水温变化期“溞草共建”系统对沙河水库水质与底泥净化效能的中试研究

针对北京市沙河水库水体环境自净能力弱、水质较差等问题,通过构建“溞草共建”系统进行中试实验,研究水温变化期,水深对大型溞和沉水植物生长状况以及“溞草共建”系统对水库水体和底泥污染物去除的影响.结果表明,系统运行前期,大型溞生长发育正常;但是系统运行后期,水温降低,大型溞的生理活动将被抑制,并产生休眠卵甚至死亡.3种沉水植物对水深的适应能力表现为：金鱼藻>黑藻>狐尾藻;对水温的适应能力表现为：黑藻>金鱼藻>狐尾藻.系统运行前期,水体透明度、叶绿素a含量以及COD、NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN和TP的去除率均随着大型溞的投加和沉水植物长势渐好而逐渐增加,但系统运行后期,以上指标均随着大型溞和沉水植物的死亡而逐渐降低.系统运行前期,组合系统对底泥污染物具有较好的去除效果,底泥中有机质、TN、TP的去除率分别可以达到8.7%、6.2%和19.3%.系统运行后期,底泥有机质、总氮、总磷含量逐渐上升.本研究可为北京市再生水补给河湖水库的水生态修复及其“溞草共建”系统构建提供理论支撑和...     

北京市典型土著沉水植物对水体中硝酸盐和正磷酸盐的耐受性研究

以北京市3种典型土著沉水植物轮叶黑藻、狐尾藻和金鱼藻为研究对象,构建模拟水生生态系统,研究3种沉水植物对水体中NO₃^-和PO₄^3-的耐受性并确定其耐受范围.同时,对植物体内过氧化氢酶、丙二醛、叶绿素和蛋白质4种指标进行检测.结果表明,轮叶黑藻对NO₃^-具有较强的耐受性,耐受浓度可达8 mg·L^-1,金鱼藻和狐尾藻次之,耐受浓度为3~5 mg·L^-1;狐尾藻对PO₄^3-的耐受性最差,耐受浓度约为0.2 mg·L^-1,轮叶黑藻和金鱼藻的耐受性相当,当PO₄^3-浓度达到0.4 mg·L^-1时开始出现显著胁迫.因此,在本研究的实验条件下,当水体NO₃^-浓度<5 mg·L^-1、PO₄^3-浓度<0.2 mg·L^-1时,建议3种沉水植物同时种植;当NO₃^-浓度>5 mg·L^-1时,建议种植轮叶黑藻;当PO₄^3-浓度为0.2~0.4 mg·L^-1时,建议种植轮叶黑藻和金鱼藻.研究结果可为北京市再生水补给河湖水库的水生态修复及其沉水植物群落的构建提供一定的理论指导.     

种植密度对4种沉水植物净化富营养化水体效果的影响

沉水植物恢复是水生态修复中的关键措施,其初始种植密度能直接影响富营养化水体的治理效果。文章通过研究水生态修复中常用的4种典型沉水植物：轮叶黑藻、矮型苦草、穗花狐尾藻和金鱼藻在不同种植密度下的生长状态和对水体中有机物、氮和磷营养盐的去除效果,确定最优种植密度。结果表明：轮叶黑藻的最优种植密度为0.5 g/L,COD、TN和TP的去除率分别为90%、90%和90.5%;矮型苦草的最优种植密度为2.7 g/L,COD、TN和TP的去除率分别为82%、80%和90%;穗花狐尾藻的最优种植密度为0.7 g/L,COD、TN和TP的去除率分别为92%、95%和95.5%;金鱼藻的最优种植密度为1.2 g/L,COD、TN和TP的去除率分别为86%、85%和88.5%。     

三级绿狐尾藻表面流人工湿地对养殖废水处理效应研究

提高人工湿地对养殖废水的处理效果是当前人工湿地需要解决的重要问题。本文以绿狐尾藻（Myriophyllum aquaticum Gaudich）为湿地植物,在野外构建三级表面流人工湿地,以高污染养猪废水为处理对象,分析废水中铵态氮（NH₄⁺-N）、总氮（TN）、总磷（TP）和化学需氧量（COD）在人工湿地中的去除效应,并解析它们与水体温度、溶解氧（DO）、pH和氧化还原电位（Eh）等指标的关联性。结果表明,绿狐尾藻人工湿地对NH₄⁺-N、TN、TP和COD平均去除率分别为88.3%、86.4%、76.3%和82.3%,出水平均浓度分别为45、86、14和188 mg/L。人工湿地进水负荷与人工湿地去除负荷呈显著的正相关关系（R² ≥ 0.80,P< 0.01）,去除负荷随进水负荷增加而增加。根据Pearson相关分析,人工湿地对NH₄⁺-N、TN、TP的去除率与水体DO、Eh和温度有显著相关性（P<0.01）,而对COD的去除率仅与温度存在显著的相关关系（P < 0.05）,说明人工湿地对不同污染物的去除机制存在差异。主成分分析发现水体温度是人工湿地对NH₄⁺-N、TN、COD去除的主要影响因素,水体Eh对人工湿地去除TP的关联性最大。这对改善人工湿地对污染物的去除效应至关重要。     

两种不同根系特征沉水植物对沉积物剖面不同形态磷的影响

为探究不同根系特征的沉水植物对沉积物中磷（P）的影响,本研究以狐尾藻（Myriophyllum spicatum L.,根系发达）和金鱼藻（Ceratophyllum demersum L.,无固定根）为材料开展室内培养试验.结果显示,狐尾藻和金鱼藻均能显著降低沉积物中的总磷（TP）、无机磷（IP）、氢氧化钠提取磷（NaOH-P）含量,去除率分别为9.0%和7.8%（TP）、9.8%和8.8%（IP）、15.7%和8.7%（NaOH-P）.狐尾藻对沉积物NaOH-P的去除效果显著优于金鱼藻.狐尾藻组中沉积物NaOH-P减少引起IP降低,进而造成TP降低.与初始状态相比,狐尾藻和金鱼藻处理下的上覆水溶解氧（DO）分别增加1.61 mg·L^-1和1.72 mg·L^-1,但pH和TP没有显著变化.结果表明,两种沉水植物在减少沉积物P、抑制上覆水TP上升方面均具有积极作用,但在沉积物NaOH-P含量高的浅水湖泊中,根系发达的狐尾藻的生态修复功能更为有效.     

不同光照和磷水平下两种沉水植物磷富集和钙磷含量的比较

沉水植物光合作用形成的微环境有利于水体中钙和磷形成CaCO₃-P共沉淀,将水体磷迁移到基质,避免植物腐烂后的二次污染.但沉水植物形成CaCO₃-P共沉淀的能力依赖植物种类和环境条件.本研究以菹草和粉绿狐尾藻为研究对象,设置无机添加磷质量浓度（0、0.2和2mg·L^-1）和光照强度[66 μmol·（m²·s）^-1和110 μmol·（m²·s）^-1]两个变量,测定其培养一周后植物相对生长速率、植株总磷、植株灰分磷和钙磷的含量,以比较不同植物富集水体磷的实际能力和植物腐败后对水体磷增加的影响.结果表明：①菹草在各种培养条件下的相对生长速率显著高于粉绿狐尾藻,在外源性磷质量浓度为2mg·L^-1和光照强度为66 μmol·（m²·s）^-1时,相对生长速率达到最大;②无机磷添加显著影响了两种植物的灰分总磷（菹草95.681%和粉绿狐尾藻85.432%）,2种沉水植物灰分磷中Ca-P含量最高值均出现在高磷水平;③菹草的干重磷在各种处理下都低于粉绿狐尾藻,但是灰分总磷和Ca-P在高磷水平大于粉绿狐尾藻.结果表明,菹草、粉绿狐尾藻在生长期间均能有效吸收磷,但2mg·L^-1质量浓度下菹草对水体磷的实际去除能力大于粉绿狐尾藻.     

穗花狐尾藻和金鱼藻对白洋淀水质影响的原位围隔试验

在白洋淀建成14个原位围隔(9 m2/个),分别按10、20和30株/m2的密度种植穗花狐尾藻、金鱼藻,研究不同密度穗花狐尾藻和金鱼藻在调控水体富营养化方面的效能与稳定性.结果表明:穗花狐尾藻和金鱼藻能有效控制浮游植物的生物量并改善水体SD(透明度),其中密度为10株/m2穗花狐尾藻(平均长度为83 cm,平均湿质量为37.1 g)和密度为20株/m2金鱼藻(平均长度为68 cm,平均湿质量为31.2 g)的围隔控制效果明显,水体中ρ(TN)和ρ(TP)都明显下降,SD增加,浮游植物多样性明显增加,水体营养状态指数(TSIM)明显下降;但高密度沉水植物可能造成水体ρ(Chla)和营养盐含量的反弹.研究证明,种植合理密度的穗花狐尾藻、金鱼藻有利于改善白洋淀水质.      

5种植物沉床系统对富营养化水体修复效果研究

以狐尾藻、马来眼子菜、金鱼藻、伊乐藻和苦草5种沉水植物为试验材料,构建以沉水植物为核心的人工沉床,探讨富营养化水体中沉水植物的生长状况和沉水植物沉床系统对氮、磷和COD_(Mn)的净化效果。结果表明:5种沉水植物在富营养水体中生长良好,生物量明显增加,以金鱼藻生物量最大。5种沉水植物沉床系统对富营养化水体中的TP、TN和NH_4~+-N去除率较高,均值分别为70.16%、79.60%、79.82%,而对COD_(Mn)的去除率较低,平均为39.74%;其中金鱼藻沉床系统对富营养化水体中的TP、TN、氨氮、COD_(Mn)去除率均最高,分别为79.76%、85.23%、85.81%和46.16%。因此,金鱼藻沉床系统对富营养化水体修复效果最好,同时金鱼藻也是该沉床系统的优选植物。     

沉水植物轮叶黑藻和穗花狐尾藻对Cu2+的等温吸附特征

研究了沉水植物轮叶黑藻和穗花狐尾藻对Cu²⁺的吸附等温线,分别采用了线性和非线性2种方法拟合吸附等温线,并比较分析2种方法的拟合效果和适用性.结果表明:①在采用等温吸附模型比较和评价不同生物吸附剂的性能时,不能仅仅根据R²和χ²的大小进行拟合方程的适用性比较.为了获得更为真实可靠的拟合结果,在实践中可以利用线性和非线性方法分别进行拟合,而每一种拟合方法也要同时采用多种模型,在对多个拟合结果比较的基础上选择更符合实验数据的吸附模型;②在本实验中,沉水植物轮叶黑藻和穗花狐尾藻吸附Cu²⁺的行为更符合Langmuir模型,而Freundlich模型特别是其线性表达式的计算值与实验数据的误差较大;③沉水植物中粗纤维素占干物质的比重是影响其吸附容量的重要因素之一,其细胞壁上多糖的—OH和—CONH₂可能是吸附的活性中心;④根据Langmuir模型线性拟合参数q_m,轮叶黑藻、穗花狐尾藻对Cu²⁺的最大吸附量分别为21.55 mg/g和10.80mg/g,其吸附Cu²⁺的最大活性比表面积分别为3.23m²/g和1.62m²/g.     

低温环境下人工湿地植物组配对养殖废水的处理效果研究

强化低温环境下人工湿地的污水处理能力,对于促进人工湿地的应用推广具有重要的意义。本研究利用绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)和菖蒲(Acorus calamus L.)两种湿地植物,在室外低温环境下(＜15℃),研究人工湿地植物组配对不同负荷养殖废水的处理效应及关键影响因素。结果表明,在不种、单种和不同顺序混种绿狐尾藻(M.aquaticum)和菖蒲(A.calamus L.)处理下,菖蒲+绿狐尾藻组合湿地(AM)对TN、TP和COD去除率均为最高,在低负荷和高负荷环境下平均去除率分别为74.2%、71.3%、83.0%和67.3%、81.9%、75.3%。相较于空白对照和植物单种的湿地系统,植物混种系统的DO较高,且AM处理在低负荷和高负荷环境下均能保持较高的C∶N。根据Pearson相关性以及PCA分析,DO与TN、NH⁺₄-N去除率显著相关(P<0.05),C∶N与COD去除关联性最好。可见,菖蒲+绿狐尾藻植物组合可能通过改善DO和C∶N等湿地微环境条件来增强湿地对污染物的去除,能够作为低温环境下强化湿地对污染物去除的一种有效措施。     

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.     

黑藻与金鱼藻自然衰亡过程中营养盐释放规律研究

为研究在自然衰亡状态下黑藻（Hydrilla verticillata）与金鱼藻（Ceratophyllum demersum）营养盐释放规律,采用人工模拟的方式,于黑藻和金鱼藻进入衰亡期时,采用塑料薄膜捆扎植物根部的方式,阻隔水和底泥界面之间的物质交换,避免底泥释放对水营养盐的影响;同时,监测水中环境因子和营养盐的动态变化,分析营养盐的释放与环境因子之间的关系.结果表明:①黑藻和金鱼藻两种沉水植物在模拟自然状态下分解速率和生物量无显著性差异（P>0.05）,Olson指数的分解速率分别为0.011、0.010 d-1.②水中氮、磷质量浓度峰值在试验的第40~50天.水中磷形态以DTP（溶解性总磷）和SRP（溶解性活性磷）为主,氮形态以DTN（溶解性总氮）和NO₃--N为主.由于SRP、NO₃--N分别是DTP、DTN的组分之一,因此黑藻和金鱼藻在衰亡期向水中释放的氮、磷形态主要为NO₃--N和SRP.③环境因子pH、DO、ORP（氧化还原电位）均呈不同程度的先降后升趋势.主成分分析结果表明,金鱼藻和黑藻环境因子主成分F_j和F_h、生物量剩余百分比分别与两植物组营养盐第一主成分之间二次曲线拟合效果较好,因此通过对数据进行降维处理,可建立二者之间的函数方程.研究显示,黑藻和金鱼藻两种沉水植物自然分解速率基本一致,衰亡期间向水中主要释放NO₃--N和SRP,水中氮、磷质量浓度呈单峰变化,通过主成分分析可以建立环境因子和营养盐之间的函数关系.      

不同沉水植物净水能力与植株体细菌群落组成相关性

选取苦草(Vallisneria natans)、密刺苦草(Vallisneria denseserrulata)、黑藻(Hydrilla verticillata)、伊乐藻(Elodea canadensis)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、竹叶眼子菜(Potamogeton malaianus)、篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus)和微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)这8种亚热带地区常见的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对比试验,并结合16S rRNA基因测序对沉水植物关联细菌群落组成进行测定,研究沉水植物对水体的净化能力与植株体菌群之间的相关性.结果表明,8种沉水植物对水体中的氮磷的去除主要通过植物增效作用,植物吸收富集作用去除率较低.其中密刺苦草对水体中TN、TP的去除率最高,达到了91. 58%和96. 81%.伊乐藻、金鱼藻对水中氮磷自身吸收能力高于其他组,密刺苦草和苦草的植物增效的净化能力最强.经分析,8种沉水植物对水体中氮磷的净化能力较强可能是因为植物关联的细菌大多具有降解作用.根瘤菌目(Rhizobiales)、伯克霍尔德氏菌目(Burkholderiales)、黄杆菌目(Flavobacteriales)、产碱杆菌科(Alcaligenaceae)、贪铜菌属(Cupriavidus)和芽孢杆菌属(Bacillales)的细菌可能是引起密刺苦草增效的净化能力较强的优势菌群,异常球菌纲(Deinococci)、丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)、腐螺旋菌科(Saprospiraceae)和生丝微菌属(Hyphomicrobium)的细菌可能是引起苦草增效的净化能力较强的优势菌群.     

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。     

两种沉水植物对上覆水和间隙水中可溶性无机氮的影响

在实验室模拟研究沉水植物金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、苦草(Vallisneria spiralis L.)对上覆水、间隙水中可溶性无机氮(dissolved inorganic nitrogen,DIN)的浓度、赋存形态及DIN扩散通量的影响.结果表明,金鱼藻和苦草对上覆水中DIN的去除效果均强于间隙水,对各形态DIN的去除差异:NO-2-N>NH+4-N>NO-3-N;金鱼藻对上覆水中DIN的去除效果明显强于苦草,但对间隙水中DIN的去除效果弱于苦草;金鱼藻和苦草减少了NH+4-N和NO-2-N的扩散通量,显著增加了NO-3-N的扩散通量,使NO-3-N取代NH+4-N成为间隙水向上覆水中扩散DIN的主要形态,但对NO-3-N和NH+4-N扩散通量的影响,金鱼藻和苦草之间差异不显著;金鱼藻和苦草增加了上覆水和间隙水中3种形态DIN含量比例的变化幅度,金鱼藻对上覆水中DIN含量比例影响强于苦草,对间隙水中DIN含量比例的影响弱于苦草.总体来讲,金鱼藻对上覆水中DIN形态影响较大,苦草对间隙水中DIN形态影响较大,两者对DIN扩散通量的影响差别不显著.     

沉水植物生长期对沉积物和上覆水之间磷迁移的影响

分别在春季培养黑藻(Hydrilla verticillata)和苦草(Vallisneria natans),在冬季培养菹草(Potamogeton crispus),跟踪监测在沉水植物影响下环境因子的变化,及上覆水和沉积物各形态磷的浓度变化,以探讨沉水植物对磷在沉积物和上覆水中迁移转化的规律.结果表明,不同季节实验条件下沉水植物均能不同程度降低上覆水中各形态磷的浓度.在植物生长期上覆水磷浓度保持在相对较低的水平,黑藻、苦草和菹草组上覆水中总磷(TP)的浓度分别保持在0.03～0.05、0.04～0.12和0.02～0.11 mg.L-1.沉水植物组沉积物中各形态磷的浓度均呈现不同程度的降低,黑藻、苦草和菹草组沉积物TP的含量最大降低幅度分别为35.34、60.67和25.92 mg.kg-1.植物组上覆水溶解氧(DO)、氧化还原电位(Eh)和pH均显著提高(DO 10.0～14.0mg.L-1;Eh 185～240 mV;pH 8.0～11.0),沉积物中Eh(-140～-23 mV)也明显提高,并使得沉积中pH保持在中性范围内(7.2～8.0).沉水植物通过提高上覆水中的DO、Eh和pH及沉积物Eh的方式影响上覆水和沉积物之间磷的迁移转化.     

北京市河流沉水植物水环境适应性研究

沉水植物是退化水体生态系统恢复过程中的重要奠基者.调查研究沉水植物的水环境适应性,对于制定不同污染程度水体的植被恢复对策具有重要指导意义.通过对北京市主要河流水系有沉水植物的36个样地进行了群落结构调查,共发现15个沉水植物物种.主成分分析结果表明,氨氮、总氮、总磷是影响沉水植物分布的主要因素;典范对应分析结果表明,沉水植物的分布主要受水体中化学营养盐含量和透明度的影响.综合分析判定,沉水植物有不同的水质适应区间,轮藻、黑藻、马来眼子菜等物种是清洁种,金鱼藻属于广布物种,而蓖齿眼子菜、菹草为耐污种.