辽河口芦苇湿地对营养物质和有机污染物的净化能力研究

论文摘要

湿地是全球重要的生态系统,具有丰富的自然资源,对人类的生产生活具有巨大的作用。随着经济的发展,全国多数湿地不断面临被开发、利用的境地。因此,如何在有效保护的前提下,合理利用好现有湿地资源成为当前研究的一个重要方向。辽河口自然湿地以芦苇为主要植物种群,对氮、磷具有较强的吸收和净化能力。本文通过对2008年10月至2009年9月辽河口芦苇湿地系统苇田积水中不同形态氮、磷和COD、石油类,土壤总氮、总磷、有机碳和石油类,以及不同生长期芦苇不同器官氮、磷含量的时空变化研究,认识营养物质和有机污染物在湿地系统中的行为特征,评估该系统对上述污染物质的去除能力,为湿地的合理管理和利用提供数据支持,对保护好该湿地资源具有重要的意义。对芦苇生长期内苇田积水中各营养物质和有机污染物的监测结果表明:苇田积水中氮的组成和含量在芦苇生长期内不断变化,其含量随着芦苇的生长而逐渐降低,最后维持在一个较低的水平;有机氮始终是氮的主要组分,其含量约是无机氮的1.64~90.74倍;无机氮在芦苇生长初期以硝酸氮为主(占80.22%),之后以氨氮成为主要组分(占76.46~85.95%);湿地对无机氮的净化快于对有机氮的净化。磷的变化规律与氮不同,有机磷和无机磷均能得到较快的降解,有机磷和无机磷的含量交替升降;5月份时有机磷和无机磷的含量相当,7月份有机磷占绝对优势(87.4%),之后以无机磷为主(>70%)。苇田积水中石油类的含量随着芦苇的生长逐渐降低,5月至6月其含量降低幅度最高(75.26%),之后变化不明显,8月份之后其含量维持在一个较低的水平(0.168 mg/L)。COD的含量随时间的变化较为复杂,总体上呈先上升后降低的变化特征;7月份之前受两次进水的影响,水体中COD的含量较高,之后其含量才有所降低,8月份至9月份时水体中COD含量降低了55.87%。苇田积水中污染物质的组成和变化特征,短期内受进水的影响较大。5月至9月,辽河口芦苇湿地对总氮、总磷、COD和石油类去除量分别为2365 mg/m~2、126.4 mg/m~2、21390 mg/m~2和550.5 mg/m~2,净化效果分别达到97.4%、84.3%、72.6%和94.0%,湿地对污染物质具有很好的去除能力。通过对辽河口芦苇湿地土壤中氮、磷、有机碳和石油类的分布特征研究发现:辽河口芦苇湿地土壤中总氮、总磷和有机碳含量均呈从表层向深层逐渐减少的趋势,并且表层氮、磷和有机碳含量(TN为0.67%,TP为0.088%,TOC为6.5%)显著大于下层土壤(TN为0.045%~0.26%,TP为0.034%~0.06%,TOC为0.33%~2.4%),其中总氮和有机碳含量具有很好的相关性(相关性系数为0.9980)。土壤中石油类的含量为2.39~747 mg/kg,其在土壤中的垂直分布没有明显的变化规律,且底层石油类含量有较大值出现,石油类在湿地土壤中可能发生了迁移。辽河口芦苇湿地土壤中总氮、总磷、有机碳和石油类的水平和垂直表异性均表现为中等变异或强变异性。总体上,总磷在湿地土壤中的水平和垂直分布比总氮均匀;有机碳在土壤中的水平分布相对均匀,而其垂直分布的均匀性较差;石油类在土壤中的水平和垂直分布均匀性均较差。对不同生长期芦苇根、茎、叶、花等器官氮、磷含量的变化特征分析表明:芦苇各器官氮、磷含量随时间的变化特征不同,各器官含氮量总体上要大于含磷量,芦苇对氮素的吸收要强于磷素。芦苇不同器官氮磷含量的变化特征与芦苇的生长特性之间存在着密切的关系。10月份通过收割芦苇从湿地系统中迁出的氮、磷总量分别为2.14 mg/m~2和0.11 mg/m~2,分别占湿地总净化能力的90.6%和84.7%,芦苇吸收是本研究系统净化氮、磷的主要方式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 文献综述
• 1.1 湿地系统氮、磷的迁移转化特征研究
• 1.1.1 湿地系统中氮的迁移转化特征
• 1.1.2 湿地系统中磷的迁移转化特征
• 1.2 湿地系统中有机污染物的行为特征
• 1.3 湿地对水体污染物质的净化功能研究
• 1.3.1 不同类型湿地对水体污染物质的净化能力研究
• 1.3.2 影响自然湿地净化能力的因素
• 1.3.2.1 土壤理化性质的影响
• 1.3.2.2 植物因素的影响
• 1.3.2.3 微生物因素的影响
• 1.3.2.4 其他环境因素的影响
• 1.3.3 芦苇在湿地系统净化功能中的作用
• 1.4 辽河口湿地区域概况
• 1.4.1 辽河口湿地自然地理位置特征
• 1.4.2 区域研究概况
• 1.5 主要研究内容
• 2 研究方法
• 2.1 研究思路与技术路线
• 2.1.1 研究思路
• 2.1.2 技术路线
• 2.2 站位设置与采样方法
• 2.2.1 研究区域概况
• 2.2.2 水样采集与保存
• 2.2.3 土壤样品采集与保存
• 2.2.4 芦苇样品采集与保存
• 2.3 样品分析方法
• 2.3.1 水体营养盐、石油类和COD
• 2.3.2 土壤总氮、总磷、有机碳和石油类
• 2.3.3 芦苇样品分析
• 2.4 数据处理方法
• 3 苇田积水中氮、磷、COD 和石油类的含量变化特征
• 3.1 苇田积水温度、盐度和pH 的变化特征
• 3.2 苇田积水中氮的变化特征
• 3.3 苇田积水中磷的变化特征
• 3.4 苇田积水中石油类的变化特征
• 3.5 苇田积水中COD 的变化特征
• 3.6 芦苇生长期内苇田积水中氮、磷含量变化的影响因素
• 3.7 芦苇生长期内苇田积水中石油类和COD 含量变化的影响因素
• 4 土壤中氮、磷、有机碳和石油类的变化特征
• 4.1 土壤中氮、磷的垂直分布规律
• 4.2 土壤中有机碳和石油类的垂直分布规律
• 4.3 土壤中氮、磷、有机碳和石油类的空间变异性
• 5 辽河口芦苇湿地对氮、磷和有机污染物的净化能力
• 5.1 辽河口芦苇湿地对氮、磷的净化能力
• 5.1.1 湿地中氮、磷物质的输入、输出途径
• 5.1.2 湿地氮、磷的输入、输出和净化能力
• 5.1.3 河蟹养殖对湿地系统去除氮磷的影响
• 5.2 辽河口芦苇湿地对石油类和COD 的净化能力
• 5.2.1 湿地中有机污染物的输入和输出途径
• 5.2.2 湿地中有机污染物的输入、输出和净化能力
• 5.3 辽河口芦苇湿地对污染物质的净化效果
• 6 芦苇植物对湿地净化污染物质能力的贡献
• 6.1 芦苇各器官氮、磷含量随时间的变化特征
• 6.2 芦苇不同器官氮磷含量变化与芦苇生长特性之间的关系
• 6.3 芦苇收割对辽河口湿地去除氮、磷的贡献
• 7 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、硕士期间发表论文情况