（环境工程专业论文）沉水植物对再生水景观水体营养盐的控制机制研究.pdf

摘要 论文题目：沉水植物对再生水景观水体营养盐的控制机制研究 学科专业：环境工程 硕士生：刘维 指导老师：徐志嫱副教授 摘要 对于水资源严重短缺的中国西部城市，再生水回用于城市景观水体已成为我国污水再 生利用政策的首选，对实现城市湖泊景观水体水生态修复和水质改善具有重要的意义。但 由于再生水污染物本底值较高，水体的稀释自净能力较天然水体差，以及城市景观水体一 般为缓流水体和浅水水体，致使再生水景观水体易发生富营养化，因此富营养化成为再生 水回用于景观水体的主要限制因素。本文结合陕西省自然科学基金项目“沉水植物对景观 再生水中营养盐的控制机制研究 ，以西安市丰庆公园再生水景观水体为研究对象，丌展 了西安市常见沉水植物对再生水景观水体中营养盐的控制机制研究。 主要研究内容和研究成果包括以下几个方面： 1 ) 为揭示以再生水作为水源的景观水体受沉水植物影响下的水质富营养化的时空变 化规律，以西安市丰庆公园余湖为研究对象，丌展了不同区域和不同季节的水质监测试验， 并采用b p 神经网络法和综合营养状态指数法对湖水水质和营养程度进行了评价。研究结 果表明，再生水补水频繁的季节湖水水质优于补水频次低的季节，有沉水植物的区域氨氮、 总氮浓度明显低于主湖区。主湖区除5 、6 月份外，其他各月水质均高于v 类水质标准， 处于重度富营养化和异富营养化状态；而沉水植物区各月水质均能维持在i i i 类水质标准以 上，处于轻度富营养化和中度富营养化状态。可见，再生水回用于景观水体一般不会引起 水体水质恶化，频繁的再生水补入能使水质维持在较好的水平，沉水植物的存在也对水体 富营养化的改善起到了一定的作用。 2 ) 采用模拟试验研究金鱼藻、罗氏轮叶黑藻、菹草和伊乐藻四种沉水植物在不同季 节对不同营养盐浓度水体的净化效果，建立氮磷降解曲线方程并确定耐营养盐浓度范围。 结果表明：会鱼藻生长状况较差，对水体氮磷净化能力较弱；菹草特有的生长特性，使 其在春、秋、冬三季对水体氮磷具有较好的净化效果；罗氏轮叶黑藻和伊乐藻在各季节对 氮磷均具有较高的净化能力。沉水植物体系n 、p 的浓度随着时间呈负指数形式衰减， 回归曲线方程通式为c = a e - k ( a 0 ，k 0 ) ，系数a 、k 大小不仅与沉水植物种类有关，而 且与水体营养盐浓度相关，a 与起始浓度呈线性相关，k 与起始浓度呈二次分布。k 存 在极值点和极值。极值点反映沉水植物耐营养盐极限值，耐氮营养盐极限值表现为：菹草 金鱼藻 罗氏轮叶黑藻 伊乐藻；耐磷营养盐极限值表现为：伊乐藻 罗氏轮叶黑藻 菹草 金鱼藻。极值反映沉水植物的去除能力大小，对氮的去除能力表现为：罗氏轮叶黑 藻 菹草 伊乐藻 金鱼藻；对磷的去除能力表现为i 伊乐藻 罗氏轮叶黑藻 菹草 金 西安理一l 人学硕士学位论文 鱼藻，且沉水植物对磷的去除能力明显比氮强。 3 ) 在实验室模拟实验研究的基础上，采用室外玻璃缸装置研究了伊乐藻和轮叶黑藻 对再生水中氮、磷等营养盐的去除效果。结果表明：伊乐藻和轮叶黑藻对再生水水质具有 良好的改善作用，且伊乐藻优于轮叶黑藻。伊乐藻对再生水中c o d c ，、氮、磷的去除率 分别介于3 8 5 5 - - 5 7 5 4 ，4 3 1 3 5 1 8 1 和6 1 7 6 0 o , 7 7 4 5 ，可使水体中c h l a 含量维持 在2 0 蚓l 左右，对富营养化具有较好的改善作用，可作为西北地区再生水景观水体水质 修复的先锋植物。 关键词：沉水植物，再生水景观水体，富营养化，氮磷营养盐，控制机制 论文类型：应用基础 i 本文研究得到陕西省自然科学基础研究计划项目资助( 2 0 0 9 j m 7 0 0 9 ) ，特此感谢。 a b s t r a c t t i t t l e ：s t u d yo nm e c h a n i s mo fs u b me r g e dp l a n t so nt h e c o n t r a lo fn u t r i e n ts a l t si nl a n d s c a p ew a t e rb o d y s u p p l e m e n t e db yr e c l a i m e d 、 j ：a t e r s p e c i a l t y = e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g m a s t e r = l i uw e i a d v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f x uz h i - q i a n g a b s t r a o t s i g n a t u r e s i g n a t u r e ： w a s t e w a t e rr e c l a m a t i o na n dr e u s ef o ru r b a n l a n d s c a p e w a t e ra st h em a i nf o r m o fw a s t e w a t e rr e c l a m a t i o na n dr e u s ei sa ne f f e c t i v es o l u t i o ni nt h er e a l i z a t i o no ft h eu r b a nl a k e l a n d s c a p e w a t e r a q u a t i ce c o s y s t e m r e s t o r a t i o na n dw a t e rq u a l i t y i m p r o v e m e n t ，i n c h i n a ，e s p e c i a l l yt h en o r t h w e s td r y l a n d r e c l a i m e dw a t e rr e u s ef o rl a n d s c a p ew a t e r b o d yp r o n et oe u t r o p h i c a t i o n ，b e c a u s eo ft h eh i g h e rb a c k g r o u n dv a l u eo fr e c l a i m e dw a t e ra n d t h ec h a r a c t e r i s t i c so fu r b a nl a n d s c a p ew a t e r b o d y , a n d i tb e c o m eam a j o ro b s t a c l e t or e c l a i m e dw a t e rr e u s ef o rl a n d s c a p ew a t e r b a s e do nak e yp r o j e c tf u n d e db yt h ep r o v i n c i a l n a t i o ns c i e n c ef o u n d a t i o no fs h a n x i ，s t u d yt h ep u r i f i c a t i o ne f f e c to fc o m m o ns u b m e r g e d p l a n t si nx i a no nl a n d s c a p ew a t e rb o d ys u p p l i e db yr e c l a i m e d w i l i e r m a i nr e s u l t so b t a i n e dw e r ea sf o l l o w i n g ： 1 ) n i sp a p e ra i m sa ti n d i c a t i n gt h es p a t i a l - t e m p o r a lc h a n g eo fe u t r o p h i c a t i o ni n f l u e n c e d b ys u b m e r g e dp l a n t si nl a n d s c a p ep o n ds u p p l i e db yr e c l a i m e dw a t e r j i n - l a k e i nx i a n s f e n g - q i n gp a r kw a sc h o s e na sa c a s es t u d yt oc a r r yo u tw a t e rq u a l i t yt e s t si nd i f f e r e n ta r e a sa n d s e a s o n so ft h el a k e t h eb pn e u r a ln e t w o r km o d e la n dc o m p r e h e n s i v en u t r i t i o ns t a t ei n d e x m e t h o dw e r eu s e dt oe v a l u a t ew a t e rq u a l i t ya n dn u t r i t i o nl e v e lo fj i n l a k e t h er e s u l ts h o w e d t h a tw a t e rq u a l i t yo ft h es e a s o n a ll a k ew i t hh i g h e rf r e q u e n tw a t e rr e p l e n i s h i n gb yr e c l a i m e d w a t e rw a ss u p e r i o rt ot h a tw i t hi o w w e rf r e q u e n tw a t e rr e p l e n i s h i n g c o n c e n t r a t i o no fa m m o n i a n i t r o g e n ( n h 4 + - n ) a n dt o t a ln i t r o g e n ( t n ) i nt h ea r e ao fs u b m e r g e dp l a n t sw e r es i g n i f i a n t l y l o w e rt h a nt h a ti nt h em a i nl a k ed i s t r i c t p o l l u t a n tc o n c e n t r a t i o ni nt h em a i nl a k ed i s t r i c tw a s f a i l e dt om e e tv - c l a s sw a t e rc r i t e r i o nd u r i n gt h em o n t h se x c e p ti nm a ya n dj u n ew h i c hw a si n m e d i u ma n ds e v e r ee u t r o p h i c a t i o ns t a t u s h o w e v e r , w a t e rq u a l i t yi nt h el a k er e g i o no f s u b m e r g e dp l a n t sc o u l dm e e t l i l - c l a s sw a t e rc r i t e r i o ne a c hm o n t hw h i c hw a si nm o d e r a t e n u t r i t i o nl e v e la n dm e d i u me u t r o p h i c a t i o ns t a t u s s oi tc a nb ec o n c l u d e dt h a tl a n d s c a p ew a t e r s u p p l e m e n t e db yr e c l a i m e dw a t e rd o n tl e a dt ow a t e rd e g r a d a g i o ni nm o s tc a s e s l a k ew a t e r c o u l dm a i n t a i ni nb e t t e rl e v e lt h r o u g hf r e q u e n ta d dr e c l a i m e dw a t e ra n ds u b m e r g e dp l a n t sa l s o c a l li m p r o v ew a t e re u t r o p h i c a t i o n t oac e r t a i ne x t e n t 2 ) a ns i m u l a t i o nt e s ts t u d yi sc a r d e do u tt or e s e a r c ht h ee f f e c t so fn u t r i e n tr e m o v a l b y c e r a t o p h y l l u md e m e r s u m ，h y d r i l l av e r t i c i l l a t a ，p o t a m o g e t o nc r i s p u sa n de l o d e ac a n a d e n s i st o 西安理一l ：人学硕士学位论文 e u t r o p h i cw a t e rw i t hd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n si nd i f f e r e n ts e a s o n s ，d e t e r m i n en i t r o g e na n d p h o s p h o r u sd e g r a d a t i o n c u r v ee q u a t i o na n dt h en u t r i e n tc o n c e n t r a t i o nt h a ts u b m e r g e dp l a n t s c a nt o l e r a n t t h ec o n c l u t i o na sf o l l o w s ：( _ i ) c e r a t o p h y l l u md e m e r s u mh a saw e a kp u r i f i c a t i o n e f f e c tf o rn i t r o g e na n dp h o s p h o f u $ ，i ti sb e c a u s ec e r a t o p h y l l u md e m e r s u r ng r o w t hp o o r ； h y d r i l l av e r t i c i l l a t a h a sab e t t e rp u r i f i c a t i o ne f f e c tt on i t r o g e na n dp h o s p h o r u si ns p r i n g ， a u t u m na n dw i n t e r ，b e c a u s ei tg r o w t hb e t t e r ；p o t a m o g e t o nc r i s p u sa n de l o d e ac a n a d e n s i sh a s ab e t t e rr e m o v a lf o rn u t r i e n t i n a l l s e a s a n ( 室) s u b m e r g e dp l a n ts y s t e m ，n i t r o g e na n d p h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o no v e rt i m es h o w e d an e g a t i v ee x p o n e n t i a ld e c a y ，r e g r e s s i o nc u r v e e q u a t i o n o ft h e g e n e r a l f o r m u l ac = a e 粕( a 0 ，k o ) ，t h ec o e f f i c i e n t 钆ks i z e n o to n l yw i t ht h es u b m e r g e da q u a t i cp l a n ts p e c i e sr e l a t e dw i t ht h en u t r ie n tc o n c e n t r a t i o n so f w a t e r ，aa n dt h ei n i t i a lc o n c e n t r a t i o nl i n e a rc o r r e l a t i o n ，ka n dt h e i n i t i a lc o n c e n t r a t i o n q u a d r a t i c d i s t r i b u t i o n ka n dt h ei n i t i a lc o n c e n t r a t i o nw a st h es e c o n dd i s t r i b u t i o n ， t h ee x i s t e n c eo fe x t r e m ep o i n t sa n de x t r e m ev a l u e s e x t r e m ep o i n t sr e f l e c tt h es u b m e r g e dp l a n t n u t r i e n t sl i m i tr e s i s t a n c e ，r e s i s t a n c et on i t r o g e nc o n t e n ti nt h el i m i te x p r e s s e da s p o t a m o g e t o n c r i s p u s c e r a t o p h y l l u md e m e r s u m h y d r i l l a v e r t i c i l l a t a e l o d e ac a n a d e n s i s ；r e s i s t a n t p h o s p h o r u s l i m i t sp e r f o r m a n c et o ：e l o d e ac a n a d e n s i s h y d r i l l av e r t i c i l l a t a p o t a m o g e t o n c r i s p u s c e r a t o p h y l l u md e m e r s u m t h ee x t r e m ev a l u e sr e f l e c tt h es i z eo ft h er e m o v a lo f s u b m e r g e dp l a n t s ，t h en i t r o g e nr e m o v a l c a p a c i t ye x p r e s s e d a s ：h y d r i l l a v e r t i c i l l a t a p o t a m o g e t o nc r i s p u s e l o d e ac a n a d e n s i s c e r a t o p h y l l u md e m e r s u m r e s i s t a n tp h o s p h o r u s l i m i t sp e r f o r m a n c et o ：e l o d e ac a n a d e n s i s h y d r i l l av e r t i c i l l a t a p o t a m o g e t o nc r i s p u s c e r a t o p h y l l u md e m e r s u m s u b m e r g e dm a c r o p h y t e so np h o s p h o r u sr e m o v a lc a p a c i t yb e t t e r t h a nt h en i t r o g e nr e m o v a l 3 ) a no u t d o o rs t u d yi sc a r r i e do u tt or e s e a r c ht h ee f f e c t so fn u t r i e n tr e m o v a lb ye l o d e a c a n a d e n s i sa n dh y d r i l l av e r t i c i l l a t ai nr e c l a i m e dw a t e r t h er e s u l t ss h o w e dt h a te l o d e a c a n a d e n s i sa n dh y d r i i l av e r t i c i l l a t as h o w e dap e r f e c te f f e c tf o rr e c l a i m e dw a t e rq u a l i t y t h e r e m o v a lr a t e so fe l o d e ac a n a d e n s i so fc o d c r t na n dt pw e r e3 8 5 5 0 , , - 5 7 5 4 ， 4 3 13 - - 51 81 a n d6 1 7 6 - , 7 7 4 5 r e s p e c t i v e l yt h a tw e r es u p e r i o rt oh y d r i l l av e r t i c i l l a t a s e l o d e ac a n a d e n s i sh a di n h i b i t o r ye f f e c to na l g a e ，a n dc h l ak e p ti n2 0 i t g ll e v e ld u r i n gl o n g t i m e i tw a ss u g g e s t e dt h a te l o d e ac a n a d e n s i ss h o u l db eu s e da st h ep i o n e e rp l a n t sf o r r e s t o r a t i o no fl a n d s c a p ew a t e rb o d ys u p p l i e db yr e c l a i m e dw a t e ri nt h en o r t h w e s ta r e a k e yw o r d s ：s u b m e r g e dp l a n t ；e u t r o p h i c a t i o n ；r e c l a i m e dw a t e r ；, l a n d s c a p e w a t e rb o d ys u p p l i e d b yr e c l a i m e dw a t e r ；e u t r o p h i c a t i o n ；n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sn u t r i e n t s ； c o n t r o lm e c h a n i s m p a p e rt y p e ：a p p l i e df u n d a m e n t a l i i t h i ss t u d yi ss u p p o r t e db yt h ek e yp r o j e c to ft h ep r o v i n c en a t u r es c i e n c ef o u n d a t i o n ( 2 0 0 9 j m 7 0 0 9 ) i i 1 绪论 l 绪论 1 1 研究目的与意义 随着城市经济的发展和人们生活水平的提高，景观水体已经成为城市形象和人们生活 水平的重要体现【。城市景观水体作为城市的重要组成部分，不仅可以改善城市水环境状 况，增加居住环境的湿度，改善气候；同时可以为人们营造回归自然的氛围，带来精神上 的享受。但在水资源短缺和水环境同益恶化的西部城市，补充水源的不足已成为限制景观 水体发展的重要影响因素。另外，景观水体具有需水量大、对水质要求低等特点，若将清 洁水资源作为补水水源，不仅增加了城市供水系统的压力，同时违背“优水优用、劣水劣 用”的可持续发展原则，而且这些新的用水需求往往不在公共供水系统的原有服务区域内 或供水能力之内，其结果是，要么费用高，要么缺乏水源。 而将污水经深度处理后的再生水补给景观水体既可以节约水资源，又可以减轻对水环 境的污染，是水生态循环和修复的有效途径之一。城市污水再生利用技术政策中提出 “城市景观环境用水要优先利用再生水；工业用水和城市杂用水要积极利用再生水”的要 求，城市景观水体利用再生水应是首要的选择。再生水具有水量充足、水质稳定等优点， 且景观水体对水质要求较低，所以再生水完全可以作为景观水源。目前北京、天津等城市 已经明令禁止利用地下水和自来水作为景观水体的补充水源【2 1 。 将再生水用于城市景观环境不仅解决了缺水城市对娱乐性水环境的需要，且娱乐性蓄 水池可以调蓄水资源在时空上的分布不均匀，满足干旱期的用水需求，同时通过改善水的 流动、蒸发、移动、降水与渗透状态，间接的改善缺水城市的水资源涵养条件，从而达到 改善自然气候条件以及水循环的目的【3 1 。 美副4 - 7 1 、同本【8 9 1 、澳大利亚【l o 】等发达国家很早就开始尝试污水再生利用的研究和应 用，并取得了很大成就。我国将城市污水回用于景观水体的研究最早始于“七五”国家科 技攻关计划。“十五”期| 日j ，我国先后在北京、天津、泰安、西安、合肥和石家庄等城市 建成了一批再生水回用于景观水体的示范工程。以城市污水处理厂的再生水作为水源的 北京奥林匹克森林公园湖，是目日 规模最大的以再生水为主要水源的人工水景，其不仅体 现了“科技奥运、绿色奥运、人文奥运 ，同时将污水处理提高到“人与自然和谐统一 的境界。 目前景观水体存在的主要问题是富营养化，而再生水回用于景观水体更容易发生富营 养化。主要原因包括两方面，一是景观水体普遍存在的问题，即一般景观水体均属于缓流 水体，流速缓慢，有的甚至是静止水体，而且大部分景观水体水深不足2 m ，水下光照充 足，满足藻类光合作用所需，为藻类生长繁殖提供条件f 3 ，4 1 1 ；二是再生水景观水体特有 的性质，再生水自身污染物本底值高，且很多景观水体完全以再生水作为补水水源，水体 稀释及自净能力较差，长期的使用导致营养盐的积累，景观水体流速缓慢甚至静止，营养 盐输出慢，易在水体中聚集。 两安理一l 人学硕十学位论文 水体中营养盐- n 、p 的含量是引起水体富营养化的主要因素，是造成富营养化的 重要原因和物质基础【眨，b 】。o e d c 标准规定，当水体t p 浓度达8 4 4 p l ，t n 浓度达到 1 8 7 5 m g l ，c h l a 浓度达到4 2 6 p l 时，就认为水体已经发生富营养化。可见，控制水体 中的氮磷浓度，是防止爆发富营养化的根本措施。国外在开展再生水回用于城市景观水体 方面，对再生水中的氮磷浓度进行了严格的限制( 同本景观回用水标准规定总磷 o 5 m g l 、 总氮 2 0 m g l ) ，绝大数再生水厂采用了污水深度处理工艺，水质较好，较好的防治了再 生水景观水体富营养化问题【1 4 l 。我国也先后颁布一系列与污水再生回用于景观水体有关 的水质标准，主要有地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) i s l 、城市污水再生利用景 观娱乐用水水质( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 以及城镇污水处理厂污染物排放标准 ( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 1 1 6 】。城市污水再生利用景观娱乐用水水质( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 对回 用于景观水体的再生水水质做出了相应规定，规定t p 、 黑藻的趋势。 j u k k a 等1 3 5 研究了沉水植物对底泥中营养盐再悬浮和内原污染的限制作用，研究结果 表明，沉水植物对底泥中氮磷等营养盐具有较好的吸收净化作用，沉水植物区的氮磷浓度 明显低于其他区域，同时沉水植物对底泥再悬浮具有较好的限制性作用。 g r o s s 等【3 6 】发现，狐尾藻释放一些酚类化合物到周围水体中从而抑制蓝藻的生长，这 些酚类化合物对绿藻和硅藻属抑制效果稍差。 ( 2 ) 实际水体修复研究 b e k l i o g l u 与m o s s t3 7 】通过对英国某湖泊沉水植物对水质的改善效果研究，结果发现， 沉水植物能够降低水体污染物浓度，且沉水植物对污染物具有较好的耐受范围。 李文剃3 8 】等研究了伊乐藻和风眼莲两种耐寒植物对水体的净化效果，试验结果表明， 3 西安理上人学硕士学位论文 两种植物对水体氮磷均具有较好的净化效果，同时对藻类也具有较好的抑制效果。 倪乐意【3 9 】在东湖小型围墙隔中展开了重建伊乐藻、黄丝草等沉水植被的试验研究， 发现除黄丝草不能存活外，沉水植物出现后，水体c h l a 和主要氮磷等指标都有下降；并 专门就伊乐藻对n 、p 的吸收速度做了研究，认为伊乐藻对n h 3 n 的吸收先于对n 0 3 n 的吸收。 乔建荣、宋福【4 0 1 直接运用滇池草海高营养盐污水，研究了8 种沉水植物对污水净化 效果进行研究。研究表明：在沉水植物群落恢复中应优先选择伊乐藻、菹草、苦草等具有 较高去除能力的物种：在自然条件下污水在湖泊中滞留时问越长，水生植物对t p 的去除 百分率越高，且在不同总磷浓度下表现出的去除速率也不尽相同。 付春平等【3 0 】通过川蔓草和篦齿眼子菜对天津泰达景观河道水体氮磷去除的室内研究 实验和实际水体测量结果，考察了不同形态的氮和磷酸盐的去除情况。在对试验结果进行 对比分析的基础上，提出了通过适时收割川蔓藻和篦齿眼子菜来去除水体中氮磷的有效途 径。 王卫红等【4 1 】研究了北方海滨城市含盐再生水景观河道中典型沉水植物川蔓草控制再 生水富营养化的机制，研究结果表明：j l i 蔓草对再生水中营养盐具有显著的去除效果，叶 比根的吸收速度快，并且对普通小球藻具有克制作用。 颜二茧等【4 2 】针对武汉王家墩商务区人工景观湖的建设，研究了沉水植物对景观湖泊 的水质改善效果。研究结果表明：沉水植物对景观水体具有较好的净化作用，建议景观水 体的植被主体应该为沉水植物。 张邦喜等【4 3 】就沉水植物对水库生态修复方面丁f = 展了研究，研究表明：沉水植物在前 置库中的应用能有效的改善水库水质。 严立等一j 以景观水体为处理对象，构建了植物浮床生态箱人工湿地沉水植 物生态箱多级人工生态系统，在系统中引入了多种植物、鱼类、螺蛳、虾等物种，且该系 统在循环流方式下运行，取得了较好的净化效果。 1 2 3 环境因素对沉水植物净化效果的影响 沉水植物的生长、分布和种类结构以及对水体的净化能力受到光照、水深、水流速度、 温度、营养盐浓度等一系列环境因素的影响。水深对沉水植物的生长影响较大，因此沉水 植物在浅层水体中具有较好的水质改善效果【4 s 】。当水体流速较大时也会对沉水植物生长 产生影响【拍1 ，随着水体流速的增大，沉水植物的光合作用不断减小【4 7 1 。 沉水植物虽然对水体氮磷等营养盐具有较好的净化效果，但当水体中的营养盐浓度过 高时，会对沉水植物生长产生一定的影响【4 引。金相灿【4 9 】研究不同营养盐浓度水体对沉水 植物光合作用的影响，表明：水体中氮浓度对沉水植物光合作用影响较大，氮浓度较大时 会抑制光合作用，且狐尾藻对高氮水体的反应比黑藻敏感。 湖泊底泥和水体透明度以及温度对沉水植物生长影响也较大，白秀玲等咖】研究了太 湖常见的环棱螺，不同状态下营养盐的释放特征，结果表明：环棱螺营养盐的释放速率随 4 1 绪论 温度升高而增加，且进食状念下释放速率高于饥饿状态；在短时间内提高水体透明度，但 其营养盐释放又引起局部水体溶解念氮磷含量的增加。水体透明度下降将会引起光的衰减 ( 包括与藻类的光竞争) ，从而影响沉水植物对藻类的抑制作用【5 1 】。沉积物再悬浮对沉水 植物的生长影响较大【5 2 1 ，刘伟龙【5 3 】研究了不同底质对沉水植物生长过程的影响，结果表 明，基质对马来眼子菜的尘长影响较大。 1 3 课题背景及主要研究内容 沉水植物作为水体净化的先锋植物，国内外学者在其对富营养化水体氮磷等营养盐的 去除【3 7 5 4 5 引、藻类的抑制作用【5 4 5 7 】以及影响沉水植物净化效果的因素【3 6 ，5 8 】等方面做了大 量的研究。同时沉水植物应用于实际水体净化效果在我国巢湖【5 引、太湖【5 9 1 、滇池【矧、武 汉东湖等大型湖泊和河流【6 2 】生态修复中得到了充分体现，但目i j 沉水植物对富营养化 水体的修复研究主要集中在大型湖泊【5 、河流【6 2 】和水库6 3 1 等方面。而对于受沉水植物 影响下的以再生水作为水源的景观水体的水质和富营养化时空变化趋势以及沉水植物的 修复效果还缺乏较系统的研究。 本课题来源于陕西省自然科学基金项目：沉水植物对景观再生水中营养盐的控制机制。 研究( 2 0 0 9 j m 7 0 0 9 ) 。本文主要研究西北地区常见沉水植物对再生水景观水体的净化效果 及营养豁控制机制。 针对西北地区城市水资源短缺，生态环境用水难以得到有效保障，以及再生水回用于 城市景观水体所带来的水体富营养化等问题，本文以西安市再生水景观水体为研究对象， 研究再生水补给景观水体的水质变化状况、存在问题及沉水植物对景观再生水中营养盐的 控制。具体包括： ( 1 ) 西安市丰庆公园再生水景观水体水质时空演变 丰庆公园金湖作为西安市目前唯一的以城市再生水为补水水源的景观水体，为西部城 市水环境生态系统的建设提供了典型示范，但由于近年来夏季温度高、换水滞后，加之水 体自身的水流速度缓慢、水质维持措施欠缺等原因，在夏季高温季节水体富营养化严重， 再生水景观水体水质状况不容乐观。为了系统分析再生水补给景观水体后水质的整个变化 过程以及藻类生长状况，以西安市丰庆公园会湖为研究对象，探讨受沉水植物影响的再生 水景观水体营养状况的时空变化规律，开展相关影响因素分析和评价，以期为再生水回用 于景观水体及水质维持提供技术参考。 ( 2 ) 优势沉水植物筛选 结合西安市生物研究所的研究成果，对西安市沉水植物物种进行调查，主要以沪灞流 域下游城市段( 雁鸣湖湿地、桃花潭、广运潭湿地及河岸湿地等) 及丰庆公园再生水结果 水体和显示植物园为目标，调查选取沉水植物并在实验室条件下培养和鉴别。 ( 3 ) 沉水植物对再生水景观水体营养献的控制研究 沉水植物的恢复重建受到多种因素的影响，确定主导影响因素是恢复成功的关键，由 于再生水中n 、p 浓度较高，是影响沉水植物净化效果的主要影响因子。因此本研究采用 s 西安理j r = 人学硕十学位论文 实验室配水的方式研究不同季节条件下，不同沉水植物对再生水中n 、p 等营养盐的去除 效果，并对影响因素进行分析。 ( 4 ) 沉水植物体系降解速率及耐营养盐范围研究 不同沉水植物的去除速率不同，且对营养盐浓度的忍耐程度也不尽相同，为了在再生 水景观水体修复时，根据再生水景观水体水质特点选取合适的沉水植物。本研究通过实验 室配制不同氮磷浓度的水体，研究沉水植物的氮磷降解方程和耐营养盐浓度。 ( 5 ) 沉水植物对实际再生水景观水体中营养盐的控制研究 虽然氮磷浓度过高是制约再生水回用于景观水体的主要因子，采用实验室配制不同氮 磷浓度废水研究沉水植物对氮磷的去除效果具有重要意义，但实验室配水与实际水体还具 有很大的差异性，为了能够准确的描述沉水植物对实际水体的去除效果，本研究在前期沉 水植物筛选和对营养盐去除效果研究的基础上，以西安市丰庆公园会湖水作为水源，研究 沉水植物对实际再生水景观水体中营养盐的净化效果。 1 4 技术路线 沉水植物应用于城市再生水景观水体修复是一个生态问题，受到再生水水质、景 观水体特性、气候条件、沉水植物类型等众多因素的影响。本文在西安市沉水植物调 查、再生水回用情况和再生水景观水体调查的基础上，对丰庆公园再生水景观水体进 行长期监测分析，并筛选优势沉水植物，研究其对再生水景观水体的净化效果和对营 养哉的控制机制。研究工作的技术路线如图1 1 所示。 6 1 绪论 -一_二一-一 图1 - 1 论文研究的技术路线 f i g 1 - 1 t e c h n o l o g yr o u t eo ft h e s i s 7 两安理i ：人学硕十学位论文 2 研究内容和试验方法 2 1 研究对象 2 1 1 西安市水资源概况 西安市多年平均水资源总量为2 6 8 7 亿m 3 ，其中，地表水资源量2 1 7 1 亿m 3 ，地下 水资源量1 6 8 2 亿m 3 ，地表水与地下水重复计算量为1 1 6 7 亿m 3 。水资源总量按地域分 布：黄河流域2 6 1 6 亿m 3 ，其中，渭河南岸2 4 7 1 亿m 3 ，渭河北岸2 1 6 亿m 3 ；长江流域 0 7 l 亿m 3 ，全部在渭河南岸。西安市属资源型缺水城市，目的西安市人均水资源占有量 仅为3 5 9 9 7m 3 。城市供水主要来源于黑河及石头河水库，通过8 0 多k m 的供水管渠输入 区江和南郊两座自来水厂。在建设国际化大都市进程中，水资源已成为城市发展的重要制 约因素。同时，西安市还面临着水环境污染和水生态环境恶化的双重压力。 2 1 2 污水再生利用情况 西安市是全国最早将污水再生利用列入节水措施的五个城市之一，目f ； 已建成三座集 中式再生水厂，其中第二污水处理厂污水再生利用处理规模5 万m 3 d ，实际处理量l 万 m 3 d ，再生水管网长度约2 0k m ，目日订再生水主要回用于西安热电有限责任公司、焦化厂、 化工厂等企业的冷却循环用水、西安市大财汽车服务公司的洗车用水、周围公园、居住小 区绿化、道路浇洒道路等方面：第三污水处理厂污水再生利用规模5 万m 3 d ，实际处理 量l 万m 3 d 左右，已铺设再生水管网约2 6k m ，目前再生水主要用于灞桥热电厂循环冷 却水系统、三角洲范围的绿化、道路浇洒以及景观水体的补水等方面；第一污水处理厂污 水再生利用规模6 万r n 3 d ，但由于资金缺乏，管网尚未配套到位以及再生水用户未落实 等问题，再生水还未得到有效利用。 在分散式污水再生利用方面，西安思源学院已建成同处理量为2 5 0 0m 3 d 的生活污水 处理站和配套的管网收集系统，再生水主要用于冲厕、绿化、景观娱乐、道路、建筑施工 等方面：长安大学园区有6 所大学相继建成了污水处理回用设施：2 0 1 0 年底西安翻译学 院等6 所大学园区也要完成污水处理厂及再生水回用工程建设。西安南风同化有限责任公 司和西安中萃可口可乐有限公司已将本企业生产的废水进行处理后再用于厂区的绿化、道 路等方面；陕西省军区生活小区建造了生活污水处理设施并将处理后的再生水用于小区绿 化、道路方面。通过污水的再生利用，不仅节约了淡水资源，减少了污水排放量，还为上 述企业节省了水费开支，降低了运行成本。同时，上述工程的实施也为西安市开展污水的 再生利用奠定了一定的工程应用基础。 近年来，西安市在污水再生利用方面做了大量工作，一定程度上缓解了西安市水资源 紧缺问题，并为城市的经济发展、生态环境保护做出了很大贡献。 8 2 研究内容和试验方法 2 1 3 景观水体概况 近年来西安市为改善生态环境，相继建设了一大批水景工程，他们在调节城市气候、 提高城市的舒适性，改善人们居住环境等方面起到了重要作用。已建成的主要景观水体有： 护城河、兴庆湖、未央湖、曲江池、大唐芙蓉园、丰庆公园、长乐公园、莲湖公园、劳动 公园、雁鸣湖、桃花潭等大型景观河湖，以及西安市世界园艺博览会的广运潭，和其他小 型公园、度假区内的湖泊及池塘。这些城市景观湖泊的水源主要来源于天然降水、大禹水 库引水、自来水厂生产废水和自来水。由于水源不足，补水频率长，加之初期降雨径流的 污染，景观水体水质状况普遍较差【硎。水源不足是西安市景观水体面临的主要问题，为 此西安市积极实施以增加水源为目标的城市污水再生利用工程，目前已将第二污水处理厂 经深度处理后的再生水补入西安市丰庆公园的金湖。丰庆公园再生水景观水体作为西安市 目前唯一以再生水作为补充水源的景观水体，对西安市应用再生水作为景观水体的补水具 有积极的示范和推广作用。但最近几年来，由于夏季温度高、换水滞后，加之水体自身的 水流速度缓慢、水质维持措施欠缺等原因，西安市丰庆公园再生水景观水体在夏季富营养 化较为严重。 2 2研究方法 2 2 1 沉水植物的筛选 ( 1 ) 西安市沉水植物调查 调查西安市常见沉水植物类型及其分布和生长环境是将其应用于再生水景观水体修 复的基础。在2 0 11 年3 月中旬到4 月下旬对西安市的优势沉水植物进行调查，目f j 西安 市沉水植物生长的主要环境有天然