（环境工程专业论文）巢湖烔炀河水体污染特征及生态修复研究.pdf

巢湖炯炀河水体污染特征及生态修复研究 摘要 入湖污染河流是湖泊污染物的重要来源，大部分点源与面源污染物通过 入湖河流进入湖泊。因此，减少入湖河流水体污染物含量，对湖泊富营养化 的治理，具有举足轻重的作用。 本为以巢湖炯炀河为研究对象，根据实地调查，共设置6 个采样断面， 分别于2 0 0 8 年1 0 月、1 2 月和2 0 0 9 年3 月、5 月、7 月、1 1 月，总采集3 6 个水质样品、4 0 个植物样品。采用分光光度法等测试分析所采样品中氮磷营 养物含量，较为系统的研究了炯炀河水体氮磷营养物的变化特征与分布，以 及两种典型植物( 水花生和菱角) 的时空变化特征与分布；并提出炯炀河水 体生态修复植物群落配置方案。研究结果表明： ( 1 ) 炯炀河水质呈弱碱性水，p h 在7 8 之间；炯炀河自上游到下游d o 呈 逐渐增大的趋势，c o d m n 、n i - 1 4 + - n 、n 0 3 - n 、n 0 2 - n 、t n 、t p 均基本呈逐渐减 少的趋势。 ( 2 ) 对植物样品中氮磷营养物含量分析表明，菱角对氨氮、总氮和总磷的 吸收能力要好于水花生，而水花生对硝态氮和亚硝态氮的吸收能力好于菱角。 ( 3 ) 由相关性分析可知：炯炀河水体中氨氮、硝态氮、亚硝态氮、总氮和 总磷之间相关关系均表现为显著和极显著的关系。植物和水体中相应氮磷营养物 相关性分析表明，水花生中氨氮含量与水体中含氮营养物含量间呈显著相关，与 水体中总磷无显著相关性；水花生中硝态氮、亚硝态氮、总氮和总磷与水体中各 氮磷营养物均呈显著或极显著相关关系。菱角中氨氮、硝态氮、总氮和总磷与水 体中各氮磷营养物均呈显著或极显著相关关系；亚硝态氮与水体中各氮磷营养物 问无相关关系。 ( 4 ) 根据炯炀河水体氮磷营养物的变化规律与炯炀河有水生植物生长季节 的单位河长污染物降解量对比分析可知，水生植物对炯炀河水质变化有直接影 响。 ( 5 ) 在充分调查和实验的基础上，提出炯炀河垂向植物群落构建方案。使 炯炀河河道沿垂向形成包括水生带、湿生带及陆生带的完整、健康、稳定、并具 有一定自我调节能力的生态系统。 关键词：生态修复；氮磷营养物；入湖河流；污染特征；植物群路构建；炯炀河 s t u d yo nt h ec h a r a c t e r i s t i c sp o l l u t i o na n de c o l o g i c a l r e s t o r a t i o no ft h et o n g y a n gr i v e r , c h a o h ul a k e a b s t r a c t l a k e i n l e tp o l l u t i o nr i v e ri st h em a i ns o u r c eo ft h ep o l l u t i o no f1 a k e m o s t p o i n t 。s o u r c ea n da r e a s o u r c ep o l l u t i o ni sc o m i n gf r o mt h el a k e i n l e tf i v e r s oi ti s v e r yi m p o r t a n tt or e d u c et h ea m o u n to fp o l l u t i o no fl a k e i n l e tf i v e ra n dc o n t r o lt h e l a k ee u t r o p h i c a t i o n t h ea r t i c l ei sf o c u so nc h a o h ua n dt o n g y a n gf i v e r ，a c c o r d i n gt o t h e f i l e d w o r k ，s e t t i n gu p6s a m p l i n gs e c t i o n ，c o l l e c t i n g3 6w a t e rs a m p l e sa n d4 0p l a n t s a m p l e sd u r i n go c t a n dd e c e m b e ro f 2 0 0 8a n dm a r c h ，m a y , j u l y ，n o v e m b e ro f 2 0 0 9 a n a l y s i sa n dt e s t i n gt h es a m p l e si nn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sn u t r i e n tc o n t e n tb y s p e c t r o p h o t o m e t r ya n ds y s t e m a t i c a l l yr e s e a r c h i n gt h ev a r i a t i o na n dd i s t r i b u t i o no f 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 ti nt o n g y a n gf i v e ra sw e l la st h et w ok i n d so ft y p i c a l p l a n t s ( a l t e m a n t h e r ap h i l o x e r o i d e sa n dt r a p ab i c o r n i s ) t op r o p o s et h ec o n f i g u r a t i o no f e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o no fp l a n tc o m m u n i t i e so ft o n g y a n gr i v e r t h er e s u l ts h o w s ： ( 1 ) t o n g y a n gr i v e r sw a t e rs h o w sa l k a l e s c e n t ，p h7 - 8 t h ed oi si n c r e a s i n g g r a d u a l l yf r o mu p s t r e a ma n dd o w n s t r e a m ，c o d m n 、n h 4 + n 、n 0 3 - n 、n h 4 + - n 、t n 、 t pi sd e c r e a s i n gg r a d u a l l y ( 2 ) a f t e ra n a l y s i so fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sn u t r i e n ti np l a n t ss a m p l e ，t h e a b s o r p t i v ec a p a b i l i t yo ft r a p ab i c o m i sf o rn h n ，t n ，t pi sb e t t e rt h a na l t e m a n t h e r a p h i l o x e r o i d e sb u tt h ea b s o r p t i v ec a p a b i l i t yf o rn o na n dn i t r i t e - n i t r o g e ni sb e t t e r t h a nt r a p ab i c o r n i s ( 3 ) c o r r e l a t i v i t ya n a l y s i ss h o w s ：t h ec o r r e l a t i v i t yo fn h 4 一n ，n 0 3 - n ， n 0 2 。n ，t na n dt pi nt o n g y a n gr i v e rs h o w ss i g n i f i c a n tr e l a t i o na n dv e r ys i g n i f i c a n t r e l a t i o no fe a c ho t h e na f t e rc o r r e l a t i v i t ya n a l y s i so f p l a n ts a m p l e sa n dw a t e rs a m p l e s s h o w st h a tt h ec o r r e l a t i v i t yr e l a t i o nb e t w e e na l t e m a n t h e r ap h i l o x e r o i d e sa m m o n i a n i t r o g e nc o n t e n ta n dw a t e ra m m o n i an i t r o g e nc o n t e n ti ss i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o n ，n o s i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o nw i t ht pi nw a t c ht h ec o r r e l a t i v i t yr e l a t i o nb e t w e e nn i t r a t e ， n i t r i t en i t r o g e n ，t o t a ln i t r o g e na n dt o t a lp h o s p h o r u si na l t e m a n t h e r ap h i l o x e r o i d e sa n d 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 si nw a t e rs h o w ss i g n i f i c a n to rh i g h l ys i g n i f i c a n t c o r r e l a t i o n t h ec o r r e l a t i v i t yb e t w e e na m m o n i a ，n i t r a t e ，t o t a ln i t r o g e na n dt o t a l p h o s p h o r u sa n dn 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 si nw a t e rs h o w ss i g n i f i c a n to r h i e 蛐ys i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o n t r i t en i t r o g e na n dt r i t en i t r o g e ni nw a t e ri ss h o w sn o c o r r e l a t i v i t y ( 4 ) a c c o r d i n gt ot h ev a r i a t i o nr u l e so fn 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 si n t o n g y a n gr i v e ra n dt h er e l a t i v ea n a l y s i so fp o l l u t a n td e g r a d a t i o nw i t ht h eh y d r o p h y t i c v e g e t a t i o ns e a s o ns h o w st h a th y d r o p h y t i cv e g e t a t i o nh a sd i r e c t e f f e c tt ot h ew a t e r q u a l i t yo ft o n g y a n gr i v e r ( 5 ) o nt h eb a s eo fi n v e s t i g a t i o na n de x p e r i m e n t s ，s u g g e s t i n gt h ep r o p o s eo f v e r t i c a lv e g e t a t i o nc o n s t r u c t i o no ft o n g y a n gr i v e rt om a k et o n g y a n gr i v e rf o r ma v e r t i c a la n ds e l f - a d j u s t i n ge c o l o g i c a ls y s t e ma l o n et h ef i v e rw h i c hi n c l u d i n ga q u a t i c z o n e w e tz o n ea n dt e r r e s 仃i a lz o n e k e yw o r d s ：e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n ；n i t r o g e n a n dp h o s p h o r u sn u t r i e n t s ；i n f l o w r i v e r s ：p o l l u t i o nc h a r a c t e r ；p l a n tc o n s t r u c t i o n ；t o n g y a n gr i v e r 插图清单 图1 1 炯炀河地理位置及水域图1 图1 2 本研究采用的技术路线6 图2 1 a 炯炀河源头7 图2 1 b 炯炀河上游河道分布图。7 图2 2 a 炯炀河水花生分布图7 图2 2 b 炯炀河河道菱角分布图。7 图2 3 炯炀河入湖河口处8 图2 - 4 炯炀河水质采样点布置示意图8 图4 1 炯炀河各采样点p h 变化趋势图2 2 图4 2 炯炀河各采样点d o 变化趋势图2 2 图4 3 炯炀河各采样点c o d m n 变化趋势图2 3 图4 4 炯炀河各采样点n h 4 + n 变化趋势图2 3 图4 5 炯炀河各采样点n o s - n 变化趋势图2 4 图4 6 炯炀河各采样点n 0 2 o n 变化趋势图2 4 图4 7 炯炀河各采样点t n 变化趋势图2 5 图4 8 炯炀河各采样点t p 变化趋势图2 5 图4 92 0 0 8 年1 0 月水花生、菱角中n h 4 + n 含量柱状图2 6 图4 1 02 0 0 9 年5 月水花生、菱角中n h 4 + - n 含量柱状图2 7 图4 1 l2 0 0 9 年7 月水花生、菱角中n h 4 + n 含量柱状图2 7 图4 1 22 0 0 9 年1 1 月水花生、菱角中n h 4 + n 含量柱状图2 7 图4 1 32 0 0 8 年1 0 月水花生、菱角中n 0 3 - - n 含量柱状图2 8 图4 1 42 0 0 9 年5 月水花生、菱角中n 0 3 - n 含量柱状图。2 8 图4 1 52 0 0 9 年7 月水花生、菱角中n 0 3 - n 含量柱状图2 9 图4 1 62 0 0 9 年1 1 月水花生、，菱角中n 0 3 - n 含量柱状图2 9 图4 1 72 0 0 8 年1 0 月水花生、菱角中n 0 2 - n 含量柱状图3 0 图4 1 82 0 0 9 年5 月水花生、菱角中n 0 2 - n 含量柱状图一3 0 图4 1 92 0 0 9 年7 月水花生、菱角中n 0 2 - n 含量柱状图3 0 图4 2 02 0 0 9 年1 1 月水花生、菱角中n 0 2 o n 含量柱状图3 l 图4 2 12 0 0 8 年1 0 月水花生、菱角中t n 含量柱状图3 l 图4 2 22 0 0 9 年5 月水花生、菱角中t n 含量柱状图3 2 图4 2 32 0 0 9 年7 月水花生、菱角中t n 含量柱状图3 2 图4 2 42 0 0 9 年1 1 月水花生、菱角中t n 含量柱状图3 2 图4 2 52 0 0 8 年1 0 月水花生、菱角中t p 含量柱状图3 3 图4 2 62 0 0 9 年5 月水花生、菱角中t p 含量柱状图3 3 图4 2 72 0 0 9 年7 月水花生、菱角中t p 含量柱状图3 4 图4 2 82 0 0 9 年1 1 月水花生、菱角中t p 含量柱状图3 4 图5 1 炯炀河硝酸盐氮含量变化趋势图3 8 图5 2 炯炀河亚硝酸盐氮含量变化趋势图一3 8 图5 3 炯炀河氨氮含量变化趋势图3 8 图5 _ 4 炯炀河总氮含量变化趋势图。3 8 图5 5 炯炀河总磷含量变化趋势图3 9 图6 1 炯炀河水体生态修复植物配置示意图。4 4 图6 2 炯炀河生态修复植物配置河段剖面图。4 4 表格清单 表2 1 采样点地理坐标9 表3 1 炯炀河水体中p h 测定结果1 0 表3 2 炯炀河水体中d o 测定结果( m g l ) 1 0 表3 3 炯炀河水体中n 出+ - n 的测定结果( m g l ) 1 1 表3 4 炯炀河水体中n 0 3 - n 的测定结果( m g l ) 1 2 表3 5 炯炀河水体中n 0 2 - - n 的测定结果( m g l ) 1 2 表3 - 6 炯炀河水体中c o d m n 的测定结果( m g l ) 1 3 表3 7 炯炀河水体中 i n 的测定结果( m g l ) 1 4 表3 8 炯炀河水体中t p 的测定结果( m g l ) 1 4 表3 - 9 植物样品中n h 4 4 n 的测定结果( m g g ) 一1 5 表3 1 0 植物样品中不同时期n 地+ - n 含量平均值( m g g ) 1 6 表3 1 1 植物样品中n 0 3 - 的测定结果( m g g ) 1 6 表3 1 2 植物样品中不同时期n 0 3 - 含量平均值( m g g ) 1 7 表3 1 3 植物样品中n 0 2 - 的测定结果( m g g ) 。1 7 表3 1 4 植物样品中不同时期n 0 2 - 含量平均值( m g g ) 1 8 表3 1 5 植物样品中t n 的测定结果( m g g ) 1 8 表3 1 6 植物样品中不同时期t n 含量平均值( m g g ) 1 8 表3 1 7 植物样品中t p 的测定结果( m g g ) 1 9 表3 1 8 植物样品中不同时期t p 含量平均值( m g g ) 1 9 表4 12 0 0 8 年炯炀河水质监测数据平均值2 1 表4 22 0 0 9 年炯炀河水质监测数据平均值2 l 表4 3 炯炀河水体中氮磷营养物相关系数矩阵3 5 表4 4 炯炀河水体中氮磷营养物偏相关系数矩阵3 5 表4 5 炯炀河水体与水花生相应氮磷营养物相关系数矩阵3 6 表4 - 6 炯炀河水体与水生植物菱角中相应氮磷营养物相关系数矩阵3 表5 1 单位长度河段各指标降解量1 0 4 m g ( l m ) 4 0 表6 1 常见水生植物耐污及去除功效4 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注和致谢的地方外，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8 巴工些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工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。 学位论文作者签名： 签字日期： t 兄矿年( 角叩日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒壁至些叁堂有关保留、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，允许论文被查阅和借阅。本人授权金壁 三业盔堂可以将学位论文的全部或部分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) 学位论文作者签名： 期：洲年p 1 f 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 一名：他灰$ 签字醐d 产rf 日 电话： 邮编： 致谢 在合肥工业大学学习已经接近，在这段时间里得到了许多老师、同学的关心 和帮助。从他们那里不仅学习到了丰富的专业知识，还获得了宝贵的人生感悟， 丰富了自己的人生阅历。在即将离开合肥工业大学之际，我向所有关心和帮助我 的老师和同学致以衷心的感谢! 首先感谢恩师洪天求教授。在近三年的硕士研究生学习阶段里，导师渊博的 知识、一丝不苟的敬业精神、严谨的治学态度、正直的品格时刻在熏陶和激励着 我。三年来，导师不仅在学习和科研上给予悉心的指导，在生活上也给予亲人般 的关怀和帮助，同时，在为人处事的方法和原则上也给予了很多教诲。更重要的 是导师给了我信任和机会，使我有机会提高自己的能力，丰富自己的社会经验。 正是在导师的信任、关怀、帮助和教诲下，我才真正懂得学习的重要性，才能顺 利完成学业! 李如忠老师在论文研究方案、写作和定稿中都给予了很多指导和帮助，陈天 虎老师、贾志海老师在样品测试过程中也给予了很多帮助和支持，在此一并表示 诚挚的谢意! 张利伟、王伟、田辉、杨府梅、洪齐齐、苏昆、石国玉、罗雷、徐锦龙等师 兄弟妹们也提供了宝贵的支持和帮助，在此一并表示感谢! 把我最诚挚的谢意送给一直关心和支持我的亲人和朋友们，是他们的鼓励和 支持，促使我不断前进。 最后对本论文的评阅人和答辩委员们的帮助和指导表示衷心的感谢! 廖荣明 2 0 1 0 年4 月 1 1 巢湖流域概况 第一章绪论 巢湖流域位于安徽省中部，长江、淮河两大水系之间，东边濒临长江，西北 为江淮分水岭，东北与滁河流域相邻，南与陈遥湖、菜子湖毗邻。具体地理位置 为东经 1 16 。2 4 3 0 一1 18 。0 0 7 0 0 ”，北纬3 0 。5 8 0 0 ”一 3 2 。0 6 o o ，湖泊主体位于东经1 17 。16 7 3 0 ”一117 。51 4 6 ”，北纬 3 0 。2 5 7 2 8 ”一31 。4 3 7 2 8 ”之间【1 1 ，是我国著名的五大淡水湖泊之一【2 】，也 是安徽省第一大湖泊【3 】，属于长江左岸水系。整个巢湖流域面积大约1 3 4 8 6 k m 2 ， 其中巢湖闸以上面积9 1 5 3 k m 2 ，闸以下面积4 3 3 3k m 2 ，跨越合肥市、巢湖、六 安等地区的l3 个市、县。流域面积包括合肥市3 4 6 9 k m 2 、巢湖市6 7 0 9 k m 2 、 岭区六安市3 15 7 k m 2 、安庆市的岳西县151k m 2 。巢湖流域轮廓为东西长、 南北窄，地势是西高东低，中间低洼平坦，属于江淮丘陵中心地带，四周 分布有银屏山、凤凰山、大别山、防虎山等山脉。根据地质资料判断，巢 湖是在构造盆地基础上发育起来的典型断陷构造湖泊【4 】，湖泊东西两侧向 北翘起，中间向南突出，成“凹字形状，形如鸟巢。其地理位置和水域 图如图1 1 所示。 图1 - 1 巢湖地理位置及水域图 巢湖周边水系呈放射状汇入巢湖，水系密度大。流域内有杭埠河、派 河、南肥河、兆河等3 3 条河流分属于杭埠河一丰乐河、南肥河一店埠河、 派河、柘皋河、白石山河、裕溪河等七条水系。流域内注入巢湖水量大小 顺序为：杭埠河一丰乐河 南肥河 白石山河，分别占径流量的5 5 5 、 9 4 、8 2 。 巢潮流域属于亚热带和暖温带过渡性的副热带季风气候区，气候温和湿润， 四季分明，雨量适中，热量丰富，无霜期长。年平均温度1 5 1 6 ，1 月份平 均气温2 3 ，7 月份平均气温2 8 3 0 ，历年土壤最大冻结深度9 1 1 厘米。流域内热量充沛，梅雨期雨量较为集中。由于流域内各水系主要以 雨水补给为主，所以巢湖水位明显受河流水情控制，多年平均水位为 8 3 l m ，多年平均水位变幅为2 5 m 。 1 2 研究现状 1 , 2 1 巢湖水环境研究进展 近年来，随着巢湖沿岸经济的发展，对当地经济发展做出重大贡献的 同时，大量的污染物汇入湖内。另外，由于缺乏科学的指导，沿湖农民为 了提高粮食产量，旌用过量的农药和化肥。多余的农药和化肥经农田灌溉、 农田回水、地表径流、泥沙迁移等途径进入湖体，造成湖泊n 、p 污染及 富营养化日趋严重。当前巢湖面临的环境问题十分严峻，主要包括：因水 土流失，淤积速度加快、水质严重恶化7 1 、富营养化加速【s 】。巢湖流域水 土流失严重的主要原因：( 1 ) 坡地过度垦植；( 2 ) 流域森林覆盖率低：( 3 ) 缺乏足够的生态防护林；( 4 ) 治水措施不当f 9 j 。目前，巢湖水质基本呈中度 富营养状态。其中，西半湖水质局部呈重度富营养状态，东半湖水质属于轻 度富营养状态。湖泊富营养化危害突出表现在如下两个方面【lo 1 1 】：( 1 ) 加剧水 资源短缺，制约社会经济发展。( 2 ) 饮水安全风险增大，制水成本提高，人 民健康受到威胁。调查发现，巢湖的污染不仅来源于工业的点源污染，还有 来自非点源污染负荷的污染。非点源污染负荷主要来自流域的农田径流、水 土流失、水产养殖及畜禽粪便污染等。在巢湖众多污染物质中，非点源污染 负荷所占比例较大，全磷占入潮全磷量的6 8 左右，全氮占入湖全氮量的7 4 左右【l2 1 。近年来，国家针对巢湖水污染治理和水体富营养化防治开展了大量 的调查研究工作。1 阎伍玖【1 3 , 1 4 】、王绪伟1 15 1 、纪岚1 6 , 1 7 】等对巢湖底质及周边地 表径流对水环境的影响状况进行了系统研究。此外，阎伍玖等 1 8 - 2 2 对巢湖水 体多种污染物进行了测试分析研究。王晓辉等 2 3 , 2 4 1 还对巢湖非点源污染的控 制措施及对策进行了研究。 巢湖污染治理除了要控制点源负荷与非点源负荷外，内源污染也是一个 不容忽视的污染源。内源污染近年来也受到极大的重视，许多专家学者对此 做了研究，并认为湖泊沉积物中的氮磷在一定条件下的释放会导致湖泊水体 富营养化现象出现反复 2 5 , 2 6 】。姚书春【2 7 1 对采集于巢湖湖心的沉积物柱样中的 正构烷烃和有机碳进行了分析，发现巢湖石油污染的存在。王永华等 2 8 , 2 9 研 究了巢湖底泥污染物的分布特征，并用潜在生态系数法对底泥污染物进行了 2 评价。孙新民1 3 0 】分析了巢湖底泥中铬、锰的污染现状，童军华1 3 l 】抽测了巢湖 水体及湖泊沉积物中重金属含量。 对巢湖富营养化的研究与治理是一个漫长而艰巨的任务1 3 厶3 8 j 。而污染治 理仅依靠控制点源污染和面源污染负荷是远远不够的。研究表明，入湖河流 是巢湖营养盐的主要输入途径，通过河道汇入巢湖的总磷占输入总磷量的 9 5 2 3 ，总氮占输入总氮量的9 0 1 8 【3 9 1 。因此，改造入湖河口生态系统，充 分发挥入湖河口的自然净化作用，是从水域径流控制氮、磷入湖的主要措施。 近年来，利用水生植物对污染水体进行修复，也取得一定效果。该方法投资、 运行费用低，管理简便，可以改善和恢复生态环境、回收资源和能源以及收 获经济植物【4 0 , 4 1 】。因此研究巢湖入湖河流中水生植物对污染因子的吸收和净 化作用可以为河流水质生态修复及巢湖水体富营养化的控制提供科学依据。 1 2 2 水生植物污染净化研究进展 水生植物概念的界定主要有以下几种形式 4 2 4 3 ：( 1 ) 植物群落学讲义中 定义( 1 9 6 8 ) ：生长在由于水分充足而至少是周期性缺氧的基质上的植物；( 2 ) 美国 f w s 湿地和深水生境分类中定义( 1 9 7 9 ) ：生长在水中及周期性缺氧的基质上 的植物；( 3 ) 工程湿地联合描述手册中定义( 1 9 8 7 ) ：生长在水中或由于 水分充足而周期性缺氧的基质上的大型植物，主要是湿润生境的植物；( 4 ) e p a 湿地鉴别和描述手册中定义( 1 9 8 8 ) ：生长在以水为主的或至少是由于水分充 足而周期性缺氧的基质上的大型植物，如水生苔藓、苔类植物、大型藻类和维管 植物等，包括水生植物和湿地植物；( 5 ) 美国f i c w d ：鉴别和描述管理湿地 联合手册中定义( 1 9 8 9 ) ：生长在水中或至少是由于水分充足而周期性缺氧的 基质上的任何大型植物，尤其是在湿地和其它水生生境中的植物。 自2 0 世纪6 0 年代起，国内外的学者们就相继采用水生植物进行污水治理的研 究。在治理富营养化水体的多种措施中，水生植物方法以其良好的净化效果、独 特的经济效益、能耗低、简单易行及有利于重建和恢复良好的水生生态系统等特 点，正日益受到人们的关注1 4 4 4 5 。1 9 7 4 年西德建成了第1 个用于废水处理的人 工湿地，我国也于2 0 世纪8 0 年代实施了以凤眼莲净化塘为主的污水处理与利用生 态工程，达到治污与增产双重效益。近年来，沿海地区利用红树林湿地处理废水 也收效显著。我国水污染严重，利用水生植物净化富营养化水体必将具有非常广 阔的发展前景。 7 0 年代中期以来，在利用高等水生植物净化水体污染方面国内外做了大 量的研究工作，研究了一些高产、速生植物等对污染物的吸收、积累、分解 等污水净化作用等。美国纽约州立农业和生物科学院的农业工程师w l l i a n m 指出，以水生植物为基础的生态处理体系和典型的化学处理厂对污水处理的 效果一样好【4 引。刘建武等一n9 】研究了风眼莲净化含萘废水的机理，发现风眼 3 莲主要是依靠根系的吸附作用、吸收作用甚至根际微生物的降解等途径完成 净化作用。p h i l l i p s o 研究表明，在人工湿地中，香蒲对氮的吸收为5 6 5 m g ( m d ) ， 草对氮的吸收为2 6 1 m g ( m d ) 。 目前，由氮、磷等营养盐所引起的湖泊富营养化已成为世界性的环境问 题。利用水生植物富集氮、磷是治理、调节和抑制湖泊富营养化的有效途径 5 1 】。 水生植物通过光合作用，利用水中的二氧化碳、氮元素等合成自身有机体质， 其主要净化能力包括：吸收、富集作用；降解作用；沉降、吸附及过 滤作用；对藻类的抑制作用。国内外相关学者研究了常见的水生植物对水 体净化作用，发现不同水生植物对污水中相关元素的净化效果不同。利用风 眼莲、水浮莲、水花生、槐叶萍和细绿萍对生活污水和畜牧场污水进行4 d 净 化处理，净化效率依次为风眼莲 水浮莲 水花生 槐叶萍、细绿萍 细绿萍 5 2 , 5 3 j 。各种植物对氮、磷的富集系数是不同的，对氮的富集效果为风眼莲( 水 葫芦) 满江红 莲 茭自 若菜：对磷的富集效果为凤眼莲( 水葫芦) 茭自 满江 红 莲 若菜，其中凤眼莲净化总氮、氨氮、总磷和水溶性磷的效果分别为9 8 4 9 7 8 8 2 和1 0 0 。宋祥普、邹国燕等| 5 4 i 采用水域浮床无土种植水稻的方法， 通过水稻的吸收和富集作用，去除水体中的氮、磷元素。相崎守弘等 5 5 j 利用 水栽生物过滤法对高度富营养化的水体进行净化，在河道中人工栽植一些植 物如芦苇、水田芥和留兰香等，既吸收了大量的氮、磷等物质，也控制了丝 状绿藻的生长。石井猛等【5 “ 指出，风眼莲的根能吸收大量造成富营养化的氮、 磷、钾，可用于净化生活污水。同时，国内外学者对水生植物净化氮磷机理 进行了大量研究。m a r a 和p e a r s o n r 57 】以及r e e d l 5 8 1 基于塘系统中的硝酸盐的含量 很低，指出消化不可能发生，因此反硝化更不可能发生，故反硝化不是脱氮 的主要原因。但是，s a n t o s 和o l i v e r i a 【5 9 j 证明反硝化是脱氮的主要原因之一， r e d d y 和d e b u s k 6 1 ) 】认为约4 0 9 2 的氮通过消化和反硝化取出。在一些水生植 物净化系统中，氨的挥发被确认为脱氮的主要原因 6 1 - 0 3 1 。f e r r a r a 和a v c i l 6 4 1 通 过计算指出氮挥发只占氮去除的一小部分，脱氮的主要原因是沉淀和反硝化。 另一些研究者们通过不完全的质量守恒估算，认为植物吸收式是脱氮的主要 原因，其次是沉淀，再次为反硝化蹲孓7 0 j 。刘超翔等妒l j 认为人工湿地中沉淀和 吸收去鳞占投配总磷量的5 0 ，植物吸收占9 1 6 。许航等1 7 引认为水生植物 塘中的磷素主要通过芽孢杆菌属和假单胞菌属的协同作用被植被吸收利用除 去。上述研究表明，高等水生植物对氮、磷等污染物不仅具有较好的去除效 果，而且还具有抑制藻类生长的能力。 1 2 3 巢湖入湖河流水环境问题研究进展 入湖污染河流是湖泊污染物的重要来源，大部分点源与面源污染物通过 入湖河流进入湖泊。入湖河流污染物在收纳湖泊中的迁移转化是一个复杂的 4 物理、化学及生物化学过程。近年来，许多研究人员开始关注入湖河流对巢 湖水体富营养化的影响，并对巢湖主要入湖河流的水质、入湖河口沉积物、 植被以及底泥进行了研究，其中主要包括：孙世群i _ 7 3 】、纪岚| 7 引、司友斌【7 5 】等 人关于南淝河水环境方面的研究；刘路【76 1 、潘国林| 77 j 等关于十五里河河口湿 地群落及沉积物方面的研究；李慧等l _ s 1 关于巢湖派河的水污染研究；张强1 7 9 | 、 李郑泌、郑伟| 8 l j 等关于巢湖双桥河口湿地植被及沉积物的污染特征研究；黄 本柱1 8 2 】、甘信华| 8 3 】等关于巢湖炯炀河河1 2 1 沉积物及植被的研究；管佳佳胯4 j 关 于巢湖炯炀河水体污染特征分析研究；李如忠、丁峰汹等关于巢湖入湖河口 湿地植被生态学特征分析研究等。这些研究对了解巢湖入湖河流植被组成和 分布、河流水质、底泥及沉积物中污染因子变化和分布特征提供了信息支持， 为巢湖入湖河流综合治理及生态修复提供了一定的科学依据，同时也为治理 巢湖水体富营养化提供了新的途径。 1 3 课题来源、研究内容及技术路线 为了进一步认识巢湖入湖河流环境现状、污染物质来源以及对巢湖富营养化 的影响，本研究依托国家科技部重点基础研究前期预研项目“巢湖输入型非点源 污染的源解析及控制( 编号：2 0 0 3 c c c 0 0 4 0 0 ) ”和安徽省“十一五”科技攻关计划 重点项目“巢湖入湖河口湿地生态修复机理及关键技术研究与示范( 编号： 0 7 0 1 0 3 0 2 1 6 5 ) ”，以巢湖入湖河流炯炀河为研究对象，对影响炯炀河水体各污染 指标进行分析，阐明其变化规律。同时对河道主要水生植物水花生和菱角进行污 染元素及营养元素测试，分析水质变化与水生植物之间的关系，并提出炯炀河水 生态修复植物群落的配置方案，为入湖河流生态修复以及防治巢湖水体富营养化 提供理论依据。 本研究主要包括以下内容： ( 1 ) 搜集和查阅相关文献资料，现场调查，设定采样剖面并布设采样点， 采集研究区域水质和植物样品。 ( 2 ) 制定实验方案，利用红外和紫外分光光度法测定炯炀河水体和植物 中污染物含量，并对其分布状况进行分析。 ( 3 ) 根据测试数据，通过相关性分析，研究炯炀河水体中氨氮( n h 4 + - n ) 、 硝态氮( n 0 3 - n ) 、亚硝态氮( n 0 2 - - n ) 、总氮( t n ) 和总磷( t p ) 含量之间的关 系以及与相关物理指标的偏相关性。 ( 4 ) 利用相关性分析对炯炀河水体中各氮磷营养指标与对应水生植物中 各氮磷营养指标进行相关性分析。 ( 5 ) 对炯炀河水体氮磷营养物变化特征及成因进行分析。 ( 6 ) 运用植物群落合理配置，对炯炀河水体进行生态修复。 根据上述研究内容，确定研究采用的技术路线见图1 2 。 现场调查、采集水样及植 物样 上 上上 水祥中c o d m n , b n i - h + - n 、n 0 3 - - n 、植物中n h 4 - n 、n 0 3 - n 、n 0 2 - n 、 n 0 2 - n 、t n 、t p 测试 t n 、t p 测试 ii 水样中各污染指标分布特征分析 植物中各污染指标分布特征分析 上 上 占 上i 水样和植物中各氮磷营养物间相关性 水体氮磷营养物变化特征及成冈 上0 上 i 水体生态修复植物群落配置方案l 上 结论 图1 - 2 本研究拟采用的主要技术 6 2 1 炯炀河概况 第二章炯炀河概况及采样 炯炀河是一条天然入潮河流，位于巢湖北岸、忠庙东倒，始丁巢湖市炯炀镇， 流经6 个a 然村。最后汇入巢湖口“。河道宽约2 0 3 0 m ，平均水深i4 m ，争长约3 k m 。 炯炀河流域没有污染，“重的工业企业，河流污染物主要来自城镇书活污水及河道两 例农心地表径流，河道两侧农田主要种植水稻、棉花等作物。近年来，随着炯炀镇人 l 的迅速增加和社会经济的快速发展，炯炀河水环境质量明显f 降。其中河流源头处 水质呈现灰黑色，伴有轻微臭味，由于受人为崮素的影响，上游河道两侧水生梢物较 少，如削2 1 a 、b 所示。河流巾r 游河道巾水牛植物较多，河流水质较i 游有所改善 两侧生长着大量的水托生、季竹性的菱角以及少量的芦苇，如幽2 2 a 、b 所示。此外， 据实地调镬，炯炀河口是附近渔民的柄息地，常年有数十。艘渔船停泊于此，渔民生 产生活对入湖河几处水质变化造成一定的影响，如图2 - 3 所示。 图2 1a 炯炀河源头 图2 一i b 炯炀河上游扣j 道分布罔 刚22 a 炯炀河中水花牛分如蚓 罔2 2 b 炯炀河河道菱角分布图 2 2 样品的采集及制备 2 2 i 采样点布置 例2 3 炯炀扣 湖河u 根掘对炯炀河的实地考察及水质! ：f 测断面和采样点设置的原则，在炯炀 河t 设置6 个临测断面，饵个监测断面设置一个采样点，采样点编号依次为i 、 2 、3 、4 、5 、6 ，采样点地珲举标见表2 1 。井将整个河流分为5 段，其巾河段3 为对照断】：i l i ，定期清除河道内水牛植物，且体分布情况如图2 4 所示。分别于2 0 0 8 印1 0 月、2 0 0 8 年1 2 月、2 0 0 9 午3 月、2 0 0 9 年5 月、2 0 0 9 年7 月和2 0 0 9 年1 1 月进行 样品采集，总韭采集3 6 个水质样本、4 0 个植物样奉。植物样品包括水花生、 菱角，其中水花生和菱角并2 0 个样品。 图2 4 炯炀河水质粟样点柑置示意刚 匿圜 表2 1 采样点地理坐标 2 2 2 样品采集 根据炯炀河污染源以及我国环境监测技术规范中对地面水和废水规定的 监测项目要求，确定水质监测指标。主要指标包括p h 值、溶解氧、高锰酸钾指 数( c o d m 。) 、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总氮、总磷等。 采样期间，利用船只在河道上使用桶式采集器沉至水面下0 3 0 5 m 处采样。 储存水样的容器可能吸附欲测组分，或者玷污水样，因此要选择性能稳定、杂质 含量低的材料制作的容器。在每个采样点，利用水质采样器采集水样2 0 0 0 m l ， 其中的1 0 0 0 m l 采用聚乙烯塑料瓶盛满，加l ：1 h 2 s 0 4 1 0 m l ，使p h 采样点2 采样点3 采样点4 采样点5 采样点6 。 3 3 水样中硝酸盐氮的测定 采用紫外分光光度法，测定水样中硝酸盐氮含量，将所有样品均稀释5 倍进 行测量并扣除空白实验，硝酸盐氮标准曲线为y = 0 2 4 4 7 x 0 0 0 6 6 ，r 2 = o 9 9 9 3 符 合测试要求，其中y 为吸光度，x 为浓度。测得2 0 0 8 年1 0 月2 0 0 9 年1 1 月炯炀 河水体中的n 0 3 n 含量( m g l ) 结果，见表3 4 。 表3 4 炯炀河水体中n 0 3 - n 的测定结果( m g l ) 3 3 1 测试结果分析 由表3 4 的样品