基于灰色关联度分析挺水植物模拟生活污水的净化能力

以17种挺水植物为研究对象,对挺水植物进行驯化处理,随后移植在模拟生活污水中培养,在不同的时间段内采集水质,并对水质中的总氮、总磷、氨氮和化学需氧量以及pH进行监测,采用灰色关联度分析评价挺水植物的综合净化水质的能力。结果表明,不同的挺水植物对单个水质指标的去污能力差异较大;灰色关联度分析17种挺水植物综合去污能力优等的有3种,分别是旱伞草、紫芋和灯芯草;综合去污能力良好的有6种,分别是海寿花、水葱、溪荪、水生美人蕉、花叶芦竹、再力花;综合去污能力中等的有5种,分别是香蒲、水芹、慈姑、纸莎草、泽泻;综合去污能力较低的有3种,分别是千屈菜、黄菖蒲、菰。初步筛查出9种挺水植物具有良好的综合去污效果,试验结果可为后续小微湿地水生植物示范与推广提供基础数据。

挺水植被影响下滞水区滞留时间预测模型

对于河道修复工程,为了增加河流地貌多样性,常会沿岸布置一些丁坝形成回流区(也称作滞水区)。滞水区的低速环流特点有利于泥沙落淤、营养质积累,为水生植物提供了适宜的生长环境,同时影响着河道内的物质输移扩散过程,对河流生态系统有着重要意义。采用量纲分析与遗传算法研究了挺水植被影响下滞水区滞留时间特性。对于植被化滞水区,影响水体滞留时间的因素可以归纳为三类,包括混合层流动特性、滞水区形貌特征以及植被拖曳作用。首先在前人工作基础上,应用π定理引入了能够反映植被阻滞效应的参数1+C_(D)ad_(c),对于无植被情形1+C_(D)ad_(c)=1,表明物质交换不受该因素影响,而对于有植被情形1+C_(D)ad_(c)>1,表明交换活动会受到影响。其次通过分析比较,筛选了其他影响滞留时间的主控因素,包括体现来流强度的主流傅汝德数Fr,以及体现滞水区形貌特征的三维形状因子(Wdc)0.5/L和宽长比W/L。然后以上述四种因素为自变量,构建了植被化滞水区滞留时间的一般性预测模型(即幂函数乘积模型)。最后基于收集的85组试验数据,采用遗传程序Eureqa对该幂函数乘积模型进行训练,拟合了植被化滞水区的滞留时间预测公式。对判定系数R2与平均绝对误差MAE的评价表明该公式具有较好的预测能力;对各因素变化区间的分析表明该公式具有较宽广的适用范围。此外,通过比较这4种因素对模型结果的作用程度,发现宽长比W/L是影响滞水区水体滞留特性的关键参数,在开展相关工程设计时应予以重点考虑。

挺水植物在富营养化水体净化中的应用进展

挺水植物广泛应用于水质净化实践,对水体中氮、磷的富集和转移效果明显,对重金属的富集和有机物的净化也起到重要作用。对挺水植物在富营养化水体净化中的应用进行综述,归纳和总结典型水污染修复中挺水植物的净化作用和净化机制,分析挺水植物的净化效果及其影响因素,旨在验证挺水植物在水质净化方面的作用和重要性,并提出结合生物化学地球循环与相关微生物协同作用对挺水植物水体净化机理进行深入研究的建议。

挺水植被布局对矩形浅池水体流态的影响

研究浅池水体流态水力学特性有助于优化景观池塘、湖泊和湿地等设计,提高水体连通性,改善流态。挺水植被与景观水体结合不仅能提高景观美学性,而且具有改善水体连通性的作用。本文采用2维浅水数值模拟,探索了植被覆盖变化下的水流沿中轴线槽道进入和推出矩形浅池的水体流态特性,并进行了基于水力特性的定量分析。研究发现:植被具有均化浅池水体流速和稳定流动的作用,非对称流态转变为对称流态;当植被密度≥5m^(–1)时,两侧分离回流区完全消失,水体连通性最佳,形成平推流。基于场景模拟后发现,紧邻入口植被局部覆盖能达到浅池植被全覆盖的改善流态的效果;进一步分析表明,浅池流态与中轴线流速及流速梯度分布相关。表征水体流通性的流通水体占比与表征水流调整的无量纲平均流速梯度存在显著的对数相关,提出的预测模型可用于矩形浅池类景观的水力设计。

常德市挺水植物水体净化能力研究

针对常德地区的水体生态问题,本研究选用32种常德常见的挺水植物,通过测定其体内总氮(TN)和总磷(TP)的含量,筛选出TN和TP含量较高的水葫芦、石菖蒲和铜钱草,通过培养后,分别测定植物体内、培养水体以及底泥中TN、TP和重金属Cd、Cu的含量并进行分析比较。结果表明,对于总氮(TN)的去除效果大小依次为铜钱草>水葫芦>石菖蒲,总磷(TP)的去除效果大小依次为水葫芦>石菖蒲>铜钱草,水葫芦对于重金属Cu、Cd的净化效果均优于铜钱草和石菖蒲。综合来看,水葫芦对于氮磷及重金属的净水能力较强,但由于其属于外来入侵物种,生长迅速,应定时打捞防止蔓延。

滇池湖滨湿地挺水植物收割对冬季水鸟多样性的影响

为探究湿地植被变化对水鸟多样性的影响。2021年11月—2022年2月调查滇池湖滨水鸟种类、数量、优势度和水鸟多样性,分析湖滨湿地挺水植被收割对水鸟多样性的影响。结果表明:湿地植被收割后,水鸟物种多样性和游禽多样性均增加;越冬水鸟多样性增加,留鸟和旅鸟多样性减少;鸟类物种丰富度呈增加趋势,鹳科、鸻科、鸥科鸟类各增加1种、鸭科鸟类增加3种;植被收割后香农威纳多样性指数为-0.001~0.05,植被收割前后有61.8%的水鸟种类相似,游禽和涉禽的相似性指数分别为52.9%和70.6%。挺水植物收割对冬季水鸟多样性具有重要影响,建议管理部门科学合理规划湿地植被的收割频次和收割时间。

浮床种植对挺水植物中重金属赋存特征的影响

以上海市金泽水库为研究区域,在水库边滩与水库浮床区域设置系列站点,以旱伞草(Cyperus alternifolius)、美人蕉(Canna indica)、鸢尾(Iris tectorum)为代表性物种,分析了浮床种植对挺水植物中重金属Cu、Zn、Fe、Cr、Cd、Pb赋存特征的影响.结果表明:浮床种植的美人蕉、鸢尾生物量均显著大于边滩种植(p<0.05),浮床种植的旱伞草生物量显著小于边滩种植(p<0.05);浮床种植的美人蕉中Cu、Fe、Pb含量显著大于边滩种植(p<0.05),浮床种植的旱伞草和鸢尾中Cu、Zn、Cd含量显著大于边滩种植(p<0.05);美人蕉中Cu、Fe、Cd、Pb赋存量和鸢尾中Cu、Zn、Fe、Cd、Pb赋存量,以及旱伞草中Cd赋存量在浮床种植条件下均显著大于边滩种植(p<0.05);同种植物不同重金属赋存量的相关关系在不同种植条件下明显不同,且不同种植物间亦存在明显差异;浮床种植能在一定程度上提高挺水植物的生长状况和对重金属的吸收能力,对挺水植物中重金属赋存量特征具有重要影响.基于本文结果,建议优先选用美人蕉和鸢尾作为浮床植物.

几种挺水植物净化生活污水总氮和总磷效果的研究

研究了石菖蒲、灯心草和蝴蝶花3种不同植被系统、基质为河砂的潜流型人工湿地净化生活污水总氮和总磷的效果,并同无植被系统、相同基质的潜流型人工湿地净化效果进行了比较,结果表明:在较低浓度范围里无植被的人工湿地和3种有植被的人工湿地对污水中总氮有较好的去除作用,随着污水中总氮浓度的增加,虽然无植被的人工湿地和有植被的人工湿地去除总氮的效果均有下降的趋势,但有植被的人工湿地仍然能维持较高的总氮去除水平,无植被的人工湿地总氮去除效果则下降较快。在有植被的人工湿地中,以石菖蒲植被人工湿地氮素净化能力最强,其次为灯心草和蝴蝶花,这与植被自身吸收同化污水中氮素水平以及植物根系微生物作用有关。对于污水中总磷的去除,本研究中由于污水中磷素浓度较低,无植被和有植被的人工湿地对污水中磷素均有很好的去除作用,没有明显差异,但不同的植物体中磷素仍有明显的吸收同化富集现象,其中石菖蒲吸收同化磷素能力最强,其次为蝴蝶花和灯心草,植被在人工湿地系统中对于污水中总氮和总磷的去除起着重要的作用。

洱海湖滨带挺水植物残体腐解特征及其环境效应初探

采用试验模拟的方法,研究洱海4种主要挺水植物茭草(Zizania caduciflora)、香蒲(Typha latifolia)、水葱(Scirpusvalidus)和芦苇(Phragnites australis)在水体中的腐解特征.结果表明:在21 d的腐解试验中,水葱腐解速率最快,茭草和香蒲其次,芦苇最慢;挺水植物单位干物质TN释放量表现为水葱>茭草≈香蒲>芦苇,TP释放量表现为水葱>茭草>香蒲>芦苇;4种植物TP释放率均高于TN,腐解出的TP进入水体的比例也明显高于TN.水体中ρ(TN),ρ(TP)及ρ(CODCr)均在腐解初期(1～3 d)快速上升,pH和ρ(DO)快速下降;随后,ρ(TN),ρ(TP)及ρ(CODCr)均缓慢下降,pH和ρ(DO)则缓慢回升.结合洱海湖滨带挺水植物空间分布的调查结果,估算全湖湖滨带4种挺水植物中TN和TP的总质量分别为17.622和2.870 t,其中茭草和香蒲中的TN和TP分别占91%和95%,对茭草和香蒲进行适时、适宜的收割对改善湖滨带的水质具有重要的意义.

多环芳烃在小白洋淀挺水植物中的分布、组成及其影响因素

利用GC-MS测定了端村小白洋淀5个采样点三种主要挺水植物(荷花、蒲草和芦苇)中16种优控多环芳烃(PAHs)的含量,分析了其分布与组成特征及其影响因素。结果表明:(1)16种优控多环芳烃总量(PAH_(16))在三种挺水植物中的平均干重含量范围为82.5-448.6ng/g(dw),七种挺水植物组织荷叶、荷茎、蒲叶、蒲茎、蒲根、苇叶与苇根中PAH_(16)的平均干重含量分别为448.6ng/g(dw)、129.3ng/g(dw)、292.6ng/g(dw)、166.8ng/g(dw)、82.5ng/g(dw)、141.5ng/g(dw)和90.0ng/g(dw),这些数据表明同种植物的叶中PAHs含量最高、茎中次之、根中最低;PAHs各组份在七种挺水植物中的含量具有显著的正相关关系,反映了PAHs在植物组织中的分布模式极为相似.(2)七种挺水植物组织中,均以低环PAHs为主,中环PAHs次之,高环PAHs很低,其百分比范围分别为66.2%(荷叶)-89%(蒲茎)、10.2%(蒲茎)-32.6%(荷叶)和0.6%(蒲叶)-3.7%(苇根);菲、荧蒽、萘、芴、芘和屈6种PAHs组分在挺水植物组织中的平均百分含量较高,分别为35.3%、15.5%、12.1%、11.7%、9.2%和5.2%,占PAH_(16)的89%.3)PAHs在挺水植物中的含量与植物含脂率具有显著的正相关关系,与PAHs组分的辛醇-水分配系数(K_(ow))以及辛醇-大气分配系数(K_(oa))具有显著的负相关关系.

7种典型挺水植物净化生活污水中氮磷的研究

挺水植物是构建人工湿地植被系统的主要植物类型,选取7种典型的具有一定景观效应和经济价值的挺水植物,初步研究它们对生活污水中的氮磷降解特性以及氮磷积累及其分布状况。结果表明:美人蕉、黄菖蒲、香根草、薏苡都表现出较强的氮磷降解能力,生活污水中总氮磷的去除率与湿地植物氮磷的积累量成线性相关(P<0.05),各植物间以及其自身的地上部分与地下部分的生物量(鲜质量)差异显著(P<0.05),对氮磷的降解与水力停留时间成线性相关,相关系数均大于0.9,说明它们有较为稳定的氮磷吸收能力。通过收割可以去除整个植株总氮和总磷含量的60%～80%。

5种挺水植物对污水浸淹的生理反应及净水效果

以黄菖蒲(Iris pseudacorus)、梭鱼草(Pontederia cordata)、香蒲(Typha orientalis)、再力花(Thalia dealbata)、千屈菜(Spiked loosestrlfe)为材料,应用桶培试验研究了污水浸淹下5种挺水植物叶绿素(Chl.)、类胡萝卜素(Caro.)、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、游离脯氨酸(Freepro.)等生理指标的变化,对水体总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、亚硝态氮(NO2--N)、总磷(TP)和化学需氧量(COD)的去除效果进行了比较。结果表明:污水浸淹下,叶绿素含量尽管初期有所波动,但后期均表现为下降,类胡萝卜素也呈现类似的变化;浸淹15～30d,黄菖蒲和千屈菜2种植物体内SOD活性变化小,其余植物SOD明显下降,但浸淹45 d后5种植物SOD均上升;浸淹15～30 d,5种植物MDA含量变化不大,但浸淹45 d后,5种植物MDA含量明显升高;梭鱼草、黄菖蒲的游离脯氨酸含量变幅较大,其余植物的变动不明显。比较不同植物的生理反应,香蒲对污水胁迫的生理反应不敏感,对污水的适应性相对较强。从不同植物对试验水体的影响来看,再力花对TN的去除率最高(RTN=61.75%),香蒲对TP的吸收能力最强(RTP=87.50%),为优良的净水植物。

农田沟渠挺水植物对N、P的吸收及二次污染防治

生长在农田沟渠湿地中的芦苇和茭草对N、P有很好的吸收能力,芦苇茎叶的N、P含量分别为15.0,1.9g/kg,相当于每年吸收818kg/hm2的N和103.6kg/hm2的P,茭草地上部分的N、P含量分别为17.2,3.8g/kg,相当于每年吸收131kg/hm2的N和28.9kg/hm2的P.对比实验发现,收割区0～20cm深度底泥中的有机质、总氮(TN)、总磷(TP)含量明显低于未收割区,但NH4+-N和NO3--N含量增高.植物收割改善了湿地的透光、透气条件,促进污染物分解转化,造成无机氮含量上升.茭白对氮磷的吸收能力也较高,每年收获后可带走200kg/hm2 N,21.1kg/hm2 P.以人为种植取代野生的芦苇和茭草,可获得很好的净化效果,解决植物的二次污染问题.

底栖动物与挺水植物协同修复富营养化水体的研究

通过室外试验探讨中华圆田螺和挺水植物(空心菜、西伯利亚鸢尾)协同修复富营养化水体的效果。结果表明,螺对SS的降解以及挺水植物对TN、TP的去除均有很好的效果。螺的加入会引起TN的升高,但空心菜和螺一组对TN的去除率为37.12%,对TP的去除率为53.49%,短时间对SS的去除率为82.5%;西伯利亚鸢尾和螺对TN的去除率为50.92%,对TP的去除率为32.20%,短时间对SS的去除率为85%。螺能短时间内将悬浮态氮磷转化为溶解态氮磷供植物吸收、利用,由此可见,底栖软体动物和挺水植物对富营养化水体具有明显的净化作用,其协调作用为湖泊富营养化控制提供了可供参考的依据。

8种挺水植物对污染水体的净化效果比较

通过室外盆栽实验，研究了8种挺水植物在不同水力停留时间对污染水体的净化效果。结果表明各实验植物对COD、NH4—N、TN和TP的去除率随水力停留时间的延长而增加。水力停留时间为5d时，除三棱草（Sparganim stenophyllum Maxim．）外，其它植物对C01）均有明显的去除效果，其中，菖蒲（Acorus calamus L.）、水葱（Scirpus validus Vahl.）、宽叶香蒲（Typha latifolia L．）及黄花鸢尾（Iris wilsonii C．H．Wright）去除COD的效果较好，去除率达到90％左右。水力停留时间为7d时，与无植物空白相比，各植物其NH4＋-N和TN去除率分别提高15．0％～41．8％和6．7％～25．1％，其中宽叶香蒲、茭白和黄花鸢尾对NH4＋—N和TN的去除性能尤为突出。8种植物中，茭白（Zizania latifolia Turcz．）和宽叶香蒲TP去除性能较好，其TP去除率分别提高10．8％和11．2％，其余6种植物的TP去除率与对照之间均无显著差异。综合分析，宽叶香蒲、茭白和黄花鸢尾可作为南四湖人工湿地备选植物。

沉水、挺水培养水生植物去除污水中氮磷的效果研究

通过在室内构建小型水生生态系统，研究了挺水和沉水培养模式下大水剑（Acorus Calamus）、太阳草（Tonina Fluviatilis）、水萝兰（Hygrophila difformis）3种水生植物体内氮磷含量及去除生活污水中氮磷的能力。结果表明，3种水生植物地上部和地下部氮累积量分别在68．43—279．31mg和23．44～170．13mg之间；地上部和地下部磷累积量分别在9．11—42．79mg和10．81～28．71mg之间。其中水萝兰体内氮磷累积总量最高，其次是太阳草，最低的是大水剑；挺水培养方式下氮磷积累量较沉水培养的高，但无显著差异。3种水生植物对污水中的氮、磷均有明显的去除效果，TN和TP的平均去除率分别在52．0％～72．4％和51．7％-77．1％之间。不同培养方式下不同水生植物去除污水中TN和TP的能力也有较大差异，从强到弱的顺序依次为：挺水培养太阳草〉挺水培养水萝兰〉沉水培养水萝兰〉挺水培养大水剑〉沉水培养大水剑。

湿地挺水植物根系土壤中的磷形态变化与分析

以野鸭湖湿地中扁秆藨草、芦苇和茭白3种优势挺水植物为研究对象,利用化学连续提取法对根际和非根际土壤中不同形态无机磷和有机磷进行分级提取,分析了不同形态磷的含量特点和分布规律,探讨了植物对磷素的潜在吸收机制.结果表明,根际Ca-P含量均显著低于非根际,Ex-P、Fe-P和Oc-P相反.4种形态有机磷含量均为根际高于非根际,表现出累积的趋势.根际Ca-P/TP值显著小于非根际,说明植物将有效性低的Ca-P形态大量转化为其他形态无机磷以供自身利用;根际HR-OP/TP值小于非根际,而MR-OP/TP大于非根际,表明稳定有机磷形态有向活性高的有机磷转化的趋势;TIP/TP均为根际小于非根际,而TOP/TP根际大于非根际,推测根系在吸收利用磷素的过程中主要吸收无机磷,同时积聚大量有机磷供转化后利用.

两种挺水植物的脱氮除磷效果及其影响因素研究

[目的]探究石龙芮和酸模两种挺水植物对生活污水的净化效果。[方法]采用无土栽培的石龙芮、酸模处理生活废水,重点研究影响污水处理效果的植物生物量、水力停留时间(HRT)的两个因素。[结果]静态试验中两种试验植物对氨氮(NH4+-N)、总氮(TN)、总磷(TP)均有较好的处理效果,平均去除率能够分别达到100%9、0.52%和88.77%;植物系统对污染物的处理效果与生物量有关,同种植物随着生物量的增加对总氮、总磷的去除率提高,而且HRT越短,去除率的提高越显著;系统最佳的HRT为5 d左右,过长或过短都达不到最佳的处理效果。[结论]石龙芮、酸模这两种水生植物因其较好的去除污染物的能力,适合于构建人工湿地污水处理系统。但其正常运行的优化工艺参数仍需要更深入的研究。

几种挺水植物对重金属锌的抗性能力及其影响因素

水生植物已被用于重金属污染水体的生态修复,但不同水生植物对重金属的抗性能力存在差异,选择对重金属抗性和吸收能力强的植物有利于提高污水生态修复效果。以4种挺水植物为材料,通过室内培养实验研究挺水植物对重金属锌的抗性能力及其影响因素,结果表明:挺水植物地上部分铁含量显著(p<0.05)低于根和根表铁氧化物胶膜上铁含量,铁主要积累在挺水植物地下部分。加入高浓度锌时,灯心草(Jancus effuses)和菖蒲(Acorus gramineus)对锌的抗性能力较强,而茭白(Zizania ceduciflora)和美人蕉(Canna indica)则较弱。挺水植物对锌的抗性能力与其根表铁氧化物胶膜含量和地上部分铁含量有关,铁氧化物胶膜可作为一个障碍层,而降低锌对植物的毒害,而植物地上铁与锌竞争植物叶中的代谢性敏感位点而降低锌对植物的毒害。灯心草对锌的抗性能力比较强与其根表铁氧化物胶膜和地上部分铁含量较高有关,灯心草可作为一种工程植物用于锌污染水体的植物修复。

3种挺水植物对生活污水主要污染物净化能力的研究

选用鸢尾(Iris tectorum)、石龙芮(Ranunculus sceleratus L.)、酸模(Rumex acetosa L.)3种挺水植物作为湿地植物进行无土栽培,研究它们在生活污水中的生长特性及对生活污水中主要污染物的净化能力。试验集中在春末夏初进行,结果表明,3种植物均生长良好。当污水停留时间(HRT)为7 d时,鸢尾对COD,TP,TN去除的贡献率分别为46.74%,17.71%,11.33%;石龙芮对COD,TP,TN去除的贡献率分别为39.82%,28.59%,8.88%;酸模对COD,TP,TN去除的贡献率分别为54.69%,20.26%,7.47%。经过处理后的污水水质显著提高,充分表明这3种植物应用于人工湿地是可行的。