不同空间配置的湿地植物群落对生活污水的净化作用研究

植物是湿地生态系统的重要组分,湿地湖滨植物群落物种组成和空间格局对湿地水体净化功能具有重要作用。选择茭草（Zizania caduciflora）、野菱（Trapa incisa）、金鱼藻（Ceratophyllum demersum）和蓖齿眼子菜（Potamogeton pectinatus）等4种云南高原湿地常见湖滨带植物物种,以不同配置方式分别构建4种不同植物群落：茭草-金鱼藻-金鱼藻（Z-C-C）、茭草-野菱-金鱼藻（Z-T-C）、茭草-蓖齿眼子菜-蓖齿眼子菜（Z-P-P）、和茭草-蓖齿眼子菜-金鱼藻（Z-P-C）,对不同植物群落净化污水的效果进行对比研究。结果表明：4种不同植物群落人工湿地对生活污水净化效果不同,经过Z-C-C群落处理后水体的COD降低率为（50.56±1.98）%,显著低于Z-T-C群落（69.66±4.15）%、Z-P-P群落（64.29±1.05）%,Z-P-C群落（66.67±1.13）%,（P〈0.05）;经过Z-T-C群落处理后水体TN降低率为（24.69±4.64）%,显著低于Z-C-C群落（53.29±0.71）%、Z-P-P群落（53.36±2.04）%、Z-P-C群落（54.44±0.29）%,（P〈0.05）;各群落对NH4＋-N去除率有显著差异（P〈0.05）,分别为（71.77±0.37）%,（67.22±0.53）%,（69.22±0.13）%,（80.85±0.31）%。研究表明：3种植物配置模式对生活污水的净化效果比2种植物配置模式的好;适当增加沉水植物的配置比例,可提高人工湿地对氮的去除效果;根系发达的植物具有更强的净化效果。     

贵州草海湿地空心莲子草入侵迹地植物群落结构数量特征

草海湿地是中国西南地区极为重要的喀斯特高原高寒湿地生态系统,也是中国黑颈鹤(Grus nigricollis)等珍稀水鸟重要的越冬场所之一。空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)已在草海环湖消涨区、航道、码头等地形成入侵趋势,造成湿地植物群落物种多样性降低、破坏湿地生态系统稳定,严重威胁草海湿地生态安全。本研究选择贵州草海湿地空心莲子草入侵迹地植物群落作为研究对象,采用标准样地调查法分别在草海湿地上游、中游、下游设置轻度、中度、重度调查样点,对空心莲子草入侵迹地植物群落组成种类、种群密度、重要值等数量特征进行分析,提出空心莲子草清除后湿地植物群落培育方向,为草海湿地入侵植物迹地修复提供参考。研究结果表明,(1)草海湿地空心莲子草入侵迹地植物群落包括9个科,15种植物,其中禾本科(Gramineae)植物4种,莎草科(Cyperaceae)植物3种,蓼科(Polygonaceae)植物2种,菊科(Asteraceae)、苋科(Amaranthaceae)、香蒲(Typhaceae)、睡菜科(Menyanthaceae)、唇形科(Labiatae)、木贼科(Equisetaceae)植物各1种。(2)草海湿地上游入侵迹地植物群落总密度随入侵程度增加呈升高趋势,而草海湿地中游和下游入侵迹地植物群落密度随入侵程度增加呈降低趋势。(3)空心莲子草入侵迹地次优种、伴生种均以禾本科的李氏禾(Leersi ahexandra)、茭白(Zizania latifolia),莎草科的水葱(Scirpus validus)、荆三棱(Scirpus fluviatilis)为主。空心莲子草清除后的植物群落培育应以李氏禾、水葱、荆三棱、茭白为主要建群种。     

氮输入对沼泽湿地植物生长和氮吸收的影响

氮是湿地植物生长必不可少的营养元素之一,但当外源氮输入超出植物生长需要时,氮素将抑制植物生长。不同植物对氮输入的响应不同,同一植物不同器官对氮输入的响应也不一致。为了探讨氮输入对湿地植物生长和氮吸收的影响机制,本文选取滇西北典型湖泊湿地纳帕海湖滨挺水植物茭草（Zizania caduciflora）和水葱（Scirpus validus）为对象,通过控制实验,研究了3个不同氮输入水平[0 g·m-2·a-1（对照,CK）、20 g·m-2·a-1（N20）、40 g·m-2·a-1（N40）]对茭草和水葱生物量积累、根冠比、氮吸收的影响。结果表明：培养期内,茭草地上生物量始终表现为N40〉N20〉CK,即氮输入促进茭草地上生物量积累;而水葱地上生物量随培养时间不同而发生变化,培养早期N20处理促进水葱地上生物量积累,N40处理抑制水葱地上生物量积累。茭草地下生物量表现为N40〉CK〉N20,即氮输入不足抑制茭草地下生物量积累,足够氮输入促进茭草地下生物量积累;水葱地下生物量表现为CK〉N20〉N40,即氮输入抑制水葱地下生物量积累。植物地上部分和地下部分生长对氮输入的响应也不一致,导致植物根冠比发生变化,茭草根冠比表现为N20     

采砂迹地型湿地恢复过程中植物群落分布与土壤环境因子的关系

利用TWINSPAN（双向指示种分析）和CCA排序（典范对应分析）的方法,对北京西卓家营采砂迹地型退化湿地植被进行了群落类型划分,并探讨了湿地植被空间分布与土壤环境因子关系,确定了影响湿地植被空间分布的关键因子。结果表明：38个样方40个植物种可划分为7个群落类型,即茭白＋针蔺群落（Zizania latifolia＋Eleocharis congesta）;牛鞭草＋旋覆花＋野艾蒿＋竹节灯心草＋茵陈蒿＋扁杆藨草群落（Hemarthria sibirica＋Inula japonica＋Artemisia lavandulifolia＋Juncus turczaninowii＋Artemisia capillaries＋Scirpus planiculmis）;千屈菜＋苣荬菜＋小香蒲群落（Lythrum salicaria＋Herba Sonchi Brachyoti＋Typha minima）;竹节灯心草＋问荆＋酸模叶蓼＋芦苇群落（Juncus turczaninowii＋Equisetum arvense＋Polygonum lapathifolium＋Phragmites australis）;针蔺＋扁杆藨草＋茵陈蒿＋野艾蒿群落（Eleocharis congesta＋Scirpus planiculmis＋Artemisia capillaries＋Artemisia lavandulifolia）;鬼针草＋狗尾草＋香蒲群落（Bidens pilosa＋Setaria viridis＋Typha orientalis）和朝天委陵菜＋猪毛菜＋大刺儿菜＋稗群落（Potentilla supine＋Salsola collina＋Cephalanoplos setosum＋Echinochloa crusgalli）。植物群落物种和土壤因子的CCA分析表明：益母草、大车前、猪毛菜主要受土壤pH的影响;茭白主要受氨氮、土壤有机质（SOM）的影响;马唐、鸡眼草主要受土壤全氮（TN）和Mg2＋的影响;针蔺、狼杷草受土壤K＋的影响;苦苣菜、苣荬菜、牛鞭草主要受土壤Na＋的影响;黄香草木犀主要受土壤Cl-的影响;灰绿藜、大刺儿菜、球穗莎草主要受土壤NO3-的影响;扁杆藨草、小香蒲主要受全磷（TP）和含水率的影响。研究结论将为采砂迹地型湿地恢复提供科学支持。     

氮输入对纳帕海沼泽湿地土壤氨挥发和反硝化的影响

选取纳帕海常见湿地植物茭草（Zizania caduciflora）和水葱（Scirpus validus）]及其生长土壤为对象,通过培养实验,研究了3个不同氮输入水平[0g-m^2（对照,NO）、20g-m^2（N20）、40g-m^2。（N40）]对茭草和水葱湿地土壤氨挥发和反硝化的影响。结果表明：氮输入促进了茭草和水葱湿地土壤氨挥发化作用,增加了湿地土壤氨挥发的累积量。适量的氮输入对湿地土壤氨挥发促进显著。在培养前期适量氮输入下的氨挥发积累量高于高水平氮输入的,随着培养时间的延长,后期适量氮输入下的积累量明显下降;而高水半氮输入处理下氨挥发积累量的明显增加,适量氮输入下茭草氨挥发积累大于水葱。氮输入增强了菱草和水葱湿地土壤反硝化作用,加快了反硝化N2O的排放。适量的氮输入促进茭草反硝化作用和反硝化损失量增加明显,培养的前期的适量氮输入处理下的反硝化作用和反硝化N2O的排放增强不明显,随着培养时间的延长,高水平氮输入处理下的反硝化损失量越明显,并且水葱较茭草更为明显。后期适量氮输入下的反硝化损失速率和反硝化损失量高于高水平氮输入,适量氮输入较高水平氮输人促进明显,高水平的氮输入限制了反硝化损失,反硝化N2O的排放总量下降,土壤中氮富集增大。     

表流湿地不同植物配置对富营养化循环水体的净化效果

通过构建不同植物配置的表流湿地,研究了表流湿地不同植物配置对富营养化循环水体的净化效果。结果表明,在水力负荷为1.46 m.d-1、平均水力停留时间为24 h条件下,表流湿地整体对TP、TN、CODCr及TSS的单位面积去除速率分别为13.26、57.766、2.44、70.72 mg.m-2.d-1;凤眼莲(Eichhornia crassipes)对TP、TN的单位面积去除速率最高,分别为12.82和62.95 mg.m-2.d-1,荇菜(Nymphoides peltatum)和水芹(Oenanthe javanica)最低,不同植物配置条件下水体进、出水中TP、TN浓度呈指数相关;供试植物对CODCr的单位面积去除速率随时间延长呈整体下降趋势,荇菜对CODCr的单位面积去除速率最高(P<0.05),为67.14 mg.m-2.d-1,菖蒲(Acoruscalamus)最低(45.43 mg.m-2.d-1);大薸(Pistia stratiotes)和黑三棱(Sparganium stoloniferum)对TSS的单位面积去除速率最低(P<0.05),且不同时间变化幅度较小(22.96～33.95 ...     

梯级河滩湿地模型对受污染河水氮磷和CODCr的净化效果

在贾鲁河畔构建3组并联的梯级河滩湿地模型,引种9种不同类型的湿地植物进行筛选试验,将湿地模型串联运行比较研究3种不同植物配置的梯级湿地对受污染河水的净化效果,在此基础上设定12h和24h等两组不同水力滞留时间,研究延长滞留时间对水质净化效果的影响。试验结果表明：对氮磷和有机物的去除效果挺水植物明显好于沉水植物,其中茭草（Zizania caduciflora）、荆三棱（Scirpus fluviatilis）和狭叶香蒲（Typha angustifolia）去除效果最好;沉水植物和挺水植物对氨氮的去除表现好于浮叶植物;延长水力滞留时间对改善水质净化效果明显,滞留时间由12h延长到24h后,TN、TP、氨氮和CODCr去除率分别提高10.2%、21.7%、30.2%和12.9%,对氨氮的净化效果改善最为明显;挺水植物＋沉水植物＋浮叶植物组合较单纯挺水植物组合在对氨氮和TN去除效果方面表现出较明显的优势,主要是由于不同类型湿地植物所营造的好氧、厌氧环境提高了对氨氮和TN去除效果。研究结果证明在湿地植被组建中,根据进水水质,应灵活选择植物种类,进行合理的植物配置,可提高湿地的净化效果。     

不同水生植物配置对河涌污水的净化效果

研究不同配置的挺水植物组合对河涌污水污染物的净化效果,为在河涌污水治理上构建有效的人工湿地植物处理系统提供依据。选择10种净化能力较强的挺水植物,组成6种不同配置的挺水植物组合,采用无土栽培的方式模拟人工湿地的环境进行静态培养试验,测定出不同水生植物组合及在不同污水的停留时间（HRT）下对河涌污水污染物的去除率。6种不同配置的水生植物组合在HRT为5 d时对NH4＋-N、TN、TP、CODCr、BOD5的去除率（平均去除率分别为98.2%、81.2%、91.3%、71.8%、79.4%）均较高;以组合1：香根草Vetiveria zizanioides＋风车草Cyperus alternifolius＋美人蕉Canna indica＋菖蒲Acorus calamus＋再力花Thalia dealbata的处理效果为最佳。不同水生植物系统对污水的净化效率取决于HRT,当HRT从1～5 d时,NH4＋-N、TN、TP去除率每天的增幅均逐渐增加,当HRT从5～7 d时,NH4＋-N、TN、TP去除率每天的增幅却均迅速下降;说明3种不同配置的水生植物系统对河涌污水NH4＋-N、TN、TP的净化效率均以HRT为5 d时最高。     

单种和多种群落湿地对污水的净化效果和植物生长生物量研究

对单种和多种植物人工湿地对污水的净化效果和植物生长生物量进行了研究.结果表明,两种湿地对有机物CODcr的净化效果差异不明显,但多种群落湿地对TP的净化效果优于单种群落湿地,而单种群落湿地对TN的净化效果又强于多种群落湿地.风车草在单种群落里生长旺盛,而在多种群落里生长稍差,单种群落的群落覆盖度明显高于多种群落的群落覆盖度;单种群落地上部分生物量为2395.6g/m2,比多种群落的地上部分生物量多1倍强,而多种群落的地下部分生物量为688.0g/m2,比单种群落的地下部分生物量多80%强;植物根系主要分布在0～5cm表层,该层根系生物量占根系总生物量的60%强.图1表2参12     

沿黄河下游湖泊湿地植物群落演替及其多样性研究

沿黄河下游湖泊湿地是黄河健康生命系统的重要组成部分,其植物群落演替及其多样性研究对湿地及其生物多样性保护有重要意义。通过野外样地调查,分析了沿黄河下游湖泊湿地植物物种组成及其群落的演替模式,并计算了群落植物多样性特征指数,包括物种丰富度指数（S）、多样性Simpson指数（D）、Shannon-wiener指数（H′）、均匀度指数Pielou（E）。结果表明,研究区湖泊湿地共有77种植物,属于28科61属,除榆树Ulmus pumila Linn.为木本植物外,其余76种为草本植物,其中有1种轮藻门植物,1种蕨类植物;从空间来看植物群落演替过程为沉水植物菹草群落→纯水烛群落→水烛群落→水烛＋扁秆藨草群落→藨草群落→芦苇群落,青龙湖湿地水环境的变化,使湿地植物群落的类型也随之发生变化;群落多样性指数Shannon-wiener指数均低于1.12,Simpson指数为0.41~1,Pielou均匀度指数为0.8左右;芦苇群落的物种数最多,有32个物种,水烛群落以12种次之,菹草群落、水烛＋扁秆藨草群落和扁秆藨草群落中的物种数差别不大。沿黄河下游湿地植物群落多样性水平较低,湿地系统有向陆地系统过渡的趋势。     

人工湿地处理富营养化水体的效果研究

通过在北京市野生动物救护中心构建表流湿地与潜流湿地相结合的复合人工湿地处理富营养化水体,研究该复合人工湿地对总氮（TN）、总磷（TP）及水体浊度的去除效果。结果表明：人工湿地对TP的去除效果好于对TN的去除效果,经过人工湿地处理的富营养化水体,表流湿地、潜流湿地和复合人工湿地对TP的平均去除率可分别达42%、55%、60%,对TN的平均去除率分别为27%、30%、34%,对水体浊度的平均去除率分别达43%、55%、75%。复合人工湿地对TP、TN以及浊度的去除效果受水体温度和溶解氧（DO）的影响,通过相关性分析发现,TP、TN和浊度的去除量与水体中的DO水平之间存在显著的负相关性,而与水体温度有正相关性,在显著性水平为0.05的条件下,相关系数分别为-0.829、-0.767、-0.765和0.674、0.757、0.774。复合人工湿地对TP、TN及浊度的去除率高于表流湿地和潜流湿地,表明复合人工湿地具有优于表流湿地和潜流湿地的整体性功能,能有效提高人工湿地对TN、TP以及浊度的去除率。     

铬、铜和镍对人工湿地硝化细菌与反硝化细菌群落结构分布的影响

在铬、铜和镍复合污染的3段波形潜流人工湿地中采集0~15 cm土壤样品,分别以单氨加氧酶的编码基因amoA和亚硝酸还原酶的编码基因nirK的部分序列作为硝化细菌和反硝化细菌的指示基因,采用实时聚合酶链式反应（实时PCR）与PCR-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）结合克隆和测序的方法,研究了硝化细菌与反硝化细菌群落结构的空间分布。结果表明,在人工湿地中,amoA和nirK基因丰度均在第3段最高,分别为（8.60×2.75）×106拷贝·g-1和（137.76×42.16）×10^6拷贝·g-1。回收的15个amoA基因序列中有7个属于簇3a,而8个nirK基因序列中有3个属于簇III。相关性分析表明,amoA基因拷贝数与全量铜、全量镍和铬的活化率呈显著负相关（r分别为-0.870、-0.884和-0.898）,但有效铜与amoA香农-维纳指数和辛普森指数之间均呈显著正相关（r分别为0.892和0.940）,铜的活化率与amoA基因均匀度呈显著正相关（r=0.887）;nirK基因拷贝数与全量铜、全量镍和铬的活化率也均呈显著负相关（r分别为-0.818、-0.820和-0.860）,但有效铜与nirK基因均匀度呈显著正相关（r=0.917）。以上结果表明,硝化细菌和反硝化细菌在人工湿地各个阶段的变化规律基本相同,这二者的丰度与多样性指数对重金属污染的反应总体上呈相反的变化。     

仿生植物附着微生物膜对污染水体氮素迁移转化效能分析

通过室外及室内控制试验,研究5种常见填料作为原材料制成的仿生植物对污染水体氮素的去除性能,结果表明,仿生植物原材料的差异将直接影响其附着生物膜特性,其附着生物膜量、硝化强度、反硝化强度以及硝化细菌、反硝化细菌均表现为：软性填料﹥组合填料﹥悬浮填料﹥立体弹性填料﹥半软性填料。水深对仿生植物附着生物膜亦有不同程度的影响,其中生物膜量随水深的增加并未表现出明显的分层效应,而生物膜硝化作用强度、硝化细菌随水深的增加逐渐降低,但生物膜反硝化作用强度、反硝化细菌则随水深的增加则呈现出逐渐增加的趋势。5种不同材质的仿生植物对水体TN、NH4＋-N、NO3--N具有较好的去除效果,去除率表现为：软性填料﹥组合填料﹥悬浮填料﹥立体弹性填料﹥半软性填料﹥对照系统。同时,仿生植物种植密度也影响其对水体氮素的去除效果,表现为CK〈7株·m-3〈13株·m-3〈20株·m-3,研究结果将为仿生植物的野外实际应用及我国城市重污染河道水质原位修复提供技术支持。     

三江平原湿地典型植物群落氮的积累与分配

采用野外采样和室内分析结合的方法,研究了三江平原湿地典型植物群落氮的积累与分配特征。结果表明,小叶章（Calamagrostics angustifolia）、乌拉苔草（Carex meyeriana）和毛苔草（Carex lasiocarpa）群落地上器官氮含量不存在显著差异,根的氮含量存在显著差异,枯落物的氮含量表现为乌拉苔草群落〉小叶章群落〉毛苔草群落（p〈0.01）。小叶章、乌拉苔草和毛苔草群落不同部分的氮积累量和积累速率（VN）季节变化明显,三者地上器官、枯落物的氮积累量和VN表现为乌拉苔草群落〉小叶章群落〉毛苔草群落;三者根的氮积累量表现为小叶章群落〉毛苔草群落〉乌拉苔草群落,VN表现为毛苔草群落〉小叶章群落〉乌拉苔草群落。小叶章、乌拉苔草和毛苔草群落不同部分的氮分配比在各时期差异明显,根是重要的氮储库,其分配比高达（87.76±2.55）%、（79.84±7.53）%和（89.25±5.49）%;地上部分的氮分配比均以叶最高,茎较低;地上与地下的氮分配比呈相反变化规律,反映了其在氮供给方面的密切联系。     

潜流人工湿地理化性质及不同形态氮素的空间分布

对潜流人工湿地系统的可溶解氧、pH、氧化还原电位以及水温等理化因子和不同形态氮素的空间分布进行了较全面研究。结果表明,潜流人工湿地上部溶解氧高于下部;湿地下部pH较小,主要在6.9～7.2之间;氧化还原电位表现为上部前端氧化,下部后端还原;湿地装置内下部温度总体比上部要高,前端表现得尤其明显;湿地前端上部是COD和氨氮降解的主要场所,在前端下部区域硝氮的浓度低而亚硝氮、氨氮的浓度相对较高;湿地系统中亚硝氮含量较低,仅在前端中下部有所积累;总氮浓度在湿地前端较高而后端较低,其去除率在根本上依赖于反硝化作用的强度。     

Cu2＋胁迫下湿地微生物热代谢活性及Cu2＋的固定/转化率

应用微量热法结合常规分析方法,研究了桂林会仙湿地沼泽底泥和水稻田微生物在800 - 4 000 μg·g-1 Cu2＋胁迫下的热代谢活性及Cu2＋的固定/转化率。结果表明,在w（Cu2＋）为800 μg·g-1条件下,水稻田和沼泽底泥土壤微生物对Cu2＋的固定/转化率分别为44.93%和34.59%,但在w（Cu2＋）为4 000 μg·g-1 时则分别是93.16%和85.13%;Cu2＋对水稻田和沼泽底泥土壤微生物代谢活性的半抑制浓度分别为2 043和2 325 μg·g-1;水稻田土壤微生物代谢活性低于沼泽底泥,在土壤及其微生物共同作用下Cu2＋的固定/转化率随Cu2＋浓度递增而升高;在相同条件下,水稻田和沼泽底泥土壤微生物的代谢速率在α = 0.05或α = 0.01水平上显著相关。湿地土壤用途发生改变后,土壤微生物在固定/转化Cu2＋的作用上发生了明显变化。     

膜生物反应器（MBR）处理垃圾渗滤液的脱氮研究

采用一体式MBR处理垃圾渗滤液,系统考察MBR对COD、NH4＋-N和TN的去除效果。结果表明：可将垃圾渗滤液的COD降至650-1 500 mg·L-1范围;在HRT为1.5 d、DO为0.75-1.20 mg·L-1、不排泥条件下运行时,对TN质量浓度低于2 300 mg·L-1、容积负荷低于0.25 kg.m-3.d-1（以N计）的渗滤液进行处理,MBR对NH4＋-N与TN的去除率可分别达到87%和72%以上。在MBR处理垃圾渗滤液的运行中发现,膜的污染速度较快,并且呈现＂两段性＂的规律,采用碱＋氧化剂的清洗方式可有效去除膜污染,降低过膜压力。     

两级人工湿地用于村镇污水脱氮的长期运行特性研究

对沙田人工湿地稳定运行后的情况进行了长达6 a的监测,探讨了不同流态的两级潜流人工湿地长期运行的脱氮效能、不同形态氮的空间转化规律和几种主要影响因素。研究表明,在整个运行期间人工湿地的脱氮能力呈现低-高-低的变化趋势,这个过程的发生和湿地内部堵塞物的累积关联密切。在华南地区,季节变化对湿地脱氮的影响依然十分强烈：一方面,体现为季节温差对脱氮效果的明显影响,低温月份采用低负荷方式运行,TN去除率也仅有36.0%～47.6%,而高温期采用高负荷的运行方式,大多数月份TN去除率也能达到45.4%以上;另一方面,季节性雨量的不同会引起进水质量浓度的变化,导致湿地系统TN负荷率的改变,进而显著影响脱氮效果。有机氮、NH3-N、NO2--N、NO3--N在湿地内部存在明显的转化迹象,沿流程随着有机物的大量消耗,NO3--N去除能力逐渐下降并在湿地的末端出现了累积现象。通常情况下,由于采用了跌水曝气等措施,DO在湿地内的大部分区域都维持了较高水平,未对脱氮效果产生明显不利影响。