水葫芦修复富营养化湖泊水体区域内外底栖动物群落特征

于2010年8~10月对滇池白山湾人工控制性种养的约70hm2的水葫芦区、近水葫芦区和远水葫芦区采样分析,探讨了水葫芦种养工程区域内外底栖动物群落结构特征.结果表明,在水葫芦区、近水葫芦区及远水葫芦区,底栖动物总密度分别为294.5,159,261ind/m2,其中寡毛类的霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)为绝对优势种,分别占各自区域总密度的68.3%,59.6%和86.0%.逐步回归分析显示,水体总磷(TP)和底泥非稳定态磷(Labile-P)与霍甫水丝蚓密度呈显著性正相关(P < 0.01),表明霍甫水丝蚓对水体的富营养状况有很好的指示作用.水葫芦区物种组成及生物多样性指数均高于近水葫芦区和远水葫芦区(P < 0.05),在水葫芦区、近水葫芦区和远水葫芦区分别共采集到底栖动物14种、10种和6种;Shannon-Wiener多样性指数分别为1.10,0.57和0.54.种植水葫芦后,在水葫芦区及近水葫芦区,10月份的Margalef、Shannon-Wiener、Simpson和Peilou指数较8月份和9月份有显著性增加(P < 0.05),而远水葫芦区,却未出现类似的结果.一定面积控制性种养水葫芦对大型富营养化湖湾水体无脊椎底栖动物群落结构未表现出不利影响.     

长江流域点源氮磷营养盐的排放、模型及预测

通过分析1985～2003年长江流域向河口/东海排放的点源营养盐的时空变化规律,建立长江点源营养盐排放模型,并预测2020年长江流域点源氮磷排放情况.模型基于人口密度、国内生产总值、人均氮磷排放量、以及污水处理率等因子,在99%的置信度上,氮磷模型的方差解释量分别达到92.3%及93.2%.基于此模型预测2020年长江流域点源氮排放量将达到(95 9±6 6)×104t,点源磷排放量达到(12.3±0.6)×104t.此外,研究结果进一步表明,点源营养盐通量仍然是长江输送营养盐总量的主要部分,是影响河口/近海水质的主要因素.     

大水面放养水葫芦对太湖竺山湖水环境净化效果的影响

利用水葫芦等生长快、生物量高的漂浮植物来净化污染水体,已成为目前水体生态修复的一种快捷有效的方法.在太湖竺山湖放养水葫芦后对水体营养盐吸收和水质净化效果的影响进行了研究.结果表明,受风浪扰动等影响,水体交换强烈,水葫芦放养区内溶解氧含量变化幅度在3.50～11.20 mg/L之间,未出现厌氧现象.水葫芦须根具有较强的吸...     

紫根水葫芦对富营养化水体中氮磷的净化效果研究

以普通水葫芦和紫根水葫芦为试材,分别在室内和室外条件下,研究了两种水葫芦对富营养化水体中氮磷污染物的净化效果。结果表明:经过18d试验,不同条件下两种水葫芦均可提高水体中NH4+-N、NO3--N、TN、PO43--P、DTP和TP的去除率,且超过90%,但紫根水葫芦对氮磷污染物的去除率和去除速率均优于普通水葫芦。室内条件下,两种水葫芦均可降低碱性水体的pH值,紫根水葫芦组EC值高于普通水葫芦组的原因可能是由于其庞大的根系分泌了更多的化感物质;紫根水葫芦组ρ(DO)和ORP值均高于普通水葫芦组,表现出更好的水质净化效果。室外条件下,紫根水葫芦组水体中藻类的数量下降了4个数量级,明显好于普通水葫芦组和对照组。试验表明,紫根水葫芦不仅对富营养化水体中氮磷污染物的净化效果优于普通水葫芦,而且对水体理化指标的影响和藻类的去除效果均优于普通水葫芦,可以作为一种新型改良植物品种对富营养化水体进行修复。     

不同污染负荷下浮水植物对水体营养盐的去除及生理响应

为了阐明在不同污染负荷下,水生植物对水体氮、磷、钾等营养盐的削减效果及不同营养水平下的生理响应,选用水质净化力强的漂浮植物水浮莲和水葫芦,探讨其对污水处理厂一级A达标排放尾水中氮、磷、钾的去除效果及此过程中水生植物的生理生态学变化.结果表明,尾水经过总长80m的水浮莲和水葫芦组合配置的净化塘后,水体TN、TP、TK分别由初始的11.97,1.69,8.10mg/L削减至5.23,1.10,4.73mg/L.随着水体营养盐浓度的逐渐降低,水浮莲和水葫芦根冠比均有显著增加,水浮莲茎叶叶绿素a含量明显降低,叶片微黄,而水葫芦叶绿素a含量变化不大.2种漂浮植物根系中与氮、磷、钾等营养盐相关的硝酸还原酶(NR)、Na~+-K~+ATP酶、H~+-K~+ATP酶均与水体氮、磷、钾浓度负相关,当环境中浓度营养盐浓度较低时,水生植物可通过提高根系中相关酶活性,满足自己对营养的高效吸收与利用.而水浮莲根系的碱性磷酸酶(AKP)活力与水体氮、磷、钾浓度呈正相关.其中水葫芦根系的Na~+-K~+ATP酶和H~+-K~+ATP酶相比于初始值分别提高了88.92%和103.20%.     

太湖水源地水质净化的生态工程试验研究

基于生物净化技术与工程措施相结合的思想,在太湖北部的梅梁湾牵龙口水厂水源地实施了净化水质的生态工程试验.该水域位于太湖梅梁湾的东北岸.调查发现,由于这个地区夏季盛行偏南风,吹程长,风浪较大,导致沉积物易于悬浮,且蓝藻也易于在此堆积;同时该水域水较深、透明度较低.为了能够净化水质,在氮磷营养盐浓度依然很高、恢复沉水植物难以奏效的情况下,选择漂浮植物和浮叶植物为主要内容的水生植物恢复手段,结合消浪、挡藻和控藻等技术措施,使得示范区的环境条件得到改善,并达到了净化水源地水质的目的.同时,在试验区内布设大量用于附着生物富集的人工介质,如渔网.结果显示,试验区的水质得到了显著的改善.与示范区外的参照点相比,各项水质参数改善的程度达30%～60%.说明这种新的方法和思路是有效的.     

太湖湖滨湿地沉积物营养元素分布特征及其环境意义

针对当前修复湖滨湿地去除氮磷营养盐长期效果的不确定性,以东太湖自然湖滨湿地与东部滨岸区、竺山湾修复湖滨湿地为代表,采用放射性核素210Pb计年法测定湖滨湿地沉积物的年代,据此计算出沉积速率,并结合沉积物柱中粒度组成与碳氮磷的含量变化,推算出自然湖滨湿地沉积物中碳氮磷的平均蓄积量.结果表明:太湖自然湖滨湿地与修复湖滨湿地沉积物的颗粒组成均以粉砂粒为主.东太湖自然湖滨湿地沉积物的平均沉积速率为:芦苇群落,0.74cm/a;茭草群落,0.69cm/a;香蒲群落,1.24cm/a;牛鞭草群落,1.27cm/a;荷群落,0.81cm/a.近40a来,东太湖自然湖滨湿地单位面积(cm2)沉积物中碳氮磷的蓄积量平均为:总有机碳1408.0mg,总氮138.2mg,总磷14.31mg.对于修复湖滨湿地而言,随着植物群落的发育演替,营养元素在修复湖滨湿地系统内可以不断累积,其沉积物库的蓄积量潜力很大,在控制外源污染输入的前提下,湖滨湿地具有净化水质的长期环境效应.     

太湖上游流域下垫面因素对面源污染物输出强度的影响

应用流域断面监测、GIS的流域空间分析等手段建立太湖上游地区流域基础数据,通过多元逐步回归和冗余分析(redundancy analysis, RDA)手段,研究了太湖上游流域下垫面要素对流域出口污染物输出影响特征以及不同要素影响的相对强度,提取了影响太湖上游流域面源污染产出的主要下垫面因素并分析各小流域水质控制性要素的空间特征.研究结果表明,流域面源污染与下垫面要素具有很大的相关性,其中流域土地利用对面源污染产出的影响最为显著,其次是流域土壤特征、流域坡度,流域面积的影响最小;影响流域面源污染输出变化的控制性因素为居民用地、耕地面积比例和流域平均坡度,对水质数据进行解释的显著性和重要性水平均较高,能解释59.5%的流域水质信息、98.6%的下垫面特征-水质指标关系信息,且在不同小流域中这3个因素对流域水质影响的贡献率不同.     

突发水环境事件吸附处理模拟研究

文章模拟了大量氮磷营养盐和有机污染物进入高标准水体环境,并通过模拟应急吸附处理,对比投加不同吸附材料对水质的改善效果。结果表明,吸附材料的投加能够快速恢复水体溶解氧浓度,活性炭类吸附材料对氮磷元素和石油类有机物的吸附去除效果相对较好,缓释氢氧化钙对总磷的吸附去除率达到了99%以上。同时,针对吸附材料投加后难以回收的问题,提出了吸附材料的新型应用方式,够使应急吸附材料的投加形式更为多样,更为有效地回收吸附材料,避免二次污染问题。     

太湖水质与水生生物健康的关联性初探

分别利用内梅罗指数法和底栖动物完整性指数法评价2008~2012年太湖水质和水生生物健康状况.结果表明,太湖全湖水质受到污染,水生生物健康基本处于亚健康状态.水质评价和水生生物评价结果在较大的尺度上呈现相同的趋势:从全湖尺度上看,水质和水生生物评价都显示东太湖的水生态健康状况总体上好于太湖其他部分.从时间上看,2008~2012年太湖水质等级和水生生物健康状况均低于20世纪60年代的水平.两种评价结果在短时间尺度和某些点位间存在差异,这是由于:①两种评价方法关注的时间尺度有所差异;②水生生物健康不仅与水质有关,还与水体生境有关.有机污染物和过剩营养盐是影响太湖水质和水生生物健康状况的主要因素,因此降低太湖及其入湖河流中有机污染物和营养盐的浓度是改善太湖水质和水生态功能的有效方法.     

人工富集微生物技术对太湖梅梁湾水源地氮磷的去除研究

采用2种载体(PM和ACP)进行人工富集微生物的方法,来去除太湖梅梁湾水源地水中的氮磷污染物。通过研究不同的载体密度和水力停留时间对去除效率的影响,中试结果表明:当载体密度为13.1%,停留时间为7d,源水中ρ(TN)为2.95～6.41mg·L-1,ρ(NH4 -N)为0.49～3.31mg·L-1,ρ(NO2--N)为0.07～0.51mg·L-1,ρ(TP)为0.084￣0.25mg·L-1,ρ(PO4--P)为0.005～0.059mg·L-1的条件下,人工富集微生物技术对TN,NH4 -N,NO2--N,TP,PO4--P的平均去除率最高分别达到22.68%,57.08%,88.83%,45.36%,29.58%,可见利用人工富集微生物技术能有效去除水源地中的氮磷营养盐,对富营养化水源地水体的水质有明显的改善作用。     

太湖水体Chl-a预测模型ARIMA在引排水方案优化中的应用

我国东部大型浅水湖泊太湖的富营养化和藻华暴发一直是困扰该地区社会经济高质量发展的重要水问题之一,其中水资源分配不均及部分营养盐浓度较高,严重制约了太湖水体生态环境的健康发展。基于1999-2019年太湖水质、气象等逐月观测资料,构建了基于协变量(TN、TP、COD_Mn、降水量和引排水量)的叶绿素a(Chl-a)预测模型ARIMA(1, 1, 1)(0, 1, 1)₁₂,并结合2007-2019年历史引排水方案经验和效果,提出了未来平水年情景下降低太湖藻华大面积暴发风险的引排水方案优化策略。结果表明:所构建的ARIMA(1, 1, 1)(0, 1, 1)₁₂模型能有效预测太湖水体Chl-a浓度;且在预设未来情景下,通过同步增加引、排水量可有效降低水体营养盐含量。引排水方案的优化关键在于季节性水资源的合理调配,在满足水安全的基础上适当加大冬春季节引排水,可达到改善水动力和排出营养盐的效果。     

特定生态系统对水源地水质改善的研究

通过构建水生动物-人工介质新型生态系统来研究太湖水源地水质改善效果.中试试验结果表明,对比3d和7d的水力停留时间(HRT),当HRT:7d,系统对TN、NO2--N、NO3--N、TP、PO4--P的平均去除率可分别达到79.00%、63.46%、14.57%、67.43%、35.81%;对比空白池,TN、NO2--N、NO3--N、TP、PO4--P的平均去除率仅为9.67%、7.09%、1.30%、9.92%、7.04%.通过该系统中水生动物的吸收和人工介质上微生物降解的协同作用,使得氮磷类污染物的去除效果明显.可见,水生动物-人工介质生态系统对改善太湖水源地水质有良好的效果,对构建安全的水源地生态系统具有积极的意义.     

水质监测频率与极端气候对高原湖泊入湖河流氮磷通量估算的影响

河流是流域氮磷营养盐的主要输出途径之一,准确掌握其通量变化和驱动因素对流域营养盐管理具有重要意义.本研究以滇池主要入湖河流宝象河为例,基于周水质观测数据和逐日水量数据,构建了河流氮磷通量LOADSET模型.估算了宝象河不同时间尺度（日、季、年）TN和TP的通量,评估了4种低频水质采样和极端气候指数对河流氮磷通量计算的影响.结果表明：①2018年宝象河的TN和TP年通量分别为270.49 t和11.19 t,存在显著的年内差异,夏季是通量最高的季节,分别占TN和TP年通量的40.78%和41.96%.②基于LOADEST模型的低频水质采样的氮磷估算结果与高频采样差异较小,宝象河TN、TP通量估算受采样频率影响较小.③宝象河的TN和TP通量变化受连续5日最大降水量、平均最低气温、平均最高气温、最低气温、最低气温极大值、最高气温极小值和平均温差7种极端气候指数的显著影响.     

盐度对小球藻生长胁迫及氮磷利用影响

文章研究模拟富营养化水质条件下,盐度对普通小球藻和蛋白核小球藻的生长及氮磷吸收影响。分别在7个盐度条件下对2种小球藻的生长情况、抗氧化能力、氮磷吸收能力进行胁迫实验探究。结果表明,0.5%盐度对2种小球藻抑制作用最弱,当盐度高于0.5%时,2种小球藻均受到明显生长抑制,0.5%盐度下的细胞密度分别为3.0%盐度下的细胞密度的2.87和2.20倍。抑制作用随盐度升高而增强,小球藻抗氧化体系变化显著,且普通小球藻对盐度变化的敏感性较蛋白核小球藻更高。盐度同样对2种小球藻吸收氮磷营养盐存在影响,普通小球藻在0.5%盐度下对氨氮、总氮、总磷的去除能力最强,实验去除效果分别为36.3%、32.8%、90.2%,蛋白核小球藻在0.5%盐度下对氨氮、总氮吸收能力最强,分别为49.5%、52.1%。随着盐度升高,对营养盐吸收抑制作用增强并影响了小球藻生长过程中对氮磷元素需求。     

基于生命周期视角的种养一体化奶牛场环境经济效益评估

准确评估种养一体化奶牛场的经济性能与环境绩效,是相关支持政策制定的基础,也是促进奶业低碳生产的关键.本文基于生命周期视角,对非种养一体化奶牛场（non-IPBS）和种养一体化奶牛场（IPBS）养殖过程中的温室气体排放、能源消耗、水消耗、土地占用等环境成本和经济效益进行评估.结果表明,non-IPBS生产1t标准牛奶（FPCM）的净收益为1427元,而IPBS的实际净收益提高7%,如果青贮玉米自给率从当前的32%提升到100%,则实际净收益将提高19%,同时,该净收益的提高率取决于耕地流转费用,临界点为14695元/hm²;相比non-IPBS,IPBS生产1tFPCM的温室气体排放、能源消耗、水消耗、土地占用分别减少6%、6%、5%、7%,如果青贮玉米自给率提升到100%,则相应减少16%、16%、11%、14%.IPBS在降低青贮玉米种植的化肥施用、解决养殖场粪便污染等方面优势明显,在提升养殖经济效益、降低温室气体排放等方面具有巨大潜力,值得推广.     

山地城市新建湖库氮磷营养盐时空特征研究

重庆市园博园龙景湖是一新建的山地河道型深水湖库.通过为期一年对龙景湖水库氮磷营养盐的监测,研究龙景湖水库氮磷营养盐的时空格局、变化特点和相互关系,分析园博园旅游区人为活动的特点以及上游流域来水水质对水库水质的影响.结果表明,龙景湖水库整体总氮和总磷年均浓度分别为(1.42±0.46)mg·L-1和(0.09±0.03)mg·L-1,存在丰水期平水期低于枯水期的季节性波动.湖库主水体区、开阔水体区和库湾区受所在区域影响因素不同,氮磷浓度分布存在时空异质性:主水体区季节变化特征与湖库整体基本一致;两个开阔水体区将主水体区分别与上游、库湾连接,顺水流方向的氮磷浓度沿程逐渐降低,开阔水体区氮磷营养盐受上游来水水质和周围园区功能布设影响;典型库湾区营养盐浓度高于主水体区和开阔水体区.湖库丰水期颗粒态的氮、磷占总氮、总磷质量分数分别为51.7%和72.8%,枯水期硝酸盐氮、活性磷酸盐分别占总氮、总磷质量分数为42.0%和59.4%,氨氮和溶解态有机氮占总氮质量分数相对稳定;氮磷比全年均值为18.429±7.883,营养物限制情况上,氮、磷为主要限制因素的时段分别为5.3%、21.2%.     

水华过程水质参数与浮游植物定量关系的研究——以太湖梅梁湾为例

考虑到太湖水华暴发过程中水质参数（如营养盐或水体理化参数）对浮游植物增殖的滞后效应,利用有滞后变量参与的格兰杰因果关系检验和向量自回归模型,分析了太湖梅梁湾湖区2000年~2012年的监测数据,探讨了湖泊水质参数对于水华暴发的影响和定量关系.结果发现,表征浮游植物生物量的叶绿素a（Chl-a）浓度与总磷（TP）、氮磷比（N/P）、水温（WT）之间存在长期的均衡关系,格兰杰因果关系模型和向量自回归模型（VAR）的结果显示,水体中TP浓度、N/P和WT是Chl-a含量变化的格兰杰原因,上述结果提供了湖泊水质参数与蓝藻生物量的定量关系,在其他水质参数保持不变的情况下,约1%湖泊TP含量、N/P和水温的变化分别造成0.97%、0.078%和0.55%的浮游植物生物量的变化.本研究为水华暴发研究过程中水质参数的定量化影响提供一个新颖的视角,考虑了时间滞后变量的时间序列分析方法也可以加深对水华暴发过程的理解.     

调蓄经济植物湿地技术在农田径流污染控制中的工程应用及评价

为评价调蓄经济植物湿地技术在农田径流污染控制中的运行效果和经济效益,采用现场调研长期跟踪监测调蓄经济植物湿地进、出水水质和水量变化,深入探索其营养盐质量浓度分布特征及其去除效能.结果表明:①调蓄经济植物湿地能够有效截留营养盐,稳定出水水质,2015年7月-2017年4月出水ρ（TN）、ρ（TP）和ρ（COD_Cr）平均值分别为1.2、0.07和17.0 mg/L,TN、TP和COD_Cr去除率分别为65.8%、75.5%和41.3%.②不同调蓄量下TN和TP去除率随着进水水量的增大而减小,表现为枯水期>平水期>丰水期;COD_Cr去除率与调蓄量之间呈负相关,表现为丰水期>平水期>枯水期;在调蓄经济植物湿地中单位面积TN、TP和COD_Cr去除负荷量表现为丰水期>平水期>枯水期.③调蓄经济植物湿地中莲藕、海菜花和螺蛳产量分别为26.25、22.50和2.46 t/（hm2·a）,氮、磷去除总量分别为275和30 kg/（hm2·a）.研究显示,调蓄经济植物湿地能够有效截留氮、磷,在不同水文期均有良好的净化效果,不仅具备景观效益,且具有良好的经济价值.      

挺水植物浮床对再生水补水景观水体的修复

随着城市水资源短缺现象愈发严重,再生水成为景观水体的重要补水来源。然而再生水所含营养盐浓度普遍高于受纳水体,导致再生水补水景观水体易出现水体富营养化现象。该文利用浮床技术种植4种挺水植物:美人蕉、鸢尾、千屈菜、旱伞草,通过4种植物伸展于水中根部对营养盐的吸收以及其浮床上植株体对营养盐的积累作用,将水体中的氮磷等营养盐迁移转化至植物体内,并以定期收割植物的方式将其与水体分离。通过植物修复,水体水质由Ⅴ类提高到Ⅳ类,除TN外其余指标达到Ⅱ类。水体中TP浓度从0.25 mg/L下降到0.05 mg/L,TN浓度略有下降,保持在0.5 mg/L,浊度由90 NTU降到10 NTU以下,叶绿素含量由原来的10 mg/m~3降低到1 mg/m~3左右。实验结果表明,植物修复能够有效地改善已呈现富营养化的再生水景观水体。