人工湿地复合基质深度净水除磷实验

通过垂直上升流人工湿地模拟柱实验,研究了泥炭、蛭石、砾石以不同体积比(柱1比例1:1:3,柱2比例1:1:2, 柱3比例1:1:1,柱4全为砾石)组成的复合基质对人工湿地出水的深度除磷效果．结果表明,填充复合基质的柱1-3对总磷和正磷酸盐的处理效果较好,去除率分别达到了77％和90％以上,明显优于填充单一基质砾石的柱4(27％和 21％);蛭石、泥炭价格远高于砾石,从经济、有效的原则出发,用蛭石、泥炭、砾石以1:1:3的体积比例混合作为复合填料比较合理;该复合基质适合于水质深度净化,在进水总磷浓度不超过0．1 mg／L的情况下,除磷效果相当稳定,可以保证 0．02mg／L以下的出水浓度(地表Ⅲ类水质标准),并达到80％左右的去除率;遇到高浓度磷污染负荷冲击时,磷去除率会降低;该复合基质的除磷机制主要为吸附净化,单独使用易吸附饱和,而与人工湿地中与湿地植物的吸收净化衔接起来,就能形成稳定持久的除磷效果．     

利用不同物候期水生植物配置提高浮床人工湿地的除氮效果

为验证利用不同物候期水生植物配置提高碳氮比失衡湿地脱氮能力的可行性,设计了向水芹菜(Oenanthe javanica)浮床人工湿地系统中添加轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)的实验,研究了在秋、冬季低温条件下,暖季型植物分解释碳对系统氮去除效果的影响.结果表明,添加轮叶黑藻显著提高了系统水体碳氮比,促进反硝化作用,提高总氮和硝态氮的去除率.在4个周期中,与对照组相比,物候期组合型浮床人工湿地系统的总氮去除率分别提升23.03%、10.90%、18.55%和22.93%,硝态氮去除率分别提升38.28%、20.74%、17.87%和17.06%.由此可见,利用暖季型和冷季型植物配置提高碳氮比失衡湿地氮去除率是可行的.     

盐度对芦苇(Phragmites australis)表流湿地除氮效果的影响

利用芦苇湿地去除农业污水中的氮是博斯腾湖流域控制富营养化的重要手段.但是,污水中的盐分往往会抑制芦苇(Phragmites australis)湿地的除氮效果.为了探索不同盐度对芦苇湿地脱氮效果的影响和机制,研究4个不同的盐度梯度(淡水、2‰、5‰和10‰)对芦苇表流湿地中氮去除的影响,测定不同盐度下湿地表层(0~10.0 cm)和下层土壤(10.0~20.0 cm)中硝化、反硝化作用强度的变化.结果表明,盐度上升显著降低了湿地氮的去除率,但是不同离子形态的氮变化趋势并不一致.5‰和10‰盐度下的芦苇湿地中总氮、铵态氮去除率分别下降了9.03%、31.80%和23.10%、39.20%,亚硝态氮累积率分别上升了190%、690%,而硝态氮并未发生明显变化.相对于参与反硝化作用的菌群,盐度对参与硝化作用菌群的抑制作用更强是产生此现象的主要原因.除此之外,盐度升高导致植物根系泌氧减少也是土壤中的硝化作用强度降低的重要原因之一.     

分级进水对阶梯垂直流人工湿地污水处理效果的影响

本文研究了分级进水对阶梯垂直流人工湿地处理生活污水效果的影响.在保持总水力负荷为100 mm/d的情况下,分别将总进水量的0%、10%、20%和30%用于湿地第2级阶梯的进水,分析了系统对化学需氧量(COD)和氮、磷的总去除率和沿程变化.结果表明,不同分级进水比例条件下人工湿地对COD和总磷(TP)的去除率差异不明显,COD和TP的最高去除率分别为87.80%和81.17%,COD的去除主要集中在第1级,其贡献率平均为82.18%,TP的去除主要集中在第3级,贡献率平均为54.37%.分级进水对总氮(TN)去除率影响显著(P0.05),当2级进水比例为20%时,TN去除率最高,为61.70%±4.48%,且3个梯级对TN的去除贡献率分别为36.52%、42.11%和21.37%.相同组合形式的垂直流人工湿地处理生活污水的工程应用中,可根据需求设置20%左右的2级进水比例,以提高人工湿地对污染物的去除效果.     

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.     

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.     

人工湿地研究现状与展望

自1950s开始系统性研究以来,人工湿地研究日趋深入,也得到了广泛的应用.本文基于文献报道,对人工湿地研究的历程特别是我国的研究进行了分析,分为起步探索、迅猛发展和规范应用三个阶段.梳理了人工湿地的研究现状,主要集中在如何提高脱氮除磷效率、对新兴污染物的去除、人工湿地根区微生物结构与功能以及人工湿地模型四个方面.核心还是提高人工湿地对污染物的去除效率并解释其机理.未来需要长期监测数据支撑的理论实践结合的设计规程;进一步揭示人工湿地的生物过程;建立合理简化的模型,对系统进行准确预测.     

基于植物昼夜释氧变化规律的复合垂直流人工湿地氮形态

为了研究植物根系释氧规律对人工湿地中硝化与反硝化作用的影响,采用传统连续运行方式及根据释氧规律调节的新型运行方式(白天连续进水、夜间停水),在复合垂直流人工湿地小试系统中进行实验,采用代表性的挺水植物香蒲作为湿地植物,水力负荷为0.71 m3/(m2.d).结果表明:系统内白天以好氧的硝化作用为主,夜间以厌氧、缺氧的反硝化作用为主,且在新型运行方式下,系统内白天亚硝酸盐氮累积量为传统运行方式的5倍,硝酸盐氮累积量为其2倍,夜间亚硝酸盐氮和硝酸盐氮减少量又分别比传统运行方式高64%和26%.这说明在新型运行方式下,人工湿地脱氮效果优于传统运行方式.     

抚仙湖沉水植物分布及其碳、氮和磷化学计量学特征

目前对于沉水植物碳(C)、氮(N)和磷(P)化学计量学的野外研究主要集中在中营养或富营养化水体,而对于贫营养水体中沉水植物C、N和P的积累特征研究较少.基于对贫营养湖泊抚仙湖沉水植物的调查,研究抚仙湖9种常见沉水植物C、N和P化学计量学特征及其种间和种内差异.结果表明:1)抚仙湖沉水植物主要分布在湖岸浅水区域,分布水深范围为0.5~14.0 m,平均分布水深为3.6 m;2)抚仙湖沉水植物地上部分C、N和P含量平均值分别为381.89、18.59和2.13 mg/g,N∶P比平均值为9.21,且C、N和P含量之间呈显著正相关;3)抚仙湖沉水植物地上部分C、N和P含量及C∶N比和C∶P比值种间差异大于种内差异,而N∶P比种内差异大于种间差异;4)抚仙湖沉水植物C含量和N:P比平均值要大于长江中下游一些富营养化湖泊的沉水植物,抚仙湖沉水植物的生长可能潜在地受到P的限制.     

云南抚仙湖水体营养元素分布及其对人为扰动的响应

本文分析了云南抚仙湖水体营养元素和溶解氧的分布特征,并结合大洋协会在湖区进行的多金属结核采矿系统试验,探讨了采矿系统在湖底行走而导致的人为扰动对湖区营养元素的影响。研究表明,湖区水体中的营养元素存在着明显的季节性变化,且主要受湖区气候水文条件的影响;采矿系统行走时所扰动的沉积物对水体中的营养元素,尤其是近底层水体的营养元素分布,影响明显,这主要是由于再悬浮的沉积物将原先吸附在沉积物上的营养元素再次释放到水体中而导致的,因此,在评价人类湖底采矿试验活动对湖区环境的影响时还应关注湖底沉积物对水环境的影响。     

云南抚仙湖透明度的时空变化及影响因子分析

根据2005年的综合调查资料和1980年以来的常规监测资料,分析了云南高原深水湖泊抚仙湖透明度的空间分布、年际变化及影响因子.2005年6-7月抚仙湖水体透明度范围为0.5-6.2 m,平均值为4.6 m,透明度分布的总体格局是:南区>北区,湖心区>沿岸区,河口区较低.藻类和悬浮物是影响透明度空间分布的主要因子,随着水体中藻类和悬浮物的增加,透明度下降.近20多年来,抚仙湖透明度呈下降趋势,藻类增加是直接影响因子,水体总氮、总磷的增加促进了藻类的增殖,是重要的间接影响因子.     

The magnetic susceptibility measurements of turbidity current sediments from Fuxian Lake of Yunnan Province and their correlations with earthquakes

ｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｕｒｂｉｄｉｔｙｃｕｒｒｅｎｔｓｅｄｉｍｅｎｔｉｓａｎｏｕｔｃｏｍｅｏｆｄｅｎｓｉｔｙｆｌｏｗｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｍｏｄｅｒｎｔｕｒｂｉｄｉｌｉｔｙｃｕｒｅｎｔｓｅｄｉｍｅｎｔｓｆｒｏｍｄｅ...     

云南高原湖泊抚仙湖酵母菌空间分布及其与环境因子的关系

开展高原湖泊酵母菌多样性研究,能够为湖泊生态系统的保护提供理论依据,并为其中特殊酵母菌资源的开发及利用奠定基础.结合经典分类法及26S rDNA D1/D2区域序列分析,对分离自云南抚仙湖湖水中的553株酵母菌进行系统分类,运用SPSS 19.0软件比较不同区域酵母菌多样性,并采用多元统计方法定量分析酵母菌空间分布特征及其与理化因子之间的关系.结果显示:抚仙湖水体中分布22属52种和1个潜在新分类单元的酵母菌.理化因子差异性分析表明,北沿岸区总有机碳浓度明显高于南沿岸区.Pearson分析则表明,抚仙湖湖水总有机碳浓度与酵母菌丰度呈显著正相关.另外,酵母菌-环境冗余分析显示,抚仙湖酵母菌种群结构与总有机碳浓度存在明显相关.研究显示云南抚仙湖酵母菌资源比较丰富,人类活动对其中酵母菌空间分布具有一定影响.     

Geochemical evidence of human impacts on deep Lake Fuxian,southwest China

Human activities in Lake Fuxian and its catchment have caused environmental changes that are preserved in the geochemical records of lake sediments. Human activities responsible for the environmental changes include agriculture, mining, industrial development, and fishery management. To elucidate human impacts on this deep water body during the past several decades, two short sediment cores were collected from the lake, dated by ¹³⁷Cs, and analyzed for several geochemical variables (total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN), δ¹³C and heavy metals). The multi-proxy geochemical and isotopic evidence can be used to divide the limnological record into a 3-part history. Although increasing inputs of chromium (Cr) had begun as early as the 1950s, human activities, including heavy metal contamination, apparently had little effect on lacustrine production, as δ¹³C, TOC, TN and TOC/TN were relatively constant until the 1980s. Mining and industry have generated large amounts of heavy metal elements such as Zn, Pb and Cd that have been deposited into the lake since the 1980s, increasing to their highest concentrations over the last decades. Zn, Pb and Cd probably were released by industrial processes such as the manufacture of cement. Cr concentrations increased at site FB, but declined at site FZ, most likely due to the closer proximity of site FB to the source of metal production. From the middle of the 1980s, the decreased δ¹³C, and increased TOC, TN and TOC/TN suggest a broad change in lake ecology. In the 1980s, a new fish species was introduced into Lake Fuxian and fish yields increased quickly, which may mark the beginning of a change in ecosystem structure.     

抚仙湖浮游甲壳动物群落结构与空间分布

云南抚仙湖是我国典型的高原深水湖泊,为揭示湖中浮游甲壳动物对生态系统变化的响应,研究了其群落结构与空间分布特征.2005年6-7月在抚仙湖共采集浮游甲壳动物8种,平均密度为27.6ind./L,优势类群为桡足类.桡足类优势种为舌状叶镖水蚤(Phyllodiaptomus tunguidus Shen et Tai),枝角类优势种为角突网纹涵(Ceriodaphnia cornuta Sars)和象鼻溞(Bosmina sp.).浮游甲壳动物主要分布在0-30m水层,密度随水深增加而下降;0-10m水层,枝角类和无节幼体占优势,大于10m水层,桡足类占优势.浮游甲壳动物密度南区大于北区(P<0.01),而沿岸区与湖心区之间、沉水植物区与非沉水植物区之间无显著性差异(P>0.05).相关分析表明:浮游甲壳动物密度的垂直分布与藻类密度和水体理化凼子相关关系显著,而水平分布与藻类密度和水体理化因子相关关系不显著.与20世纪80年代相比,抚仙湖浮游甲壳动物优势种发生了演替,西南荡镖水蚤(Neutrodiaptomus mariadviagae mariadviagae (Brohm))消失,被舌状叶镖水蚤代替,可能与太湖新银鱼(Neosalanx taihuensi Chen)引入有关;浮游甲壳动物密度表现出增加趋势,但仍处于较低水平,与水体营养水平的提高及太湖新银鱼的捕食压力有关.     

旁路多级人工湿地对巢湖流域南淝河水的净化效果

为了削减南淝河输入巢湖的污染物,建成南淝河旁路多级人工湿地水质净化示范工程,包括预处理系统、垂直潜流湿地系统和水平潜流湿地系统3个工艺单元.2014年3月至2015年2月对人工湿地各净化单元出水进行周年监测,分析各净化单元对污染物的去除效果,并探讨季节变化对去除效果的影响.结果显示,旁路多级人工湿地体现较高的去除效果.对高锰酸盐指数(COD_(Mn))、总氮(TN)、铵态氮(NH_4~+-N)和总磷(TP)的总去除率分别为70.9%、43.7%、43.5%和76.6%.COD_(Mn)和TP的平均出水浓度均优于《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中的Ⅳ类水标准,而NH_4~+-N的平均出水浓度优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A类标准.各净化单元对污染物的去除差异显著,COD_(Mn)的去除主要发生在预处理单元,其对COD_(Mn)削减的净化率为65.1%;TN、NH_4~+-N和TP的去除主要发生在垂直潜流湿地单元,其对TN、NH_4~+-N和TP削减的净化率分别为23.2%、27.1%和51.1%.不同季节,旁路多级人工湿地对污染物去除具有一定差异,对COD_(Mn)和TP的去除率均表现为夏季秋季春季冬季,对TN的去除率表现为秋季春季夏季冬季,对NH_4~+-N的去除率表现为秋季夏季春季冬季.最后,建议通过增加碳源和增大水力停留时间来进一步优化该工艺,以有效提高脱氮效果.     

Macrozoobenthic community of Fuxian Lake, the deepest lake of southwest China

Located in the Yunnan–Guizhou Plateau in southwest China, Fuxian Lake covers an area of 211 km², with maximum depth of 155 m. It is known to have a unique fauna, including 14 described endemic species. In order to describe the zoobenthic community of the lake more completely, the present study was conducted from August 2002 to August 2003. Altogether 62 benthic taxa, including 22 oligochaetes, 21 molluscs and 18 insects were identified, of which the dominant taxa belonged to Potamothrix, Procladius and Paraprososthenia. The standing stocks of benthos were much higher in the littoral (824 ind/m² in density, 3.72 g/m² in biomass) than in the profundal region (23 ind/m² in density, 0.10 g/m² in biomass). Species richness was greatest in summer and standing stocks were larger in spring and summer than in other seasons. Analyses of functional feeding groups indicated that collector-gatherers and scrapers were predominant in entire lake. Stepwise multiple regression analysis demonstrated that the water depth is the most important factor affecting the distribution of macrozoobenthos.     

抚仙湖、洱海、滇池浮游藻类功能群1960s以来演变特征

作为主要的初级生产者,浮游植物在水生生态系统中扮演着重要的角色,浮游植物的时空分布反映了生态环境的变化.依据浮游植物的形态、生理、生态特点而定义的浮游藻类功能群对藻类的耐受性和敏感性进行了描述,因而浮游藻类功能群的组成是生境特征的良好指示者.对1960s至今抚仙湖、洱海、滇池3个高原湖泊的浮游藻类组成进行分析,并首次将功能群理论运用到这3个湖泊.结果表明,3个湖泊的浮游藻类优势功能群组成在近50～60年间发生了明显的改变:抚仙湖的浮游藻类优势功能群演变过程为C、X2、Lo、F、P(1960s)-H1、C、P(1980s)-P、C、T(1990s)-T(2000年以后);洱海的浮游藻类优势功能群演变过程为J、Lo、MP、C、H1(1960s)-C、H1(1980s)-C、H1(1990s)-C、H1、M(2000年以后);滇池的浮游藻类优势功能群演变过程为J、N、P、MP、Lo(1960s)-J、P、MP、M(1980s)-J、M(1990s)-M(2000年以后).抚仙湖、洱海、滇池水体内的藻类功能群演替趋势特征,即耐低温物种的减少以及喜营养物种的增加,表明3个高原湖泊在近几十年可能受到了气候变暖和营养程度增加的影响.     

抚仙湖流域不同农业模式砾质土壤环境质量及其氮磷流失风险评估

于2006年8月分层采集抚仙湖流域有机及传统农业农田砾质土壤,对土壤样品的机械组成、重金属含量、养分剖面积累进行测定分析;通过室内降雨模拟,对不同土壤样品氮磷流失风险进行评估.结果表明:①有机及传统农业模式下,砾质土壤机械组成发生明显变化,0-20cm土层砂粒含量明显降低:②除传统农业土壤Cd为二级标准,其他土壤重金属含量均符合国家土壤环境质量(GB/15618-1995)一级标准:③有机及传统农业模式下0-20cm土层有机质、全氮养分明显积累,但不同农业模式问无明显差异:有机农业土壤全磷、水溶性氮磷积累程度显著高于传统农业土壤;④有机农业土壤在780mm模拟降雨条件下,氮、磷流失风险更大,氮、磷流失总量分别是传统农业土壤的1.9倍、19.8倍.