叶茳芏的δ13C值,表明采样地的芦苇属于C₃植物,而短叶茳芏则为C₄植物。本研究为进一步探讨这3种湿地植物-土壤系统中的C、N循环提供了基础资料。     

河套地区湿地植被特征及水体净化潜力

农田退水中N、P含量的超标对黄河造成的污染已经日益严重。利用植被处理污水已成为当今社会的热点。本研究在调查河套地区湿地植物资源的基础上,探讨湿地植被生产力和多样性与水质净化功能的关系。结果显示：（1）河套地区湿地植被的物种比较单调,但优势物种的初级生产能力很高;（2）湿地优势群落芦苇的再生性很低,不适合于多次收割利用;（3）春季焚烧处理可以清除植被残茬,促进芦苇的生长和营养物质积累,是一种值得推广的管理方式;（4）通过对湿地植被的合理利用每年可以带走113.46kg/hm2的N和17.08kg/hm2的P,大大减轻河套灌区的污染负荷。     

潜流构造湿地去除农田排水中氮的研究

对潜流构造湿地处理农业面源污水的脱氮效果进行了中试研究.研究证明潜流湿地氮去除效率和水力停留时间呈正相关关系,芦苇床的脱氮效果明显好于茭草床和空白床,名义水力停留时间大于5d时,芦苇、茭草潜流湿地脱氮效率可以达到60%以上.氮的去除满足一级推流反应动力学关系,空白床、芦苇床和茭草床的一级反应动力学常数K分别为0.14、0.26和0.20d^-.微生物的反硝化是人工湿地脱氮的主要途径,植物吸收总氮量仅占入水量的15%左右.     

潜流人工湿地负荷变化对脱氮效果的影响研究

通过15个月的现场监测试验,研究了约40种入水负荷下人工湿地的脱氮效果,总结了芦苇、茭草、混合种植以及无植物潜流湿地在不同水力负荷和污染负荷下的单位面积出水氮负荷和去除率的变化规律.4种潜流系统入水负荷从400mg·(m²·d)^-1变化到8 000 mg·(m²·d)^-1,出水负荷小于7 000 mg·(m²·d)^-1,研究表明,潜流湿地出水负荷随着入水负荷的升高而升高,具有明显的线性相关关系.单位面积总氮的去除率在低负荷条件下随入水负荷的升高而升高,但在高负荷时单位面积去除率基本维持在一定的水平,不受入水负荷的影响,去除率变化波动较大.各系统的最佳运行范围在2 000～4 000mg·(m²·d)^-1之间,平均去除率在1 062～2 007 mg·(m²·d)^-1之间.床体间比较认为,植物床脱氮效果明显好于空白床,芦苇床、茭草床单位面积脱氮效率高出空白床63%和27%;同时考察的植物吸收量证明,植物吸收氮的量非常有限,不到去除量的5%,证明植物主要通过吸收以外的其它因素如改善水力条件和根系微环境来提高系统的氮去除效率.研究结果为潜流湿地脱氮机理的理解和设计提供参考.     

太湖湖滨湿地沉积物营养元素分布特征及其环境意义

针对当前修复湖滨湿地去除氮磷营养盐长期效果的不确定性,以东太湖自然湖滨湿地与东部滨岸区、竺山湾修复湖滨湿地为代表,采用放射性核素210Pb计年法测定湖滨湿地沉积物的年代,据此计算出沉积速率,并结合沉积物柱中粒度组成与碳氮磷的含量变化,推算出自然湖滨湿地沉积物中碳氮磷的平均蓄积量.结果表明:太湖自然湖滨湿地与修复湖滨湿地沉积物的颗粒组成均以粉砂粒为主.东太湖自然湖滨湿地沉积物的平均沉积速率为:芦苇群落,0.74cm/a;茭草群落,0.69cm/a;香蒲群落,1.24cm/a;牛鞭草群落,1.27cm/a;荷群落,0.81cm/a.近40a来,东太湖自然湖滨湿地单位面积(cm2)沉积物中碳氮磷的蓄积量平均为:总有机碳1408.0mg,总氮138.2mg,总磷14.31mg.对于修复湖滨湿地而言,随着植物群落的发育演替,营养元素在修复湖滨湿地系统内可以不断累积,其沉积物库的蓄积量潜力很大,在控制外源污染输入的前提下,湖滨湿地具有净化水质的长期环境效应.     

人工湿地控制暴雨径流污染的实验研究

研究了不同填料，不同植物的人工湿地对暴雨径流中污染物的去除，实验结果表明：（1）以沸石为填料的人工湿地对暴雨径流中的COD，N具有高而稳定的去除率。（2）沸石能高效去除氨氮，并可生物再生，长期保持吸附氨氮能力。（3）N的去除是通过硝化，反硝化作用。植物吸收，微生物的同化作用去除。（4）草蒲和芦苇对N的去除效果没有明显区别。（5）对COD的去除，芦苇好于菖蒲，但菖蒲的除P能力大于芦苇。     

水稻田对猪粪的最大消纳能力研究

为最大限度地利用土地处理猪粪,减少养殖废弃物的排放和化肥的使用,采用大田试验方法,研究亚热带地区水稻田对猪粪的最大消纳能力.对水稻田施以4组不同水平猪粪处理——MNK1(猪粪7454kg/hm2、尿素55kg/hm2、钾肥36kg/hm2)、MNK2(猪粪14911kg/hm2、尿素110kg/hm2、钾肥71kg/hm2)、MNK3(猪粪19381kg/hm2、尿素143kg/hm2、钾肥92kg/hm2)和MNK4(猪粪23854kg/hm2、尿素176kg/hm2、钾肥113kg/hm2),检测施粪过程中降雨径流ρ(COD_Cr)、ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(NH₄+-N)等的变化规律,结合水稻产量和各组施肥方式下土壤养分的累积,分析了亚热带地区水稻种植过程猪粪的最佳使用量和土壤承载力. 结果表明:①猪粪增施60%,则每hm2水稻增产180kg. ②MNK2处理的稻田土壤实际产生径流中的TN、TP流失量较MNK3处理分别少32%、39%;MNK2处理稻田土壤的w(TN)、w(TP)、w(TK)比MNK3处理分别减少9%、17%、26%;与全部施入化肥相比,水稻按MNK2水平进行施肥能减少氮、磷流失量6%、13%左右. 在保证经济效益和生态环境效益的同时,单季水稻田最大能消纳猪粪14911kg/hm2,每hm2水稻产量保持在6193kg水平上.      

人工湿地沸石填充方式研究

针对传统的沸石湿地系统中沸石用量大,与沸石相关的费用高的缺点,提出采用前置沸石和表铺沸石填充方式来改善湿地中的污染物去除效果.对比研究了人工湿地中3种沸石填充方式(底铺、前置和表铺)对农田排灌水中污染物的去除效果.结果表明:茭白-土壤湿地的污染物去除效果优于无植物的土壤湿地系统.沸石-土壤-植物系统比传统的土壤-植物系统有更好的COD_Cr,总氮和氨氮去除效果.3种不同沸石填充方式中,底铺沸石的总氮和总磷去除效果最好;表铺沸石的总氮、总磷和COD_Cr去除效果比前置沸石的好,有植物和土壤的湿地系统增加前置沸石段后COD_Cr的去除率升高3.4%,增加表铺沸石后COD_Cr去除率提高12.3%.      

人工湿地净化海水养殖外排水影响因素与效果实验研究

以海水养殖外排水为处理对象,构建芦苇复合垂直流人工湿地模拟系统进行处理效果的影响因素(盐度,水力负荷,污染负荷)实验。植物选择芦苇,种植密度为48株/m2,基质填料选择细纱、蛭石、高炉矿渣、沸石和砾石。实验结果显示,随着盐度的升高,人工湿地对CODMn和NH4-N的去除率差异不显著(P>0.05),对PO4-P的去除率在逐渐降低,变化显著(P<0.05),但芦苇表现出较强的耐盐性,在盐度20时生长良好。随着水力负荷的增加,人工湿地对CODMn、NH4-N和PO4-P的去除率呈现出降低的趋势,变化显著(P<0.05);而当污染负荷增加时,去除率呈现出先增加后降低的趋势。综合考虑运行合理性及运行效果,得出合理工况为盐度20,水力负荷0.4 m3/(m2.d),污染负荷CODMn 10 mg/L,NH4-N 2 mg/L,PO4-P 0.5 mg/L。在此工况下,系统稳定运行2个月,显示人工湿地对海水养殖外排水中的污染物具有较好的去除效果。     

波形潜流湿地处理低浓度生活污水

本文主要研究不同水力负荷条件下,波形潜流人工湿地对低浓度生活污水中有机物、氮和磷的去除效果及其影响因素。低、中、高水力负荷分别为0·2、0·4、0·8m3/(m2·d),处理低浓度生活污水试验研究表明:水力负荷对CODCr和TP的去除率有一定的影响,都是随着水力负荷的增大而下降;对NH3-N和TN的去除效果几乎没有影响。     

调蓄经济植物湿地技术在农田径流污染控制中的工程应用及评价

为评价调蓄经济植物湿地技术在农田径流污染控制中的运行效果和经济效益,采用现场调研长期跟踪监测调蓄经济植物湿地进、出水水质和水量变化,深入探索其营养盐质量浓度分布特征及其去除效能.结果表明:①调蓄经济植物湿地能够有效截留营养盐,稳定出水水质,2015年7月-2017年4月出水ρ（TN）、ρ（TP）和ρ（COD_Cr）平均值分别为1.2、0.07和17.0 mg/L,TN、TP和COD_Cr去除率分别为65.8%、75.5%和41.3%.②不同调蓄量下TN和TP去除率随着进水水量的增大而减小,表现为枯水期>平水期>丰水期;COD_Cr去除率与调蓄量之间呈负相关,表现为丰水期>平水期>枯水期;在调蓄经济植物湿地中单位面积TN、TP和COD_Cr去除负荷量表现为丰水期>平水期>枯水期.③调蓄经济植物湿地中莲藕、海菜花和螺蛳产量分别为26.25、22.50和2.46 t/（hm2·a）,氮、磷去除总量分别为275和30 kg/（hm2·a）.研究显示,调蓄经济植物湿地能够有效截留氮、磷,在不同水文期均有良好的净化效果,不仅具备景观效益,且具有良好的经济价值.