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.     

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。     

沉水植物腐解对水体水质的影响

在玻璃温室大棚内,模拟太湖的水、土、植物情况,研究了苦草在衰亡腐解过程中营养盐的释放规律以及对水体水质的影响,并初步探讨了其影响机理. 在初始生物量为689g/m2的条件下,苦草衰亡与腐烂分解对水体水质的影响呈2个阶段. 第1阶段为10月—翌年2月寒冷的秋、冬季节,表现为降解释放过程,但这一过程向水体及底泥中释放的碳、氮、磷较少,大部分碳、氮、磷仍保留在苦草残体中,水体pH及ρ(DO)也没有明显的变化. 第2阶段为3—4月天气回暖后,苦草残体的腐解速率急剧加快,向水体及底泥释放大量营养盐;3月水体TOC、TN、TP总量较2月分别增长了216.64%、60.96%、144.40%,底泥中TOC、TN、TP总量分别增长了31.20%、9.41%、19.99%;pH增长了6.27%,ρ(DO)降低了91.5%. 沉水植物腐解过程中各营养盐的赋存形态不断发生转化,并在水-底泥-植物三者间进行迁移.      

衡水湖湿地水生植物生长对水质的影响

为探究衡水湖水生植物生长腐解对湿地水动力水质影响,调查研究衡水湖大型水生植物优势种芦苇(Phragmites australis)、香蒲(Typha latifolia)的生长腐解动力学参数,基于EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)模型构建了衡水湖水动力-水质-水生植物模型,模拟了2018～2022年衡水湖水生植物生长过程和水质变化,定量分析了植物生长对水体水质变化的时空影响及影响机制,并提出适应植物生长过程的衡水湖水质精细化管理保障措施.结果表明,利用植物生长积累量(以C计)表征植物生长腐解动力学相关参数,植物生长期生长系数和腐解期代谢系数分为0.01d-1,0.05d-1,用于建立衡水湖生态水质模块实现系统模拟研究;有植物生长区较无植物大湖心区在植物生长期对氨氮、总磷浓度降低可达40%～60%,腐解期增加可达60%～80%,且植物对原位及周边500～1000m范围内作用显著;在成熟期(10月)对植物70%茎叶量进行收割,氨氮浓度峰值最大由1.833mg/L降至1.095mg/L,下降率达到40.25%,总磷浓度由0.172mg/L降至0.1...     

3种水生植物腐解过程中磷营养物质迁移、转化过程研究

室内模拟沉水植物狐尾藻(Myriophyllum verticillatum L)、浮水植物菱角(Trapa bispinosa Roxb)、挺水植物荷花(Lotus flower)在5.7 g·L~(-1)初始生物量密度下的腐解过程,并探究该过程中磷营养物质迁移、转化规律.结果发现,3种植物腐解速率在第2 d上升至最大值(分别为1.075、1.455、1.16 g·d~(-1))后出现下降-上升-下降的变化规律,并且在整个腐解周期内种间差异性显著(p0.01),造成整个腐解周期内狐尾藻、菱角、荷花3种植物平均磷释放速率分别为0.456、0.670、0.537 mg·g~(-1),且以无机磷酸盐为主;水中释放的磷在底泥吸附及其自身沉降等作用下,明显向底泥迁移转化,水中磷含量下降,最终在试验结束时恢复至初始水平(0.5 mg·L~(-1));该研究可为湖泊水生植被系统的修复或重建提供科学参考.     

不同水环境下苦草腐解对水质的影响

为探究沉水植物在不同水环境下的腐解对水质的影响,在实验室条件下分别模拟不同生物量沉水植物苦草在高纯水、上覆水及底泥悬浮液环境下的腐解过程及其对水体水质的影响,并分别讨论了N、P等含量在底泥和上覆水环境下的差异性.结果表明:① 随着时间的推移,苦草腐解均会导致上覆水及底泥悬浮液中pH先降后升,ρ（DO）急剧降低.在上覆水环境中,pH自7.8降至7.2,再增至8.7;与试验初期相比,ρ（DO）在第10天降低了56%.在底泥悬浮液中,pH自7.8降至7.3,再增至8.3;在第10天ρ（DO）降低了近60%.② 在上覆水及底泥悬浮液中,苦草腐解以释放有机氮为主,NH₃-N次之;ρ（TP）在试验前期呈先升后降趋势,但在试验中期底泥悬浮液环境中ρ（TP）则呈动态平衡,约为1 mg/L.③ 不同生物量（0.1、0.2、0.4 g/L）的苦草腐解后水环境中的营养盐含量有所不同,其中ρ（COD_Cr）、ρ（TP）与生物量呈正相关,在试验前期ρ（TN）、ρ（NO₂--N）随着峰值的增大而增大.研究显示,苦草腐解对两种水环境的物化性质有着相似的影响,而对其主要营养盐氮、磷形态的变化有着显著性的差异.      

滇池福保湾植被重建对底泥再悬浮及营养盐释放的控制

为估算滇池福保湾植被重建工程对底泥再悬浮及营养盐的控制效果,对重建示范区内及区外进行了悬浮物沉降现场研究,并利用颗粒物捕获器收集底泥悬浮颗粒,分析重建区内、重建区外、不同生活型植物重建区的悬浮颗粒物沉降通量,比较了不同水生植物修复区的颗粒物再悬浮通量,估算了植被重建区底泥再悬浮的通量及营养盐N、P释放量.结果表明:水生植被重建区外悬浮物净沉降量明显高于重建区内,对工程实施效果进行估算,97d内工程区内底泥的再悬浮量、N的释放量、P的释放量分别是区外相同面积的15.71%、13.30%和12.44%,底泥污染控制与植被重建后对沉积物再悬浮抑制作用较为明显,沉水植物对底泥再悬浮的抑制效果相对挺水植物显著.     

表面流人工湿地长期运行后的底泥营养盐累积特征与释放规律

底泥在表面流人工湿地污染物迁移转化中起到非常重要的载体作用,探究其营养盐的累积特征与释放规律对了解长期运行的表流湿地净化功能具有重要意义.以运行了5 a的盐龙湖表面流人工湿地底泥为研究对象,对不同位置底泥的总有机碳(TOC)、总氮(TN)和总磷(TP)含量进行分析并开展柱状芯样静态释放实验.结果表明,盐龙湖表流湿地运行5 a后,底泥整体属于中度污染范畴,营养盐累积水平主要受进水条件、水深和植物作用等影响.(1)顺着水流方向,表流湿地底泥营养盐含量表现升高趋势;(2)随着上覆水水深增大,底泥营养盐含量升高,碳受影响程度较深;(3)表流湿地植物的生长情况越好,底泥中累积的营养盐含量也越高.底泥营养盐释放趋势呈现为先升后降,在20 d后基本达到平衡.释放速率主要受湿地底泥营养盐累积水平影响,其规律与轻度营养型水库底泥较为相似.表流湿地底泥中包含的植物残体会使营养盐释放更强烈,研究结果可为长期运行的表面流人工湿地提升净化能力提供科学依据.     

苦草不同生命阶段对水体、底泥中氮迁移转化的影响

沉水植物的生长发育、衰亡过程会对水体中氮循环产生一定影响。为了研究氮在水体-底泥-沉水植物系统中的迁移转化规律,构建了人工模拟的水体-底泥-沉水植物(苦草)系统,连续270 d测定了苦草整个生命周期内水体、底泥、苦草中总氮(TN)及各形态氮含量的变化。结果表明,在苦草生长期的前90 d中,苦草生物量增长了近30倍,水体和底泥中的TN浓度都有所降低;90 d之后苦草陆续进入衰减期及腐解期,整个体系的TN浓度持续下降,在第180天时苦草组的水体及底泥TN浓度都小于空白组。至试验结束的第270天,苦草已经完全腐解,底泥中TN浓度比第180天下降了9.11%,但水体中的TN浓度与第90天时相当,是第180天的2.42倍。苦草组底泥及苦草中的NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度在试验周期内变化较大,苦草组NH₄⁺-N和NO₃^--N在生长期由底泥迁移到苦草中,被植物吸收和利用,随着苦草的逐渐衰亡腐解,NH₄⁺-N和NO₃^--N大量释放,一部分沉积在底泥中;而空白组NH₄⁺-N和NO₃^--N在底泥及水体中波动不大。     

洱海湖滨带挺水植物残体腐解特征及其环境效应初探

采用试验模拟的方法,研究洱海4种主要挺水植物茭草(Zizania caduciflora)、香蒲(Typha latifolia)、水葱(Scirpus validus)和芦苇(Phragnites australis)在水体中的腐解特征. 结果表明:在21 d的腐解试验中,水葱腐解速率最快,茭草和香蒲其次,芦苇最慢; 挺水植物单位干物质TN释放量表现为水葱>茭草≈香蒲>芦苇,TP释放量表现为水葱>茭草>香蒲>芦苇; 4种植物TP释放率均高于TN,腐解出的TP进入水体的比例也明显高于TN. 水体中ρ(TN),ρ(TP)及ρ(COD_Cr)均在腐解初期(1～3 d)快速上升,pH和ρ(DO)快速下降; 随后,ρ(TN),ρ(TP)及ρ(COD_Cr)均缓慢下降,pH和ρ(DO)则缓慢回升. 结合洱海湖滨带挺水植物空间分布的调查结果,估算全湖湖滨带4种挺水植物中TN和TP的总质量分别为17.622和2.870 t,其中茭草和香蒲中的TN和TP分别占91%和95%,对茭草和香蒲进行适时、适宜的收割对改善湖滨带的水质具有重要的意义.      

植物吸收在人工湿地脱氮除磷中的贡献

通过研究人工湿地植物对氮、磷的吸收能力,评价植物吸收在人工湿地脱氮除磷方面的贡献. 结果表明,不同湿地植物其组织中w(TN)和w(TP)差异极显著,湿地植物对TN和TP的吸收量分别为6.1～94.0和0.5～9.0 g/(m2·a). 按全年衡算,湿地植物对TN和TP的吸收量分别占人工湿地TN和TP去除量的0.6%～17.3%和1.4%～41.2%. 但由于湿地植物吸收的TN和TP中有相当一部分是储存在湿地植物的地下部,通过收获植物地上部的TN和TP吸收量仅占人工湿地TN和TP去除量的0.3%～14.1%和0.8%～19.6%. 由此可见,湿地植物的直接吸收在人工湿地系统氮、磷去除中不占重要地位,人工湿地植物的选择和利用应该更注重其间接生态效应的发挥.      

水体水质理化性质与沉水植物生长的生物学特征相关性研究

为探讨沉水植物生长影响的水质理化性质,通过室外静态模拟实验,3种沉水植物在高中低3种不同污染浓度的底质中,室内分析测定了沉水植物生物学指标和水质指标,并进行水体水质理化性质与沉水植物生物量、株高、分枝数、叶绿素之间的相关关系研究,数据的典型相关分析结果表明:在低污染底质条件下,水体中污染物浓度与粉绿狐尾藻和竹叶眼子菜的生长呈显著负相关;与金鱼藻的生长呈显著正相关。在中度污染底质条件下,水体中污染物浓度与粉绿狐尾藻的生长呈显著正相关;与竹叶眼子菜和金鱼藻的生长呈显著负相关。在高污染底质条件下,水体中污染物浓度与粉绿狐尾藻、竹叶眼子菜和金鱼藻的生长呈显著负相关。     

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     

5种沉水植物的氮、磷吸收和水质净化能力比较

选取轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、苦草(Vallisneria natans)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)等5种乡土沉水植物为研究对象,在室内静水条件下对其氮、磷吸收和水质净化能力进行比较研究.结果表明,不同沉水植物试验前后的含水率差异较小,变化范围为89.8%~92.0%,但净增生物量差异较大且均存在显著性差异,变化范围(干重计)为1.52~12.92 g·m-2,其中净增生物量最高的轮叶黑藻是最低的微齿眼子菜的8.5倍.不同沉水植物试验前后植株氮、磷含量变化范围分别为26.54~34.44 g·kg~(-1)和2.54~4.01g·kg~(-1),其中金鱼藻的植株氮、磷含量相对偏高.不同沉水植物处理的水质TN、TP去除率范围分别为63.8%~83.1%和49.2%~70.8%,均显著高于CK处理的39.9%和36.9%,去除率大小顺序均为:轮叶黑藻金鱼藻苦草穗状狐尾藻微齿眼子菜CK.不同沉水植物处理的水质TN、TP去除率与净增生物量存在较高相关性,相关性系数分别为0.994(P0.01)和0.996(P0.01).不同沉水植物氮、磷直接吸收贡献率范围分别为1.5%~13.3%和2.2%~13.2%,扣除水体自身自净能力后沉水植物的增效作用贡献率范围分别为22.5%~29.9%和10.1%~20.6%,表明水质净化氮、磷去除过程中沉水植物的增效作用要大于直接吸收作用.     

水位调控法恢复富营养化水体沉水植物技术研究——以无锡五里湖为例

利用降低水位后引种水生植物(尤其是沉水植物),然后根据水生植物的成活率与长势,逐步提高水位的水位调控方法,成功地在无锡市五里湖的退渔还湖区域大大地提高了水生植物覆盖度,水生植物的多样性也明显提高。该方法具有操作简单、见效快、成本低廉的特点,值得在类似富营养化水体的生态环境治理中推广应用。     

沉水植物衰亡过程中营养盐的释放过程及规律

在实验室模拟条件下研究了常见沉水植物苦草、金鱼藻在自然衰亡过程中主要营养盐氮、磷的释放过程,探索沉水植物衰亡过程中营养盐的释放规律. 结果表明:秋、冬季低温条件下,苦草、金鱼藻逐渐衰亡腐败,该过程向水体中释放的氮、磷很少,大部分氮、磷保留在植物残体中. 至次年天气回暖后,植物体的腐败分解有所加快,向水体释放氮、磷并有部分氮、磷沉积进入底泥. 苦草、金鱼藻具有较低的分解速度,有利于降低系统中氮、磷的循环速度. 残留植物体的生物量可影响植物体的分解速度和程度,较大的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.