人工湿地脱氮途径及其影响因素分析

简述了人工湿地脱氮模型。各种形态的氮在人工湿地系统中可以通过氨的挥发、植物吸收、介质沉淀吸附以及微生物硝化/反硝化作用等过程被去除。讨论了各脱氮途径对人工湿地脱氮的贡献,在大多数人工湿地的pH条件下,湿地地面氨挥发可以忽略,湿地植物叶片氨挥发量尚不清楚。湿地介质的直接吸附是短期的。植物在湿地脱氮过程中起了重要作用,但一般认为植物直接吸收和存储只占湿地脱氮的一小部分,一般低于30%。微生物的硝化/反硝化作用,是人工湿地脱氮的最主要的形式。讨论了影响人工湿地硝化作用的主要因素:溶解氧,pH和温度。大多数人工湿地的pH适合硝化作用,溶解氧和温度对湿地硝化作用的影响最大。温度不仅影响微生物的硝化作用,而且可以间接地影响植物的生长从而影响人工湿地的脱氮性能。     

潮汐流与曝气人工湿地对低污染水中氮去除的研究进展

低污染水具有来源广、水量大、水质波动性强、污染物浓度较低等特点。人工湿地是净化低污染水的有效方法。该文阐述了潮汐流和曝气人工湿地对低污染水脱氮的不同增氧机制,并分析它们对低污染水的脱氮效果和影响因素。结果表明:在潮汐流湿地中,适当的闲置和淹没反应时间可创造良好的好氧-厌氧条件,有利于TN去除;当运行周期不大于24 h,淹没排空时间比为0.25～4和0.5～7时,湿地对低污染水中NH_3-N和TN的去除效果最好。合理曝气可使人工湿地在低温(-5～10℃)保持较高去除率;曝气人工湿地净化低污染水的最佳气水比为6∶1,最佳曝气位置是湿地底部。此外,对比2种人工湿地脱氮效果可知,曝气人工湿地的NH_3-N和TN净化效果优于潮汐流人工湿地,对COD的净化效果弱于潮汐流人工湿地。2种人工湿地虽以不同增氧机制提高了脱氮效率,但潮汐流湿地仍存在低温期脱氮效果差和易堵塞的问题,而曝气湿地则存在耗能高且易产生有害物质的问题。     

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。     

动物扰动对湿地植物根区有机碳和氮形态的影响

构建复合垂直流人工湿地,分别向复合垂直流人工湿地的下行池和上行池中加入蚯蚓和泥鳅,研究泥鳅和蚯蚓对人工湿地中植物根区基质有机碳和氮形态及含量的影响。结果表明,加入泥鳅后人工湿地植物根区基质的总有机碳(TOC)、易氧化有机碳(EOOC)、微生物量有机碳(MBC)、可溶性有机碳(DOC)和硝态氮平均含量分别增加16.7%、10.8%、19.1%、33.8%和68.4%,但铵态氮平均含量减少14%。加入蚯蚓后TOC、EOOC、MBC、DOC和硝态氮的含量分别增加74.6%、39.7%、40.4%、45.1%和91.8%;铵态氮平均含量下降42.8%。人工湿地中加入蚯蚓后有机碳、硝态氮和铵态氮含量的变化率比单独加入泥鳅高。相关分析表明,TOC、EOOC、MBC含量分别与硝态氮含量呈极显著正相关(P0.01),加入动物提高了人工湿地植物根区有机碳含量,并促进人工湿地的硝化过程,增加硝态氮含量。     

人工湿地中沸石对铵吸附能力的生物再生研究

利用铵吸附饱和的天然斜发沸石和沙质土壤作为基质,构建了沸石柱和芦苇、菖蒲沸石人工湿地试验系统,采用曝气供氧、自然复氧、植物根系输氧以及培养系统中基质上的硝化菌群的方法,研究了铵吸附饱和的沸石在沸石柱和湿地中的生物再生过程。结果显示,沸石在湿地中再生过程符合指数模拟,在试验周期内沸石在沸石柱中再生可以用指数和线性模拟。沸石在湿地系统和沸石柱中经过1个月的再生,交换容量分别恢复到了原来的60.3%~62.6%和11.8%,3个月后分别恢复到了原来的94.6%~94.8%和38.4%。试验证明,沸石在湿地中再生比在沸石柱中再生效果好,交换容量恢复率高出约50%~63%。根据试验结果,探讨了铵吸附饱和的沸石在人工湿地中的生物再生机理,证明了饱和沸石在湿地中生物再生的可行性。     

人工湿地除磷基质及其净化机理研究进展

基质作用是人工湿地系统除磷的主要机制,通过基质拦截吸附、络合沉淀等途径,实现人工湿地除磷目标,因此如何选用高效除磷功能的基质是提高人工湿地除磷力的关键.通过综述国内外在人工湿地中除磷基质方面的研究进展,介绍了国内外除磷基质种类及其应用优势和限制条件,列举了代表性除磷基质种类,分析了基质除磷主要机制及相关影响因素,剖析了...     

人工湿地生态系统提高氮磷去除率的研究进展

介绍了人工湿地及其去除污水中氮磷的机理，并从湿地植物、基质和微生物三个方面系统地阐述了目前人工湿地系统提高氮磷去除率的研究进展情况；提出了可以通过改良湿地系统设计提高氮磷净化效果、利用培养优化菌种与调节环境条件促进湿地系统氮磷的转化及通过在基质中添加合适的附料、提高人工湿地系统植物多样性从而增加氮磷的吸附吸收的建议，为人工湿地污水净化技术的应用研究提供了有益的参考。     

基质对于人工湿地净化磷素潜能的探讨

综述了不同基质对于人工湿地净化磷素的潜能的研究结果。总结了不同基质对磷素的理论最大吸附量以及基质在人工湿地运行中对磷素净化能力,探讨了影响基质对磷素吸附性能的几个主要因素,并对今后在人工湿地基质类型的选择方面提出了展望。     

植物生理生态特性对人工湿地脱氮效果的影响

人工湿地污水处理系统中,植物对脱氮效果起着非常重要的作用.为了明确人工湿地植物生理生态特性对脱氮效果的影响,藉此优选高效耐寒的湿地植物,进而提出可行的强化脱氮措施,在大量试验的基础上,详细测定了芦苇、美人蕉等典型湿地植物在不同生长条件下对湿地脱氮效果、溶解氧分布状态的影响,以及植物光合、蒸腾特性对湿地脱氮效果的影响.结果表明:在本试验范围内,芦苇、美人蕉湿地脱氮效果最佳;茶花湿地低温条件下运行稳定.植物净光合速率与溶解氧分布、总氮和氨氮去除率显著正相关,而植物蒸腾速率与湿地氨氮去除率显著相关.适当增加植物种植密度有利于提高人工湿地脱氮效果,但种植过密对提高溶解氧水平和总氮去除率反而不利.植物生长周期对湿地脱氮影响显著,植物收割方式对脱氮效果影响较大,清除植物地上茎叶既不破坏植物根区微环境,可有效防止茎叶腐烂向系统重新释氮.此外,由于湿地前端溶解氧水平急剧下降,故建议适当增加前端植物种植密度.     

菌剂强化潜流湿地总氮总磷去除及功能菌特性

从活性污泥中筛选的1株具有高效反硝化能力的聚磷菌B8应用于水平潜流人工湿地中进行强化去除总氮和总磷试验,同时分析并对比了菌剂强化潜流湿地系统和未投菌潜流湿地系统的功能菌数量变化规律.采用常绿植物构建2套相同的水平潜流湿地尾水处理模拟生态系统.结果表明,连续投加14 d B8菌液于水平潜流湿地后,在停止投菌后运行89 d内,投菌湿地系统平均脱氮率为70.1%,未投菌湿地系统平均脱氮率为50.2%;在停止投菌后运行19 d内,投菌湿地系统平均除磷率为63.1%,未投菌湿地系统平均除磷率为45.9%.经过4个月的跟踪运行,基于高通量454测序对湿地微生物群落结构及相关生物学信息对比分析,表明投加外菌源B8会引起潜流湿地内部微生物物种数量减少、微生物均匀度下降和湿地基质微生物群落多样性下降.通过湿地进水总氮浓度对投菌湿地系统和未投菌湿地系统脱氮率影响线性拟合分析表明,投菌湿地在不同氮负荷条件下脱氮效果显著优于未投菌湿地,证实投加B8菌可以有效强化水平潜流湿地的脱氮能力.     

利用矿化垃圾层预防和控制渗滤液导排系统堵塞

在卫生填埋场中,垃圾渗滤液导排系统堵塞普遍存在,悬浮固体形成的物理堵塞、有机物降解和金属离子沉淀导致的生物-化学堵塞是引起导排系统堵塞的关键因素.本文构建了"矿化垃圾+砾石层导排"的渗滤液下渗装置,通过矿化垃圾预处理渗滤液中悬浮固体和有机物以控制导排系统发生的物理和生物-化学堵塞.结果表明,在矿化垃圾层,渗滤液中化学需氧量(COD)和悬浮固体(SS)去除较多,去除率分别达到了85%和87%,并且Ca²⁺浓度也出现了波动较大的现象;然而,渗滤液在砾石层下渗过程中,其COD、SS和Ca²⁺浓度保持稳定.并且,砾石层可排水孔隙率在长期运行的过程中没有明显变化,表明渗滤液在砾石导排层没有形成明显的沉淀.与此同时,在没有添加矿化垃圾的对照组发现,砾石层可排水孔隙率减少最多的区段是渗滤液的进水点位(可排水孔隙率减少达到了53%),即渗滤液有机负荷最大处的饱和砾石层堵塞最为严重,其无机堵塞物主要是碳酸钙等.因此,在渗滤液流入砾石层前,采用矿化垃圾层部分饱和的方式对渗滤液中有机物和悬浮固体进行预处理,可以预防和控制渗滤液在砾石层形成沉淀堵塞.研究为填埋场的运行管理渗滤液导排系统堵塞提供了新的思路和方法.     

桐庐生态公益林主要森林类型土壤抗水蚀功能综合评价

以浙江省桐庐县生态公益林定位监测站为依托,研究了该区域不同森林类型土壤的抗水蚀功能。对比无林地,各森林类型的土壤均有较好的抗水蚀功能。选取土壤初渗速率、稳渗速率、非毛管孔隙度、总孔隙度、水稳性指数、团聚度、分散率、〉0.25水稳性团聚体含量、有机质含量为评价指标,以优劣解距离法为基础,构建了土壤抗水蚀功能综合评价方法。结合实测数据,对研究区各样地土壤的抗水蚀功能进行评价。结果表明：土壤抗水蚀功能为青冈林（Cyclobalanopsis glauca）〉杉木林（Cunninghamia Lanceolata）〉香樟林（Cinnamomum camphora）〉毛竹林（Phyllostachys heterocycla）〉马尾松林（Pinus massoniana）〉板栗林（Castanea mollissima）〉无林地;其中青冈林土壤的抗水蚀功能属较强等级,香樟林、杉木林、马尾松林、毛竹林、板栗林属中等等级,无林地属较弱等级。     

三峡库区小流域土地利用方式对土壤肥力的影响

为探讨三峡库区小流域不同土地利用方式对土壤肥力的影响特征，采用野外调查、取样和室内实验分析相结合的方法，对三峡库区五桥河流域内3种主要土地利用方式(旱地、柑橘园、林地)的土壤理化性状进行对比分析。结果表明，不同土地利用方式对土壤吧力具有较为明显的影响，土壤孔度、渗透率变化由大到小的次序为林地→柑橘园→旱地；土壤有机质和氮、磷、钾养分含量由大到小次序为林地→柑橘园→旱地。这与不同土地利用方式下人类耕作活动、对土地的劳力与经济投入不同密切相关。林地受人为扰动少，因而土壤肥力高；柑橘园、旱地受人类耕作活动影响大，但因柑橘园经济产出效益较高，农户对土地的投入相应较高，使得柑橘园土壤肥力高于旱地土壤。     

雾灵山典型林分枯落物和土壤水文效应

通过标准地调查、枯落物持水能力测定、土壤物理性质及持水能力测定和入渗实验对雾灵山5种林分类型枯落物和土壤水文效应做了初步研究,结果表明:1)华北落叶松林(Larix principic-rupprechtii)枯落物储量最大,为45.73 t·hm~(-2);核桃楸林(Juglans mandshurica)最大持水量最高,为118.73 t·hm~(-2),相当于11.87 mm的水深;华北落叶松林有效持水量最大,为112.68t·hm~(-2),相当于11.27 mm的水深.2)5种不同林分类型土壤层持水能力相差很大,山杨林(Populus davidiana)的有效持水量最大,为122.80t·hm~(-2),相当于12.28 mm的水深,利用幂函数对土壤入渗速率与入渗时间进行拟合,结果显示相关系数都在0.94以上.     

岩溶山区不同土地利用方式下土壤质量指标响应

探讨了岩溶山区不同土地利用方式与土壤质量指标之间的响应关系.对重庆市北碚岩溶山区土壤肥力指标进行主因子分析的结果表明,原有22个土壤质量指标可归为4 类,分别以有机质,有效含水量,通气孔隙度,细菌、真菌数量百分比为代表,这4类因子基本反映了土壤质量随土地利用变化的综合变化状况.通径分析表明,不同土地利用方式下土壤持水性能主要与有机质、＞0.25 mm水稳性团聚体有关,二者的效应均大于黏粒.在土地利用方式变化过程中,土壤质量变化体现在有机质含量、土壤供持水能力、土壤结构状况和土壤微生物特性的变化上.     

京杭运河淮安段水利防护林群落护堤防蚀效应

对京杭运河淮安段水利防护林群落的护堤防蚀效应进行了研究.结果表明,防护林植被可以明显改善地表土壤物理性能,明显增加土壤总孔隙度和毛管孔隙度,降低土壤容重.不同植物群落对地表土壤的护堤防蚀效应明显不同.早熟禾群落和女贞群落可以有效提高土壤有机质含量和土壤通气蓄水效应.有植被分布的地表土壤抗蚀性比裸地显著增强（P＜0.05）.相对而言,早熟禾群落土壤水稳性指数最大（0.892）,其余依次为女贞群落（0.835）、梨树群落（0.791）、桃树群落（0.530）、水杉群落（0.397）和裸地（0.341）.植物群落土壤的抗蚀性与植物根系生物量、根数和土壤有机质含量分别呈显著正相关（P＜0.01）.     

人为干扰对川西亚高山针叶林土壤物理性质的影响

研究了川西亚高山针叶人工林在几种不同强度人为干扰下林地土壤物理性质。结果表明，随人为干扰强度的增加，土壤中细土（粉粒、粘粒）和大团聚体数量减少，小团聚体和原生土壤颗粒增加；土壤表层孔隙度减小，尤其是大孔隙明显减少；土壤有效水降低，持水供水能力减弱，渗透系数减小。川西亚高山人工针叶林土壤生态功能随人为干扰强度的增加而减弱，建议在最易受人为干扰的造林地区，最好是在造林初期封山育林。图1表5参13     

珍贵树种土沉香生长环境的土壤特性与营养特性分析

对我国野生土沉香4个主要分布区的土壤特性及自身营养特性进行了分析研究。结果表明,不同分布区的同一土层的土壤物理性质有明显的差异（P〈0.05）。海南临高分布区各层土壤容重最小,总空隙度、自然含水量毛管持水量比较高;海南屯昌分布区各层的土壤容重最大,总空隙度较低;广东东莞分布区与广东陆河分布区各层土壤松紧度比较适宜,透水性,通气性,持水能力比较协调。各分布区土壤均呈酸性,其有机质含量和营养元素含量偏低。土壤有效Mn、有效B均处于较低水平,有效Fe的含量均高于临界值;海南屯昌分布区土壤中有效Cu的含量极低,其余3分布区则均高于临界值;除海南临高分布区有效Zn的含量高于临界值,其他3个分布区均低于临界值;海南屯昌分布区土壤有效S含量稍低于临界值,为中等水平,广东陆河分布区高于临界值处于较高水平,广东东莞分布区为临界值的2.76倍,而海南临高分布区则高达临界值的7.31倍,均处于极高水平。野生土沉香叶片各营养元素之间的相关性总体不明显。     

有机物料与~(32)P标记过磷酸钙混合施用对磷有效性的影响

本试验利用~(32)P示踪法研究赤红壤上两种有机物料与过磷酸钙混合施用对磷有效性的影响。盆栽试验表明,纸厂废料蔗渣或猪粪与磷肥混合施用比磷肥单独施用更有利于提高格拉姆柱花草的含磷量和总吸磷量。单位施磷量引起的土壤有效磷和植株吸磷量的增加量也是有机物料单施或与磷肥混施高于磷肥单施。在前39d,~(32)P标记过磷酸钙的利用率在单独施用时为2.14％,比混合施用高一倍左右;在80d时,混合施用的磷利用率较快提高,蔗渣与磷肥混施处理超过单独施用,达22.88％。     

塔里木荒漠河岸林植物群落演替下的土壤理化性质研究

选择塔里木荒漠河岸林内典型、有代表性的不同演替阶段的群落,对其土壤理化性质进行研究。结果表明：土壤理化性质在演替方向和土壤剖面上表现出较强的规律性。演替后、中期表层土壤（0～20 cm）粘粒质量分数比初期分别减少了1.28%、64.29%、土壤砂粒质量分数分别增加了3.08%、17.23%,土壤明显变粗沙化。群落演替能明显增大土壤容重与非毛管孔隙度,降低土壤总孔隙度、毛管孔隙度、孔隙比、土壤水分质量分数、最大持水量、毛管持水量和最小持水量。演替后、中期表层土壤非毛管孔隙度比初期分别增大了33.78%、36.087%,土壤水分质量分数分别降低了85.57%、97.77%,演替后期最大持水量、毛管持水量分别比初期降低了40.28%、9.27%,导致土壤固相率减小,气相率增大,土壤持水供水能力与抗风蚀性能减弱。土壤有机质、全氮与碱解氮、全磷与速效磷、全钾与速效钾、盐分质量分数随群落演替呈降低趋势。演替后期表层土壤有机质、碱解氮、全磷与速效钾质量分数分别比初期降低了38.68%、60.71%、23.58%、66.93%,其土壤理化性质退化最显著。地下水位下降是引起荒漠河岸林植物群落逆向演替的驱动力。当前随人类干扰强度增强（水土资源开发）,塔里木荒漠河岸林土壤结构与土壤生态功能随之受到破坏与衰退,而保持合理的生态水位则是维持荒漠河岸林生态系统稳定的有效途径。