人工和天然湿地芦苇根际土壤细菌群落结构多样性的比较

为认识人工湿地运行初期根际土壤细菌群落的结构多样性,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)的方法,比较了嘉兴石臼漾人工构筑生态湿地和白洋淀天然湿地府河河口区域芦苇根际土壤的细菌群落结构多样性。研究结果显示,嘉兴石臼漾湿地在运行初期(1—1.5 a),根际土壤细菌的物种丰富度已与白洋淀湿地相近,但香农指数和均匀度指数均显著低于白洋淀湿地;随着污染物浓度的降低,土壤细菌群落基因型多样性指数增大。

嘉兴市饮用水源及城市河网抗生素分布特征

嘉兴市饮用水源为太湖流域来水,经石臼漾湿地系统净化后供居民使用.为了解水源及河网中抗生素分布特征,于2015年4月采集嘉兴市水源来水及城市河网表层水样,用固相萃取-高效液相串联质谱法分析了20种抗生素含量水平.结果表明,抗生素污染水平在330—660 ng·L^(-1),氟喹诺酮类抗生素为主要的抗生素污染物,浓度范围在160—400 ng·L^(-1)之间.氟苯尼考是占比例最大的单体抗生素(24%—54%),浓度范围在121—259 ng·L^(-1).湿地系统可有效的去除磺胺嘧啶、磺胺甲唑、诺氟沙星、环丙沙星及恩诺沙星.

构筑根孔湿地中金属元素的来源、分布及其累积效应

石臼漾湿地是我国最大的饮用水源处理湿地，成为微污染水源水质改善的典范案例，已运行超过4年，主要运用人工湿地生态根孔技术、多级塘/植物床-沟壕系统协同净化技术来净化微污染水源.为了探明多级塘/植物床-沟壕系统对源水中常规金属K、Na、Ca、Mg、Al、Fe与重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Zn、Pb的累积效应，研究了嘉兴石臼漾湿地岸边带与植物床-沟壕系统中沉积物/土壤的金属分布与累积量.结果表明，沉积物中的金属（Mg除外）均发生了富集和累积（富集系数EF∈（1.5，10.5）〉1.5）.湿地内重金属潜在生态风险指数（RI∈（24.7，128.9）〈150）基本处于轻微风险水平，其最高值出现在湿地前端约1/8处的预处理塘（RI=174.94〉150）.总体而言，重金属风险指数随水力流程而逐步降低.在湿地前端的预处理河道、预处理塘内，重金属沉积通量（23.97-157.72 mg·m^-2·d^-1）较高，而植物床-沟壕系统的沉积通量（（38.80±16.17）mg·m^-2·d^-1）相对较低.占湿地面积11.35%的预处理河道、预处理塘中沉积的重金属高达9941.65 kg，占全湿地沉积量的37.90%，是重金属沉积的关键区域.而占湿地面积57.23%的植物床-沟壕系统中截留的重金属高达10601.89 kg，占全湿地沉积量的40.41%，是重金属去除的重点区域.湿地对重金属的主要持留机制是沉积作用，在湿地中单位平均沉积通量高达32.19 mg·m^-2·d^-1.据估算石臼漾湿地可沉积重金属6558.40 kg·a^-1，植物吸收重金属约13.16 kg·a^-1.本研究证明，多级塘/植物床-沟壕系统协同净化机制能够有效持留微污染水源中的金属特别是重金属，从而有效降低石臼漾湿地净化后源水的潜在生态风险.

人工湿地构筑根孔作用下土壤物质分布状况

嘉兴市石臼漾湿地应用人工构筑根孔技术,以玉米秸秆和油菜秸秆按比例混合埋植于土壤亚表层,作为湿地的基质/填料。在湿地运行一年半后,按照正交设计表,以埋植秸秆的种类(S)、填埋的土壤层次(L)、距离秸秆外环的远近(D)和秸秆周围土壤的表观颜色(C)作为实验因素,对秸秆周围养分物质浓度、土壤酶活性以及铁含量进行采样分析。实验结果显示:玉米秸秆和油菜秸秆腐烂较充分,分别形成较发达的粗根孔和细根孔;根孔周围土壤呈中度还原状态;粗根孔具有较强的优先流效应,其周围土壤具有较高的养分物质含量和较低的Fe2+/Fe3+比。粗根孔周围土壤具有较高的磷酸酶活性,而细根孔周围具有较高的β-葡糖苷酶活性和脲酶活性。综合比较,人工湿地构建初期,径级较大秸秆腐烂后形成的粗根孔发挥着更高的水分传导效率和更强的物质截留效应。

嘉兴石臼漾湿地冬季浮游植物群落结构特征

2010年冬季对嘉兴石臼漾饮用水水源人工湿地水体的浮游植物群落结构进行了调查,以探索湿地净化措施对浮游植物群落结构的影响.结果表明:在石臼漾湿地共发现浮游植物77种,隶属7门39属,其中硅藻门最多,为14属33种;优势种有变异直链藻、梅尼小环藻、菱形藻、色球藻、针晶蓝纤维藻、四尾栅藻、小型黄丝藻等,梅尼小环藻优势度最大,为0.144.石臼漾湿地冬季浮游植物平均密度为1.28×106cell·L-1;出水口密度最低,为6.80×105cell·L-1,并且出水口蓝藻细胞的密度仅为进水口的14.9%(P<0.05).各采样点Shannon多样性指数为0.94～1.27.经聚类和多维尺度分析,石臼漾湿地冬季浮游植物群落可分为根孔沿岸带群落、根孔植物床流水型群落(2种)、深度净化湖区静水型群落和湿地源水群落五大类;各采样点生态环境及水体流速的不同是五类群落产生的主要影响因素.

人工湿地植物床-沟壕系统水质净化效果

嘉兴市石臼漾湿地以仿拟自然界的植物床-沟壕系统为主要结构单元,以人工湿地生态根孔技术为核心净化技术,将河网源水主要水质指标提高了一个类别.为探索该系统以及根孔净化技术的优化途径,于2010年5～10月在湿地内构建了16个并联的植物床-沟壕单元,以正交设计手段研究根孔构筑方式、植物组合和强化介质3种因素对人工湿地植物床-沟壕系统水质净化效果的影响.综合考虑水质净化效果、工程施工难易程度、建设及运行维护成本等情况,推荐人工湿地植物床-沟壕系统的优化途径为:根孔构筑方式采用上、下两层秸秆填埋方式,植物组合优选芦苇+菰,在植物床局部采用适量方解石作为强化介质.比较了中试强化区和大工程区的水质净化效率,结果显示:强化后的植物床-沟壕系统具有进一步提升湿地水质净化效果的潜能,对总氮、总磷、氨氮等水质指标去除率提高幅度约为20%～40%.因此在保证湿地处理水量的前提下,控制大渠过水量、增加植物床-沟壕系统内根孔区的过流量可以发挥该系统更好的水质净化效果.