湿地植物在不同水力条件处理下的净化效果与生长特性研究

摘要

湿地植物作为湿地生态系统的重要组成部分，对水环境修复起着极大作用，面对日趋严重的水资源匮乏问题，中水因其回用成本较低，水源含量相对丰富等特点，非常适合作为湿地水源的补给。在中水回用作湿地水源的过程中，水力条件的设置尤为重要，本试验在人工构建的湿地系统中，研究分析了5种湿地植物菖蒲（Acorus calamus L.）、粉美人蕉(Canna glauca L.)、梭鱼草(Pontederia cordata L.)、再力花(Thalia dealbata L.)和狐尾藻(Myriophyllum verticillatum L.)在不同水力停留时间（1d、2d、3d），水深（10cm、20cm、40cm），湿地表面流速（0.01m/s、0.03m/s、0.05m/s）和湿地渗滤流速（0.05m/d、0.1m/d、0.2m/d）下对供试中水TN、NH4+-N、TP的去除效果。与此同时，在波动水位条件下（0cm-10cm、10cm-20cm、20cm-40cm）对5种供试植物的株高、叶片数、叶面积和生物量的变化规律进行了探讨。主要研究结果如下：
　　（1）湿地植物适宜水力条件
　　3组水力停留时间（1d、2d、3d）处理下，5种供试植物TN、NH4+-N、TP去除率基本都呈现先逐渐上升然后下降的趋势，可以认为将水力停留时间设置在2d最为合适。不同水深处理（10cm、20cm、40cm）下TN、NH4+-N、TP去除效果在植物种间差别较大，但总体趋势显示40cm处效果不如20cm或10cm处。不同表面流速处理（0.01m/s、0.03m/s、0.05m/s）对中水TN、NH4+-N、TP去除效果影响显著（P＜0.05），TN平均表面去除率达到21.08％，NH4+-N平均表面去除率达到22.14%，TP平均表面去除率达到17.63%。而不同渗滤流速处理（0.05m/d、0.1m/d、0.2m/d）对中水TN、NH4+-N、TP去除效果影响不显著（P＞0.05），TN、NH4+-N、TP系统去除均值分别为57.72%、67.65%和64.84%。
　　（2）湿地植物消氮纳磷能力比较
　　5种植物TN去除效果依次为菖蒲＞粉美人蕉＞再力花＞梭鱼草＞狐尾藻，去除均值分别为95.97%、89.42%、59.62%、40.66%、25.72%。NH4+-N去除效果依次为菖蒲＞粉美人蕉＞再力花＞梭鱼草＞狐尾藻，去除率均值分别为92.54%、92.34%、75.33%、61.25%、31.26%。TP去除效果依次为粉美人蕉＞菖蒲＞再力花＞梭鱼草＞狐尾藻，去除率均值分别为95.06%、89.14%、57.49%、53.16%、29.59%。
　　（3）湿地植物中水净化效果
　　除表面流速试验因采集系统表层水样故净化率不高以外，其余处理下5种供试植物对中水TN、NH4+-N、TP都有一定的去除效果。参照《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中关于景观用水的要求，菖蒲和粉美人蕉系统出水TP含量符合Ⅱ类水体要求，NH4+-N含量符合Ⅲ类水体要求，TN含量分别符合Ⅲ类和Ⅳ类水体要求；梭鱼草和再力花系统出水TP含量符合Ⅴ类水体要求；再力花系统出水NH4+-N含量符合Ⅴ类水体要求。
　　（4）湿地植物生长特性比较
　　在3组波动水位处理（0cm-10cm、10cm-20cm、20cm-40cm）下，湿地植物能够通过改变自身形态来适应水淹环境，其适应水位波动的生长可塑性良好。5种供试植物的株高、叶片数、叶面积、生物量变化差异明显，总体上看，株高和生物量增长率随水深的增加而升高，叶片数和叶面积的增长率随水深增加而降低。
　　（5）湿地植物生长特性变化规律
　　在5种供试植物中，菖蒲和粉美人蕉在10cm-20cm水深处生长性状变化幅度最大，梭鱼草和再力花在20cm-40cm水深处生长性状变化幅度最大，而狐尾藻的生长性状变化受水深影响不明显。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1 相关概念

1.1.1 中水来源及用途

1.1.2 人工湿地构成

1.1.3 湿地水力条件

1.2 湿地植物特点及净化机理

1.2.1 湿地植物类型及应用

1.2.2 湿地植物在系统中的作用

1.2.3 湿地植物消氮纳磷机理及选择依据

1.3水力条件对湿地植物净化与生长影响研究进展

1.3.1 不同水力条件对净化效果的影响

1.3.2 不同水力条件对生长特性的影响

第2章 引言

第3章 材料与方法

3.1 试验场地

3.2 模拟湿地系统的构建

3.2.1 植物的选择

3.2.2 种植单元的构建

3.2.3 供试用水成分

3.3 不同水力停留时间、水深、流速处理下的植物净化效果研究

3.3.1 试验设计

3.3.2 试验管理

3.3.3 TN、NH4+-N、TP去除率检测

3.4 不同波动水位处理下的植物生长特性分析

3.4.1 试验设计

3.4.2 株高、叶片数、叶面积、生物量增长幅度测量

3.4.3 成活率统计

第4章 结果与分析

4.1 不同水力条件处理下5种湿地植物净化中水效果

4.1.1 水力停留时间处理对净化效果的影响

4.1.2 水深处理对净化效果的影响

4.1.3 水流速度处理对净化效果的影响

4.1.4 5种湿地植物净化中水效果

4.2 不同波动水位处理下5种湿地植物生长特性

4.2.1 株高增长动态

4.2.2 叶片数增长动态

4.2.3 叶面积增长动态

4.2.4 生物量增长动态

4.2.5 5种湿地植物成活率

第5章 结论与讨论

5.1 结论

5.2 讨论

参考文献

致谢

发表论文及参与课题