沉水植被恢复对贡湖水源保护区河流污染削减技术研究

论文摘要

当前,水环境污染和水资源短缺是当今全球淡水资源面临的两大危机。特别是水源地蓝藻水华现象的发生程增长趋势,极大的威胁着人们的饮用水安全。因此,控制水源保护区外源和内源营养盐负荷,降低湖泊河流的富营养化水平,恢复健康的淡水生态系统已成为亟待解决的重要问题。本文针对太湖贡湖水源保护区陆域保护范围内的入湖河流污染特征,进行污染削减技术研究,并对生态修复效果进行了评估研究。首先,对贡湖水源保护区河流富营养状况进行了调查评价;其次,研究了光照、温度对土著和筛选的沉水植物光合特性的影响;第三,进行了不同浑浊水体中沉水植物氮磷吸收特性研究,并根据实验室研究结果通过进行耐寒沉水植物水质净化原位围隔实验;第四,在贡湖金墅湾水源地河道进行以沉水植物恢复为主的河流污染削减技术研究,建立和优化了大型溞引导的沉水植被恢复生态修复工程技术和连续可调式沉水植物种植床生态修复技术,并对生态修复效果进行了评估研究。主要研究结果如下:1.贡湖水源地入湖河流富营养化状态调查及评价2008-2009年对太湖贡湖水源地金墅港、田鸡港、龙塘港等3条主要河道的水质及水生生物特征进行了季节性调查。贡湖水源地河流水体富营养化风险较大,主要污染指标为总氮和总磷,全年TN平均浓度为3.094 mg/L,TP平均浓度为0.112 mg/L。6月浮游植物总密度显著高于3月,主要以蓝藻门、绿藻门和硅藻门为主。大型水生植物调查结果显示,春季仅见芦苇,夏季和秋季大型水生植物量增多但种类单一,其中金墅港主要以菊花草为主,其盖度达到90%,其次有金鱼藻、穗状狐尾藻等沉水植物;漂浮植物紫萍生物量最大,盖度达到60%。三条河道浮叶植物凤眼莲和挺水植物芦苇生物量均较多。冬季未见大型水生植物。水源地春季和夏季均处于富营养化状态,其中春季达到中度富营养化（LTI（Σ）=64.113）,秋冬季节水源地水质为中营养（LTI（Σ）=53.526）2.光照、温度对沉水植物光合特性的影响利用PAM荧光仪测定苦草（Vallisneria spiralis）光系统PSⅡ光化学效率（Fv/Fm）及其他光合参数。低光照条件下不同温度间苦草光系统PSⅡ光化学效率（Fv/Fm）值差异不显著（P>0.05）。25℃时,实验光照范围内Fv/Fm值具有最高平均值0.75。整个温度范围内,初始荧光F0随光照变化并不明显（P>0.05）,低温对F0几乎没有什么影响,表明F0对低温具有一定的抗性,而初始荧光F0对高温35℃的响应是相对于25℃有所上升。温度对苦草相对最大电子传递速率的影响较光照显著（P<0.05）。透明度与水下光强的推导显示在水体透明度为低于0.9 m时沉水植物苦草得生长开始受到底光限制制,光合作用效率下降。3.不同浑浊水体中沉水植物氮磷吸收特性研究研究了苦草（V. spiralis）、绿菊花草（Cabomba.sp）、轮叶黑藻（Hydrilla verticillata）在浑浊水体中的氮、磷吸收特性及三种植物对水体浊度的影响。结果表明,三种沉水植物对水体浊度的去除均有较好的效果,三种沉水植物混合组培养,其浊度下降率为99.73%,而轮叶黑藻和苦草分别为96.64%和90.36%,而空白对照组下降率为80%。在浑浊水体,三种沉水植物混合种植,TN、NO3--N及Chl a含量的降低显著高于其他实验组（P<0.05）;对PO43--P、TP、CODMn吸收效果不明显。4.耐寒沉水植物水质净化原位围隔实验研究研究了经过实验室耐寒性驯化的沉水植物苦草（V. spiralis）、伊乐藻（Elodea Canadensis）在冬季对贡湖水源地水质的净化效果。苦草实验组、伊乐藻实验组、苦草+伊乐藻实验组三种形态氮分别降低为实验前的78.76%、70.20%、83.42%、81.85%、72.30%、75.55%、88.80%、78.80%、86.21%,而空白对照组与围隔外水质氮素浓度变化幅度较小,TN浓度分别降低37.12%和15.87%;苦草+伊乐藻实验组对TP和CODMn的去除效率显著高于净化效率显著高于其他围隔（P<0.05）,分别为86.97%和76.16%;经驯化后的苦草和伊乐藻在冬季有较好的净化水质效果且净化效果:苦草+伊乐藻>苦草>伊乐藻。5.贡湖水源地沉水植被生态构建和污染削减现场实验效果大型溞引导沉水植被恢复的生态修复系统对金墅湾河浜水体的TN、TP、CODMn、NO2、NO3的去除有明显的促进作用（P<0.01）,浓度分别比修复前降低了52.9%、73.1%、47.1%、78.0%和71.1%,透明度提高了70cm,达到国家地表水Ⅲ类水质标准。可调式沉水植物网床技术对河浜水体NH4-N的去除率显著高于其他形态的氮。对总磷净化效果较PO43--P净化效果高。对照区磷浓度变化不明显。对外源负荷的承载力实验表明,引入1/4体积时,河道生态系统对营养盐的削减效果均较高,其中对正磷酸盐的削减率达到80%。随着外源营养负荷的不断增加,河道的净化效率程下降趋势,当TN负荷为5310.018g时,河道对TN的去除率仍可达到44%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 我国淡水环境富营养化状况及生物修复策略
• 第二章 贡湖水源地河流富营养状况调查及评价
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 3 讨论
• 第三章 沉水植物生理生态特性研究
• 第一节 弱光条件下不同温度对苦草（Vallisneria asiatica）光合参数的影响
• 1 材料和方法
• 2 结果与分析
• 3 讨论
• 第二节 三种沉水植物对水体浊度的影响及氮磷吸收特性
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 3 讨论
• 第三节 耐寒沉水植物水质净化效果原位围隔实验研究
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 3 讨论
• 第四章 沉水植被生态构建和污染削减现场实验效果
• 第一节 大型溞引导沉水植物对金墅湾生态修复效果
• 1 研究区域及方法
• 2 结果与分析
• 3 讨论
• 第二节 连续可调式沉水植物种植床对金墅湾生态修复效果
• 1 研究区域与方法
• 2 结果与分析
• 3 讨论
• 结论
• 特色与创新点
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间科研工作情况
• 致谢