沉水植物在湿地底泥修复中的效应研究

论文摘要

近年来,由于大量氮、磷营养物与重金属等污水不断进入湿地,引起湿地生态功能退化,水质恶化,同时经沉降作用赋存于底泥中,使底泥受污并成为污染物的贮存库,造成多种湿地受损,湿地富营养化持续。目前底泥治理主要采用物理修复、化学修复和微生物修复手段,虽有一定成效,但对于水域生态环境相对复杂且大面积开放性湿地,还有较大研究和探索空间。沉水植物虽已广泛应用于水体生态修复,研究主要集中在沉水植物对上覆水质的作用状况,而对沉水植物底泥修复效应的研究并不多见。本文系统研究了沉水植物对底泥修复,以及沉水植物在不同湿地水-底泥界面污染物的循环,同时优化了底泥检测方法。并通过分析和比较沉水植物修复景观水体和养殖水体的异同,明确了沉水植物修复过程中污染物的沉积与释放的特征,探明了底泥污染物释放与水质相互影响的基本关系,为开展湿地底泥生态修复工程和研究,提供理论依据和技术支撑,同时也为沉水植物控制底泥污染释放,水体污染物迁移转化以及水生态环境内在健康循环研究提供了新的途径和思路。主要结论如下:（1）开展了底泥样品检测方法对比实验。结果表明:底泥有机质（OM）测定采用重铬酸钾氧化法,消化炉加热比传统油浴加热更加安全和高效,便于操作。磷分级提取过程结合实验特征并综合近年来多种方法优点,形成提取方法为:可溶性磷（LP）→可还原态磷（RSP）→钙结合态磷（Ca-P）→铝结合态磷（Al-P）→铁结合态磷（Fe-P）→闭絮态磷（OP）→有机结合态磷（Org-P）,经验证该提取方法具有有效性和可行性。（2）研究了菹草、聚草、苦草、伊乐藻、轮叶黑藻、马来眼子菜、金鱼藻、微齿眼子菜、光叶眼子菜等9种沉水植物对底泥氮、磷的吸收动力学。结果表明:除金鱼藻对底泥氮磷释放的控制作用不明显外,其它8种沉水植物对景观、养殖两种类型湿地底泥均有一定修复效果,底泥中氮、磷释放量会随沉水植物生物量增加而减少。伊乐藻、苦草、微齿眼子菜对底泥氮、磷修复和控制效果相对较好。（3）运用不同沉水植物修复群落配置,分别对景观水体及养殖水体进行底泥修复试验。结果表明:经过沉水植物修复,底泥各营养盐含量下降较明显。景观水体4个分区底泥有机质含量由修复初的1.73%减少到0.74%,在0-30cm底泥深度范围内,各层有机质含量均有所下降,沉水植物修复效果明显。养殖水体底泥有机质含量未见明显减少。经过沉水植物修复,景观水体底泥总氮（TN）含量减少为修复前背景值的78.7%,78.9%,79.2%,81.9%和83.9%。养殖水体底泥总氮冬季含量略低,实验前后底泥总氮基本维持在1.2g·kg-1。经修复,景观水体底泥总磷（TP）也明显减少,修复开始时,各形态磷百分比以有机磷为最高（40%）,修复结束时,可溶性磷含量最高（LP=46%）。养殖水体底泥中总磷、有机磷、铁结合态磷含量都随沉水植物修复进程而升高,上升比例约为30%,其它指标下降。（4）底泥各指标间存在协同变化,景观水体10个底泥监测指标中有9对存在极显著的正相关性,其中rxy值最大的为有机磷和闭絮态磷(rxy=0.696**),最小值为总磷和可溶态磷(rxy=0.488**)。7种养殖水体底泥指标间也存在一定程度的关联。其中可还原态磷分别与可溶性磷、有机质相关(rxy=0.965**,rxy=0.782**),铁结合态磷与有机磷及总磷相关(rxy=0.905**,rxy=0.893**)。（5）通过对供试水体进行有机指数评价。结果表明:景观水体有机污染（ⅡⅣ级）重于养殖水体（ⅠⅡ级）,但评价指数都随修复进行而减小,景观水体升至Ⅱ级,养殖水升至Ⅰ级。（6）通过SPSS 17.0统计分析显示:底泥与上覆水水质关系密切。景观水体11种水质指标与10种底泥指标的110组相关系数中,有35对存在相关关系,占到30%。针对养殖水体,计算了6种水质指标和6种底泥指标的36对相关系数,有3对存在相关性。本研究对不同时期水体及底泥中总磷的相关性也进行了分析,发现温度、季节对养殖水体污染物循环存在较大影响。（7）对整个修复过程底泥重金属含量进行动态监测,运用地累积指数法和潜在生态危害法评价重金属污染程度,两种评价结果均显示景观水体重金属污染为中度污染,且随修复过程逐渐转为轻微或无污染,养殖水体底泥重金属含量远低于农用地土壤标准,基本无危害。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 第一节 湿地水体富营养化与底泥污染
• 1 湿地水体富营养化污染主要来源
• 1.1 工业及城市生活点源污染
• 1.2 农业非点源污染
• 1.3 内源污染
• 2 湿地底泥污染特征
• 2.1 城市景观水体底泥污染特征
• 2.2 农村养殖水体底泥污染特征
• 第二节 湿地底泥污染控制技术研究现状
• 1 国内外主要底泥污染防治技术
• 2 底泥氮磷等营养盐污染控制现状
• 2.1 底泥氮磷污染现状
• 2.2 底泥氮磷迁移转化研究现状
• 2.3 底泥氮磷污染控制技术研究现状
• 3 底泥重金属污染及控制现状
• 3.1 底泥重金属污染现状
• 3.2 底泥重金属迁移、转化及释放规律研究现状
• 3.3 底泥重金属污染控制技术
• 第三节 沉水植物在底泥生态修复中的应用
• 1 沉水植物生态修复特征
• 1.1 沉水植物对易分解污染物质的吸收
• 1.2 沉水植物对悬浮污染物的移除作用
• 1.3 沉水植物对重金属污染物的富集
• 2 不同沉水植物修复湿地底泥的作用
• 第四节 底泥形态磷分级研究现状
• 第五节 选题意义及研究内容
• 1 选题意义
• 2 研究内容
• 第二章 底泥检测方法优化及沉水植物对底泥氮磷吸收动力学研究
• 第一节 3 种方法检测水体底泥有机质含量的比较
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 检测方法
• 2 结果与分析
• 2.1 景观水体底泥检测与分析
• 2.2 养殖水体底泥检测与分析
• 3 结论
• 第二节 磷形态分级提取方法研究
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 标准曲线建立
• 1.3 连续提取方法
• 2 结果与讨论
• 第三节 沉水植物对底泥氮、磷吸收动力学研究
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 实验设计
• 1.3 样品采集
• 1.4 数据检测与分析
• 2 结果与分析
• 2.1 沉水植物生长对水-底泥界面NH4+-N 释放的影响
• 2.2 沉水植物生长对水-底泥界面P043--P 释放的影响
• 3 讨论
• 第三章 沉水植物群落对湿地底泥修复效应研究
• 第一节 沉水植物群落对湿地底泥有机质的修复效应
• 1 材料与方法
• 1.1 研究背景
• 1.2 底质动态监测
• 1.3 沉水植物群落配置
• 2 结果与分析
• 2.1 沉水植物修复过程中景观水体底泥有机质分布特征及动态变化
• 2.2 沉水植物修复过程中养殖水体底泥有机质分布特征及动态变化
• 3 结论
• 第二节 沉水植物群落对湿地底泥氮磷的修复效应
• 1 材料与方法
• 1.1 检测方法
• 1.2 评价与分析方法
• 2 沉水植物群落对底泥氮的修复效应
• 2.1 沉水植物修复过程景观水体底泥TN 分布特征及动态变化
• 2.2 沉水植物修复过程养殖水体底泥TN 分布特征及动态变化
• 3 沉水植物群落对底泥磷的修复效应
• 3.1 沉水植物对景观水体底泥磷的修复效应
• 3.2 沉水植物对养殖水体底泥磷的修复效应
• 4 讨论
• 4.1 底泥各营养元素之间相关性
• 4.2 底泥有机指数评价
• 4.3 沉水植物修复过程底泥营养盐释放与水质关系
• 4.4 沉水植物修复过程底泥营养盐释放与水质关系
• 5 结论
• 第三节 沉水植物对底泥重金属的修复效应
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 检测方法
• 1.3 评价方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 养殖水体底泥重金属元素含量特征
• 2.2 景观水体底泥重金属的修复效应
• 3 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间主要科研成果
• 致谢