人工湿地植物床-沟壕系统水质净化效果

嘉兴市石臼漾湿地以仿拟自然界的植物床-沟壕系统为主要结构单元,以人工湿地生态根孔技术为核心净化技术,将河网源水主要水质指标提高了一个类别.为探索该系统以及根孔净化技术的优化途径,于2010年5～10月在湿地内构建了16个并联的植物床-沟壕单元,以正交设计手段研究根孔构筑方式、植物组合和强化介质3种因素对人工湿地植物床-沟壕系统水质净化效果的影响.综合考虑水质净化效果、工程施工难易程度、建设及运行维护成本等情况,推荐人工湿地植物床-沟壕系统的优化途径为:根孔构筑方式采用上、下两层秸秆填埋方式,植物组合优选芦苇+菰,在植物床局部采用适量方解石作为强化介质.比较了中试强化区和大工程区的水质净化效率,结果显示:强化后的植物床-沟壕系统具有进一步提升湿地水质净化效果的潜能,对总氮、总磷、氨氮等水质指标去除率提高幅度约为20%～40%.因此在保证湿地处理水量的前提下,控制大渠过水量、增加植物床-沟壕系统内根孔区的过流量可以发挥该系统更好的水质净化效果.     

构筑根孔湿地中金属元素的来源、分布及其累积效应

石臼漾湿地是我国最大的饮用水源处理湿地,成为微污染水源水质改善的典范案例,已运行超过4年,主要运用人工湿地生态根孔技术、多级塘/植物床-沟壕系统协同净化技术来净化微污染水源.为了探明多级塘/植物床-沟壕系统对源水中常规金属K、Na、Ca、Mg、Al、Fe与重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Zn、Pb的累积效应,研究了嘉兴石臼漾湿地岸边带与植物床-沟壕系统中沉积物/土壤的金属分布与累积量.结果表明,沉积物中的金属(Mg除外)均发生了富集和累积(富集系数EF∈(1.5,10.5)1.5).湿地内重金属潜在生态风险指数(RI∈(24.7,128.9)150)基本处于轻微风险水平,其最高值出现在湿地前端约1/8处的预处理塘(RI=174.94150).总体而言,重金属风险指数随水力流程而逐步降低.在湿地前端的预处理河道、预处理塘内,重金属沉积通量(23.97~157.72 mg·m-2·d-1)较高,而植物床-沟壕系统的沉积通量((38.80±16.17)mg·m-2·d-1)相对较低.占湿地面积11.35%的预处理河道、预处理塘中沉积的重金属高达9941.65 kg,占全湿地沉积量的37.90%,是重金属沉积的关键区域.而占湿地面积57.23%的植物床-沟壕系统中截留的重金属高达10601.89 kg,占全湿地沉积量的40.41%,是重金属去除的重点区域.湿地对重金属的主要持留机制是沉积作用,在湿地中单位平均沉积通量高达32.19 mg·m-2·d-1.据估算石臼漾湿地可沉积重金属6558.40 kg·a-1,植物吸收重金属约13.16 kg·a-1.本研究证明,多级塘/植物床-沟壕系统协同净化机制能够有效持留微污染水源中的金属特别是重金属,从而有效降低石臼漾湿地净化后源水的潜在生态风险.     

石臼漾湿地冬季有机质的可生化性

在冬季,石臼漾构筑根孔湿地对有机质的去除率不高.若设想这只是一个表观现象,实际上湿地在冬季能够有效地去除水体中难降解有机质,但释放部分易生化的有机物质.为了验证这一假设,研究了冬季石臼漾湿地岸边带和植物床-沟壕系统中有机质可生化性的空间分布.结果表明:湿地内部其有机质可生化性r(BOD₅/COD_Cr)为0.26~0.84,80%数据高于可生化性下限值(0.30),远超过源水(0.0999).经过湿地净化,水体中有机质的性质发生了显著的变化.湿地内部其r(COD_Cr/TOC)比值(0.85~2.57,平均值1.90)远低于源水(5.41),大量的还原性有机物质及部分芳香族类化合物被湿地拦截和持留.这说明即使在冷季,石臼漾湿地仍对源水中的有机质具有较好的去除效果.以人工湿地生态根孔技术为核心的植物床-沟壕系统是整个湿地中水质净化特别是有机质去除的关键区域.     

元阳梯田水源区土壤水氢氧同位素特征

稳定同位素技术为土壤水的运移研究提供了一种全新的研究手段.通过对元阳梯田水源区降水及其4种典型植被类型(乔木林、灌木林、荒草地和无林地)下0~100 cm剖面土壤水进行采样和氢氧稳定同位素的分析测定,研究了该区不同深度层次上土壤水的稳定同位素特征.结果表明,元阳梯田水源区的大气降水线方程为δD=6.838 4δ18O-5.692 1(R2=0.878 7,n=20),其斜率和截距均小于全球大气降水线.4种典型植被类型下的土壤水氢氧稳定同位素值均落于当地大气降水线下侧,且其表层土壤剖面上的同位素值波动变化幅度较大.随着土层深度的增加,δ18O值的波动变化越来越小,尤其以80~100 cm土层体现的最为明显.乔木林和荒草地两种林分类型整体上深层土壤水中的δ18O值要偏高于表层土壤,而灌木林和无林地则恰恰相反.     

溶解氧对人工湿地处理受污染城市河流水体效果的影响

研究了溶解氧在人工湿地中的分布对受污染城市河流水体处理效果的影响规律及其意义,为城市受污染景观水体处理或雨水处理人工湿地的工程设计提供有效的自然复氧估算方法和设置措施.结果表明,由于自然复氧不利引起的溶解氧不足(<2 mg/L)是导致人工湿地出水水质恶化的主要原因.自然跌水是一种有效的人工湿地充氧方式,其充氧效果可用氧亏比r根据水温、水质以及充氧形式等外部条件参数进行估算.推流态的湿地床内,溶解氧分布与生物量分布以及有机物的去除规律呈现明显的相关性,而对TP沿程去除速率影响不大.设置多级多段跌水有利于均衡湿地床填料内的溶解氧分布,促进硝化反应,保证出水水质.     

氢氧稳定同位素在植物水分来源研究中的应用

植物的生长和分布与水分的可利用程度紧密相关,不同生态系统中的植物如何利用水分,以及这些植物在季节变化中的水分利用模式有何变化,特别是在水资源匮乏的干旱地区,如何合理配置有限的水资源,以使植物有效吸收利用水分,维护生态环境不致恶化,这些问题的回答都离不开植物水分来源的研究.本文介绍了氢氧稳定同位素示踪植物水分来源的原理以...     

人工湿地中植物生长特性及其对TN和TP的吸收

构建了潜流水平芦苇湿地处理富营养化污水,在近2年的研究中考察了芦苇的生长规律、 芦苇不同器官对TN和TP的吸收及季节变化,评价了植物吸收对湿地TN和TP的去除作用.结果表明,2个生长年内芦苇的生长规律不同,受第1年芦苇移植的影响,芦苇生长周期滞后,导致植物立枯生物量与活体生物量比例在2年中相同月差异很大.第2年芦苇地上生物量是第1年的3.9倍.芦苇组织中TN和TP含量遵循新鲜叶>成年根>新鲜茎的规律.新鲜植物组织中TN和TP含量变化相对不大,当植物枯萎时地上组织TN和TP含量明显下降.根中TN和TP含量在全年中基本维持稳定.植物净吸收随植物生长情况而改变,按全年衡算,当湿地进水TN和TP负荷分别为61.39和7.39 g/(m2·a)时,植物地上生物量吸收TN和TP分别占湿地TN和TP总去除量的46.0%和26.8%,植物吸收仍起到重要作用.      

厚层包气带土壤水氢氧同位素特征及其补给来源判别

采用环境同位素示踪技术研究了临潼斜口镇土壤水来源与运移机理。在研究区内选取四个土壤剖面分层采集不同土地利用类型的土壤水,测定其稳定同位素δD、δ¹⁸O的值,分析了包气带土壤水稳定同位素沿剖面的变化规律。结果表明：厚层包气带中土壤水在入渗的同时经历了明显的混合作用,在垂向上从上至下可以划分为三个层段;剖面内δD的补给水值处于-75‰~-60‰范围内,介于大气降水和地下水之间,反映了厚层包气带下部土壤水主要来源于地下水的补给,上部主要来源于大气降水与灌溉水的混合补给。     

藏南干旱区湖泊及地热水体氢氧同位素研究

青藏高原水循环过程情况复杂,水体氢氧同位素包含了其重要信息.选取西藏南部干旱区淡水湖、咸水湖及地热水水体为研究对象,分析研究区内不同水体氢氧同位素组成、变化特征、影响因素及水循环过程.结果表明,3种水体均表现出了高海拔地区氢氧同位素组成偏负的特点,淡水湖打加芒错δ18O平均值为-17.0‰,δD平均值为-138.6‰,咸水湖朗错δ18O平均值为-6.4‰,δD平均值为-87.4‰,搭格架地热区热水δ18O平均值为-19.2‰,δD平均值为-158.2‰;受内陆干旱区强烈的蒸发作用影响,湖泊及地热水蒸发线斜率均小于8,氘过量d值均为负值;搭格架地热区热储温度较高,氢氧同位素关系存在氧漂移现象.     

黄土丘陵区不同水体中氢氧同位素特征及相互关系

为了研究典型黄土丘陵区不同水体氢氧同位素特征及水体间补给转化关系,合理利用干旱半干旱区水资源,通过野外采集2019年6月至11月延安市安塞墩山周围降水、河水、地下水和土壤水样品,运用同位素示踪技术,结合混合模型探索研究区不同水体氢氧同位素特征及水循环转化关系.结果表明:河水、地下水较土壤水富集氢氧同位素;各水体D和18...     

长沙近地面水汽中稳定同位素的监测与分析

根据长沙地区于2014年11月12日~2015年4月13日监测的大气水汽中δ18O和δ2H及观测的气象要素,分析了长沙近地面水汽中δ18O和δ2H变化特征以及与温度、绝对湿度、降水量的关系.结果表明:1长沙大气水汽中δ18O和δ2H季节变化显著,在冬季表现为高值.冬季大气水汽中δ18O和δ2H与绝对湿度存在正相关关系.δ18O和δ2H在监测期间存在较大波动,尤其是有降水事件发生时.降水事件对长沙大气水汽中δ18O和δ2H的变化影响显著,水汽稳定同位素的低值与降水事件有关.2不同天气条件下长沙大气水汽中δ18O和δ2H的日变化实质上与绝对湿度有关,而绝对湿度的大小又主要受控于局地的蒸散发和大气湍流的强度.单次降水过程中大气水汽δ18O和δ2H存在显著的类似于降水中稳定同位素的"降雨量效应".3长沙大气水汽中δ18O和δ2H总是低于降水中δ18O和δ2H,逐日变化基本一致,它们之间的平均差值分别为8.6‰和66.82‰.4长沙冬半年大气水汽线方程为δ2H=7.18δ18O+10.58,水汽线的斜率和截距总是小于同时段大气水线的斜率和截距,春季水汽线的斜率和截距明显高于冬季水汽线的斜率和截距.     

拉萨河夏季氢氧同位素空间分布特征及分析

稳定同位素示踪技术是河流水文过程研究的重要方式,可以用来判定河流补给的来源、研究河流与其它水体相互作用、示踪水文循环过程等.本文采用TC/EA-IRMS分析法对拉萨河水体的氢氧同位素进行测定,分析了 δD和δ18O的含量及空间分布特征,并分析了拉萨河的同位素效应,包括与大气降水氢氧同位素的关系、氢氧同位素的沿程变化特征...