白洋淀水生植物腐解水质效应与元素去向动态平衡

采用室内模拟的方法研究了白洋淀典型沉水植物菹草、挺水植物芦苇腐解过程的水质效应,并定量探究了两种植物腐解过程中碳、氮、磷元素在植物残体、水体和沉积碎屑等不同要素中的动态迁移转化规律,旨在为水环境模拟中主导水质过程确定提供基础.结果显示,菹草、芦苇腐解过程中C、N、P元素释放速率表现为P>C>N,腐解可引起水体C、N、P等指标呈先升高后降低并最终稳定的变化趋势.菹草腐解速率为0.082 d-1,分别在第16、16、8 d对水体C、N、P指标影响达到最大,此时菹草体内40.6%的C、31.8%的N和71.5%的P以溶解态和悬浮碎屑态转移到水体中,导致水体水质劣于地表Ⅴ类标准.菹草44 d的腐解量占总生物量的72.1%;留存在水体中的C、N、P比例分别由最高的33.7%、32.8%和66.8%减小为11.1%、7.2%和8.0%;以气体形式离开水体的C占29.8%、N占16.3%,转变为沉积碎屑的C、N、P占比分别为38.5%、52.7%、76.2%.芦苇腐解的整个过程中,水体中溶解态C占比一直处于1.9%～4.2%的较低状态,溶解态N、P占比最高分别为16.8%和10.0%.芦...     

腐解对水-底泥-黑藻系统中氮迁移转化的影响

文章在约12 L的圆柱形聚乙烯塑料桶进行实验,通过对水-底泥-黑藻系统腐解模拟研究,监测在黑藻衰亡期时整个系统及在各介质中总氮和各形态氮含量变化,以此反映氮元素在研究系统中迁移转化规律。实验表明:在整个实验过程中,腐解量为30 g时,系统中TN、NH_4~--N分别增加了21.4%、13.8%,NO_3~-N降低了19.5%;腐解量为60 g时,系统中TN、NH_4~+-N、NO_3~--N分别增加了37.6%、67.1%、13.0%,而对照组TN增加了5.8%,NH_4~+-N、NO_3~--N分别下降了25.6%和61.1%;同时腐解量与TN的增幅呈正比。黑藻的腐解促进了好氧性分解菌和氮循环菌的增殖,从而影响整个系统的氮素循环,并且改变系统中各形态氮的迁移转化。     

模拟沉积磷迁移转化行为的铁盐影响机制研究

室内模拟研究了沉积物中不同形态磷在不同浓度铁盐影响下,在沉积层中的垂直迁移转化行为.结果表明,分别向模拟系统投加的10 mL和50 mL的1 mol/L FeCl_3溶液,沉积层中磷的含量降低,投加30 mL的1 mol/L FeCl_3溶液时,沉积层中磷含量增加.沉积物中适当的铁盐会阻止沉积物磷向水体释放,铁盐浓度过高或过低,在一定程度上都会促进沉积物中磷的释放,实验结果对研究内源磷释放与湖泊富营养化有重要的意义.     

氧化还原循环过程中沉积物磷的形态及迁移转化规律

为研究沉积物在氧化还原循环过程中磷循环迁移转化机制,通过控制实验模拟分析氧化还原条件下,上覆水理化性质变化特征、沉积物各形态磷变化及机制研究,并量化沉积物中磷的重新分配和沉积物磷酸盐的释放通量影响.结果表明:(1)氧化还原电位Eh和p H体系、硫体系、碳体系以及与磷相关性密切的铁体系变化规律具有周期性,并对解释沉积物-水两相界面磷的迁移转化机制有重要作用;(2)在氧化还原循环过程中,各形态磷含量随着氧化还原条件和时间变化,根据水-沉积物磷素变化量化分析可得,可还原态磷(BD-P)和铁铝结合态磷(Na OH-rP)是可逆地重新分配到弱吸附态磷(NH4Cl-P)、聚磷/有机磷(Na OH-nrP)、残渣态磷(Rest-P)和间隙水溶解性活性磷(SRP)中,且沉积物中变化量93. 7%的磷在还原反应时不会释放到水体中;(3)上覆水总磷(TP)浓度变化的92%为上覆水的SRP,表明水-沉积物在该循环过程中以水溶性磷交换为主;(4)根据Fick第一定律得,还原阶段磷扩散通量最大值为0. 58 mg·(m~2·d)-1,而氧化阶段第7 d扩散通量约为0. 16～0. 22 mg·(m~2·d)-1;氧化反应阶段,扩散通量随时间逐渐降低,还原阶段的变化趋势相反,表明还原状态会加速沉积物磷的扩散程度,而曝氧降低了沉积物磷扩散通量.     

含磷污水淋滤条件下土壤中磷迁移转化模拟实验

以土柱实验为基础，结合磷在土壤中的化学转化机理，将磷在土壤中的形态分为可溶态磷、吸附态磷和沉淀态磷，根据磷在土壤中的迁移转化模拟实验，分析了这3种形态的磷在土壤中迁移转化的规律：可溶态磷进入土壤中，主要随水分作溶质迁移，在迁移的同时，不断转化为吸附态磷和各种沉淀态磷；吸附态磷由可溶态磷生成，并与可溶态磷一起发生沉淀反应生成沉淀态磷，但固着于土壤颗粒上，不发生迁移；沉淀态磷由可溶态磷和吸附态磷生成，在土壤中主要参与化学转化；沉淀态磷在土壤中有随水分迁移的现象。     

环境中氮化物迁移转化过程研究进展

本文对近年来国内外有关氮化物迁移转化过程研究取得的新成果作了较为全面的叙述，包括氮化物在不同的生态系统中的硝化和反硝化的规律、转化的动力学以及数学模式等方面取得的研究成果     

黑藻腐解对水-底泥-黑藻系统中磷迁移转化的影响

在步入式模拟实验室内,通过控制温度、光照等措施模拟水-底泥-黑藻系统,设置对照组和30g黑藻组、60g黑藻组自然腐解,检测黑藻衰亡腐解期间黑藻生物量及水、底泥和黑藻中总磷及各形态磷含量的变化,从而探讨磷在该系统内的迁移转化。结果表明:黑藻腐解具有明显的阶段性,实验初期分解速率明显高于实验中后期。黑藻组DO总体变化趋势一致,均先下降再升高,pH值在实验期间整体变化不大,变化区间均为7.4~8.4。对照组与30 g黑藻组中ORP总体呈先上升再下降趋势,60 g黑藻组ORP呈先下降后上升趋势。在整个研究阶段,磷含量上升幅度排序为60 g黑藻组>30 g黑藻组>对照组。黑藻的腐解改变了系统中磷元素的循环,在腐解前期抑制底泥中磷的释放,腐解后期促进磷的释放,并对各形态磷的迁移转化有明显影响。     

秸杆腐解过程中有效氮保护的研究

研究了北方寒冷地区秸秆的快速腐解过程由有效氮保护的方法，寻找切实可行的途径。     

沉水植物黑藻腐解过程中营养盐释放过程

为探究沉水植物衰亡过程中营养盐的释放规律,采用黑藻(Hydrilla verticillata Royle)作为研究用沉水植物,在实验室内模拟了黑藻在初春温度下腐解过程中的主要营养盐碳、氮、磷的释放过程.结果表明:黑藻在试验初期迅速腐解,该过程中向水体释放大量碳(81.31%)、氮(81.62%)、磷(85.94%).但随着时间的推移,黑藻向水体释放的磷大部分沉积进入底泥,而氮有部分沉积进入底泥,同时有部分以气体形式移出水体.黑藻腐烂分解产生的厌氧条件以及高TOC供给促进水体反硝化作用加快氮素移出水体.但是较大生物残留量会引起水体缺氧,植物残体分解加剧,导致水质严重恶化,因此需要适时收割水生植物来控制水体残留生物量.     

水生植物对富营养化水系统中氮、磷的富集与转移

基于人工模拟自然条件的方法,选取狐尾藻(Myriophyllum verticillatum L.)、水芹菜(Oenanthe javanica)及黑麦草(Lolium perenne)等3种水生植物,对滇池入湖河道污水进行净化试验研究.探讨了水生植物对富营养化水体中氮、磷在不同相中的富集与转移效果.结果表明,沉积物相中,3种植物对氮的富集率为狐尾藻(64.71%)水芹菜(19.12%)黑麦草(5.88%)空白(-7.84%),磷的富集率为水芹菜(187.2%)狐尾藻(144.6%)黑麦草(130.5%)空白(31.2%);生物相中,氮的富集率为狐尾藻(4.15%)水芹菜(0.5%)黑麦草(-14.6%),磷的富集率为狐尾藻(9.6%)水芹菜(3.8%)黑麦草(-6.5%);水相中氮的去除率为黑麦草(95.11%)水芹菜(83.08%)狐尾藻(71.42%)空白(58.10%),磷的去除率为黑麦草(88.17%)狐尾藻(79.58%)水芹菜(73.09%)空白(20.19%).     

Rhizosphere effect of different aquatic plants on phosphorus depletion

A series of pot experiments with Alternanthera philoxeroides, Typha latifolia, Sagittaria sagittifolia and Phragmites communis were conducted to assess the phosphorus depletion effect in the rhizosphere. The ratio of root to shoot, root morphology, phosphorus uptake efficiency and phosphorus utilization efficiency were analyzed. An obvious variation in phosphorus concentrations between the rhizosphere soil and non-rhizosphere soil was observed. The water-soluble P contents in the rhizosphere soil of A. philoxeroides, T. latifolia, S. sagittifolia and P. communis were reduced by 81%, 42%, 18% and 16%, respectively, compared with that in the non-rhizosphere soil. A. philoxeroides had the highest phosphorus uptake efficiency (1.32 mg/m), while T. latifolia achieved the effective phosphorus depletion by the strong rooting system and the high phosphorus uptake efficiency (0.52 mg/m). T. latifolia not only used phosphorus to produce biomass economically, but also adjusted carbon allocation to the roots to explore the soil for more available phosphorus. A. philoxeroides and T. latifolia were more effective in depleting phosphorus in the rhizosphere than S. sagittifolia and P. communis.     

~(31)P-NMR分析湖泊植物和藻类有机磷方法优化及形态研究

应用不同的提取剂和固液比提取湖泊水生植物和藻类中的藻类有机磷(P_0),并进一步采用液态核磁共振(~(31)P-NMR)技术分析其组成特征.结果表明:采用0.5mol/L NaOH+25mmol/LEDTA提取剂,并控制固液比为1:60可获得最优的P_0提取效果;~(31)P-NMR分析测试过程中,设置延迟时间(D1)为5s,扫描分析时间为15h(约扫描24000次)可获得较好的谱图.通过以上实验方法,分析水生植物和藻类中磷均由正磷酸盐、单酯磷、二酯磷及焦磷酸盐组成,其中P_0可分别占总磷(TP)的34-21%~53.36%和31.27%~72.96%.单酯磷是水生植物和藻类P_0的主要组分,其平均含量可占P_0的92%和83%;二酯磷含量均较少,占TP的0~6.65%;藻类体内焦磷酸盐含量可达水生植物的35倍.     

太湖流域湖荡湿地水生植物的分布特征

2018年在太湖流域内的87个湖荡湿地调查中共发现64种水生植物,隶属于33科51属.总体来看,太湖流域水生植物种类、数量以及覆盖面积与历史上比较呈下降趋势.根据流域上不同地理区域分区（东、西、南、北4个）,分析太湖流域水生植物的分类和功能多样性,发现太湖流域四个区域的分类α多样性指数分别为4.33、5.58、5.01和3.46, β多样性指数分别为3.46、4.23、1.63和7.02,且北部和西部、北部和南部、东部和西部、东部和南部、西部和南部湖荡湿地的分类α多样性均有显著差异,同时太湖流域北部和东部、北部和西部、北部和南部、西部和南部湖荡湿地间的分类β多样性有显著差异.功能多样性方面,四个区域的β多样性指数分别为0.18、0.14、0.09、0.30,太湖流域各分区部分之间水生植物的功能β多样性均有显著差异.CCA结果表明环境变量对太湖流域湖荡水生植物组成的解释度为21.21%,水体总氮和总磷贡献最大,水体富营养化可能是影响太湖流域水生植物衰退的一个重要原因.     

人工湿地处理污水时水生植物形态和生理特性对污水长期浸泡的响应

主要比较了污水和净水培养水生植物(芦苇、香蒲)形态特征的改变,测定了污水和净水培养的水生植物体内(根、叶片)过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)的活性,分析判断了水生植物对长期污水浸泡所采取的响应的途径和方式.结果表明,与天然净水培养的芦苇相比,长期污水浸泡致使芦苇的植株高度显著变小,平均值之差为71.1cm;芦苇叶片长度显著减小,叶片长度平均值之差为11.3 cm,最大叶片宽度减小,叶片最大宽度平均值之差为0.62cm;植株密度明显增大,增幅达4倍以上.长期污水浸泡显著影响了香蒲根部POD活性,使其比净水培养高73.51U·g-1·min-1;污水浸泡对芦苇和香蒲叶片CAT活性影响显著,污水培养芦苇和香蒲的叶片CAT活性分别较净水培养芦苇和香蒲低0.068、0.1071mg·g-1·min-1.     

入湖河口区水生植物群落衰亡分解释放营养盐过程模拟研究

冬春季水生植物衰亡分解是影响水体水质的重要因素之一。为研究入湖河口区水生植物群落在衰亡期的适宜生物量,于2018-12-25—2019-04-25,在实验室模拟近自然条件下,开展水生植物收割后剩余0%、20%、40%、60%、80%、100%茎叶生物量的分解试验。结果表明:水生植物分解过程中,植物茎叶生物量是影响水体水质指标的关键因子,表现为茎叶生物量越大,水体溶解氧(DO)、氧化还原电位(Eh)、pH等理化指标越差,营养盐总氮(TN)、总磷(TP)浓度越高;相关性分析表明,茎叶生物量与水体TN、TP浓度存在极显著正相关(P<0.01),相关系数(R)分别为0.88和0.83;近自然条件下水生植物群落衰亡分解4个月,水体中各营养盐浓度的变化仍未稳定;收割后剩余20%的水生植物茎叶生物量有利于维持入湖河口区较好的水质。     

东太湖沉积物中氮的积累与水生植物沉积

为揭示浅水湖泊沉积物中氮的积累及其与水生植物间的关系,1993年11月在东太湖42个样点上采集了沉积物柱状样品并进行了分析。东太湖硬度小于5kgf/cm²的松软淤积层平均厚度0.96m,全湖淤积量149×106t。粉沙质淤积物中总氮（TN）含量0.009％～0.801％,总有机碳（TOC）含量0.01％～17.36％,变幅极为悬殊。总氮含量与总有机碳含量间呈密切的线性正相关TN（％）＝0.0251TOC（％）＋0.0063,表层沉积物中总氮和总有机碳含量都与水生植物的现存量有较为显著的正相关。这说明,氮和有机碳主要经过水生植物的生物沉积途径进入沉积物,水生植物有将湖水中的氮传输到底泥中,使其进入地球化学循环的功能,这对于降低湖水中的氮含量、防止富营养化有积极的意义     

湿地挺水植物根系土壤中的磷形态变化与分析

以野鸭湖湿地中扁秆藨草、芦苇和茭白3种优势挺水植物为研究对象,利用化学连续提取法对根际和非根际土壤中不同形态无机磷和有机磷进行分级提取,分析了不同形态磷的含量特点和分布规律,探讨了植物对磷素的潜在吸收机制.结果表明,根际Ca-P含量均显著低于非根际,Ex-P、Fe-P和Oc-P相反.4种形态有机磷含量均为根际高于非根际,表现出累积的趋势.根际Ca-P/TP值显著小于非根际,说明植物将有效性低的Ca-P形态大量转化为其他形态无机磷以供自身利用;根际HR-OP/TP值小于非根际,而MR-OP/TP大于非根际,表明稳定有机磷形态有向活性高的有机磷转化的趋势;TIP/TP均为根际小于非根际,而TOP/TP根际大于非根际,推测根系在吸收利用磷素的过程中主要吸收无机磷,同时积聚大量有机磷供转化后利用.     

多种湿地植物组合对污水中氮和磷的去除效果

通过室内静水实验,研究了再力花(Thalia dealbata)、鸢尾(Iris tectorum)、菖蒲(Acorus calamus)、茭白(Zizania aquatica)、睡莲(Nymphaea tetragona Georgi)、大聚藻(Myriophyllum aquaticum)、马蹄莲(Zantedeschia aethiopica Spreng)7种不同生态型的湿地植物进行镶嵌组合后各组合对水体中氮、磷的去除效果.结果表明,不同生态型的湿地植物组合对污水中氮和磷的去除效果较好,8种组合中对总氮和氨氮去除效果最好的组合为睡莲+再力花(S+Z)和睡莲+马蹄莲+茭白+菖蒲(S+M+J+C),最大去除率分别为92.29%和95.50%.对总磷的去除效果最好的组合为睡莲+再力花+鸢尾(S+Z+Y),较无植物对照组的最大净化率提高了43.73%.不同水生植物组合后对氮、磷的净化效果差异较小,种湿地植物组合对总氮、氨氮和磷的去除率范围分别为83.19%～92.29%、86.50%～95.50%和85.67%～99.87%.运用隶属函数进行综合评价,筛选出对污水中氮和磷净化能力较强的组合为:睡莲+再力花(S+Z)、睡莲+马蹄莲+茭白+菖蒲(S+M+J+C)、睡莲+再力花+鸢尾(S+Z+Y)及睡莲+再力花+茭白+菖蒲(S+Z+J+C).     

载氧化镁水生植物生物炭的特性表征及对水中磷的吸附

为去除富营养化水体中的磷并实现水生植物的资源化利用,以水生植物芦苇和互花米草为原材料,通过MgCl_2改性制备了不同Mg~(2+)和植物配比的共12种生物炭,考察对水体中磷的吸附能力及镁改性前后生物炭特性的差异.结果表明,当Mg~(2+)与芦苇、Mg~(2+)与互花米草的质量比为0.48、0.36时,制得的两种生物炭对20 mg·L~(-1)磷的吸附能力最强,分别为8.52 mg·g~(-1)和9.21 mg·g~(-1),是未改性时的79倍和66倍;对溶液中20mg·L~(-1)磷的去除率分别达到85.2%和92.1%.改性后芦苇和互花米草生物炭C、H、N含量减少,Mg含量分别增加到22.77%和23.46%.芦苇生物炭改性后比表面积减小了118.71 m~2·g~(-1),互花米草生物炭增加了22.59 m2·g~(-1);二者孔容和平均孔径均有所增加.改性前后生物炭的表面官能团种类相同.XRD测试指出MgO为改性生物炭的复合纳米颗粒中最主要的晶相;SEM展现了布满MgO的改性生物炭表面及孔道.机理分析表明,MgO是生物炭吸附磷的关键.