沉水植物生长和腐解对富营养化水体氮磷的影响机制研究进展

沉水植物作为湖泊、河流等生态系统的主要高等植物, 在修复富营养化水体中的作用日益受到重视, 合理利用沉水植物是去除富营养化水体氮磷的有效途径。沉水植物对水体氮磷的迁移转化影响包括生长和腐解两个阶段。文章综述了沉水植物生长对富营养化水体氮、磷的净化效果和净化机制, 分析了沉水植物腐解对氮、磷迁移转化的持续影响, 并提出了今后沉水植物净化氮、磷的研究方向, 为沉水植物推广应用于修复富营养化水体提供理论基础。     

穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)在不同程度富营养化水体中的营养积累特点及营养分配对策

通过对栽培于3个不同程度的富营养化水体(富营养化程度为水体1<水体2<水体3)中的穗花狐尾藻(MyriophyllumspicatumL.)进行研究,测定了不同时期植物体各个器官的氮磷含量及生物量分配,探讨了富营养化水对其营养积累及分配格局的影响。结果表明,重度富营养化的水体3中穗花狐尾藻组织中的氮含量显著高于其它两个水体;而由于水体1和水体2的氨态氮含量无显著差异,植物组织中的氮含量在水体1和水体2间无显著差异。富营养化程度高的水体2中植物磷的含量显著低于富营养化程度低的水体1中的植物,但在重度富营养化的水体3中,叶子的磷含量却远高于其它两个水体,这是由植物不同部位吸收的磷在各器官间分配不同所造成的。由于底泥的营养含量丰富,在3个不同程度的富营养化水体中,穗花狐尾藻的根冠比并未表现出明显差异。     

穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)在不同程度富营养化水体中的营养积累特点及营养分配对策

通过对栽培于3个不同程度的富营养化水体(富营养化程度为水体1<水体2<水体3)中的穗花狐尾藻(MyriophyllumspicatumL.)进行研究,测定了不同时期植物体各个器官的氮磷含量及生物量分配,探讨了富营养化水对其营养积累及分配格局的影响。结果表明,重度富营养化的水体3中穗花狐尾藻组织中的氮含量显著高于其它两个水体;而由于水体1和水体2的氨态氮含量无显著差异,植物组织中的氮含量在水体1和水体2间无显著差异。富营养化程度高的水体2中植物磷的含量显著低于富营养化程度低的水体1中的植物,但在重度富营养化的水体3中,叶子的磷含量却远高于其它两个水体,这是由植物不同部位吸收的磷在各器官间分配不同所造成的。由于底泥的营养含量丰富,在3个不同程度的富营养化水体中,穗花狐尾藻的根冠比并未表现出明显差异。     

太湖典型菜地土壤氮磷向水体径流输出与生态草带拦截控制

农业面源氮磷输出是导致太湖流域地表水富营养化主要原因之一,查明该地区农田土壤地表径流氮磷向水体迁移形态与通量,并实施径流控制,对水体富营养化治理具有重要现实意义。蔬菜地是太湖流域重要的农业种植方式。通过设置野外径流小区,观测了春夏季蔬菜地土壤氮磷径流输出,并探讨了生态拦截草带对径流中不同形态氮磷拦截效果。结果表明,2004年10月25日至2005年8月17日,菜地土壤氮磷径流输出总量分别为3 010.9和695.0 g.hm-2;其中颗粒态为主,分别占64%和75%。可溶态氮中,NH4 -N为主,占50%,可溶态磷中H2PO4-为主,占87%。生态拦截草带对径流氮和磷拦截效率分别为42%~91%,30%~92%。生态草带对颗粒态氮磷拦截效率大于可溶态。拦截草带可有效地控制蔬菜地土壤氮、磷通过径流向水体迁移。     

人工湿地的氮去除机理

湖泊等水环境的富营养化给人类带来诸多损害,如环境、生态和经济等方面的损害。富营养化的原因和控制途径引起了包括中国在内的很多国家的关注。我国针对水环境的富营养化问题开展了大量的工作。氮是引发水环境富营养化的主要营养物之一。外源氮负荷（分点源和非点源两部分）是水环境污染负荷的重要组成部分。传统污水处理技术应用于收集系统欠缺的非点源污染的治理时成本过高。人工湿地是有效削减水环境中外源氮负荷的重要技术手段,在处理非点源污染源带来的氮负荷时更是如此。人工湿地具有氮去除效果好、耐冲击负荷能力强、投资低和生态环境友好等优点。因此人工湿地非常适合于水环境富营养化的防治。阐明人工湿地中氮的去除机理对水环境的富营养化等具有重要的意义。防渗人工湿地的氮去除机理主要包括挥发、氨化、硝化／反硝化、植物摄取和基质吸附。未防渗的人工湿地中,周围水体与人工湿地的氮交换影响着人工湿地中氮的去除。一般情况下,人工湿地中硝化／反硝化是最主要的氮去除机理。pH值小于7．5时,氨挥发可忽略。pH值在9．3以上时,氨挥发很显著。处理生活污水的人工湿地中氮的去除主要是依靠微生物的硝化／反硝化作用。在进水负荷低、气候适宜、植物物种适宜和收割频率与时机适宜的条件下,植物收割可能成为主要的去氮途径。人工合理导向的湿地的氮去除效果通常优于天然湿地。合理的设计（填料的搭配、植物物种的配置以及布水和集水的优化）对人工湿地系统中氮去除的改善有重要影响。合理的运行,如有效的水位控制,正确的植物培育、合理的植物收割等,能有效地改善湿地中的氮去除。     

围隔模拟生态系统中藻类生长的磷酸盐浓度阈值研究

藻类的过度生长是湖泊富营养化的显著特征之一。一般认为,在富营养化水体中降低磷的负荷能有效控制藻类生长并改善水体的富营养化状态;在我国巢湖,两次调查显示出总氮与总磷浓度比分别为15.4:1和16.3:1,远远超过巢湖优势藻微囊藻的最适生长氮磷比9:1,说明磷比氮更能限制藻类的生长。然而最近一些研究却显     

反硝化聚磷菌及其脱氮除磷机理研究进展

水体富营养化是当前水环境保护工作的重点关注问题,微生物修复富营养化水体具有高效、低耗且不产生二次污染等特点,已经成为富营养化水体生态修复的一种重要方式。近年来,对反硝化聚磷菌的研究及其在污水处理工艺中的应用越来越广泛。不同于传统的反硝化细菌联合聚磷菌去除氮磷工艺,反硝化聚磷菌在交替厌氧、缺氧/好氧条件下能同时进行脱氮除磷而被广泛关注与研究。值得注意的是,近几年报道的部分微生物仅在好氧条件下就可进行同时脱氮除磷,但是其脱氮除磷机理仍未理清。基于此,文中总结了目前发现的反硝化聚磷菌和同时硝化反硝化聚磷微生物的种类及特点,并对其脱氮与除磷的关系及其机理进行了系统性分析,对目前反硝化除磷存在的问题进行了梳理,最后对今后的研究方向进行了展望,以期为完善反硝化聚磷菌的脱氮除磷机理及工艺改进提供参考。     

基于湿地植物光谱的水体总氮估测

利用再生水补充城市湿地是目前湿地恢复与重建的主要方向,然而再水中高浓度的氮、磷含量极易导致水体富营养化。遥感技术已成为富营养化监测的重要手段,但对于植被覆盖水域的富营养化直接探测存在一定的局限性。以北京市典型再生水补水湿地奥林匹克公园南园湿地为研究区,利用湿地植物光谱进行水体富营养化主控因子总氮的遥感探测。测定芦苇(Phragmites australis)和香蒲(Typha angustifolia)的叶片光谱及水体总氮含量,在对数据进行预处理的基础上建立二者的关系模型,包括单变量模型(比值光谱指数(SR)模型和归一化差值光谱指数(ND)模型),与多变量模型(逐步多元线性回归(SMLR)模型和偏最小二乘回归(PLSR)模型),并利用交叉验证决定系数(R2cv)和均方根误差(RMSEcv)进行模型精度检验。结果表明,不同回归模型相比,多变量回归模型精度较高;多变量回归模型中,PLSR模型精度较高,R2cv可达0.72,RMSEcv仅为0.24,是建立湿地植物光谱与水体总氮含量关系的最优模型。不同湿地植物类型相比,利用芦苇反射光谱建立的各种预测模型的精度都高于香蒲。其他环境因子(总磷)也是影响TN含量与湿地植物反射光谱关系的重要因素。研究成果可以弥补现有水体富营养化遥感探测的不足,并为再生水利用的城市湿地水质监测与管理提供有力的科学依据。     

不同类型底栖动物对表面流人工湿地系统水质净化的影响

研究以表面流人工湿地为研究对象, 探讨不同类型底栖动物在夏季和冬季对人工湿地系统氮磷去除效果的影响, 并通过人工湿地系统运行前后不同介质氮磷含量变化及不同介质微生物丰度变化进行水质净化机理分析。结果表明, 夏季添加河蚌和添加田螺均能增强人工湿地系统NO₃-N和TN去除效果, 其中添加河蚌使得系统NO₃-N和TN平均去除率较对照组分别提升37.19%和24.32%, 添加田螺使得系统NO₃-N和TN平均去除率较对照组分别提升22.98%和12.46%。冬季添加摇蚊幼虫使得表面流人工湿地NO₃-N、TN和TP平均去除率分别在37.8%、54.0%和94.8%, 与对照组相比分别增加了29.51%、15.16%和37.62%, 添加河蚌和田螺受底栖动物半冬眠活动和代谢降低影响没有显著水质提升效果。这表明通过添加底栖动物可以增强表面流人工湿地运行效果, 选取适合的底栖动物种类组合可能在全年提升人工湿地水质净化效果。机理研究结果表明, 底栖动物通过增强底泥和基质中微生物硝化反硝化作用、植物氮吸收和基质氮吸附等促进人工湿地氮去除, 通过增强下层基质磷吸附沉淀和植物磷吸收提升水质磷去除。研究结果将为底栖动物在人工湿地的应用及表面流人工湿地运行效果提升提供理论依据和合理借鉴。     

乌梁素海湿地富营养化研究进展

本文回顾了乌梁素海湿地近20年来富营养化的研究成果。乌梁素海湿地富营养化主要状况表现为:(1)水体氮、磷平均含量已超国家地表水环境质量标准Ⅴ类要求;空间分布上,总体特征为北高南低,西高东低,局部特征则与植物分布有关;时间分布上,总体受河套地区退水和气温变化影响,局部受植物生长影响。(2)沉积物氮、磷显著富集,氮含量在水平方向上北高南低,西高东低,垂直方向上随深度增加而递减,磷含量则无一致规律。(3)藻类时空分布与氮、磷表现出较为一致的规律。近年来,藻类的过量繁殖常导致"黄苔"暴发。(4)水体有机质显著富集,与氮含量空间分布特征一致。(5)沉积物有机质主要来源于陆源输入和水生生物,与氮具有显著的同源性且空间分布特征一致;沉积物有机质显著富集,成为重要内源污染源。今后应加强乌梁素海湿地富营养化机理研究,为乌梁素海湿地恢复提供科学依据和技术支撑。     

柳树新无性系(A42)对富营养水体不同浓度磷的吸收和净化机制

磷是评价水体富营养化的因子之一,也是植物生长必需营养元素,研究速生木本植物对富营养水体中磷的吸收具有重要意义.本研究以旱柳新无性系A42为对象,于2017年7—9月在温室大棚中进行浮床水培试验,研究了旱柳对不同磷营养水平水体(低磷0.1、0.2 mg·L^-1;中磷1.0、2.0 mg·L^-1;高磷10.0 mg·L^-1)的吸收和净化机制.结果表明:旱柳能有效净化水体中的磷营养(21 d达到79%以上),去除量与水体磷浓度呈正相关,但去除率随水体磷浓度增加呈先升高后降低趋势.旱柳可于7 d内将磷浓度为0.1～1 mg·L^-1的富营养水体中磷浓度降低至富营养阈值(0.016～0.032 mg·L^-1).旱柳富集同化的磷含量占水体磷总输入量的29.0%～66.9%,富集同化量与富集同化率分别与水体磷浓度呈正相关和负相关.旱柳在不同磷浓度水体中均能正常生长,根冠比随水体磷浓度下降而显著增加.氮、磷在旱柳体内积累均表现为茎>叶>根,旱柳的氮、磷转运系数均大于3,在高磷浓度水体中,氮磷营养在旱柳的茎部大量积累,氮、磷转运系数分别显著增加至4.53±0.24和4.92±0.62.表明旱柳在不同磷浓度富营养水体中均能正常生长且有良好的净化能力,能够通过富集转运磷营养至地上部来减少二次污染.实际应用中,对于低磷浓度水体,适合做短期净化;对于高磷浓度水体,适合做长期净化.     

复合人工湿地对水禽污染废水的净化效果

通过在北京市野生动物救护中心构建表流湿地与潜流湿地相结合的人工湿地来处理富营养化的水体,研究该人工湿地对TP、TN、浊度和CODcr的去除作用。研究表明:表流湿地对TP、TN、浊度和CODcr的去除率可分别达到68%,31%,93%和55%,潜流湿地对TP、TN、浊度和CODcr的去除率可分别达到75%,67%,55%和50%,复合人工湿地对TP、TN、浊度和CODcr的去除率可分别达到80%,50%,95%和90%,人工湿地不同构建类型对TP、TN的去除量没有显著差异(P>0.05),对TP的去除率、浊度和CODcr的去除量及去除率之间存在显著性差异(P<0.05),而对TN的去除率没有显著性差别(P>0.05),通过拟合进出水中不同污染物的质量浓度关系发现,表流湿地、潜流湿地和复合人工湿地进出水中TP、TN及CODcr之间存在显著的线性相关关系(P<0.05),相关系数分别为0.948、0.994、0.952,0.948、0.995、0.958和0.963、0.990、0.927,人工湿地进出水中浊度符合多项式方程规律,相关系数为分别为-0.523(R²=0.451,P>0.05),0.854(R²=0.8756,P<0.05)和-0.086(R²=0.197,P>0.05)。     

基于云模型的鄱阳湖秋季周边湿地水体富营养化评价

针对水体富营养化评价过程中存在随机性和模糊性的特点,基于鄱阳湖周边湿地30个采样点的实测水质数据,选取叶绿素a（Chl-a）、总磷（TP）、总氮（TN）、高锰酸盐指数（COD_Mn）及透明度（SD）为水质评价因子,生成云模型对鄱阳湖周边湿地水体进行富营养化评价,并与综合营养状态指数评价结果进行比较。结果表明：两种方法的评价结果存在一定差异,但都反映了鄱阳湖周边湿地水体总体上处于轻度富营养化状态。该方法能为鄱阳湖湿地水体富营养化评价提供重要的方法和手段。     

Response of estuarine phytoplankton to nutrient and spatio-temporal pattern of physico-chemical water quality parameters in Little Vermilion Bay,Louisiana

We studied the response pattern of phytoplankton to nutrient concentrations in Little Vermilion Bay, Louisiana in July and November 2013. It is important to understand the response of phytoplankton to nutrient concentrations in order to find impacts of eutrophication and improve the water quality for survival of fish and other aquatic life. Total Nitrogen and Total Phosphorus were measured in Little Vermillion Bay at several sampling locations along with some other water quality parameters and response of phytoplankton biomass was evaluated. The spatial–temporal pattern of water quality parameters in the study area was assessed using a spatial interpolation method. Phytoplankton biomass was positively correlated with nutrient enrichment in Little Vermillion Bay. Chlorophyll a concentrations were found to be strongly dependent on Total Nitrogen and Total Phosphorus in the water column. Nutrient concentration in the water column has a strong control over phytoplankton biomass and primary production. The TN:TP ratio was evaluated to establish the limiting nutrient for eutrophication in the study area. Both nitrogen and phosphorus were found to have strong relationships with phytoplankton growth and a growth limiting nutrient was not established for Little Vermilion Bay.     

Phosphorus removal ability of three inexpensive substrates: Physicochemical properties and application

Eutrophication of shallow freshwater lakes is a severe ecological problem all over the world. Phosphorus is one of the main triggering nutrients responsible for eutrophication of shallow freshwater lakes. Constructed wetlands provide an effective means of phosphorus removal from enriched waters. The cost of a constructed wetland depends mainly on the substrates filled within it. Here we used three inexpensive substrates including loess, cinder and limestone to construct a wetland along the shore of Lake Taihu, and then tested the total phosphorus (TP) removal ability of the wetland, the chemical and physical characteristics, and the abilities of phosphorus adsorption and inhibition of substrates. We found that the artificial wetland constructed with layered loess, cinder, and limestone but without hydrophytes and mesophytes had high phosphorus removal ability during the 44-day test, especially in the first 10 days. The average removal rate for TP was 41% for the overall testing time. Chemical properties of the substrates had stronger impacts on phosphorus removal than physical properties did. Among the three substrates, limestone had the highest phosphorus removal and inhibition ability due to its highest calcium content. This suggests that more attention should be paid to chemical composition during the selection and assembly of substrates for both constructed wetland study and its engineering applications.     

Restoration of eutrophied shallow softwater lakes based upon carbon and phosphorus limitation

Plant communities from oligotrophic, poorly buffered waters are seriously threatened by both, acidification and eutrophication/alkalinization. Acidification is mainly caused by atmospheric deposition of acidifying substances while eutrophication is often the result of inlet of nutrient enriched, calcareous brook- or groundwater. The plant production in very soft waters is often limited by low levels of inorganic carbon, nitrogen and/or phosphorus. This paper deals with the possibilities for restoration of formerly oligotrophic but now eutrophied and alkalinized softwater systems. Restoration based upon nitrogen limitation is not likely to be successful as the atmospheric deposition of nitrogen in The Netherlands is very high. Phosphorus limitation can also be a problem. One can stop the input of phosphorus and remove the mud layer, but the problem remains that also the deeper mineral sandy sediments are saturated with phosphate. A possible remedy, however, is a combination of carbon- and phosphorus limitation. Many plants from eutrophic environments never occur in very soft waters, probably as a result of carbon limitation. In addition, mobilisation of phosphate is much lower in waters with very low bicarbonate levels. Restoration of a former oligotrophic softwater lake by reducing the inlet of calcareous surface water, in combination with removal of the organic sediment layer, appeared to be very successful. Many endangered plant species such asIsoetes echinospora, Luronium natans, Deschampsia setacea andEchinodorus repens developed spontaneously from the still viable seedbank.     

人工湿地研究进展及应用

基于生态学原理的人工湿地污水处理技术已成为人们竞相研究开发的热点。介绍了人工湿地的分类,论述了污染物包括有机物、氮磷污染物、重金属的去除机理的研究进展,分析了湿地植物种类与根系量对污染物去除效果的影响,讨论了湿地结构以及工艺设计的研究情况。最后以人工湿地处理生活用水和工业用水为例综述了人工湿地目前在国内应用的状况。通过以上分析评述发现,人工湿地运行费用低,操作简单,是一种具有前景的污水处理技术,但在污染物去除机理和实践应用方面还需做更深入的研究。