日本琵琶湖的治理历程、效果与经验

以琵琶湖富营养化综合治理历程为主线,对琵琶湖30余年的治理过程、资金投入、治理措施、成功经验与成果进行了梳理. 截至2006年,琵琶湖综合整治历时35a,总投资约2.86×1012日元(约相当于1800×108元人民币),参照我国GB 3838—2002《地表水环境质量标准》,目前琵琶湖北湖水质维持在Ⅰ类水平,南湖由Ⅲ～Ⅳ类水恢复到I～Ⅱ类水质. 琵琶湖的治理分为2个阶段:第一阶段为1972—1997年,历时25a,这一阶段在琵琶湖水资源有效利用及防洪防灾上取得很大成就,但水质与环境仍在恶化; 1999年至今为第二阶段,主要目标是水质保护、水源涵养及自然环境与景观保护,目前琵琶湖富营养化已得到有效控制. 琵琶湖采取的综合治理措施主要包括依法治湖、中长期综合治理规划、流域污染源系统控制、自动监测系统及专门研究机构建立以及公众参与等5个方面. 主要治理经验包括:①严格控制氮、磷污染源,管网及大型污水处理设施建设着眼于未来长远规划,污水处理深度除磷脱氮技术的普及是污染源系统控制的关键;②大力提高森林覆盖率以减少面源污染的产生,改善水源涵养及流域生境;③切实做到有法必依、执法必严,实现依法治湖;④高度重视环境教育及公众参与;⑤积极推动各科研机构对环境问题的研究.      

洋河水库流域土壤与库区沉积物中磷形态特征研究

应用SMT法研究了洋河水库流域土壤、河道及库区沉积物中总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、铁/铝磷(Fe/Al-P)、钙磷(Ca-P)等5种形态,分析了不同区域各形态磷的分布特征.结果表明,洋河水库流域土壤、沉积物中TP、总氮(TN)和有机质(OM)的均值含量总体变化趋势为河道>库区>土壤,其中TP含量变化不大,这说明营养盐不仅通过土壤径流、河道迁移进入库区,而且库区沉积物的释放作用同样明显.库区柱状沉积物有明显的“表层富积”现象,随着沉积物深度的增加,TP、TN和OM含量逐渐减少,在0~16cm下降趋势明显,16cm以下基本保持不变,说明库区沉积物主要以表层污染为主.土壤、沉积物中的磷以IP为主,大约占TP的46%~79%之间,且研究区各磷形态中以Ca-P为主,大约占TP的22%~68%,这与库区地质—地球化学特征有关.土壤中TP的增加主要来自于Ca-P,与该地区土壤的地质背景有关,河道沉积物中TP的增加主要来自于Fe/Al-P,即河道受到人类活动污染的影响较大,而库区TP的增加主要来自于OP,说明洋河水库的富营养化与流域的工业、生活污染以及农业面源污染有关.     

两种底质对狐尾藻生长和生理指标的影响

在温室条件下,分别以土壤和沉积物作为底质,模拟研究狐尾藻(Myriophyllum spicatum)生长和生理指标的变化。结果表明:与营养水平相当的沉积物相比,以土壤作为底质的处理,其狐尾藻茎叶生物量降低了87.15%,根系生物量增加了226.54%,根系活力降低了46.46%,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性分别增加了134.20%和119.91%,上覆水和间隙水中活性磷浓度分别增加了146.67%和1382.61%。以土壤为底质,增加该处理水体中磷浓度,抑制狐尾藻生长。     

太湖竺山湾污染底泥环保疏浚深度的推算

根据颜色、气味、粒径、黏稠度等理化指标,将太湖竺山湾柱状底泥样品由上至下依次分为氧化层(A)、污染层(B)、污染过渡上层(C1)、污染过渡下层(C2)和健康层(D).通过对底泥中氨氮、总磷、总氮和烧失量垂直分布规律的分析,结合柱状底泥各分层氮、磷吸附/解吸实验,推算出竺山湾污染底泥环保疏浚层及其深度.结果表明,底泥中氨氮、总磷、总氮和烧失量含量随深度的增加呈下降趋势.A层和B层中污染物含量明显高于其他层;无机磷吸附/解吸平衡浓度随深度的增加而下降,在C1层与C2层间出现拐点;而氨氮的吸附/解吸平衡浓度变化趋势较复杂.结合上覆水中无机磷与氨氮浓度,推算出竺山湾底泥环保疏浚层次为C1层,疏浚平均深度为0.40~0.70m.     

洱海湖滨带茭草收割管理关键参数研究

为确定洱海湖滨带茭草收割管理的时间、频次及高度等关键参数,通过室外与现场模拟,研究了不同收割处理下的洱海湖滨带茭草再生率、株高等生长与生理指标.结果表明:8月和10月收割后茭草再生株的叶长和直径显著下降;10月份收割较8月份收割更不利茭草的再生长:其茭草再生长最大速率下降29.6%,再生株叶长和直径分别下降26.9%、25.9%.现场10月份对同一区域茭草进行重复收割,其恢复生长最大速率比单次8月收割下降37.1%;比单次10月份收割下降10.6%,故收割管理应以单次收割为宜.对浅水区(水深50cm)茭草沿水面收割更有利于其再生长(再生率为100%).     

洱海沉积物中溶解性有机氮季节性变化

选取洱海10个表层沉积物样品,研究不同季节DON（溶解性有机氮）和易分解组分DFAA（游离氨基酸）的含量变化. 结果表明:①洱海沉积物中w(DON)在10.41~59.58 mg/kg之间,平均值为27.43 mg/kg,约占w(TDN)(溶解性总氮质量分数)的40%,w(TN)的6%,其季节性变化呈春季>冬季>夏季>秋季的趋势,各季节洱海不同湖区均呈南部>北部>中部的特点;②洱海沉积物中w(DFAA)在4.11~9.89 mg/kg之间,平均值为5.96 mg/kg,约占w(DON)的22%,占w(TDN)的9%,季节性变化呈秋季相对较高、冬春次之、夏季相对较少的趋势,区域性变化呈南北高、中间低的特点,污染较严重的区域沉积物中w(DFAA)较高;③作为沉积物活性氮重要成分,w(DON)和w(DFAA)的季节性变化明显,对湖泊氮代谢有重要影响,在水生植物旺盛区域尤为明显. 在洱海富营养化治理中,除了TN,更应关注DON在湖泊氮循环及其富营养化中的作用.      

基底条件和栽培方式对芦苇和香蒲生长发育的影响

在太湖西五里湖湖滨带生态恢复示范工程区,通过人工栽培的方法研究了3种基底条件和2种栽培方式对芦苇和香蒲生长发育的影响. 结果表明,在不考虑波浪影响的条件下,芦苇在原状土基底上成活率较高,在生土和生土上覆湖泊底泥基底上,芦苇成活率较差. 芦苇群落侧重于靠增加其分蘖数来提高对植物地上部生物量的贡献,而香蒲则利用增加地上部分的高度来提高对植物地上部生物量的贡献. 以西五里湖湖泊底泥作为回填土处理比采用原土回填的方式更有利于芦苇的生长发育. 由于试验选用的香蒲根部比重较大,营养吸收能力强.试验期间,基底条件和回填土处理对单株种植的香蒲成活和生长发育影响不大. 单株种植的芦苇成活率、日生长量以及地上部株高增量均不如单株种植的香蒲.虽然芦苇分蘖数较多,但从总体上看,芦苇不适合单株种植.      

轻组有机质对太湖沉积物氮、磷矿化的影响

采用连续淹水培养试验研究轻组有机质(LFOM)对鼋头渚(Y)和贡湖(G)2种不同污染程度太湖沉积物氮、磷矿化的影响. 结果表明,去除LFOM并没有改变沉积物氮、磷的矿化趋势. 试验初期,沉积物累积矿化氮、磷量急速上升,之后增速变慢,至峰值后迅速下降,42 d时达到最小值,并持续至试验结束. 经过77 d的培养试验,不同处理的2种不同污染程度沉积物有24%～39%的总氮(TN)和7%～26%的总磷(TP)被矿化;污染较重的沉积物Y的净矿化氮、磷量和矿化速率均高于沉积物G;去除LFOM使沉积物的净矿化氮、磷量和矿化速率均有所降低,其中沉积物Y的净矿化氮、磷量分别降低了110.86和145.26 mg/kg,下降了15%和74%,沉积物G降低了195.13和29.99 mg/kg,下降了40%和50%. 沉积物Y的氮、磷平均矿化速率分别降低了3.01和5.36 mg/(kg·d),沉积物G分别降低了6.35和1.30 mg/(kg·d).      

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%.      

有机磷和无机磷对铜绿微囊藻生长的影响及动力学分析

以β-甘油磷酸钠和K₂HPO₄为例,研究了以有机磷或无机磷为磷源时,铜绿微囊藻的生长过程,并应用Monod模型对结果进行了动力学分析.根据计算,以K₂HPO₄为磷源时,铜绿微囊藻最大比增长率(μ_max)为1.107 d-1,对磷的半饱和常数(Ks)为0.004 8 mg/L;以β-甘油磷酸钠为磷源时,铜绿微囊藻μ_max为0.882 d-1,Ks为0.006 5 mg/L.在一定质量浓度范围内,铜绿微囊藻的最大现存量及最大比增长率均随磷质量浓度的增加而增大;在试验条件下铜绿微囊藻达到90%μ_max时,ρ(K₂HPO₄)为0.042 mg/L,ρ(β-甘油磷酸钠)为0.059 mg/L;此外,磷形态及其质量浓度对铜绿微囊藻的指数增长时间影响较大,从而对其最大现存量造成影响.