沉水植物水槽对农村水体净化效果与机制的模拟

实验设计中试水槽装置,模拟研究2种沉水植物轮叶黑藻(Hydrilla nerticillata)和苦草(Vallisneria natans)对农村水体的净化效果,并探讨沉水植物在水体氮、磷去除中的作用.结果显示,沉水植物系统均能显著降低水体中总氮、铵态氮、硝态氮和磷酸盐浓度,去除率分别达到50.5%、84.4%、41.9%和64.6%,且轮叶黑藻组选择20 g/m2,苦草组选择40 g/m2为适种密度.水体流经各串联单元时氮、磷去除负荷存在显著差异,其中总氮、硝态氮、磷酸盐浓度在有植物单元高于无植物单元,铵态氮浓度相反,结合单元内溶解氧浓度、硝化与反硝化细菌总数表明,有植物单元可显著发生反硝化作用,无植物单元可显著发生硝化作用,有无植物串联单元更有利于氮的去除.     

添加固体碳源对垂直流人工湿地污水处理效果的影响

以垂直流人工湿地小试系统为研究对象,探讨了不同位置(表层、上层、中层和下层)添加固体碳源对系统氮、磷及COD_Cr去除效果的影响.结果表明:湿地下层硝态氮去除率低于中层,最适宜碳源添加位置为垂直流人工湿地中、下层.添加碳源系统中,碳源添加位置为表层的系统COD_Cr去除率最高,各系统出水COD_Cr浓度均低于进水,不引起系统出水中COD_Cr浓度的增加.添加碳源显著提高脱氮除磷效果,碳源添加位置为下层的系统TN去除率最高,碳源添加位置为表层的系统氨氧化作用明显,出水铵态氮浓度最高,各系统对亚硝态氮和硝态氮去除率差异不明显,但对硝态氮都表现出良好的去除效果.碳源添加位置为下层的系统硝化作用最完全,TP去除能力也显著优于其他各系统.添加碳源至垂直流人工湿地下层可以达到同步脱氮除磷的效果.     

湿地植物固体碳源养分释放动态及其对人工湿地水体脱氮效率的影响

污水低碳氮比(C/N)是影响人工湿地氮去除效果限制因素,传统的碳源添加及利用存在成本较高、补充困难的局限性. 本研究契合“就地取材,原位处理”的废物利用原则,选择人工湿地常见的水生植物和农业废弃物(玉米芯、稻草)作为对照,对比了挺水植物(香蒲、美人蕉)、浮叶植物(莲)、沉水植物(菹草)、湿生植物(南荻、短尖苔草)的释碳能力,初步确定了以香蒲、美人蕉、南荻为代表的植物具有较好的释放碳能力,在中国湿地中分布广泛,且均对水体二次污染较小. 以南荻、美人蕉、玉米芯作为碳源添加的模拟人工湿地实验验证表明,在低碳氮比的模拟表流人工湿地投入植物碳源,能有效提高系统的脱氮效率,对照组、南荻组、美人蕉组和玉米芯组的出水总氮浓度分别为(5.24±0.07)、(4.50±0.10)、(3.75±0.17)和(2.97±0.18)mg/L,对应的去除率分别为58%、64%、70%和76%,确定南荻和美人蕉植物残体以及改性材料均残体和改性材料适合作为人工湿地中原位利用的外加碳源. 本研究探索了通过湿地植物配置解决人工湿地水体低C/N比的问题,为提高湿地脱氮效果提供了有意义的新途径.     

植物秸秆作补充碳源对人工湿地脱氮效果的影响

研究以芦苇杆、树枝及芦苇杆+树枝这三组植物秸秆作为碳源,分别补充于人工湿地基质表层(0-5cm)和中层(30-35cm)对脱氮效果的影响.试验结果表明,在进水条件下,补充植物秸秆能将人工湿地系统的TN去除率从44%提高到53%-66%,秸秆材料种类对脱氮效果影响不显著;对于三组植物秸秆材料,补充在中层均能较表层更好地提高脱氮效果,而且具有更强的抵抗进水氮负荷冲击能力.沿程氮形态分析表明:补充植物秸秆后,可以解除由于有机碳源不足产生的硝氮、亚硝氮积累,提高总氮的去除效率;而秸秆补充于中层,由于未干扰进水氨氮的硝化过程,增加底物硝氮、亚硝氮的反硝化反应,从而较之补充于表层有更好的脱氮效果.     

沙基和浮床培养方式种植水芹对人工湿地冬季水质净化能力的对比

针对人工湿地冬季净化能力不足以及不同湿地植物种植方式可能影响其净化效果的湿地构建问题,通过小试实验,研究了沙基法和浮床法种植水芹(Oenanthe javanica(Bl.)DC.)对冬季人工湿地净化富营养水体效果的影响.在整个冬季,4个实验周期中,处理期间总磷(TP)和总氮(TN)去除率表现出显著差异:对照组(CK)、沙基种植组和浮床种植组4个周期对TP的去除率平均值为20.17%±19.23%、59.60%±7.54%和45.44%±29.22%;对TN的去除率平均值依次为:29.83%±19.65%、64.89%±23.01%和60.50%±25.86%.与CK组相比,冬季种植水芹可显著提高湿地对TP和TN的去除率;与浮床种植方式相比,沙基种植方式的TP和TN去除率略有提高.而对于COD的去除率,沙基种植组周期间波动较大(-27.5%~52.92%),浮床种植组组周期间更为平稳(10.83%~40.42%),浮床种植组在全部4个周期的平均去除率(23.13%±14.41%)略高于沙基种植组(19.38%±35.38%).2种种植方式下,水芹均可安全适应冬季温带气候;与沙基种植法相比,浮床种植方式更有利于植物总生物量的增加,特别是根系生物量的增加;相对于浮床种植,传统的沙基种植法能使水芹根系在温带冬季大部分时间内保持较高的活力和泌氧能力.因此,考虑到建设成本,在浅水区域可优选传统的沙基(或底泥)种植方式;在深水区域,使用浮床种植的方式,也能保证耐寒水生植物安全度过冬季和保持较高的净化能力.     

冷季不同植物人工湿地处理生活污水的工程实例分析

本实验以亚热带地区福建省永春县农村生活污水作为处理对象,选取10种湿地植物,构建具有不同植物类型的表面流人工湿地的实例工程,比较不同植物配置人工湿地的处理能力,以及湿地植物的生物量和植物体内氮、磷累积能力.研究结果表明,水龙和美人蕉人工湿地具有较高的铵态氮去除能力,去除率可分别达到76.7%和87.7%;两者同时也对总氮表现出较好的去除效果,尤其是美人蕉人工湿地在冬季节对总氮的去除率可维持在80.3%以上;2014年初冬季节实验结果表明,水龙还具有一定的总磷去除能力,去除率可达到69.0%.水龙和美人蕉具有较大的生物量,其单位面积干重可分别达到0.46和0.30 kg/m~2,又能较好地积累氮、磷元素,其体内氮含量可分别达到6.43和4.60 g/m~2,磷含量可分别达到0.50和1.01 g/m~2.综上所述,种植水龙和美人蕉的人工湿地总体处理效果较好,同时又能更多地积累氮、磷元素,且具有更大的生物量,可选为相对适宜用于处理生活污水的适合亚热带地区应用的人工湿地植物.     

外来种福寿螺(Pomacea canaliculata)对3种沉水植物的牧食偏好及水体理化因子的响应

外来种福寿螺(Pomacea canaliculata)相较我国本土螺类其牧食量更大且繁殖速度更快,对栖息地水生植物的现存量和实施水生植被恢复的生态治理工程的成功性可能构成威胁,目前对福寿螺影响浅水湖泊沉水植物的重建缺乏足够的研究.本文通过设置不同沉水植物种类组合系统,研究福寿螺对3种常用于浅水富营养化湖泊治理的沉水植物密刺苦草(Vallisneria denseserrulata)、轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)的牧食偏好以及不同植物配置系统理化因子的响应变化,结果表明福寿螺对沉水植物植株附着偏好为密刺苦草轮叶黑藻穗花狐尾藻,而牧食破坏强度为轮叶黑藻穗花狐尾藻密刺苦草,轮叶黑藻最容易受到福寿螺牧食影响而快速消亡,穗花狐尾藻叶片也会被全部牧食仅剩下茎,而苦草存活受到的影响较小.福寿螺会导致轮叶黑藻+密刺苦草组合系统中总氮、氨氮、总磷、正磷酸盐浓度显著升高,而密刺苦草+穗花狐尾藻组合中总磷、正磷酸盐浓度显著升高,但是在轮叶黑藻+穗花狐尾藻组合中仅总氮浓度显著升高.研究表明福寿螺能够影响沉水植物间的竞争关系,但是3种沉水植物均不能阻止福寿螺的牧食;福寿螺牧食会显著降低沉水植物生物量,最终会影响草型清水态系统的稳定性.     

不同水生植物对湿地无机氮素去除效果的模拟

分别以芦苇、花叶水葱和苦草构建成小规模人工湿地模拟系统,开展不同类型水生植物湿地中无机氮（硝态氮和铵态氮）去除效果的试验。试验结果表明：在分别以芦苇、花叶水葱和苦草构成的模拟湿地单元中,虽然氧化还原等环境条件呈现较大差异,但不同类型水生植物湿地单元的铵态氮和硝态氮的去除率并没有显著差别,这与以往关于不同类型水生植物对氮素去除贡献的认识有所不同;水生植物对模拟湿地体系中氮素的去除具有重要作用,在相对较低的氮负荷（NH4^＋-N约为2.85mg／L,NO3^-N约为1.07mg／L,相当于一般城市污染河流）条件下,有水生植物湿地单元中铵态氮和硝态氮的10d去除率分别在39.32％和21.91％以上,而无水生植物的空白湿地单元对铵态氮和硝态氮的10d去除率分别只有34.68％和13.86％;在提高模拟湿地体系水体氮（NH4^＋-N约为5.50mg／L,NO3^-N约为3.37mg／L,是一般城市污染程度的2倍）负荷条件下,有水生植物湿地单元中铵态氮和硝态氮的10d去除率分别大于或等于66.87％和78.92％以上,而无水生植物的空白湿地单元对铵态氮和硝态氮的10d去除率仅为40.62％和31.77％,为人工湿地对原污水或初沉池出水的处理提供了有力依据。试验结果还表明,水生植物能有效促进湿地的氮素转化过程,显著缩短无机氮素在湿地中的寄宿时间。     

云南抚仙湖窑泥沟复合湿地的除氮效果

为了延缓抚仙湖局部湖湾水体富营养化趋势,在北岸建设了净化面积1hm2.的复合人工湿地.综合利用生物氧化塘、水平潜流湿地和表面流湿地治理技术,对入湖河道窑泥沟污水中氮的去除效果进行了试验研究.试验结果表明,湿地系统的除氮效果十分明显,水力负荷年平均为437mm／d,氮负荷年平均为3.315 g／(m2·d),湿地系统氮滞留量年平均为1.91g／(m2·d).其中,通过植物吸收同化作用除氮量为0.142g／(m2·d),占总氮滞留量的7.5％左右.湿地系统对污水中硝酸盐及亚硝酸盐氮(NOX-)、氨氮(NH4+)、有机氮(TON)和总氮(TN)的去除率年平均分别为62.7％、53.8％、62.4％和57.5％.在湿地系统各功能区中,表面流人工湿地除氮效果最佳,氮去除率年平均为39.4％,硝化和反硝化作用均较强;生物净化塘除氮效果次之,氮去除率年平均为18.5％;潜流人工湿地氮去除率年平均为10.6％;沉淀池中氮去除率年平均只有3.6％.     

潜流湿地中微生物对三峡库区微污染水净化效果的影响

为了探讨潜流湿地对三峡库区微污染河水的净化效果,在野外构建芦竹、菖蒲、空心菜和无植物(空白)水平潜流人工湿地,研究人工湿地系统中微生物基本菌群和功能菌群数量分布,探讨污染物去除与微生物菌群种类和数量的相关性.结果表明:实验湿地系统运行情况良好,植物湿地系统对各污染物指标的去除效果优于空白湿地系统;芦竹、菖蒲、空心菜和空白湿地系统的微生物数量均随温度的降低而减少,其中,植物湿地系统的微生物数量高于空白系统;各湿地系统的微生物数量与水质指标去除率之间的相关性较强,在夏季,不同人工湿地系统的细菌总数与CODMn的去除率之间存在着显著的正相关,真菌、亚硝酸细菌总数与铵氮去除率之间均存在着显著的正相关,在冬季,不同人工湿地系统的反硝化细菌总数与总氮去除率之间存在着显著的正相关.     

1950s以来洪湖主要优势沉水植物群落变化

通过野外调查并结合历史数据对洪湖沉水植被进行长时间序列变化研究,构建自1950s以来洪湖主要优势沉水植物群落穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)和轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)的群落分布图并计算其面积.结果表明:穗状狐尾藻群落面积从1950s占全湖的6%增加至1990s的65%,而后急剧下降至2010年的2%,然后又恢复至2014年的15%;微齿眼子菜群落面积从1950s的10%增至1990s的65%,然后下降至2014年的38%;金鱼藻群落面积从1980s的6%增至1990s的39%,2010年以后则稳定在25%;轮叶黑藻群落面积1950s占全湖的32%,随后急剧下降至1980s的6%,2000年以后逐步增加,至2014年为15%.1950s1990s,穗状狐尾藻、微齿眼子菜和金鱼藻群落分布范围从周边向湖心扩展,而轮叶黑藻群落从湖中心消失;2000年以后洪湖沉水植物群落分布破碎化明显.分析认为,1950s 1990s的围垦和水文过程变化,1990s 2005年的围网养殖、水生植物过度利用以及由此导致的水质恶化等,以及2006年至今开展的拆围和生态修复是导致这些变化的主要因素.建议取缔围网,控制入湖水质,提高水体透明度,促进水生植被恢复,但同时增加水位变幅,促进植物资源合理利用,避免沼泽化重演.     

轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)对沉积物-水界面微观剖面理化参数的影响

水生植物是湖泊生态系统的重要组成部分,沉积物-水界面是湖泊生态系统中营养盐循环的重要界面,因而研究水生植物对沉积物-水界面微观剖面的影响具有重要意义.本文利用轮叶黑藻作为研究对象,研究了来自于香溪河、太湖和东湖3个样点的沉积物及上覆水中N、P等理化性质,并利用微电极研究轮叶黑藻对3种沉积物-水界面微观剖面是否有影响.实验结果表明:轮叶黑藻生长迅速.增长率因沉积物不同而不同,有一定的耐污能力;轮叶黑藻使水体和沉积物中总氮、总磷含量减少,对水体和底泥有一定的净化作用;轮叶黑藻可使水体溶解氧升高,并使沉积物有氧层厚度增加,改变沉积物的氧化还原电位;轮叶黑藻可能改变了根际微环境中微生物的数量和种类,而使沉积物和上覆水中的pH、N₂O和H2S等发生变化.     

火烧对洞庭湖湿地荻(Miscanthus sacchariflorus)和苔草(Carex brevicuspis)群落土壤性质的影响

火烧作为调控因子,对植物群落结构和生态系统功能具有重要影响,但在湖泊湿地中研究较少.通过野外调查取样与实验室分析,探讨火烧对洞庭湖湿地主要群落类型——荻(Miscanthus sacchariflorus)和苔草(Carex brevicuspis)土壤化学性质的影响.结果表明:火烧后,苔草群落土壤硝态氮含量显著减少64.6%,有机质含量增加26.3%;而荻群落土壤与之相反,硝态氮含量增加186.9%,有机质含量减少22.9%.火烧后,苔草群落的全氮、铵态氮、全碳和全磷含量均显著增加,分别增加了75.4%、36.3%、102.7%和76.9%,而荻群落土壤与对照组间无显著差异.总体上,火烧对荻群落土壤养分影响不大,可作为芦苇场的一种管理方式,但火烧促进苔草群落土壤养分释放,有助于苔草群落提前萌芽和生长,并引起牲畜牧食增加.     

Alien aquatic plants in a thermally abnormal river and their assembly to neophyte-dominated macrophyte stands (River Erft, Northrhine-Westphalia)

Floristic surveys, vegetation mapping, and detailed transect analyses rendered a macrophyte flora of 14 native and five alien taxa of flowering plants in the River Erft, a contributory of the River Rhine in Northrhine-Westphalia. Water temperatures of this river do not fall below 10 °C all the year round, for reasons of geothermically heated water discharged from nearby opencast mining areas. Macrophyte stand structures, composed of the neophytes Azolla filiculoides and Lemna minuta (floating) and Myriophyllum aquaticum, Egeria densa, and Vallisneria spiralis (rooted in the muddy or sandy ground of the river) are described and the ecological requirements of these taxa are characterized. The alien species can be seen as elements that increase the α-diversity of the aquatic vegetation of the River Erft. They do not replace any of the native species, even if shifts in the competition dynamics occur. The colonization by neophytes of the abnormally warmed River Erft can be appreciated as paradigmatic for trends in the macrophyte vegetation of medium-sized rivers in Central Europe when climate-related or discharge-based heating of the waterbody occurs and propagules of alien plants imported by waterfowl or – more important – plants from aquarium waste will find suitable places of existence and spread.     

重污染底泥对苦草（Vallisneria natans）和黑藻（Hydrilla verticillata）繁殖体萌发及幼苗生长的影响

为探究重污染底泥对沉水植物繁殖体萌发和幼苗生长影响,以苦草（Vallisneria natans）种子和黑藻（Hydrilla verticillata）冬芽为研究对象,以轻污染底泥为对照组,通过室内模拟实验研究了重污染底泥对两种繁殖体萌发和幼苗生长、生理特性的影响。实验结果表明,与轻污染底泥相比,重污染底泥对苦草种子萌发和幼苗生长无显著影响。黑藻冬芽萌发和幼苗地上部生物量在两组间没有显著差异,但重污染底泥组幼苗的地下部生物量显著高于轻污染底泥组,其地上部和地下部生物量比值由7.06±0.38下降至2.97±0.08。此外,苦草和黑藻幼苗受到重污染底泥胁迫表现出不同的生理响应。苦草幼苗叶片的类胡萝卜素含量显著减少,可溶性糖和蛋白含量分别降低11.56%、24.10%,根系活力也明显受到抑制,仅为（34.93±3.28） mg/（g·h）;黑藻幼苗生理响应与苦草略有不同,其叶片的叶绿素a、b含量显著增加,根系活力降低44.29%,可溶性糖和蛋白含量在轻污染组和重污染组之间无显著差异。由此可见,重污染底泥对苦草种子和黑藻冬芽的萌发影响不显著,但会明显影响幼苗的生长发育和生理特性,研究结果为...     

洱海苦草(Vallisneria natans)水深分布和叶片C、N、P化学计量学对不同水深的响应

湖泊水深是影响沉水植物生长、繁殖与分布的重要环境因子,水深增加改变了水下光照、风浪和底泥特性等,因而可能导致沉水植物的生理生化指标发生相应变化.本研究通过对云南洱海沉水植物苦草(Vallisneria natans)随水深分布的情况进行调查,并分析了定植于不同水深的苦草叶片碳(C)、氮(N)和磷(P)含量及其比率,以阐明水深变化对苦草叶片生态化学计量学的影响.结果表明洱海苦草定植的水深范围为0.5~5.6 m,在1.5~2.4 m处达到最大频度,在2.5~3.4 m处达到最大相对生物量,这表明苦草在洱海中的最适生长深度在1.5~3.4 m范围内;苦草叶片C、N和P含量平均值分别为356.10、26.13和3.54 mg/g,C:N、C:P和N:P的平均值分别为14.38、113.46和7.85;苦草叶片C含量、C:N和C:P均随水深增加而降低,N和P含量则随水深增加而升高,N:P在0.5~1.4 m较高,其余水深梯度之间则没有显著差异.总体上,苦草叶片C、N、P含量及其化学计量特征显著地受到了湖泊水深的影响.另外,本研究还发现水深的增加使得苦草叶片N、P含量发生聚敛,这导致其N、P之间的耦合性变弱.     

滇池水华束丝藻(Aphanizomenon flos-aquae)对低氮的生理响应

通过对分离的滇池北部海埂湾春季蓝藻水华时期的两株水华束丝藻(Aphanizomenon flos-aquae)进行研究,探讨了滇池水华束丝藻在低浓度硝酸盐下的生长特征,以及无氮条件下藻丝异形胞的诱导分化过程与固氮能力.实验结果表明:两株水华束丝藻在各浓度硝酸盐中均能够生长,并且生物量能够增加到较高水平.硝态氮浓度高时水华束丝藻的生物量也较高,但是硝酸盐浓度超过0.5 mg/L时,各组生物量无显著性差异.无氮BG-11培养基培养条件下,水华束丝藻可以快速分化形成异形胞,含有异形胞的藻丝比例在3 d以后即可达50%左右,最高可以达72%,之后开始下降,但是仍能维持较高比例.水华束丝藻在无氮条件下通过异形胞固定的氮元素从第7 d开始逐渐增加,在生长43 d后,培养基中增加的氮浓度接近30 mg/L.