大水面控养条件下水葫芦与浮游藻类间的相互作用

在滇池外海北岸重污染水域的0.25 km2封闭性蓝藻治理试验示范区内控养水葫芦(Eichhornia crassipe),通过鉴定与计数水体浮游藻类及监测水葫芦生理指标的变化,研究大水面控养条件下水葫芦与浮游藻类间的相互作用。6月底按9.30kg·m~(-2)投放水葫芦种苗,12月底进行采收,水葫芦控养面积为2.51 hm2。结果显示,该水域共鉴定出浮游藻类隶属7门46种(属),控养水葫芦未显著影响浮游藻类群落结构;水葫芦控养区浮游藻类生物量高于对照区,控养区浮游藻类最大生物量为1.76×109 cells·L-1,是对照区的2.2倍;蓝藻门生物量占浮游藻类总生物量的88.0%以上,且以微囊藻为优势种群,控养区微囊藻生物量高达1.75×109 cells·L-1,是对照区的2.4倍;水葫芦根系对浮游藻类具有明显吸附作用,吸附的微囊藻最大生物量为1.67×109 cells·m~(-2)。吸附于水葫芦根系的高浓度浮游藻类未影响植株株高、根长、生物量的变化,对根系活力与叶片生理变化影响也较小,平均根系表面积和活跃面积分别为0.62和0.28 m2·g-1,平均叶片可溶性糖和可溶蛋白质分别为2.81和0.15 mg·g-1。综上分析,控养水葫芦改变浮游藻类空间分布特征,将其有效吸附滞留于控养区,防止其随风布满湖面;水葫芦根系吸附的高浓度浮游藻类未影响水葫芦正常生长。     

规模化控养水葫芦改善滇池草海相对封闭水域水质的研究

在滇池草海的封闭水域东风坝和老干鱼塘开展修复富营养化水体的试验性工程示范。定期监测水葫芦(Eichhornia crassipes)生长规律,富集氮、磷能力,以及2个水域水葫芦种养后水质的周年动态变化。结果表明,2个水域水葫芦最大生长速率均出现在7月,生长速率分别为759.3和601.6 g·m-2·d-1,12月基本停止生长,东风坝和老干鱼塘水域新鲜水葫芦对氮、磷的富集量分别为1.95、0.17和1.74、0.14 kg·t-1,水体营养化程度直接影响水葫芦生长特征。规模化控养水葫芦明显提高水体透明度,降低水体溶解氧浓度和pH,但既未明显影响鱼类生长,又有利于水葫芦的生长与繁殖。在水葫芦种苗初始投放覆盖度10%、投苗量为22.5 t·hm-2条件下,水葫芦种养后(7—12月)东风坝水体TN、TP和NH4+-N平均浓度比种养前(6月)分别下降7.79、0.67和0.91 mg·L-1,老干鱼塘水体TN、TP和NH4+-N平均浓度比种养前分别下降1.03、0.08和0.09 mg·L-1。水葫芦被机械化打捞后,2处水域水体TN和TP浓度并未明显回升,水质变化较平稳,表明规模化控养水葫芦修复封闭的富营养化水域水质效果明显。     

水葫芦生态净化工程对竺山湖底栖动物群落结构变化的影响

在解决了机械化采收、资源化利用的终端处理后,利用适应性广、生物量大、净化能力强的漂浮植物净化污染水体,成为当前受污水体、尤其是富营养化水体生态治理的有效治理手段之一。在常规控养水生植物净化水体的工程实践中,主要是在风浪扰动小的岸边或内河里进行,在湖泊等多风浪扰动的较大水体中进行控养水生植物、净化水体的工程实践尚不多见。因此,根据江苏省通过种养水葫芦(Eichharnia crassipes)净化太湖受污水体的治理要求,江苏省农科院在太湖竺山湖中央水域连续进行了放养1000亩水面水葫芦的生态净化工程。本研究主要针对这种工程措施下,通过2011年控养水葫芦后研究其对水体环境的影响及底栖生物群落结构和多样性的变化。结果表明,软体动物(主要是铜锈环棱螺)的平均密度从远离到种养区内分别为15.13、15.63、22.63 ind·m-2,生物量从远离到种养区内分别为17.00、17.60、25.50 g·m-2,密度和生物量表现为种养区内要高于种养区外围;种养区内寡毛类(主要是霍甫水丝蚓)和摇蚊幼虫类的密度和生物量的变化表现为远种养区近种养区种养区内,表明以水葫芦为代表的漂浮植物规模化种养后,对底栖环境有一定的改善效果;然而,短期内的控养水葫芦进行水体生态治理,不能立即显现出明显的改善效果,尤其是对于太湖这样一个浅水、多风浪扰动的大水体,更需要长期、持久的多措施并举才能起到效果。利用Shannon-Weaver和Simpson指数来评价底栖环境,水体仍处于重度污染状态。因此,短期内规模化控养水葫芦生态净化工程措施未表现出对底栖生境及底栖生物的不良影响。     

规模化控养水葫芦改善滇池外海水质效果研究

2011─2013年,在滇池外海水域实施了规模化控养水葫芦(Eichhornia crassipes)修复富营养化湖泊水体的试验性工程,以及外海湖体与控养区内、外水质的变化分析,探讨规模化控养水葫芦对外海水质的改善效果。结果表明:水葫芦在滇池外海控养水域生长迅速,安全可控,并未出现逃逸泛滥现象。2012和2013年水葫芦最大覆盖面积分别为556.39和257.87hm2,通过对其采收共计从外海水体带走氮691.89 t,磷57.40 t;工程实施期间,外海全湖水质得到一定的改善,水体TP平均浓度始终维持在较低水平,水体TN平均浓度显著下降,尤其2012年,外海湖体TN平均质量浓度由2011年的2.80 mg·L-1降至1.96 mg·L-1,同比下降了30.00%;水葫芦控养区内水体TN和TP平均浓度较控养区外分别下降了28.52%和13.04%。综上分析,规模化控养水葫芦可削减水体大量的氮、磷,尽管水葫芦覆盖面积不足外海水域面积的2.00%,但仍对外海全湖水质改善具有一定效果。该研究为规模化控养水葫芦应用于大型富营养化湖泊的治理提供了工程实践与理论依据。     

滇池不同水域凤眼莲生长特性及氮磷富集能力

在滇池草海和外海水域共选择6个试验点,采用围栏设施有控制地种养凤眼莲(Eichhornia crassipes),初始放养量为3 kg·m-2,每2周监测1次各试验点水质状况、凤眼莲生长特性指标和植株氮磷含量,对比研究滇池不同水域凤眼莲生长特性及氮磷富集能力差异.结果显示,外草海水域水体氮磷浓度较高,凤眼莲生物量增长速率最高,平均为542 g·m12·d-1,全年累积生物量最大,可达85.37 kg·m-2,植株TN、TP含量(以干质量计,下同)最高,分别为32.9和8.2 g· kg-1.外海白山湾水域水体氮磷浓度相对较低,凤眼莲生物量增长速率较低,平均为150 g·m-2·d-1,全年累积生物量较低,为27.00 kg·m-2,植株TN、TP含量较低,分别为15.0和6.4g· kg-1.水体pH值、氮磷含量和风浪是影响风眼莲生长的主要因素.     

富营养化水体生态修复技术中凤眼莲与磷素的互作机制

为进一步完善富营养水体生态修复技术体系,提升除磷效能,从磷素对水体富营养化进程的贡献展开分析,指出磷素是制约浮游藻类生长的关键因素,并分析了凤眼莲Eichhornia crassipes与磷素的互相作用机制,即磷素对凤眼莲植株生理性状具有影响,而凤眼莲对磷的吸收同化作用又促成了除磷目标。研究显示:随着水中可获取磷浓度的升高,凤眼莲吸收的磷素更多地分配在茎叶部分。水体磷浓度过高,将激发凤眼莲对磷素的超累积性;水环境中磷素缺乏,凸显出凤眼莲的根部形态可塑性。水体氮磷浓度比(N/P)为2.5~5时凤眼莲可获得最大生物产量。凤眼莲对可溶性反应磷具有极优的净化效果;在藻华爆发期间,凤眼莲能通过密集根系捕获飘移的蓝藻,并吸收利用藻细胞衰亡所释放的磷素。在工程实践中,需统筹考量磷去除效果与去除速率,在高污染负荷的情况下,应优先考虑去除速率;当水再生作为饮用水源时,应优先考虑去除效果。凤眼莲生态修复工程设计须遵循先后次序:(1)最终水质目标;(2)生物产量;(3)植株品质。最终水质目标及营养去除与营养负荷水平密切相关。在大型湖泊和水库实践应用中,须先控制外源磷负荷,再逐步削减内源磷负荷。利用凤眼莲深度净化污水处理厂尾水,或在高负荷的入河、湖口处种养凤眼莲,可减轻外源磷负荷;在蓝藻积累和衰亡的背风区域种养凤眼莲,以吸收蓝藻释放的营养,从而减轻内源磷负荷。     

水葫芦修复污染水体的功能及其在工程应用中所面临的挑战

水葫芦(凤眼莲,Eichhornia crassipes(Mart)Solms)具有繁殖速度快、生物产量大、吸收氮磷能力强等特点,被广泛地用于净化污染水体,是国内外学术界公认的水体修复的优势物种。然而,目前水葫芦修复污染水体多停留在研究试验阶段,并未在水体污染治理生态工程中得到大规模应用。文章系统地总结了水葫芦修复污染水体的功能,并分析了水葫芦规模化应用于污染水体治理工程中面临的挑战。有关研究表明,水葫芦对生活污水、工业废水、畜禽养殖废水、地表径流水与富营养化河流、湖泊、水库水体中的氮、磷、重金属、有机污染物等均有较强的去除效果;规模化种养水葫芦修复污染水体面临的主要挑战包括:潜在的生态风险高,收获难度大、成本高,处置利用困难,商业化生产可行性低等。针对这些瓶颈问题,文章提出了破解的思路和今后的研究重点:(1)研究规模化安全种养的可靠技术,如种养围栏设施的研发、水葫芦适宜种养水域的选择和适宜的水面覆盖度等,以防范规模化种养的潜在生态风险;(2)加强研发快速高效、规模匹配的打捞-运输联动专用装备,优化打捞、运输技术方案,以期提高打捞效率,降低打捞成本;(3)深入研究水葫芦固、液分离技术,研发高效机械脱水装备,解决水葫芦含水量高、挤压脱水难题;(4)创新水葫芦资源化利用工艺,充分开发水葫芦经济价值,并探索政府生态补偿政策和办法,建立生态补偿机制,吸引企业参与,推动规模化种养水葫芦治污的产业化生产、企业化运行。     

沉水植物与生态浮床组合对水产养殖污染控制的研究

通过2009年9月—2010年2月测定陆基围隔中水生植物种植密度、浮床水面覆盖率、水质状况、浮游藻类群落特征及水生生物生长状况,研究了沉水植物与植物浮床相结合的新型养殖水体净化模式对养虾塘污染原位净化及水质调控效果。结果表明,养虾塘第Ⅴ组围隔(单个围隔面积为3 m×3 m)内栽种苦草(Vallisneria natans)4.0 kg和轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)3.0 kg,与种植312株常绿鸢尾(Iris hexagonus)的植物浮床组合,对养殖污染的控制效果较好,TN、TP、CODMn分别从3.41、0.32、14.34 mg.L-1降至0.79、0.02和11.96 mg.L-1;第Ⅴ组围隔内浮游藻类Margalef指数为4.00,Shannon-Wiener多样性指数为3.32,Pielou均匀度指数为0.76,显示养殖水体环境较稳定,水质相对较好。     

淀山湖浮游藻类增长的氮磷限制性营养研究

2009年1月至12月对淀山湖浮游藻类生物量及主要营养元素N、P含量进行了监测,并利用藻类增长的生物学评价（NEB）方法对浮游藻类增长的限制性营养元素进行了研究,采用双变量相关性分析了水体中N、P含量与浮游藻类生物量的相关性.结果表明,磷含量与藻类生物量有显著的正相关（Rmax=0.980）,添加磷能明显促进藻类生物量...     

稻田流失养分循环利用系统构建研究初探

针对长江三角洲经济发达地区集约化农田化肥投入超量、稻区水体N、P、K富集度超高,农田生态环境遭到严重破坏等现状,该文系统研究了农田流失养分从农田到水体,再由水体回到农田的循环利用过程,并构建农田养分流失循环利用系统工程,为我国农田流失养分循环利用和农业生态环境健康提供科技支撑。研究结果表明：本区域农田面积为18.6 hm2,水稻季农田化肥N、P、K投入量分别为305.7、44.9、150.8 kg·hm-2;整个水稻季本区域农田地表径流量为4 518.0 kg·hm-2,其中N、P、K流失量分别为16.6、0.5、9.6 kg·hm-2,占水稻季N、P、K肥投入量的5.45%、1.07%和6.37%;农田周围净化池塘中水生植物的N、P、K拦截量分别为67.8、8.1、99.7 kg,分别占本研究区域N、P、K流入量的21.84%、90.31%和55.73%。将水生植物还田,晒干水葫芦（Halerpestes cymbalaria）按4 500 kg·hm-2农田施用,可分别减少农田化肥N、P、K的投入量106.2、9.5、105.8 kg·hm-2。该研究成果对于减轻农业生产面源污染,推进农业生产可持续发展具有积极意义。     

农田施用水葫芦对水稻磷素吸收利用的影响

为促进农田流失养分的循环利用,2009、2010年以粳稻品种运2645为供试材料,设计农田施用水葫芦(将晒干水葫芦按4 500 kg hm-2农田施用)、不施用水葫芦处理和施氮(N)量为120 kg hm-2(LN)、240 kg hm-2(NN)处理,研究其对水稻不同生育时期磷(P)素含量、吸收、分配和利用效率的影响.结果表明:1)农田施用水葫芦后,水稻不同生育时期植株含P率显著提高,各生育时期P素吸收量显著提高;2)农田施用水葫芦对水稻不同生育时期P素在茎鞘、叶片和穗中分配比例均无显著影响;3)农田施用水葫芦后,除够苗期外,水稻不同生育时期P素干物质生产效率极显著降低,P素籽粒效率显著降低,但P素收获指数无显著变化;4)农田施用水葫芦后,水稻产量显著提高;5)增施N肥后,水稻不同生育时期的植株P素含量和吸收量多得到显著或极显著的增加,P素干物质生产效率和P素籽粒生产效率多明显下降;6)水葫芦×N处理对稻株P素吸收利用多无显著互作效应;农田施用水葫芦使水稻植株含P率、P素吸收量显著提高,使P素干物质生产效率和P素籽粒生产效率多显著降低.     

富营养化水体治理的实践与思考——以滇池水生植物生态修复实践为例

从国内外水体治理的理论与实践2个方面,阐述了近年来富营养化水体治理的方法与效果。结果表明,水生植物生态修复的理论和方法已随着大水面围栏控养技术、机械化高效打捞和资源化利用技术的大规模实践而日臻成熟,漂浮植物水葫芦(Eichhornia crassipes)泛滥与不能及时打捞而引起水质二次污染的风险已得到有效规避。通过在滇池控制性种养凤眼莲,滇池水体总氮和总磷质量浓度从入湖口的13.47和1.34 mg·L-1降低到出湖口的2.93和0.10 mg·L-1。上述结果表明只要经过周密的规划和采用合适的生物技术,如凤眼莲控制性种养水体生态修复技术,湖泊富营养化可得到有效抑制。     

生物浮岛对三峡库区典型支流库湾水质和浮游藻类的影响

在三峡库区香溪河的支流高岚河库湾修建生物浮岛,研究生物浮岛对三峡库区典型支流库湾水质和浮游藻类的影响.结果表明,高岚河水质处于中营养型-轻度富营养型水平.8月藻类大量生长期间,浮岛区水体Chl-a、DO和CODMn含量低于对照区,NH4+-N含量高于对照区.浮岛植物对TN负荷的去除效果由高到低依次为美人蕉(Canna indica)、风车草(Cyperus alternifolius)、菖蒲(Pontederia cordata)和梭鱼草(Acorus calamus),对TP负荷的去除效果由高到低依次为美人蕉、风车草、梭鱼草和菖蒲.在浮岛区和对照区共发现藻类7门31属,4月以绿藻和硅藻为主,8月以蓝藻为主.浮岛区和对照区藻类种群结构无明显差异,但4和8月浮岛区藻类生物量明显低于对照区.     

非度量多维标度在亲水河浮游植物群落分析中的应用

为拦截地表径流及各类污染物质进入太湖水域,2014年6月在亲水河流域部分河段布设了生物绳,于2014年6—12月进行了同步监测,选取实际监测数据讨论了非度量多维标度(non-metric multidimensional scaling,NMDS)在浮游植物群落结构分析中的运用。分析结果显示,在生物绳运行前期,总氮和总磷浓度下降明显(P0.01),但后期生物绳处理对营养盐的削减并不显著(P0.05)。经过生物绳处理后,浮游植物群落结构只在6月和10月与前置库有差别,其他月份差异均不显著,但不同月份间浮游植物群落组成差异显著,说明不同季节的温度变化是引起亲水河调查期间浮游植物群落演替的关键因素。     

贵州西部4种林型土壤有机碳及其剖面分布特征

在气候变化背景下,森林土壤碳库已成为全球碳循环研究重点之一。以贵州西部桦木（Betula luminifera H.Wilk.）、柳杉（Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr.）、华山松（Pinus armandii Franch.）和杉木（Cunninghamia lanceilata（Lamb.）Hook.）4种主要森林类型为对象,对其土壤有机碳、碳密度及其垂直分配特征等进行了研究。结果表明：4种林型土壤有机碳含量和碳密度均表现为华山松林（51.09 g.kg-1,30.56 kg.m-2）〉杉木林（39.47 g.kg-1,22.97 kg.m-2）〉柳杉林（37.49g.kg-1,21.00 kg.m-2）〉桦木林（36.31 g.kg-1,20.13 kg.m-2）,华山松林土壤有机碳含量和碳密度显著大于其它三种林型,而另外三种林型间差异不明显;4种林型土壤有机碳含量和碳密度均随土层深度增加而逐渐降低,土壤有机碳含量均为0-10 cm最大,分别是剖面均值的1.45-1.61倍,而0-20 cm层土壤碳密度占整个土壤剖面的32.69%-38.08%,显著高于其他各层,大于20 cm的土层中,各层间的变化较小,土壤碳密度具有一定程度的表聚性;4种林型土壤有机碳含量与土壤pH均表现极强的负相关,与土壤全N和碱解N均表现极强的正相关,与全P、速效P、全K、速效K和阳离子交换量的相关性不尽一致,建立的方程具有较高的回归精度,土壤N和P状况对4种林型土壤有机碳含量有重要影响。     

河流综合截污工程对昆明船房河水质的改善效果

通过对云南省昆明市船房河河段、截污泵站以及昆明市第一、七、八污水处理厂的出水水质分析,研究了河流截污综合治理工程对船房河水质的改善效果以及其对削减滇池氮磷污染负荷的贡献.研究表明,河流截污工程的实施极大地改善了船房河的水质状况,与兰花沟对照点相比,船房河水体溶解氧(DO)含量和氧化还原电位(ORP)值显著升高,电导率(EC)明显下降,pH变化不大;兰花沟水体TN、NH+4-N、TP、PO3-4-P、BOD5和COD Cr浓度分别是船房河水体的2.00倍、4.87倍、7.68倍、6.28倍、59.95倍和12.81倍;与2004年船房河水质相比,TN、TP、COD Cr浓度分别下降了45.44%、88.84%、74.85%.经估算,本工程可削减入湖TN1121.36 kg·d-1,NH+4-N 831.05 kg·d-1,TP 111.67 kg·d-1,BOD515.37 t·d-1,COD Cr22.43 t·d-1,对削减滇池污染物负荷具有显著的环境效益.     

河湖相连水系水体污染控制技术与策略

太湖流域上游洮滆水系河湖相连,湖荡密布。以滆湖—太滆运河、漕桥河—太湖为例,分析了该区域水系特征、生态状况、水环境污染现状及存在的主要问题,提出河湖相连水系污染治理控制方案。通过加强流域污染物的源头控制,削减污染负荷,控污与生态修复相结合,提高湖荡自然净化能力和生态系统自我修复能力,拦截并净化水系入湖污染物,为入湖河流提供清洁水源;对入湖河流集水区各类污染源进行治理,拦截和控制沿线污染物进入入湖河流,建成清水河道,提高入湖河流自然净化能力,使污染物在入湖河流运移过程中进一步削减,在河湖连结处等关键水域构建强化净化污染物的生态拦截工程,再次削减入湖污染物,并对水系各污染控制要素进行系统调控和优化配置,在上游地区构建太湖污染防控和水环境保护的安全屏护体系。     

常德柳叶湖及其连通水体浮游甲壳动物群落结构与水环境特征

为研究连通水体中浮游甲壳动物的群落结构,于2018年6月至2019年3月,对常德市柳叶湖、穿紫河和沅江常德市区河段组成的连通水体浮游甲壳动物和理化环境进行每季度一次的采样调查.共发现浮游甲壳动物27种,其中桡足类10种,枝角类17种.连通水体浮游甲壳动物丰度变化范围为1-132 ind./L,沅江常德市区河段浮游甲壳动物年平均丰度显著低于柳叶湖(P <0.01)和穿紫河(P <0.05),柳叶湖和穿紫河丰度均呈现夏秋季高于春冬季的现象.多刺裸腹溞(Moina macrocopa)和模糊秀体溞(Diaphanosoma dubium)在夏秋季为主要优势种;简弧象鼻溞(Bosmina coregoni)、近邻剑水蚤(Cyclops vicinus)和汤匙华哲水蚤(Sinocalanus dorrii)在冬春季为主要优势种.群落结构相似性分析(ANOSIM)表明,不同季节之间浮游甲壳动物群落结构差异显著,尤以夏季与春季差异性最大,优势种丰度差异是造成不同季节间群落结构差异的主要原因.线性回归分析表明:浮游甲壳动物丰度与叶绿素a浓度呈极显著正相关(P <0.01).浮游甲壳动物群落结构与环境因子的典范对应分析(CCA)表明,影响柳叶湖及其连通水体浮游甲壳动物群落结构的主要环境因子为水温(WT)、透明度(SD)和高锰酸钾指数(CODMn).综合浮游甲壳动物群落结构和水环境特征,发现沅江常德市区河段水质较好,柳叶湖其次,穿紫河水质较差,因此城市水生态的保护和管理应进一步加强.(图5表5参42)     

水葫芦对污水中有机物的净化

本文系在室内模拟天津市南排污河水的流动状态和水质情况,研究水葫芦对污水的净化能力。研究结果表明,水葫芦对污水中的有机污染物木质素、合成洗涤剂有很强的净化力;对有机氯农药(γ-六六六、p、p′-DDE)也有一定净化功效。其中木质素的净化效率为97.40％,净化负荷为0.749g/kg(干)·d(五天,静态)。洗涤剂的净化效率为83.94—92.59％,净化负荷为0.062—0.111g/kg(干)·d(4—5天,静态);而在动态情况下,净化效率为72.37—85.02％,净化负荷1.98—4.15g/kg(干)·d。     

成都市道路地表径流污染及对策

城市道路地表径流污染已经成为城市水体恶化的重要原因之一。2006年8月-11月,通过对成都市9条不同类型道路6次降雨径流水质的监测分析,探讨了成都市路面径流污染的现状、成都市道路地表径流的污染负荷及道路地表径流中污染物之间的相关性关系。结果表明,成都市道路地表径流中污染物SS、COD、TN、TP的含量高,浓度均超出地表水环境质量Ⅴ级标准。成都市道路地表径流的年污染负荷为LCOD=3.1×104t,LTN=1.19×104t,LTP=1174.9 t,LZn=109.46 t。SS浓度与污染物COD、TN、TP、Zn浓度之间存在较好的相关关系(R2>0.8)。可以通过控制径流系数、削减径流中的污染物含量和污染物总量控制3个方面的措施来进行道路地表径流污染的削减。