不同功能型沉水植物对溶解氧影响及环境效应

研究选用刺苦草(Vallisneria spinulosa)、黑藻(Hydrilla verticillata)和穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)分别代表底层型、冠层少根型和冠层多根型沉水植物,通过中宇宙实验,探索不同功能型沉水植物在生长过程中水柱和沉积物中溶解氧(DO)浓度及其相关指标的差异。实验结果表明:不同处理组水柱DO浓度存在显著差异,空白组水柱DO浓度显著低于植物处理组,且空白组水柱总氮(TN)和总磷(TP)浓度降低程度最少;黑藻组比叶面积、叶面积指数、净增长生物量、相对生长速率和水柱DO浓度最大,能够有效降低水柱TP和TN浓度;穗花狐尾藻组株高最高,提升水柱DO浓度显著高于刺苦草,水柱TP降低程度最大;刺苦草组比根长、单株总根长和根冠比最大,提升沉积物深度6 cm以内的DO效果最好,沉积物铁含量最高,沉积物总氮(TN)、总碳(TC)含量和间隙水总溶解性磷(TDP)浓度最低。在修复富营养湖泊过程中,可根据水和沉积物缺氧状况,合理配置底层型和冠层型沉水植物,构建释氧能力较强的群落,从沉积物表层到水柱上层均为湖泊提供充足的氧气,从而更加有利于清水态的形成。

外源氮磷负荷比增加对刺苦草(Vallisneria spinulosa)生长的影响

磷(P)是水生态系统生产力的限制因子,因此,在水体富营养化治理的过程中,许多地方采取了有效的措施控制流域P的排放;但氮(N)来源复杂,难以有效控制,导致湖泊外源的N∶P负荷比日益扩大.植物的生长需要合适的N∶P比,因此,外源N∶P负荷比的增加可能会对沉水植物的生长产生影响.采取控制实验,将刺苦草(Vallisneria spinulosa)栽种于塑料桶中,每隔3 d添加1次N、P营养盐,实验设置5个处理,P外源性负荷量固定为4 mg/(m^2·d),N外源性负荷量分别为0、40、80、120、160 mg/(m^2·d).实验周期为80 d.结果显示:随着N∶P负荷比的增加,刺苦草的叶干重、植株总干重、根干重、叶N及总N含量、叶片数、叶P及总P含量等指标基本保持不变或略有增加,单株总根长、根茎长度、块茎干重和无性系小株数目则呈现下降趋势.结果表明:随外源N∶P负荷比的增加,刺苦草个体生长指标总体呈现不变的趋势,但与种群扩张潜力相关的指标如根茎长度、块茎干重和无性系小株数目等则呈现下降趋势;刺苦草体内累积的N随外源N∶P负荷比的增加而增加,但P的累积保持不变.说明N∶P负荷比的增加对刺苦草个体生长影响不大,但对种群扩张不利;刺苦草对P的吸收也并不随N∶P比的增加而改变.

褐煤粉改性聚氨酯泡沫塑料应用研究

以褐煤粉为改性剂,对硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)进行改性,以期扩大褐煤的利用范围,减少聚氨酯原料的使用量,降低成本。首先确定了RPUF的配方,然后加入褐煤煤粉,研究褐煤加入量、反应起始温度、扩链剂加入量对RPUF发泡率、表观密度、压缩强度和热稳定性能的影响。实验结果表明:添加褐煤粉会增大RPUF的发泡率和降低其压缩强度;能提高RPUF的热稳定性;初始温度由10℃到30℃时,发泡率增长了55%,压缩强度下降了54%;4份褐煤添加量时,11份扩链剂能获得665.28%的发泡率和1.49MPa压缩强度,扩链剂的过量加入使得改性RPUF性能迅速恶化:表观密度增大、发泡率和压缩强度降低。

漂浮和沉水植物降解过程中氮磷的释放规律

将浮萍(Lemna minor)、马来眼子菜(Potamogeton malaianus)烘干植物体悬挂在水柱中,定期检测残存干物质和总氮(TN)、总磷(TP)含量,研究漂浮植物和沉水植物降解速率的差异。试验条件分别是原位池塘、有沉积物温室和无沉积物温室等3种降解条件。结果表明:马来眼子菜干物质降解速率略高于浮萍,2种植物的分解都是在原位池塘的条件下快于温室条件下。马来眼子菜TN的降解速率在有沉积物温室和原位池塘的条件下高于浮萍,但TP的降解速率却在所有处理条件下低于浮萍。2种植物分解1周后,氮磷比(N/P)均上升,说明TP的降解速率高于TN,1周后则波动不大。由此可见,无论是漂浮植物还是沉水植物,磷的分解速率在1周之内最快,漂浮植物浮萍TP的降解速率高于沉水植物马来眼子菜。由结果可知,与沉水植物马来眼子菜相比,漂浮植物浮萍释放到水体的TP更多。

抚仙湖近60年来沉水植物群落变化趋势分析

自1960s以来,抚仙湖沿岸带沉水植物群落发展迅速,而监测频率相对不足.为了解抚仙湖沉水植物群落现状及过去60年内的变化趋势,于2016年7月,对抚仙湖全湖沉水植物进行调查,并结合以往多次调查数据进行趋势分析.本次调查设置了36条样带共41个样点.在实测数据验证后,使用卫星多光谱相机数据基于归一化植被指数(NDVI)计算全湖沉水植物分布面积.此外,计算了物种在沿岸带植被区的平均生物量、优势度和群落多样性指数.结果表明:抚仙湖沉水植物2016年夏季分布面积为5.14 km^(2),平均生物量(鲜重)密度为9.8 kg/m^(2),最高48.7 kg/m^(2),全湖总现存量(鲜重)5.02×10^(4) t;共采集到沉水植物13种(类),隶属于5科6属.其中,生物量最高的物种是金鱼藻(Ceratophyllum demersum),其次是黑藻(Hydrilla verticillata)和穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum);出现频度最高的物种是穗花狐尾藻,其次是苦草(Vallisneria natans)和篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus);物种优势度最大的物种是穗花狐尾藻,其次是金鱼藻和黑藻;抚仙湖各样点沉水植物香农-威纳多样性指数介于0.05-1.28之间,全湖平均值为0.75;除轮藻类外,沉水植物群丛的冠层在1.5-4 m之间,其中金鱼藻群丛冠层最高.丝状附着藻大量出现,附着在高大的沉水植物冠层上的生物量远远多于附着在基质上的;丝状附着藻主要附着在群落上层沉水植物100 cm以内的植冠上.在过去的60年来,抚仙湖沉水植物分布面积、全湖总生物量和物种丰富度呈增加的趋势;低矮的草甸型物种如轮藻类、苦草等优势度下降,高大的冠层型沉水植物如穗花狐尾藻、金鱼藻等成为优势种;外来物种伊乐藻在最近几年出现并成为次优势种;丝状附着藻生物量增加.以上结果表明,目前抚仙湖沉水植物群落处于生物量、分布面积和多样性最高的阶段,是维持和保护的关键时期.但相比于国外类似湖泊,抚仙湖沉水植物丰富度一直较低,目前冠层型植物占优势、外来物种快速发展和丝状附着藻增殖的态势,将会引起群落结构不稳定,如果不加以保护和管理,可能会朝着富营养化湖泊的群落结构方向发展,进而对沿岸带水质产生不利影响.除了进一步控制抚仙湖入湖营养负荷外,我们建议对群落上层高大的冠层型沉水植物进行收割,收割深度为100 cm,从而控制冠层型沉水植物以及附着在其上的丝状附着藻,为草甸型沉水植物的发展创造条件,引导抚仙湖沉水植物群落向贫营养化湖泊的群落结构方向发展,但其可行性尚需开展研究.

沉水植物在持续氮、磷负荷条件下对上覆水营养盐含量的影响

在草型湖泊中,沉水植物能够降低水体中的营养盐含量并抑制浮游植物生长,从而维持水体清澈。但持续不断的外源污染会导致沉水植物衰退直至消失,引起水质恶化。为研究持续外源污染对草型水体水质的影响,本研究设置为期80 d的控制试验,每3 d添加1次氮、磷营养盐,比较研究有、无刺苦草系统上覆水营养盐含量的变化。结果发现,刺苦草组上覆水中各种形态氮、磷含量均低于无草组;pH值显著高于无草组(P<0.05);浮游植物含量一开始低于无草组,20 d后开始升高,30 d左右高于无草组;附着藻含量一直显著低于无草组(P<0.05)。说明刺苦草能够有效缓解由外源负荷持续增加导致的上覆水营养盐升高和水体酸化,抑制浮游植物和附着植物的生长,但当外源污染持续30 d后对浮游植物不再具有抑制能力。这意味着在持续不断增加外源营养盐的情况下,浮游藻类暴发的可能性增加,草型水体可能会转变成藻型水体。因此,在水生态修复过程中最好完全切断外源污染。

沉水植物生态化学计量学特征的区域差异以及生态修复的影响

为深入了解沉水植物生态化学计量学特征在西南高原地区和长江中下游平原地区湖泊中的差异,以及生态修复的影响,于2010年—2016年的夏季(6—9月)调查了36个湖泊的沉水植物。结果表明:(1)高原湖泊沉水植物群落的碳(C)含量显著高于平原湖泊,氮(N)含量显著低于平原湖泊,磷(P)含量高于平原湖泊但差异不显著;高原湖泊沉水植物群落的C/N和C/P的比值显著高于平原湖泊,N/P显著低于平原湖泊;在平原湖泊和高原湖泊共有的金鱼藻、苦草、穗花狐尾藻、微齿眼子菜和伊乐藻中,仅有伊乐藻的N含量和金鱼藻的P含量与群落的差异性不一致。(2)在长江中下游平原地区生态修复后的水域中,沉水植物群落的C和P含量显著高于未修复区,N含量低于未修复区但差异不显著;修复区沉水植物群落的C/P和N/P显著低于未修复区,C/N显著高于未修复区;修复区和未修复区共有的金鱼藻、苦草、穗花狐尾藻和竹叶眼子菜的C和P含量都跟群落的差异性一致。以上结果说明,在清澈的水体中,沉水植物的C和P含量高而N含量低;湖泊富营养化会导致沉水植物N含量升高。因此,在湖泊生态修复过程中,应注重提高水体的透明度,这将会提高沉水植物中C和P的含量,从而有利于促进沉水植被区成为湖泊的C和P库。

基于改良ASM1的SNAD工艺启动和优化

采用微氧升流式膜生物反应器(UMSB-MBR)启动同步亚硝化-厌氧氨氧化耦合异养反硝化(SNAD)工艺,拟通过构建数学模型实现工艺启动过程分析及其优化过程预测.结果表明:反应器历经厌氧氨氧化和全程自养脱氮(CANON)工艺后,通过引入有机碳源(C/N比为0.5)启动SNAD工艺(总氮去除率可达87.66%),并运用ASM1模型及实验数据成功建立SNAD工艺启动模型;通过模型分析发现,氮负荷(NLR)的增大(由0.24~1.88kg/(m^(3)·d)),适宜的溶解氧(DO)浓度(0.2~0.4mg/L)均有利于SNAD工艺的快速启动;通过模型预测发现,随着C/N比(由0.5~3.0)增大,反硝化菌(DNB)对厌氧氨氧化菌(An AOB)活性的抑制程度不断增强,造成脱氮主要途径由厌氧氨氧化向异养反硝化过程转化,综合考虑C/N比为1.5时SNAD工艺效能和微生物菌群配置处于最佳状态.

DNFB-MBR工艺挂膜启动及脱氮除碳性能

构建反硝化固定式生物膜-膜生物反应器(DNFB-MBR)工艺处理硝酸盐废水,通过快速排泥和提高底物浓度的方式,强化培养载体生物膜,成功实现工艺的挂膜启动。整个运行过程中,NO_(3)^(-)-N与COD的去除率维持在95%、80%以上,TN去除负荷(NRR)和COD去除负荷(CRR)分别达到0.200、0.785 kg/(m^(3)·d);载体生物膜逐渐变厚,颜色由浅黄色变为深褐色,最大附着生物量达到1.545 gSS/g;NO_(3)^(-)-N与COD最大比降解速率分别为81.8、188.4 mg/(gMLSS·d),表明生物膜具有较高的脱氮除碳性能;载体附着生物量与生物膜EPS中的PS、PN含量密切相关,两者分别由6.48、15.44 mg/g增至10.76、21.19 mg/g,三维荧光光谱分析结果进一步表明色氨酸、芳香族蛋白类物质和腐殖酸类物质在生物膜的形成过程中发挥重要作用。

高盐度冲击后厌氧氨氧化工艺恢复及运行特性

通过逐步增加UASB反应器进水氮负荷[1.06~1.42 kg/(m^(3)·d)]方式,考察了厌氧氨氧化(Anammox)工艺受到高盐度冲击后的恢复及运行特性。结果表明,经过156 d的运行,NH4+-N、NO2--N、TN去除率及总氮去除负荷(NRR)分别达到97.57%、96.40%、83.90%和1.19kg/(m^(3)·d),这主要归功于Anammox污泥的活性得到了有效恢复[TN的比降解速率由0.131mg/(mgVSS·d)提高到0.302 mg/(mgVSS·d)];随着工艺运行效能的恢复,颗粒污泥的颜色由深褐色变为红褐色,平均粒径也随之增大,粒径>1.5 mm的占比最高,达到了68.25%;此外,胞外聚合物(EPS)含量由96.66 mg/g增大至147.98 mg/g,并且PN/PS值由4.86增大至13.34,厌氧氨氧化工艺可恢复到高效运行状态。

反硝化颗粒污泥培养及工艺快速启动

在UASB反应器中接种絮状活性污泥,通过调节进水底物浓度、提高上升流速等方式培养并富集反硝化颗粒污泥。经过45 d的运行快速培养出边缘清晰、白色且粒径均匀的反硝化颗粒污泥。在反硝化颗粒污泥形成后,总氮去除负荷(NRR)及碳去除负荷(CRR)分别达到0.65和1.97 kg/(m^(3)·d),NO_(3)^(-)-N与COD最大比降解速率分别为68.90和182.63 mg/(gMLSS·d),表明反硝化颗粒污泥工艺具有较好的脱氮除碳性能。在反硝化颗粒污泥培养的过程中,ΔCOD/ΔNO_(3)^(-)-N均值为3.35,始终大于理论值2.86。胞外聚合物(EPS)中蛋白质、多糖的含量及比值也逐渐增加,使微生物呈疏水性。三维荧光光谱(3D-EEM)分析表明,色氨酸及酪氨酸等蛋白质类物质在加速反硝化颗粒污泥形成过程中起到重要作用。