铁-碳内电解质下4种水生植物的净水效果

为比较湿地生态系统中常见水生植物的净水效果,在铁-碳内电解质下以凤眼莲、睡莲、菖蒲、芦苇4种水生植物为研究对象,比较分析植物及其组合在不同试验时间(1～5 d)对污水中铵氮、化学需氧量(COD)、总磷(TP)的净化效果.结果表明:与无植物的对照相比,铁-碳内电解质下单种水生植物对污水中的铵氮、COD、TP去除效果更好,但物种间存在明显差异.在污水处理2 d时,凤眼莲对铵氮的去除率达到100%;3 d时,铵氮在菖蒲水体中的浓度接近0;各类型植物组合对铵氮的去除效果均较好.在污水处理2 d时,凤眼莲的水体COD浓度接近0,菖蒲次之,凤眼莲-菖蒲组合水体的COD浓度降为最低(4.33 mg·L^-1),去除率为85.1%.在处理4 d时,凤眼莲的TP浓度最低,芦苇次之;处理2 d时,凤眼莲-菖蒲水体的TP浓度最低.内电解质与植物的组合效果比单纯内电解质对污水的净化效果好,植物的配置应依据污染物水平进行优化.     

人工沉床对富营养化河道净化效果及水体微生物群落的影响

对于透明度低、富营养化严重的河道,难以直接在河底种植沉水植物净化水质。通过构建穗花狐尾藻人工沉床系统,对上海临港一典型富营养化河道进行生态修复。结果表明：人工沉床可通过沉水植物吸收和改变微生物群落结构及多样性,达到脱氮除磷、提高水体透明度效果。沉床修复30 d后,水体透明度升高了152.2%,水体叶绿素a浓度降低了87.4%,总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH₃-N)和活性磷(PO₄^3--P)浓度平均去除率分别为61.0%、76.4%、91.8%和76.6%,与对照区差异显著(P<0.05)。修复后水体微生物多样性提高,改变了门、属水平群落结构以及水体氮处理细菌结构,提高了磷处理细菌丰度;冗余分析进一步表明,TP、NH₃-N、NO₃^--N和PO₄^3--P是导致沉床修复不同时期水体门水平群落结构差异的主要驱动因子,变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门与TP、NH₃-N、PO₄     

再生水补给河道内芦苇的光谱特征及其对水体氮和磷含量的响应

再生水是城市景观河湖的重要补给水源, 然而再生水中含量较高的氮和磷营养盐会引起水体富营养化, 破坏水生态平衡。以再生水补给的潮白河为研究区, 运用高光谱技术分析了挺水植物芦苇(Phragmites australis)叶片的光谱特征, 并结合水质数据, 通过拟合模型, 探究了芦苇对再生水中氮和磷的响应关系。结果表明, 各采样点水体的总氮(TN)和总磷(TP)含量分别介于1.85-18.16 mg·L^-1及0.01-0.36 mg·L^-1之间, 叶绿素a (Chl a)和溶解氧(DO)含量的范围分别为0.60-47.45 μg·L^-1与4.24-11.4 mg·L^-1。水体富营养化较为严重, 但仍处于富氧环境。多重方差分析表明, 不同采样点之间水体的TN、TP和Chl a含量差异显著(P<0.05)。由光谱反射率及反射率一阶导数曲线可知, 水体TN含量越高, 叶片光谱在可见光区的反射率越小, 红边位置也越向波长长的方向移动(即红移)。相关分析表明, 水体TN和TP含量与吸光度值log(1/R)在可见光区的相关性较强, 且TN与log(1/R)的相关系数高于TP。芦苇叶片光谱可在一定程度上区分水体TN含量差异, 但TP对光谱特征的影响模式不明显。光谱指数与水体TN含量之间的拟合模型中, 基于光化学指数(PRI)、修正叶绿素吸收指数(MCARI)和导数叶绿素指数(DCI)的模型能够解释水体TN含量变化的62.4%-70.9% (P<0.05), 可用于再生水氮含量的定量监测。该研究证明了植物光谱技术在水体富营养化监测上的可行性, 为保障再生水修复河道水质和生态安全提供了科学依据。     

巢湖叶绿素a浓度的时空分布及其与氮、磷浓度关系

基于巢湖水体2002~2007年水质监测资料,对叶绿素a浓度的分布、动态及与TN、TP的关系进行了统计分析。巢湖叶绿素a浓度与TN、TP的浓度分布存在明显的空间差异,西半湖叶绿素a浓度全年高于20μg/L,TN为1.94~3.84mg/L,TP为0.20~0.42mg/L;东半湖叶绿素a浓度全年小于5.5μg/L,TN为0.95~1.83mg/L,TP为0.08~0.14mg/L。在东半湖,叶绿素a含量与TN呈不明显的正线性关系,当TP浓度较低时,叶绿素a随TP的增加小幅上升,但是当TP>0.15mg/L时,叶绿素a随TP的增加而明显上升;在西半湖,当水体TN<5.8mg/L或者TP<2.0mg/L时,叶绿素a含量与TN、TP关系为正线性关系,当TN在5.8~9.4mg/L或者TP介于0.2~0.3mg/L间时,叶绿素a含量与TN、TP关系为不显著的负线性关系,当TP浓度>0.3mg/L时,叶绿素a含量与TP关系又为正线性关系。西半湖叶绿素a浓度的变化可能是藻类生物活动与沉积物及水体中营养盐的相互作用结果。在治理巢湖富营养化时,应优先控制西半湖的磷元素。     

Spectral Characteristics of Phragmites australis and Its Response to Riverine Nitrogen and Phosphorus Contents in River Reaches Restored by Reclaimed Water

再生水是城市景观河湖的重要补给水源, 然而再生水中含量较高的氮和磷营养盐会引起水体富营养化, 破坏水生态平衡。以再生水补给的潮白河为研究区, 运用高光谱技术分析了挺水植物芦苇(Phragmites australis)叶片的光谱特征, 并结合水质数据, 通过拟合模型, 探究了芦苇对再生水中氮和磷的响应关系。结果表明, 各采样点水体的总氮(TN)和总磷(TP)含量分别介于1.85-18.16 mg·L^-1及0.01-0.36 mg·L^-1之间, 叶绿素a (Chl a)和溶解氧(DO)含量的范围分别为0.60-47.45 μg·L^-1与4.24-11.4 mg·L^-1。水体富营养化较为严重, 但仍处于富氧环境。多重方差分析表明, 不同采样点之间水体的TN、TP和Chl a含量差异显著(P<0.05)。由光谱反射率及反射率一阶导数曲线可知, 水体TN含量越高, 叶片光谱在可见光区的反射率越小, 红边位置也越向波长长的方向移动(即红移)。相关分析表明, 水体TN和TP含量与吸光度值log(1/R)在可见光区的相关性较强, 且TN与log(1/R)的相关系数高于TP。芦苇叶片光谱可在一定程度上区分水体TN含量差异, 但TP对光谱特征的影响模式不明显。光谱指数与水体TN含量之间的拟合模型中, 基于光化学指数(PRI)、修正叶绿素吸收指数(MCARI)和导数叶绿素指数(DCI)的模型能够解释水体TN含量变化的62.4%-70.9% (P<0.05), 可用于再生水氮含量的定量监测。该研究证明了植物光谱技术在水体富营养化监测上的可行性, 为保障再生水修复河道水质和生态安全提供了科学依据。     

潜水式生态介质箱对黑臭水体的修复效果

生态浮床作为一种常规治理技术得到了广泛使用,但其只能修复表层富氧水体,对下层缺氧水体的修复能力有限.本研究针对实际黑臭水体的修复需要,设计了潜水式生态介质箱(潜水组),并以传统的生态浮床(浮床组)为对照进行对比试验,研究修复前后黑臭水体的水质变化,考察了水生植物的生长状况及N、P积累能力.结果表明:随着修复时间的延长,两组处理对各污染物的去除率均逐渐升高,其中潜水组去除全氮(TN)、铵氮(NH4^+-N)、全磷(TP)的能力优于浮床组,但其去除化学需氧量(CODMn)的能力稍逊;潜水组植物(苦草)的生长状况优于浮床组植物(菖蒲),且苦草对水体中TN、TP的吸收积累能力和去除贡献率均优于菖蒲;此外,苦草的质膜透性、丙二醛和叶绿素含量均低于菖蒲,说明苦草更适于在黑臭水体中生长,该潜水式生态介质箱是新型的一体化原位修复装置,更适用于黑臭水体的修复实践.     

漂浮植物对富营养化水体中氮磷去除效果研究

通过模拟不同程度富营养化水体,研究凤眼莲、水芙蓉和莲花竹在不同处理浓度水体中对氮、磷的去除效果。结果表明:凤眼莲、水芙蓉和莲花竹对水体中的氮、磷都有一定的去除效果,经过30 d的净化试验,凤眼莲对氮、磷去除率分别为50%~78.46%和68.16%~89.56%,水芙蓉对氮、磷去除率分别为57.58%~76.87%和72.28%~76.47%,莲花竹对氮、磷去除率分别为0.60%~10.80%和2.48%~10.04%。在现场试验中,水体中总氮和总磷分别降低了31.17%和20.48%,由此可见,凤眼莲和水芙蓉对氮、磷有较好的去除效果,能够改善富营养化水体。     

乡土水生植物对富营养化水体的净化效果研究

为了解乡土水生植物净化富营养化水体的效果,研究了广东地区5种乡土水生植物对2种富营养化水体总氮(TN)、总磷(TP)的净化效果和植物的生长状况。结果表明,与无植物空白相比,5种乡土植物使低、高浓度水体的TN去除率分别提高了3.8%～13.3%和13.2%～17.1%,TP去除率分别提高了15.2%～22.1%和11.3%～57.6%,其中野荸荠(Eleocharis plantagineiformis)适用于净化低氮水体;酸模叶蓼(Polygonumlapathifolium)适用于高氮水体;三白草(Saururuschinensis)适用于低磷水体;菱角(Trapa komarovii)适用于低氮或高磷水体;水龙(Ludwigia adscendens)对2种水体均有较好的净化效果,对高磷水体效果极佳。5种乡土植物在低、高浓度水体中均旺盛生长,水龙的生物量净增长率分别达375.5%和539.8%,表现最优,其次为菱角;水葫芦(Eichhorniacrassipes)则在高浓度水体中腐烂死亡,加重了水体污染。水龙、菱角对污染物的吸收作用较强,对P的吸收能力显著优于其他植物(P0.05)。因此,5种乡土植物均可作为广东地区富营养化水体修复的备选植物,其中水龙和菱角的开发潜力最大。     

红枫湖富营养化水体生态修复中水生植物化学成分

高原山区深水型湖泊水深大、水位变化剧烈,不利于水生植物生长,通常的浅水湖泊生态修复技术难以应用.本文选取贵州红枫湖这一典型的高原深水湖泊作为试验点,在右二湖湾以浮岛为载体引种多种水生植物,并对植物根茎叶中的氮、磷及重金属成分进行了分析.结果表明:各水生植物氮含量为菹草＞鲁梅克斯＞聚合草,磷含量为菹草＞伊乐藻＞鲁梅克斯,氮、磷元素去除效果较好的植物为菹草、伊乐藻、鲁梅克斯;试验植物对重金属Cu、Cd、Pb、Zn和Hg均具有一定的耐受性,植物内不同重金属的累积浓度为Zn＞Pb＞Cu＞＞Cd＞Hg,重金属富集系数根＞叶＞茎,Zn/Cd比值为叶＞茎＞根;总体上,黑麦草、鲁梅克斯和菹草重金属的富集系数较高;植物中总氮(TN)与总磷(TP)含量呈显著正相关,重金属与营养元素之间不存在明显的相关性.试验表明,陆生植物依靠浮岛载体能在水面较好地生长,可应用于深水型湖泊污染水体生态修复.在实际应用时,需结合水体污染特点和植物吸收特性选择最佳植物组合类型.     

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.     

磷对藻类生长及污水净化的影响

在室内模拟氧化槽中比较研究了污水中不同磷含量及氮磷比例对藻类生长及污水净化的影响。原污水中氮含量均为20mg/L,磷含量分别为1.25、2.50、5、10mg/L,结果发现原污水中的N/P为20/2.5时,藻类净生产量最高,污水净化效果最好。     

菖蒲和石菖蒲的生长特性及其对生活污水净化功能的比较研究

以菖蒲和石菖蒲为对象,通过漂浮栽植研究了其在不同浓度生活污水中的生长特性及其对污水TN、NH3-N、TP、CODCr的去除情况。结果表明,菖蒲在中浓度污水中生长最好,其生物量显著高于低、高浓度,而石菖蒲在低浓度污水中生长最好,其生物量显著高于中、高浓度。菖蒲对中浓度污水中TN、TP、CODCr的去除率分别为96.85%、82.62%、88.89%,对低浓度污水中TN、TP、CODCr的去除率分别为99.87%、91.38%、83.34%,净化效果均高于高浓度(96.58%、80.96%、77.55%),但对NH3-N的去除率在高浓度污水中最好,为99.46%。石菖蒲净化中浓度污水的效果最好,对TN、NH3-N、TP、CODCr的去除率分别为94.20%、78.06%、89.43%、74.98%,对高浓度污水中的NH3-N、TP、CODCr的去除效果也较好,去除率分别为94.62%、91.95%、87.08%,但对TN去除率为59.14%,显著低于低浓度(98.73%)和中浓度(94.20%)。     

菰和菖蒲对富营养化水体净化效率的比较

研究了菰〔Zizania latifolia(Griseb.)Stapf〕、菖蒲(Acorus calamusL.)及它们的复合体系对富营养化水体的净化效果。结果表明,菰和菖蒲在供试富营养化水体中均能正常生长,二者单独种植体系或等量混合种植体系对富营养化水体均有一定的净化能力。单独种植的菰和菖蒲及二者的混合种植体系对供试水体中总氮的去除率分别为92.8%、92.7%和94.9%;对氨氮的去除率分别为95.5%、97.4%和96.6%;对总磷的去除率分别为83.9%、94.3%和84.7%;对CODCr的去除率分别为83.0%、85.5%和86.7%。单独种植的菖蒲对总磷的去除效果明显好于单独种植的菰和二者的混合种植体系。菰和菖蒲的混合种植体系对富营养化水体的净化效果与单独种植体系无明显差异。     

潜流型菖蒲人工湿地不同C/N对污染物的去除效率

选取炉渣和砾石为基质,以无植被为对照,分别设置低、中、高浓度的3个碳水平(C1、C2、C3)和3个氮水平(N1、N2、N3)处理,研究潜流型菖蒲人工湿地在不同C/N下净化生活污水中COD、总氮(TN)、总磷(TP)的效果。结果表明,在不同C/N下,菖蒲人工湿地对污水中COD、TN的去除效果显著高于无植被的人工湿地,菖蒲植被能增加人工湿地COD去除率10.53%,增加TN去除率6.73%;而对于TP的去除,有无植被无显著差异。随着进水N、P浓度及C/N的变化,菖蒲湿地对COD、TN和TP的去除率分别为67.57%～75.85%、20.91%～56.82%和7.15%～17.78%;同时,菖蒲植株对N、P的积累量也相应的变化,其地上部的N、P积累量为4.44～14.79和1.11～3.37g.m-2,平均占湿地N、P去除率的6.91%和10.67%;地下部的N、P积累量分别为2.35～5.20和0.74～1.41g.m-2,平均占湿地N、P去除率的2.69%和6.02%。植物地上器官对湿地N、P的积累量大于地下部,有利于通过收割作用去除湿地系统中的N、P。     

Removal of nitrogen and phosphorus by Eucalyptus and Populus at a tertiary treated municipal wastewater sprayfield

Various progenies of Eucalyptus grandis and E. amplifolia, and clones of Populus deltoides, were evaluated for plant removal of nitrogen (N) and phosphorus (P) for 26 months at a municipal waste spray field in north Florida. Tertiary treated wastewater containing 2.73 mg L(-1) nitrate N and 0.30 mg L(-1) total P was applied using sprinkler irrigation (93.8 m3 ha(-1) d(-1)) to fast growing trees utilized for bioenergy. Eucalyptus amplifolia and E. grandis survived and grew very poorly as the result of severe winter injury in two successive years and were not evaluated for nutrient removal. Survival and growth of P. deltoides demonstrated suitability for phytoremediation, and selected clones were evaluated for biomass and nutrient content. Removals of total N (TN) and total P (TP) were greatest for main stem (36% and 44%, respectively) and foliage (44% and 36%, respectively). Low biomass producing clones generally had higher nutrient concentrations, but high biomass producing clones removed more TN and TP. Approximately 789 kg ha(-1) TN and 103 kg ha(-1) TP were removed by the highest biomass producing P. deltoides clone, representing 215% of N and 615% of P inputs.     

三江平原碟形洼地-岛状林土壤氮磷空间分布及生态化学计量特征

为阐明由碟形洼地-岛状林方向土壤养分的空间分布特征,选取非生长季中国科学院三江平原沼泽湿地生态试验站内的碟形洼地为研究对象,探讨土壤全氮和全磷含量及其化学计量比的空间分布特征及其影响因素。结果表明:由碟形洼地-岛状林方向,全氮、全磷和氮磷比在各样点的平均值分别呈"V"字、倒"N"字和"V"字型分布,土壤全氮、全磷与氮磷比含量的平均值分别为2278.11 mg/kg、820.50 mg/kg与2.44,变异系数为全氮(51.77%)氮磷比(36.07%)全磷(13.65%)。在0—50 cm土层内,全氮、全磷和氮磷比总体呈随土壤深度增加而逐渐降低的趋势,其中全氮主要集中于不同样点土壤的中上层,各样点的最高值均分布在土壤表层区域;全磷的富集深度与全氮相同,但在土壤20 cm深度各样点含量相近,后在20—50 cm深度内呈逐渐下降趋势;氮磷比在各样点的最高值与全氮和全磷分布总体一致,富集深度与两元素呈基本一致趋势。相关性分析表明,碟形洼地-岛状林方向土壤全氮与全磷之间均呈现出良好的相关关系,其中土壤有机质的分布,植物与水文状况、季节变化和土壤温度也在养分分布中起重要作用。     

利用水生植物原位修复污染水体

在实验围隔系统中,夏季利用凤眼莲、冬季利用耐寒型沉水植物伊乐藻等恢复水生生态系统,研究水生植物对水体氮、磷营养盐、透明度等理化性质的影响.结果表明：水生植物处理围区营养盐水平均显著低于围区对照和大湖水体.最初15 d,凤眼莲生长速度快,覆盖面积从100 m²增加到470 m²;44 d后,覆盖面积达到65％,处理围区的水质最佳,总氮(TN)、铵态氮(NH₄⁺ -N)、亚硝态氮(NO₂^- -N)、高锰酸钾盐指数(COD_Mn)和叶绿素a浓度最低,透明度达到1.7～1.8 m(水底).10月份后,处理围区水体总磷(TP)维持在0.1 mg·L^-1左右.处理围区透明度提高后,伊乐藻逐渐成为优势种(覆盖面积达到总水域的1/3),在净化水质、维持水质理化性质稳定和提高透明度方面作用显著.表明水生植被恢复可以有效降低水体营养盐,控制浮游植物增长,是改善富营养湖泊水质的重要措施.     

氮磷对污水净化中藻类群落结构的影响

在室内模拟生物净化槽中比较研究了氮,磷对污水净化藻类群落结构和污水净化效果的影响。其结果ＴＮ／ＴＰ＝４４．７／７．０１ｍｇ／Ｌ组,藻类种类多样性最高,净生产力最高,污水净化效果也最佳。     

4种不同生活型湿地植物对富营养化水体的净化效果

选择4种湿地植物菖蒲、香蒲、浮萍和金鱼藻,研究单一及组合湿地植物对高浓度污水(污水处理厂进水)、低浓度污水(污水处理厂出水)中营养物质的去除效果.结果表明: 水体中总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)浓度呈现试验前期快速下降,后期缓慢下降的趋势,表明湿地植物能有效净化污水中的TN、TP、COD,但不同湿地植物及湿地植物组合的净化效果存在差异.多种湿地植物组合比单种湿地植物对TN的净化作用强,其中香蒲＋浮萍＋金鱼藻对TN的净化效果最佳;高浓度污水中,单种挺水植物对TP的净化效果较好,低浓度污水中,则是多种湿地植物组合对TP的去除率较高;高浓度污水中,湿地植物对COD的去除率为85.1%～96.0%,其中菖蒲、香蒲去除效果最佳,低浓度污水中,湿地植物对COD去除率为76.9%～94.8%,以菖蒲＋浮萍＋金鱼藻去除效果最好.总体看来,湿地植物对高浓度污水中TN、TP、COD的净化效果好于低浓度污水,两种水体的pH都得到改善.