人工湿地构建及其对污染的黄河灌溉水处理效应

论文摘要

黄河（Yellow river, YR）作为中国最大的淡水河流之一,已经成为西北地区主要的淡水供应源。但是由于工农业的快速发展,黄河水污染变得越来越严重,尤其是在黄河上游白银地区。由于地处干旱半干旱地区,水资源紧缺,因此,该地区通常直接引用受污黄河水进行农田灌溉,如此会使其中一些污染物如重金属（Heavy metal, HM）等在土壤中富集而污染农田。食用在受污土地上生产的粮食作物会给当地居民的健康带来潜在风险,同时也会使农田土壤理化性质发生改变,农业生态系统遭受破坏。本研究在白银地区四龙镇构建了人工湿地（Constructed wetland,CW）,根据人工湿地在污水处理中的研究和应用现状,我们选择了表面流人工湿地类型,同时选择狭叶香蒲作为湿地植物,土壤作为基质,水力停留时间为3 d,水力负荷约为0.17 m3/（m2.d-1）。同时建立两块实验田（A和B）,用未经处理的黄河水灌溉实验田A,用人工湿地处理后的黄河水灌溉实验田B。比较处理前后灌溉水的水质、两实验农田土壤污染物含量及土壤肥力、作物的生理状况差异及籽粒中重金属含量等,研究结果用于对当地居民食用这些作物的健康风险评估,结果显示：1.利用人工湿地处理灌溉水后,水中溶解氧含量显著提高,总磷、总氮、化学需氧量、生化学氧量、挥发酚及四种重金属（铜,Cu、锌,Zn、铅,Pb、镉,Cd）含量都显著下降（P<0.05）,显示出人工湿地可以高效的去除受污黄河水中的污染物含量；2.实验田B中土壤含量逐月下降,且这种差异逐月增大；在6月和7月已显著（P<0.05）低于实验田A；实验田B中土壤肥力亦随之下降；3.实验田A中土壤受到了Cd和Pb的污染；经过处理后的灌溉水灌溉后,重金属污染度和潜在生态危害指数有了明显的降低,可见人工湿地能有效的降低重金属对农田土壤的污染；4.实验田A中春小麦籽粒的Pb含量超过了世界卫生组织规定的粮食卫生标准。实验田B春小麦各组织中四种重金属含量均显著地降低了（P<0.05）,并且均达到了粮食卫生标准。人工湿地能够显著地降低春小麦中的重金属含量与其对小麦的氧化损伤程度,提高小麦抗逆能力（P<0.05）；5.实验田A中Pb的危险商数（Hazard quotient,HQ）（成年男性和儿童）高于1,然而在实验田B中有了大幅度降低。说明A中的小麦会给成年男性和儿童的健康带来潜在风险,然而B中的小麦是相对安全的。总之,利用人工湿地处理灌溉水,高效地降低了灌溉水、农田土壤和农作物中的污染物含量,降低了人们食用作物的风险,表明在黄河上游利用人工湿地处理灌溉水具有较好的效果,切实可行。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 水资源现状
• 1.1.1 全球水资源
• 1.1.2 中国水资源
• 1.1.3 中国水资源污染
• 1.1.4 黄河兰州段污染
• 1.2 水污染对春小麦的影响研究
• 1.2.1 我国小麦及春小麦的分布
• 1.2.2 黄河上游污水灌溉现状
• 1.3 人类健康风险评价
• 1.4 水污染的生态修复及其研究现状
• 1.4.1 底泥疏浚
• 1.4.2 植物修复
• 1.4.3 微生物修复
• 1.4.4 构建人工湿地进行修复
• 1.5 人工湿地的研究现状
• 1.6 研究目的和意义
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 水质指标
• 2.1.1 水中溶解氧的测定
• 2.1.2 水中生化需氧量的测定
• 2.1.3 水中化学需氧量的测定
• 2.1.4 水中挥发酚的测定
• 2.1.5 水中总磷的测定
• 2.1.6 水中总氮的测定
• 2.1.7 水中重金属测定
• 2.2 土壤指标
• 2.2.1 土壤样品采集与处理
• 2.2.2 土壤重金属的测定
• 2.2.3 土壤有机质的测定
• 2.2.4 土壤水解性氮的测定
• 2.2.5 土壤中速效磷的测定
• 2.3 农作物指标
• 2.3.1 作物样品采集与处理
• 2.3.2 作物中重金属测定
• 2.3.3 作物中丙二醛含量测定
• 2.3.4 作物过氧化氢含量测定
• 2.3.5 作物膜透性的测定
• 2.4 风险评价指标
• 2.4.1 农田风险评价
• 2.4.2 人群健康风险评价
• 2.5 数据处理
• 第三章 实验结果与讨论
• 3.1 实验样地选择与人工湿地的构建
• 3.2 人工湿地水质净化效果
• 3.2.1 2009年人工湿地对水质的净化效果
• 3.2.2 2010年人工湿地对水质的净化效果
• 3.3 人工湿地对农田土壤的影响
• 3.3.1 农田土壤中重金属含量及降低率
• 3.3.2 土壤污染物生态风险评价
• 3.3.3 人工湿地对农田土壤肥力的影响
• 3.4 人工湿地对春小麦的影响
• 3.4.1 春小麦中重金属及降低率
• 3.4.2 对春小麦抗逆能力的影响
• 3.5 人群健康风险评价
• ingest的确定'>3.5.1 ADD_ingest的确定
• 3.5.2 作物食用风险评价
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果
• 教育经历
• 附录