（环境工程专业论文）十五里河氮磷形态及生态修复模拟研究.pdf

十五里河氮磷形态及生态修复模拟研究 摘要 富营养化水体的修复原理和技术研究是国内外环境学和生态学研究的热 点。在富营养化水体修复的各种手段中，植物浮床修复是一种低耗能、效用明 显的新技术，利用水生植物对水体中营养元素的吸收来净化富营养化水体的方 式已经引起国内外学术界的高度重视。 本文在富营养化水体中进行浮床植物的筛选及所选植物对水体净化效果研 究。首先研究测定了典型入巢湖河流十五里河水体及沉积物中氮、磷赋存形态， 根据水体富营养化特征，选取部分水生植物，研究其在自然条件下对水体氮、 磷等无机营养元素的吸收转化机理。考虑植物生长条件，选择出能适应河流水 质现状并且具有高营养盐去除率的植物物种作为构造浮床的先锋物种。考虑到 水体的富营养化过程，除了外源营养盐输入的影响外，沉积物的内源释放也是 一个重要原因，中期通过在不同环境条件下( 温度、溶解氧、p h 、有机物含量 等) 监测沉积物氮素向上覆水体的释放形态及释放量，研究了河流沉积物中氮 素内源释放机理和规律，得出了沉积物氮素内源释放的最佳抑制条件。后期进 行了空心菜浮床、美人蕉浮床的工程应用研究，在户外模拟十五里河河水的池 体中，研究了植物种类、植株生物量、植株密度等对水体的净化程度。 结论如下： ( 1 ) 试验所选植物都能较快速地适应富营养化水体，对水体中的氮、磷营养 盐均具有一定的去除效果，其中空心菜、美人蕉和水花生具有强净化能力，去 除氮磷效果更为明显。同时考虑美人蕉具有一定的美化景观功能；空心菜作为 蔬菜品种具有一定的经济价值；水花生在自然环境中普遍存在、容易获取，可 以加工成动物饲料等，这些植物都能成为生态修复中构建人工浮床的备选物种。 水芹菜性喜凉爽，对高温非常敏感，夏季时容易枯萎，在秋季生长旺盛对营养 元素的吸收效果较好，而空心菜夏季生长非常快且可抗高温，但秋冬季生长减 缓，因此可以在夏秋季节交叉使用空心菜和水芹菜构建人工浮床。 综合考虑植株成活率、生物量增长量、氮磷吸收效果等因素，以空心菜、 水花生为主，交叉使用美人蕉、水芹等植物是构建十五里河生物浮床较合理的 群落结构。 ( 2 ) 沉积物中氨氮随时间的释放函数符合对数方程。溶解氧是控制沉积物氮 素释放的重要因素。好氧条件下，沉积物中氨氮的释放受到抑制。沉积物中磷 的释放以铁磷释放为主。当上覆水中可溶性磷浓度在0 0 1 0 5 m g l 时，以沉 积物中的磷向上覆水中释放为主；当上覆水中磷浓度大于2 m g l 时，以上覆水 中的磷被沉积物吸附为主，同时上覆水中的高浓度磷抑制碱性磷酸酶的活性。 p h 在弱酸至中性范围内底泥释放量较小，酸性和碱性条件都有利于磷的释放、 温度升高、厌氧状态均可增加底泥磷释放，故保持河道水体中较高的溶解氧， 维持p h 在中性范围内波动等可有效抑制沉积物中氨氮和磷素的释放。 ( 3 ) 由于水生植物大量吸收利用水中的氮、磷等营养物质，并改变了水体的 环境因子，抑制了沉积物中氮、磷的释放，同时使水体沉积物中的磷更易于固 定，即减缓了沉积物中磷的释放，从而降低了河流水体中总磷的含量。 ( 4 ) 浮床试验中，植物根区放氧及活性增强，水体溶解氧变大，可能导致硝 化反硝化作用增强，对磷的摄取量增大，同时也促使微生物对污染水体c o d 的降解。水生植物在其生长期内能够有效地控制水体中的氮磷等营养盐。与试 验前相比较，无机氮、氨氮、总磷指标均有较大程度的下降，水体透明度有所 提高，而且水体中其他水质指标波动平稳。在适宜生长条件下，水生植物的生 物量在几周内成倍数增长，经济价值可观。 关键词：入湖河流，生态修复，内源释放，植物浮床 t h es t u d yo nf o r m so fn i t r o g e n - p h o s p h o r u sa n d e c o l o g i c a lr e m e d i a t i o ns i m u l a t i o ni ns h i w u l i r i v e r a b s t r a c t e u t r o p h i cw a t e rb o d yr e s t o r a t i o np r i n c i p l e sa n dt e c h n i c a l s t u d i e si st h eh o t r e s e a r c hf i e l di nd o m e s t i ca n df o r e i g ne n v i r o n m e n ta n de c o l o g y i nav a r i e t yo f m e t h o d st or e p a i r i n ge u t r o p h i cw a t e r ，t h ep l a n tf l o a t i n gb e dr e p a i ri sal o wp o w e r w a y ，i ta c q u i r e so b v i o u se f f e c tn e wt e c h n o l o g y ，t h a tu s e sa q u a t i cp l a n t st oa b s o r b n u t r i e n t st op u r i f ye u t r o p h i cw a t e r i th a sa t t r a c t e dd o m e s t i ca n df o r e i g na c a d e m i c c i r c l e sa t t e n t i o n i nt h i sp a p e r , w es c r e e no fp l a n ts p e c i e sf o rf l o a t i n gb e di nt h ee u t r o p h i cw a t e r ， a n dw es t u d yo nt h ep u r i f i c a t i o ne f f e c tt ow a t e r o ft h e s ep l a n tw h i c hw eh a v e s e l e c t e d f i r s to fa l l ，w eh a v es t u d i e dn i t r o g e na n dp h o s p h o r u ss p e c i a t i o ni nw a t e r b o d ya n ds e d i m e n to fat y p i c a li n f l o wr i v e r sn a m e ds h i w u l ir i v e r a c c o r d i n gt o e u t r o p h i c a t i o no fw a t e rb o d i e s ，w es e l e c tt h ep a r to ft h ea q u a t i cp l a n t s ，t os t u d yt h e a b s o r p t i o na n dt r a n s f o r m a t i o nm e c h a n i s mo fi n o r g a n i cn u t r i e n t ss u c ha sn i t r o g e n a n dp h o s p h o r u si nw a t e ru n d e rn a t u r a lc o n d i t i o n s t a k i n gi n t oa c c o u n tt h ep l a n t g r o w t hc o n d i t i o n s ，w ec h o o s et oa d a p tt ot h es t a t u so fr i v e rw a t e rq u a l i t ya n d h a sa h i g hn u t r i e n tr e m o v a lp l a n ts p e c i e sa sap i o n e e rs p e c i e st h a tc o n s t r u c tf l o a t i n gb e d t a k i n gi n t oa c c o u n tt h ep r o c e s so fe u t r o p h i c a t i o no fw a t e rb o d i e s ，i na d d i t i o n t oe x o g e n o u sn u t r i e n ti n p u t s ，t h ee n d o g e n o u sr e l e a s eo fs e d i m e n t si s a l s oa n i m p o r t a n t r e a s o n i nt h em e d i u m t e r m ，t h r o u g ht h ed i f f e r e n te n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s ( t e m p e r a t u r e ，d o ，p h ，o r g a n i cc o n t e n t ，e t c ) ，w em o n i t o r e dt h er e l e a s e f o r ma n dq u a n t i t yo fn i t r o g e nw h i c hi sr e l e a s e df r o ms e d i m e n tt oo v e r l y i n gw a t e r ， a n dw es t u d i e dt h er e l e a s em e c h a n i s ma n dt h el a w ，t h e nw ec o m et ot h eb e s t c o n d i t i o n sf o rt h er e l e a s eo ft h ei n h i b i t o r y l a t e r ，w eu s ew a t e rs p i n a c h ，c a n n af l o a t i n gb e df o re n g i n e e r i n ga p p l i e d r e s e a r c h w eh a v es t u d i e dt h ec h a n g ei np l a n ts p e c i e s ，p l a n tb i o m a s s ，p l a n td e n s i t y e f f e c t so nw a t e rp u r i f i c a t i o ni nt h eo u t d o o rp o o lt os i m u l a t es h i w u l ir i v e r c o n c l u s i o n sw e r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) p l a n t sc h o s e nf o rt h ee x p e r i m e n tc a nb eq u i c k l ya d a p t e dt ot h ee u t r o p h i c w a t e r t h e yr e m o v a lo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sa l lh a v eac e r t a i ne f f e c t ，i nw h i c h w a t e rs p i n a c h ，c a n n aa n da l t e m a n t h e r ap h i l o x e r o i d e sh a sas t r o n gc l e a n i n ga b i l i t y t or e m o v en i t r o g e na n dp h o s p h o r u s c a n n ah a ss o m el a n d s c a p i n gf e a t u r e s ，w a t e r s p i n a c h a sa v e g e t a b l e v a r i e t i e sh a v es o m ee c o n o m i cv a l u e ，a l t e m a n t h e r a p h i l o x e r o i d e si sp r e v a l e n ti nt h en a t u r a le n v i r o n m e n t ，a n de a s ya c c e s s ，c a nb e p r o c e s s e di n t oa n i m a lf e e d t h e s ep l a n t sc a nb eac a n d i d a t ei n t h ee c o l o g i c a l r e s t o r a t i o no fs p e c i e st ob u i l df l o a t i n gb e d o e n a n t h es t o l o n i f e r al i k e st h ec o o l ，i s s e n s i t i v et oh e a t ，e a s i l yw i t h e ri nt h es u m m e r i tg r o w sw e l li nt h ef a l l ，a n dt h e a b s o r p t i o no fn u t r i e n t si sb e t t e r w a t e rs p i n a c hg r o w ss i g n i f i c a n t l yi ns u m m e ra n d i t c a nw i t h s t a n dh i g ht e m p e r a t u r e s h o w e v e r , t h eg r o w t ho fi ti nt h ef a l ls l o w s ow e u s ew a t e rs p i n a c ha n do e n a n t h es t o l o n i f e r at oc o n s t r u c ta r t i f i c i a lf l o a t i n gb e di nt h e s u m m e ra n df a l ls e a s o n s c o m p r e h e n s i v ec o n s i d e r a t i o nf a c t o r ss u c ha sp l a n ts u r v i v a l ，g r o w t ha m o u n to f b i o m a s s ，a b s o r p t i o no fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s ，w eh a v ec o m et o ：m a i n l yu s e w a t e r s p i n a c h a n da l t e m a n t h e r a p h i l o x e r o i d e s ，m i x e d - u s ec a n n a ，o e n a n t h e s t o l o n i f e r aa n do t h e rp l a n t si sam o r er e a s o n a b l ec o m m u n i t ys t r u c t u r et ob u i l d f l o a t i n gb e di ns h i w u l ir i v e r ( 2 ) t h er e l e a s eo fa m m o n i an i t r o g e ni ns e d i m e n t so v e rt i m es h o w e dt h el a wo f l o g a r i t h m i ce q u a t i o n c o n t r o lo fd oo nn i t r o g e nr e l e a s ef r o ms e d i m e n t s i sa n i m p o r t a n tf a c t o r u n d e ra e r o b i cc o n d i t i o n s ，t h er e l e a s eo fa m m o n i an i t r o g e ni n s e d i m e n ti s i n h i b i t e d p h o s p h o r u sr e l e a s e df r o ms e d i m e n t s i sb a s e do ni r o n p h o s p h a t ea st h em a i nf o r m w h e nt h es o l u b l ep h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o nw a s 0 01 - 0 5 m g li nt h e o v e r l y i n gw a t e r , s e d i m e n tp h o s p h o r u s r e l e a s e di n t ot h e o v e r l y i n gw a t e r a tt h es a m et i m eh i g hc o n c e n t r a t i o n so fp h o s p h a t ei n h i b i t e da l p a c t i v i t yi nt h eo v e r l y i n gw a t e r t h er e l e a s eo fp h o s p h o r u si ss m a l li nw e a ka c i dt o n e u t r a lr a n g e a c i d i ca n da l k a l i n ec o n d i t i o n sa r ec o n d u c t i v et ot h er e l e a s eo f p h o s p h o r u s ，e l e v a t e dt e m p e r a t u r e ，a n a e r o b i cc o n d i t i o n sm a yi n c r e a s et h er e l e a s eo f p h o s p h o r u si ns e d i m e n t s t h e r e f o r e ，t om a i n t a i nh i g hd oa n dp hi nt h en e u t r a l r a n g eo ff l u c t u a t i o ni nt h er i v e rw a t e rc a n i n h i b i tt h er e l e a s eo fa m m o n i an i t r o g e n a n dp h o s p h o r u sf r o mt h es e d i m e n te f f e c t i v e l y ( 3 ) b e c a u s eal a r g en u m b e ro fa q u a t i cp l a n t sa b s o r bn i t r o g e n ，p h o s p h o r u sa n d o t h e rn u t r i e n t si nt h ew a t e r ，a n dc h a n g et h ew a t e rb o d ye n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ， l e a d i n gt ot h ep h o s p h o r u si ns e d i m e n ti sm o r ee a s i l yf i x e d ，t h a ti s ，i ts l o w sd o w n t h er e l e a s eo fp h o s p h o r u si ns e d i m e n ta n dr e d u c et h ec o n c e n t r a t i o no ft o t a l p h o s p h o r u si nw a t e ro f r i v e r ( 4 ) i nt h ee x p e r i m e n t ，o x y g e ni n c r e a s e da n dt h ea c t i v i t yw a se n h a n c e di nt h e p l a n tr o o tz o n e i tm a yl e a dt ot h ee n h a n c e dr o l eo fn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n a n da ni n c r e a s ei n p h o s p h o r u si n t a k e ，a l s o i tc a nc o n t r i b u t e st om i c r o b i a l d e g r a d a t i o no fc o di nt h ee u t r o p h i cw a t e rb o d y 。a q u a t i cp l a n t sc a ne f f e c t i v e l y c o n t r o ln i t r o g e na n dp h o s p h o r u sa n do t h e rn u t r i e n t si nw a t e rd u r i n gt h e i rg r o w i n g p e r i o d t h r o u g he x p e r i m e n t s ，i n o r g a n i cn i t r o g e nw e r ed e c r e a s e db y7 0 ，a m m o n i a n i t r o g e n i n d e xf e l l 8 5 ，t o t a lp h o s p h o r u s i n d e xh a sd e c l i n e d b y5 0 ，w a t e r t r a n s p a r e n c yh a si m p r o v e d ，a n do t h e rw a t e rq u a l i t yi n d i c a t o r ss h o w e das m o o t h f l u c t u a t i o n si nt h es t a t e u n d e rs u i t a b l ec o n d i t i o n s ，t h eb i o m a s so fa q u a t i cp l a n t i n c r e a s e ss e v e r a lt i m e s ，c r e a t i n gs i g n i f i c a n te c o n o m i cv a l u e k e y w o r d s ：i n f l o wr i v e r ；e c o l o g i c a lr e m e d i a t i o n ；e n d o g e n o u sr e l e a s e ；p l a n t s f l o a t i n gb e d 插图清单 图1 1氮循环示意图9 图3 1部分实验组照片1 9 图3 2根系生长情况一2 0 图3 3不同植物对水体氨氮的去除效果2 1 图3 4不同植物对水体总磷的去除效果2 2 图3 5不同植物对水体有机物的去除效果一2 3 图3 - 6不同植物对水体p h 的影响2 3 图3 7不同植物对水体d o 的影响2 4 图4 1十五里河采样点分布图2 6 图4 2沉积物中n h 4 + 的释放情况一2 8 图4 3不同溶解氧水平下沉积物中释放的n h 4 + 和n 0 3 随时间的变化3 0 图4 4不同溶解氧水平下上覆水p h 值随时间的变化3 1 图4 5 不同上覆水p h 值下沉积物中释放的n h 4 + 随时间的变化3 2 图4 6不同温度水平下沉积物中释放的n h 4 + 随时间的变化3 3 图4 7不同c o d 水平下沉积物中释放的n h 4 + 随时间的变化3 5 图5 1 试验装置与流程一3 7 图5 2单个浮床照片3 8 图5 3不同植物对水中氨氮的去除效果和累计去除率4 0 图5 4不同植物对水中无机氮的去除效果和累计去除率4 l 图5 5不同植物对水中总磷的去除效果和累计去除率4 l 图5 6不同植物对其他水质指标的影响4 2 表格清单 表2 1供试水体的初始浓度13 表2 2实验用水水质表1 3 表2 3实验仪器1 4 表2 4水样的主要测试项目及分析方法表1 4 表3 1不同植物生物量的对比2 l 表4 1采样点沉积物的基本理化性质2 7 表4 2底泥及水样的基本理化性质2 7 表4 3各指标随温度变化的方程拟合3 3 表5 1空心菜和美人蕉试验前后生长情况对比4 0 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得金胆王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我- n - z 作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字：闭椭檀日期山l 湃期日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金坦王些盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金墼王些太 兰l 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者躲i 躺导师魏影艮 签字日期：汕i 。年 月够日 签字日期心爿口年 月够日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 致谢 本论文是在恩师汪家权教授的悉心指导下完成的，论文的选题、构思、试 验的设计、方案的实施以及论文的撰写，无不倾注着恩师的智慧和心血。汪老 师对科学研究的深刻剖析和对本领域研究进展的敏锐洞察，无时不刻不在引导 和激励着我。恩师渊博的学识、开阔的思路、严谨的治学态度、勤勉的敬业精 神，豁达平易的待人风格以及开拓进取、求实创新的工作作风，给了我很多启 迪，将是我终生学习的楷模。值此论文完成之际，谨向我敬爱的恩师表示崇高 的敬意和最衷心的感谢! 感谢胡淑恒老师和实验室李云霞老师在三年的学习试验期间给予的无私帮 助。感谢从4 4 1 研究室走出的师兄师姐对我生活的关心和学习方面的指导；本 文的试验工作得到地表水实验小组全体成员的大力支持，感谢同学高芮、董献 彬、孙铭以及师弟张泽瑞、黄岜成，师妹倪进娟、马玉萍、杨子，是他们的无 私帮助才使我的实验得以顺利进行；感谢王烨、金鑫、刘畅、苏字等姐妹们在 学习及生活上给予的关心和支持。 感谢我的父母，在我成长过程中他们付出了巨大的艰辛，并一直默默的关 心和支持着我的生活和学业。感谢兄长及男友对我的关心、理解和支持。没有 他们的支持，不会有我的今天。今后无论我身处何方，他们的关爱将会激励我 不断拼搏、进取! 还有许多可敬的人们为本论文的完成提供了帮助，我将永远铭刻在心里， 在今后更加努力工作，为他们拥有更加健康的生存环境奉献我全部的力量。 作者：周楠楠 2 0 1 0 年4 月2 1 日 第一章绪论 水体富营养化是近年来全球面临的水环境保护中的重大生态环境问题之 一，在不同空间尺度上，从小流域到大区域甚至到全球尺度上都有体现，特别 是在中国，几乎所有的江、河、湖、库以及近海水域都面临着富营养化的威胁。 二十世纪末的调查表明i l 2 】，亚洲地区5 3 的湖泊为富营养化湖泊。我国湖泊的 污染状况十分严重，根据对中国2 5 个主要湖泊的调查结果显示，t n 浓度1 0 0 超标，t p 浓度9 2 的湖泊超标。普遍的重富营养造成多种用水功能的严重损害， 甚至完全丧失。 1 1 巢湖水体富营养化现状 巢湖是我国第四大淡水湖，其水域位于安徽省中部，地理位置在东经1 17 。1 6 7 5 4 一1 1 7 。5 1 4 6 ，北纬3 1 。2 5 7 2 8 一31 。4 3 7 2 8 ”，湖区横跨 合肥、巢湖两市，是人工控制的半封闭性水域。巢湖属长江下游左岸水系，水 域面积约8 2 0 平方公里，流域面积1 3 3 1 0 k m 2 ，是流域工农业用水和生活饮用水 的主要水源地，同时也是沿岸工农业排水和生活污水的主要纳污水体。随着巢 湖流域社会经济的发展，人类对自然资源的开发利用活动日益增加，工业生产 大规模地迅速发展，工厂企业排出工业废水量逐年增加；人口数量不断增加， 居民日常生活产生大量含有氮、磷等营养物质的生活污水；农业方面，为了提 高农作物产量、缩短生产周期，总土地施用化肥量逐年增加，畜禽养殖产生大 量的污水和粪便。生物生长所需的氮、磷等营养元素随着工业废水、居民生活 污水、农业面源污染经雨水冲刷和土壤渗透等不断排入附近的河流水体，增加 了水体营养物质的负荷量，引起藻类及其他浮游生物的迅速繁殖、水体溶解氧 含量下降等水体富营养化现象的出现，影响水体水质，威胁天然水生生物的生 存，导致水体生态退化，妨碍了这些水体作为资源的使用。 李如忠、汪家权、钱家忠等总结研究，2 0 世纪5 0 年代前，巢湖水质良好、 生物多样性丰富。6 0 年代初，巢湖建闸，湖泊逐渐演变成人工调节的半封闭水 体。到8 0 年代，湖水水质已经超出国家地表水环境标准之类水标准，t n 、 t p 及c o d m n 分别达1 6 8 m g l 、0 1 2 7 m g l 和4 1 6 m g l 。到9 0 年代，湖泊富营 养化进一步加剧，甚至出现全湖综合水质劣于地表水水质v 类标准的严重状况， 成为典型的富营养化湖泊，水生生物多样性破坏严重，整个湖泊以蓝藻为优势 群落，鱼类资源面临枯竭之危1 3 】。据统计，巢湖每年接纳多于3 0 0 0 家工矿企业 废水，输入的氮、磷量分别占巢湖总负荷的1 5 和2 6 t 引。 中国环境状况监测公报表明，2 0 0 5 年巢湖处于中度富营养化状态( 其中，西半湖 处于中度富营养状态，东半湖处于轻度富营养状态) 。巢湖湖体1 2 个国控监测点位监 测结果表明，湖体水质总体为劣v 类( 其中，东半湖为v 类水质，西半湖为劣v 类) 。 2 0 0 9 年4 月巢湖再度爆发蓝藻，塘西水域是最为严重的区域之一。巢湖水质的 严重污染已给巢湖流域带来巨大发展障碍，在造成重大经济损失的同时，严重 影响了流域地区的人居环境，危害到人类乃至整个生态系统的和谐发展，制约 了该地域经济、社会的可持续和谐发展【3 】。 1 2 十五里河 巢湖水体的补给依靠地表径流和湖面降水，入湖河流有十五里河、南淝河、 双桥河、杭埠河、丰乐河等3 5 条河流。河流是点源和非点源污染物的汇集带， 也是各类污染物进入湖泊的主要输入途径。环境监测部门对巢湖主要入湖水质 进行的监测结果显示，十五里河、南淝河、派河、双桥河等入湖河流水质呈明 显恶化、水体污染较严重p j 。十五里河发源于大蜀山东南麓，自西北流向东南， 上游与天鹅湖相连，下游至巢湖境内，全长约2 7 2 k m ，流域面积1 1 1 2 5 k m 2 【5 1 。 年平均温度1 5 1 6 ，年降水量9 4 7 1 6 0 0 m m ，夏季降雨量占全年降雨总量的 6 5 左右，会形成较大的地面径流。十五里河是合肥市西南部的主要行洪通道之 一，同时也是合肥市西南城区的一条纳污河流，是以工业废水为主的重污染河 道，包括合肥四方化工、安徽国风、安徽合力等很多企业产生的工业废水均排 入十五里河【6 j 。据1 9 9 9 年的监测数据表明1 7 】，十五里河向巢湖输入总磷为3 1 t a ， 总氮为2 9 8 9 t a ，c o d c r 为6 8 1 1 t a 。 1 3 课题研究意义 控制水体富营养化必须控制水体中氮磷等营养盐的含量。内源氮磷是导致 水体富营养化不可忽视的潜在二次污染源。 s u m i ts e n b r i a ne h a g g a r d i n d r a j e e tc h a u b e y 。k r i s t o f o rr b r y e 。t h o m a sa c o s t e l l o m a r t yd m a t l o c k 等人通过室内试验，研究了b e a v e r 水库中沉积物内 源磷的释放规律1 8 】。 b r u c ej p e t e r s o n ，w i l f r e dm w o l l h e i m ，p a t r i c kj m u l h o l l a n d 等人通过同位 素示踪，研究了氮是如何在河道河床被降解，以及条件变化如何影响氮素向下游 生态系统的输送i 引。 赵兴青，杨柳燕等人对太湖沉积物的理化性质及营养盐的时空变化做了研 究研究了沉积物氧化还原电位、p h 、总氮、总磷以及有机质四季垂向剖面分布 变化特征【1 0 j 。 2 付春平，钟成华，邓春光等研究结果显示：降低上覆水溶解氧浓度或升高 水温均能加速底泥中磷的释放；上覆水p h 在中性范围内底泥磷释量最低，在 较高或较低p h 时，释磷量都会增大【1 1 1 。 徐德兰，刘正文，雷泽湘等研究说明大型水生植物对底泥内源磷释放有抑 制作用【1 2 】。 近年来，大家广为关注的是巢湖水体及沉积物的营养成分分布状况，对于 入湖河流携带的大量污染没有进行过系统的调查研究。由于巢湖特定的水域地 理特性、自然气候条件、水生生态系统和污染特性等，本着从源头上控制的原则， 从控制入湖河流水体的氮、磷等营养元素的含量着手，减少通过河水补给而带 入巢湖的过量营养元素污染，控制入湖河流沉积物及巢湖自身沉积物中氮、磷 的释放，可减轻上覆水营养盐负荷，缓解水体的富营养化，为恢复巢湖水环境 生态系统的健康可持续循环提供实现依据。 无机营养元素氮和磷是造成水体富营养化的主要原因，利用人工生态浮床 技术去除水体中的氮、磷等营养元素是治理水体富营养化的有效途径之一。本 研究主要从浮床植物种类选择、植物修复富营养化水体机理、河流底泥各营养 元素内源释放规律、浮床应用强化措施的应用几个方面着手，对类十五里河水 进行了模拟人工浮床植物修复研究，以期为利用绿色生态修复技术控制入湖河 流富营养化，从而为最终达到减少巢湖外源污染、改善巢湖水环境提供科学依 据。 此外，人工生物浮床具有良好的景观效果、增加生物多样性以及一定的经 济效益等综合效益，使得这一技术将具有广阔的应用前景【1 3 】。 1 4 关于富营养化 1 4 1 水体富营养化成因及危害 水体富营养化的根本原因是磷、氮、碳等营养物质的增加使得藻类和有机 物增加。外因包括人们施用到土地中较多的氮、磷肥，随降雨流失到地表水； 家禽、畜产生大量富含营养物的排泄物随地表径流进入江河湖泊；污水灌溉常 由于污水中的高营养物含量或技术原因，造成土壤及地表水的污染；城镇生活 污水、工业废水、污水处理厂出水随地表径流进入地表水系；矿区地表径流； 燃料燃烧，氮元素以氮氧化物经大气沉降进入土壤或水体；水体人工养殖等。 内因指营养元素的内源释放，即由外源营养元素的长期输入及水生生物残渣的 沉积导致河流、湖泊等水体沉积物聚集了大量的氮磷营养盐，在适宜的条件下 这些氮磷营养物质可以溶解释放到水体，形成二次污染。 总的来说，富营养化现象的产生损害了景观和水体的资源化利用；富营养 水体浊度高，大量藻类及水生生物死亡后沉降到水体底部，微生物分解的同时 消耗水体底部大量溶解氧，严重的水华覆盖水面，阻止水体中植物的光合作用 及大气复氧，使水体溶解氧浓度急剧降低，水环境恶化，水体自净能力下降， 不适宜各种生物的生存，其水质也不能满足人们的用水需求。总的来说，水体 的富营养化使得水生生物种类减少，多样性受到破坏，威胁天然水生生物的生 存，导致水体生态退化，妨碍了这些水体作为资源的利用，在造成重大经济损 失的同时，危害到人类乃至整个生态系统的和谐发展。 1 4 2 富营养化水体处理对策 人类活动进入到陆地系统的营养盐，经河流携带进入湖泊，致使湖泊水域 的富营养化日益严重。无机营养元素n 、p 是引起水体富营养化的主要原因。 由于富营养化的发生受多种因素影响，一般应采取综合防治措施，包括防治和 修复两方面，防治是指阻断引起水体富营养化的污染源和削减其污染的措施； 修复是指对已发生富营养化的水体采取恢复其生态功能的措施。防治的目的在 于有效的阻断或削减污染来源，减少过量氮、磷等营养元素的外源输入，以抑 制初级生产力，消除产生富营养化的污染源。研究典型入巢湖河流的氮、磷素 的迁移转化规律，对于控制湖泊水体的富营养化非常重要。内陆河道及湖泊底 泥中有机物和营养盐的溶出是构成内源污染的主要原因。水体中的磷在水体几 乎不与空气交换，而主要与沉积物交换。研究显示，厌氧条件可以加重水体富 营养化程度。 目前水环境整治和生态修复的重要性已为人们所认识，能有效的控制藻华 的暴发，使人们享有安全的淡水资源和健康的生态环境，是国内外的重大需求。 这迫切需要采取有效水处理技术净化富营养化水体。水体富营养化面临的主要 是营养元素氮、磷的污染，污染源既有天然源也有人为源，既有外源性污染也 有内源性释放，既有工业点源又有农业面源，其复杂性使得目前对水体的富营 养化的治理与防范成为水污染治理中十分棘手的问题。 水处理技术要求低能源、低成本、低维护费。目前国内外的河流管理技术 主要包括物理方法如疏挖水底沉积物、沉淀池、河岸过滤、去除水草和藻类、 引入低营养水稀释、实行人工曝气等；化学方法如混凝剂法，常用的混凝剂如 硫酸铝可用于除藻，硫酸铜、二氧化氯也是常用的除藻剂，其中二氧化氯除藻 的效果较好，但成本较高；生物方法如接触氧化系统、人工湿地、大型生物植 物岛、养殖捕食藻类的鱼等抑制藻类繁殖生长等。水生植物广泛分布于河流湖 泊中，它可以直接吸收利用水体中的营养物质、富集水体中重金属，通过光合 作用增加水体含氧量，根区富氧满足微生物生长代谢对氧气的需求。化学方法 容易产生二次污染，且剂量难以掌握；物理方法( 如底泥疏浚) 费用较高，并 且存在一些难以克服的弊病【1 4 1 。采用生物方法修复富营养化的河流及湖泊，具 4 有其他处理方法不可比拟的优势，可以避免施用化学药物所产生的副作用和使 用机械所需要的高成本( 浮床修复污染水体方法投资少且造价和运营成本较 低) ，具高效的污水处理能力，并且具有比较长期持久的效果，与此同时还有美 化环境等功能。水生植物的大量生长繁殖，为浮游动物及其他生物提供栖息和 繁殖的场所，因此扑食浮游藻类的浮游动物大量繁殖，同时水生植物还可以分 泌出抑制藻类生长的物质，在一定程度上抑制了藻类的繁殖。利用人工浮床技 术清除水体中的n 、p 等营养元素是治理水体富营养化的有效途径之一。利用 挺水、浮叶和沉水植物的相互搭配，以形成合理的生态空间。利用水生植物生 长转移走水体营养盐的同时，要保证被移走的营养盐不会引起二次污染，并重 新进入循环。利用漂浮栽植技术栽培有经济价值的陆生和水生植物，用于水体 净化已成为一个新的研究方向。 1 5 人工浮床 1 5 1 人工浮床的概念及组成 人工浮床又称生态浮床( 生态浮岛) ，是在漂浮于水面的人工浮体结构上面 栽植水生植物( 一般主要采用挺水植物、近岸带植物) 。生态浮床( e c o l o g i c a l f l o a t i n gb e d ) 技术是以水生植物为主体，运用无土栽培技术原理，以高分子材料 等为载体和基质，应用物种间共生关系，充分利用水体空间和营养生态位的原 则，建立高效的人工生态系统，以削减水体中的营养盐负荷。 生态浮岛是绿化技术与漂浮技术的结合体。一般由四个部分组成，即浮岛 框架、植物浮床、水下固定装置以及水生植被。框架可采用亲自然的材料如竹、 木条等，植物生长的浮体一般是由高分子轻质材料制成，浮岛上植物一般选择 各类适宜的陆生植物和湿生植物。 1 5 2 生态浮床的净化作用原理 人工生态浮床对氮的去除途径包括水生微生物的硝化和反硝化作用、植物 植株的吸收作用、氨的挥发、基质吸附等。植物吸收就是植物在生长过程中， 吸收水体中的无机氮和无机磷转化为植物体的组成部分，最后通过植物的