生态沟渠对氮磷的净化及狐尾藻对氮的去除研究

论文摘要

面源污染已成为我国的一种主要污染源,其中农田氮、磷的大量流失是造成地表水体富营养化的主要原因。利用连接河湖和农田的排水沟渠净化面源污染已受到国内外普遍关注。本文一方面通过对生态沟渠的水质、植物和底泥进行连续监测,研究生态沟渠对农田排水的净化效果,另一方面通过室内盆栽培养试验,探讨种植狐尾藻对上覆水-沉积物两相及系统总氮的吸收效果、狐尾藻吸氮量及对系统除氮的贡献率,主要得出以下结论：1)2009年9月、10月、11月和2010年1月、5月、7月、8月、11月生态沟渠对进水总氮去除效果良好,去除率为1.71%～57.50%,其余月份由于强降雨造成水力负荷过大,或者植物刈割后处于休整期,生态沟渠对水质净化不明显。2)2009年8月至2010年1月,相对水芹菜+美人蕉组合、久雨花+千屈菜+竹节草+铜钱草组合,狐尾藻+灯芯草+芦竹组合对水中NH4+-N、NO3--N和TN表现出稳定的去除率。3)试验期间,生态沟渠中15种植物夏季茎叶的平均氮浓度是秋冬季的1.15～2.02倍,平均磷浓度是秋冬季的1.09～2.10倍；生长季内大部分植物茎叶氮、磷浓度呈现降低或者先升高后降低的趋势；香蒲、水芹菜、芦竹和千屈菜均具有较大的茎叶氮磷浓度。第一个生长季（2009年8月至11月）,11月份累积生物量干重达到最大,为0.09～13.85 kg/m2,美人蕉最高,芦竹最低,第二个生长季（2010年6月至8月）高于第一个生长季；美人蕉对氮、磷的吸收效果最佳,两个生长季末吸收量分别为90.60 g/m2、6.44 g/m2和96.17 g/m2、12.26 g/m2,菖蒲、狐尾藻和旱伞草均具有富集氮、磷的潜力。4)生态沟渠底泥对NH4+-N和NO3--N有一定累积作用,但是随着降雨和农田排水的冲刷,底泥会释放NO3--N。5)未施氮处理（NO）和低氮处理（N1）狐尾藻生长对上覆水NO3--N有吸收作用；中氮处理（N2）狐尾藻对上覆水NO3--N吸收作用不明显；高氮处理（N3）营养过高,对狐尾藻生长具有胁迫作用,造成上覆水NO3--N浓度升高。6)NO和N3氮处理狐尾藻对上覆水NH4+-N没有明显吸收作用,N1和N2氮处理狐尾藻对上覆水NH4+-N效果有明显的吸收作用。7)NO、N1和N2氮处理狐尾藻对沉积物中NO3-N吸收效果不明显；N3氮处理NO3-N的扩散是导致沉积物NO3-N减小的主要原因。8)NO和N1氮处理狐尾藻对沉积物NH4+-N没有吸收效果；N2氮处理狐尾藻对沉积物NH4+-N有明显的吸收效果；N3氮处理狐尾藻的腐烂可能导致沉积物NH4+-N浓度升高。9)N1和N2处理相对NO和N3处理,有利于狐尾藻生物量的累积,且有利与狐尾藻贮氮量的增加。10)NO、N1、N2和N3四个处理H系统总氮量分别减少0.68g、1.91g、5.86g和3.48g,其中狐尾藻对氮的吸收分别占系统氮去除的55.12%、69.76%、20.10%和13.32%,反硝化作用占44.88%、30.24%、79.9%和86.68%。NO和N1处理狐尾藻对氮的吸收作系统对氮去除的主要途径,相比反硝化作用稍差；在N2和N3处理沉积物及扩散至上覆水中氮的浓度过高,不利于狐尾藻生长甚至对其生长产生胁迫,不利于系统氮的去除。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语表
• 1 前言
• 1.1 水体富营养化
• 1.1.1 水体富营养化现状
• 1.1.2 水体富营养化的主要原因
• 1.2 生态沟渠对农田流失氮磷的阻控作用
• 1.2.1 生态沟渠的作用
• 1.2.2 影响生态沟渠去除效果的因素
• 1.3 水生植物-上覆水-沉积物中氮素的赋存
• 1.3.1 氮在上覆水-沉积物界面迁移转化机理
• 1.3.2 水生植物对上覆水和沉积物氮素的吸收作用
• 1.3.3 水生植物促进硝化和反硝化过程
• 1.3.4 水生植物对富营养化水体的生理响应
• 1.4 研究意义与研究内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 技术路线
• 2 材料与方法
• 2.1 生态沟渠试验
• 2.1.1 试验地点
• 2.1.2 试验设计
• 2.1.3 样品采集
• 2.2 狐尾藻对氮素的吸收试验
• 2.2.1 供试土壤
• 2.2.2 试验设计
• 2.3 基本理化性质测定
• 2.4 数据处理与统计分析
• 3 结果与讨论
• 3.1 生态沟渠的净化效果
• 3.1.1 生态沟渠进水与出水总氮的变化
• 3.1.2 不同植物组合对氮和磷的净化作用
• 3.1.3 植物对氮磷富集作用
• 3.1.4 生态沟渠对底泥中氮的截留作用
• 3.2 狐尾藻对上覆水、沉积物中氮素的影响
• 3^--N和NH₄⁺-N的吸收'>3.2.1 狐尾藻对上覆水NO₃^--N和NH₄⁺-N的吸收
• 3^--N和NH₄⁺-N的吸收'>3.2.2 狐尾藻对沉积物NO₃^--N和NH₄⁺-N的吸收
• 3.2.3 狐尾藻富集氮含量
• 3.2.4 上覆水-沉积物系统总氮的去除
• 4 结论
• 参考文献
• 致谢