洱海湖滨带挺水植物残体腐解特征及其环境效应初探

采用试验模拟的方法,研究洱海4种主要挺水植物茭草(Zizania caduciflora)、香蒲(Typha latifolia)、水葱(Scirpus validus)和芦苇(Phragnites australis)在水体中的腐解特征. 结果表明:在21 d的腐解试验中,水葱腐解速率最快,茭草和香蒲其次,芦苇最慢; 挺水植物单位干物质TN释放量表现为水葱>茭草≈香蒲>芦苇,TP释放量表现为水葱>茭草>香蒲>芦苇; 4种植物TP释放率均高于TN,腐解出的TP进入水体的比例也明显高于TN. 水体中ρ(TN),ρ(TP)及ρ(COD_Cr)均在腐解初期(1～3 d)快速上升,pH和ρ(DO)快速下降; 随后,ρ(TN),ρ(TP)及ρ(COD_Cr)均缓慢下降,pH和ρ(DO)则缓慢回升. 结合洱海湖滨带挺水植物空间分布的调查结果,估算全湖湖滨带4种挺水植物中TN和TP的总质量分别为17.622和2.870 t,其中茭草和香蒲中的TN和TP分别占91%和95%,对茭草和香蒲进行适时、适宜的收割对改善湖滨带的水质具有重要的意义.      

洱海湖滨带不同基底高程下菰出苗及生长特征

为研究洱海不同类型湖滨带菰(Zizania caduciflora)的出苗及生长的特征,在2010年3月和6月(菰的主要出苗和生长季节)调查洱海湖湾型和非湖湾型湖滨带不同基底高程上菰生物量、密度、植株叶片数、植株高度等的变化,分析洱海水位变化的影响.结果表明:随着湖滨带基底高程的降低,洱海湖滨带菰的密度、生物量、单株叶片数呈先增高后快速降低趋势,株高则呈增大后基本不变的趋势;从株密度及生物量看,随着3—6月洱海水位的降低,湖湾型和非湖湾型湖滨带菰生长的最适基底高程都随之下降,3月为1 964.85 m,6月为1 964.55 m,所对应的水深均为0.3 m.3月和6月湖湾型湖滨带能够出苗良好的基底高程比非湖湾型分别低了0.3和0.6 m;随着水位的下降,湖湾型湖滨带菰出苗良好的范围向水下延伸,但在非湖湾型湖滨带,出苗良好的最低高程几乎不变.湖湾型和非湖湾型湖滨带菰出苗和生长的差异显示出其影响因素不同,在湖湾型湖滨带,水深动态变化是主要影响因子,而在非湖湾型湖滨带,风浪作用和水深动态变化存在共同作用.     

洱海湖滨带不同基底高程下菰出苗及生长特征

为研究洱海不同类型湖滨带菰(Zizania caduciflora)的出苗及生长的特征,在2010年3月和6月(菰的主要出苗和生长季节)调查洱海湖湾型和非湖湾型湖滨带不同基底高程上菰生物量、密度、植株叶片数、植株高度等的变化,分析洱海水位变化的影响. 结果表明:随着湖滨带基底高程的降低,洱海湖滨带菰的密度、生物量、单株叶片数呈先增高后快速降低趋势,株高则呈增大后基本不变的趋势;从株密度及生物量看,随着3—6月洱海水位的降低,湖湾型和非湖湾型湖滨带菰生长的最适基底高程都随之下降,3月为1964.85m,6月为1964.55m,所对应的水深均为0.3m. 3月和6月湖湾型湖滨带能够出苗良好的基底高程比非湖湾型分别低了0.3和0.6m;随着水位的下降,湖湾型湖滨带菰出苗良好的范围向水下延伸,但在非湖湾型湖滨带,出苗良好的最低高程几乎不变. 湖湾型和非湖湾型湖滨带菰出苗和生长的差异显示出其影响因素不同,在湖湾型湖滨带,水深动态变化是主要影响因子,而在非湖湾型湖滨带,风浪作用和水深动态变化存在共同作用.      

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.     

湿地植物对污水中氮、磷去除效果的试验研究

采用室内试验和现场试验考察了黄花鸢尾、水葱和梭鱼草3种挺水植物对类污水处理厂二级出水中氮、磷的吸收速率、吸收容量和吸收贡献。结果表明:短期内,各种湿地植物污水中氮、磷的吸收速率比较稳定,但在整个生长周期内,各种植物对氮、磷的吸收速率却有较大变化,4月份,水葱对氮、磷的吸收速率最大,8月份,梭鱼草对氮、磷的吸收速率最大。在整个生长期内,黄花鸢尾对氮、磷的吸收容量一直保持最大,在10月下旬分别达到21.5和4.16 g/m2,因此其对二级出水中氮、磷去除的吸收贡献也最大,分别为30%和73%。这表明湿地植物的选择不仅要考查其对污染物的吸收速率,更要关注其对污染物的吸收容量,并且湿地植物的吸收作用对类二级出水中氮、磷的去除具有更加重要的意义。     

滇池和洱海湖滨带水生植被状况与水质的关系研究

在滇池和洱海的湖滨带各设置了6个具有不同水生植被状况的采样点,于2010年8月-2011年5月对水温、pH、ORP、电导率、营养盐(总氮和总磷)、叶绿素a及3种DNA病毒等水质指标进行了现场或采样分析。结果表明,两湖泊中营养盐含量高的湖滨带(滇池草海和洱海沙坪湾),由于水生植物覆盖度高,湖水保持了叶绿素a含量低的状态。对洱海湖滨带的水质分析结果表明,洱海水质有较明显的季节性变化。分析表明,与水温相比,营养盐浓度可能是影响藻类生物量的更重要的因素。3种DNA病毒检测结果初步表明,水生植物不仅能控藻,而且对病毒也有抑制作用。     

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.     

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.     

滇池优势挺水植物茭草和芦苇降解过程中DOM释放特征研究

利用室内分解模拟实验,研究了滇池外海优势挺水植物茭草和芦苇(成熟期)的叶在水环境中降解过程,分析了其释放于水体中水溶性有机质(DOM)浓度和化学结构变化特征.结果表明,植物分解可造成上覆水pH值升高,茭草和芦苇分解过程中上覆水中DOM浓度的变化趋势基本一致.两种植物上覆水中水溶性有机碳(DOC)和水溶性有机氮(DON)的浓度均在8h达到最大值,水溶性有机磷(DOP)的浓度在24 h达到最大值.同时,茭草和芦苇残体内DOM释放强度和速率的变化趋势也基本一致.两种植物DOC、DON和DOP的释放强度和速率都在8 h达到最大,且8 h的释放强度、释放速率、释放比例依次为DOC>DON>DOP.另外,茭草和芦苇分解过程中DOM结构变化分析表明上覆水紫外吸收光谱中SUVA254值先升高再降低,傅里叶红外光谱中—OH特征峰消失,三维荧光光谱中类腐殖酸单位有机碳荧光强度增强.     

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.     

3种湿地植物在水培条件下的生长状况及根系分泌物研究

湿地植物是人工湿地的核心部分,其根系分泌物是人工湿地的主要内部碳源.本研究分析了美人蕉、茭白、水柳等3种湿地植物在水培条件下的生长状况和根系分泌物特性.本实验条件下美人蕉、茭白、水柳在120 d的平均生物量/初始生物量分别为9.1、 3.7和4.7.植物根系分泌物的量与生物量正相关,分泌能力随生物量的增加而降低,生长期内,水柳的平均分泌能力为0.92 mg·(g·d)^-1,美人蕉为0.47 mg·(g·d)^-1,茭白为0.43 mg·(g·d)^-1.通过三维荧光光谱分析,3种植物的根系分泌物均以小分子有机酸和芳香族蛋白质为主.本研究表明,美人蕉、水柳为适宜的湿地植物.     

生态浮岛的构建及其修复校园富营养化人工湖水试验

从材料比表面积、承载植物量、耐低温能力和成本价格等角度对比塑料材质花盆式浮床和无纺纤维浮床的差异,确定无纺纤维浮床为构建生态浮岛的最佳载体基材。在无纺纤维浮岛上栽种泽泻、慈姑、茭白、香蒲、美人蕉、凤尾蕨、芦苇7种本土水生植物,考察其存活率、去污效果、管理难易以及美化景观等因素,并进行综合指标评分,确定香蒲和茭白为构建生态浮岛的最优植物。在此基础上,构建1个兼具水体净化和景观环境美化的新型生态浮岛,并以水体富营养化的校园人工湖作为处理对象,考察生态浮岛对污染水体的净化效果。结果表明,生态浮岛系统出水中的COD、TN和TP均达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水质标准。     

水生植物对面源污水净化效率研究

于自然条件下研究了慈茹、菱白等7种水生植物对面源污水的净化率。结果表明,7种试验植物对水体中N、P均有很高的净化率,其中以慈茹和菱白的综合净化率为最高。由于不同植物对N、P的净化率不同,所以多种植物配置可提高植物对面源污水的综合净化率。     

东太湖茭草植被改造实验研究

东太湖的茭草和浮叶植物有显著的加速湖泊淤积和二次污染效应。1993年开展了面积5ha的植被改造实验,当年剔除原有植物,培育成为沉水植被,平均生物量达3kg/m2。由茭草残体形成的腐殖层对沉水植物生长发育有不利影响,在实验区大部分面积上表层沉积物中TOC含量低于30％,沉水植物能正常生长;TOC含量超过30％时沉水植物生长较为缓慢。对东太湖46.6km2湖面上由茭草和浮叶植物组成的植被进行全面改造,可获得显著的环境生态效益,起到延缓湖泊衰亡和改善水质的作用。     

Relationships between loading rates and nitrogen removal effectiveness in subsurface flow constructed wetlands

Nitrogen removal of wetlands under 40 different inflow loadings were studied in the field during 15 months. The removal efficiency of four different sets of beds, namely the reed bed, the Zizania caduciflor bed, the mixing planting bed, and the control bed were studied. The outflow loading and total nitrogen (TN) removal rate of these beds under different inflow loadings and pollution loadings were investigated. The inflow loadings of 4 subsurface flow systems (SFS) ranged from 400 to 8000 mg·(m²·d)⁻¹, while outflow loadings were less than 7000 mg·(m²·d)⁻¹. The results showed that the inflow and outflow loading of TN removal rate in SFS presented an obvious linear relationship. The optical inflow loading to run the system was between 2000 to 4000 mg·(m²·d)⁻¹. Average removal rate was between 1062 and 2007 mg·(m²·d)⁻¹. SFS with plant had a better removal rate than the control. TN removal rates of the reed and Zizania caduciflora bed were 63% and 27% higher than the control bed, respectively. The results regarding the TN absorption of plants indicated that the absorption amount was very limited, less than 5% of the total removal. It proved that plants clearly increase TN removal rates by improving the water flow, and increasing the biomass, as well as activities of microorganisms around the roots. The research provided a perspective for understanding the TN removal mechanism and design for SFS. __________ Translated from Environmental Science, 2006, 27(2): 253–256 [译自: 环境科学]     

南四湖湿地六种水生植物的磷素根际效应

利用根际土壤溶液的原位抽提和微量样品分析技术,对南四湖湿地的芦苇(Phragmites communis)、芦竹(Arundo donax)、香蒲(Typha latifolia)、水葱(Scirpus validus)、茭草(Zizania aquatica)和喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)等6种水生植物进行了野外原位根际土壤溶液的磷素浓度分析,并从根系形态、磷素吸收利用有效性、根际土壤有效磷素和pH值变化等根际效应差异,揭示不同种类湿地植物磷素净化效率差异的内在机制.结果表明,香蒲对磷素的吸收最大;其次是芦苇、芦竹和茭草;再次是水葱和喜旱莲子草.香蒲的根际土壤溶液磷素浓度(PO43-,0.37μg/L)显著低于非根际区浓度(PO43-,0.47μg/L);而芦苇、芦竹和水葱则表现为根际土壤磷素浓度高于非根际.香蒲通过强大的根系获取了较多的磷素,芦竹则通过根际酸化促进了根系对磷素的吸收,实现了根际土壤较高的磷素去除率.喜旱莲子草根际土壤有效磷增加了48%,可能是由于其较强的根际酸化(pH值降低约0.9)增加了土壤磷素向水体流失的风险,故在湿地磷素修复中应避免使用.     

碳酸钾-三乙烯四胺复合溶液吸收模拟烟气中CO_2试验研究

本菲尔溶液在工业脱除二氧化碳中已获得较广泛的应用,但存在吸收速率差、再生负荷高等缺点。开发新型复合溶液成为目前研究热点。采用搅拌实验装置,研究不同配比的碳酸钾-TETA复合溶液对烟道气中二氧化碳的吸收和解吸性能,揭示了吸收速率、吸收容量与酸碱度、时间之间的内在联系,并对CO2从复合溶液中初始逸出温度、溶液再生温度、溶液再生率、再生前后溶液pH下降率进行了细致记录分析。实验结果表明:碳酸钾-TETA复合溶液配比为0.6∶0.4时吸收效果最佳,吸收量约为0.914mol/L;同时再生温度最低,为106℃;再生率最高,为96.7%。与相同配比的碳酸钾-MEA(一乙醇胺)、碳酸钾-DEA(二乙醇胺)、碳酸钾-DETA(二乙烯三胺)复合溶液相比具有一定再生优势。实验结果还表明碳酸钾-TETA复合体系之间存在正交互作用。     

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.