人工湿地常见水生植物腐解污染释放性能及机理研究

来源 :山东建筑大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:changkou
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人工湿地水生植物生长过程中可以吸收水中氮磷等营养元素,进一步改善上覆水水质,但植物衰亡腐解过程中污染物释放易对上覆水造成二次污染。本论文选择四种常见人工湿地水生植物—芦苇、香蒲、水花生及菖蒲作为试验材料,水生植物密度采用3g·L-1,模拟不同生长阶段水生植物的腐解污染释放过程,研究不同复氧条件下腐解释放对上覆水营养盐、有机质及其他水质指标的影响;采用三维荧光分析上覆水中上覆水溶解性有机物(DOM),同时分析植物残体组分及分解速率变化规律,考察水生植物腐解污染释放机制。主要研究结果如下:(1)水生植物腐解污染释放过程中上覆水水质变化明显。不同水生植物腐解过程中的污染释放强度有所差异,植物体腐解对上覆水中N、P组分及有机质浓度影响程度:水花生>菖蒲>芦苇>香蒲。复氧条件影响水生植物腐解释放过程,水生植物自然复氧条件下腐解对上覆水影响高于低复氧,幼苗期芦苇在自然复氧条件下水中TN浓度可达3.42 mg·L-1,低复氧条件下为1.89 mg·L-1。植物生长阶段影响水生植物腐解释放过程,除水花生外,幼苗期植物体腐解对上覆水水质影响均高于成熟期,幼苗期与成熟期香蒲腐解上覆水TOC浓度差异可达3.15 mg·L-1。腐解释放试验上覆水N、P组分以及有机质均呈现显著正相关,主成分分析(PCA)结果显示p H和DO的变化对分解过程中TN和TP的释放具有较强抑制作用。(2)各试验组腐解释放上覆水运用三维荧光光谱平行因子分析法(EEMs-PARAFAC)分析其DOM荧光光谱特征及荧光组分,得到5种荧光因子组分:组分C1和C3为类蛋白质组分,C2为类腐殖质组分,C4和C5为类腐殖酸组分。腐解初期类蛋白峰B和T荧光峰强度较高,表明在植物体腐解释放初始阶段含有大量类蛋白物质;试验后期,类蛋白、类腐殖酸、类富里酸等浓度均增加;试验末期,类富里酸荧光峰C以及腐殖酸荧光峰F起主要作用。不同生长阶段的水生植物体在腐解释放过程中上覆水DOM差异较小。自然复氧及低复氧条件下上覆水DOM谱图差别较大:低复氧条件下类腐殖酸类及类富里酸荧光峰强度较低,难降解组分释放量相对较少。各试验组生源指数BIX>1、腐殖化系数HIX<4、荧光指数FI数值均大于1.9,表明腐烂上覆水中绝大部分DOM来源于微生物活动,自生源特征十分显著。植物生长阶段对其腐解上覆水腐殖化程度影响较小。上覆水复氧条件影响:自然复氧>低复氧。分析显示菖蒲的自生源性最强,水花生腐殖化程度最高,自生源性最弱。(3)植物初始组分对其腐解污染释放性能影响显著。水生植物不同生长阶段组分差异明显:幼苗期N、P含量高于成熟期水生植物,幼苗期C/N、C/P以及N/P值小于成熟期水生植物。腐解后水生植物C、N含量略有上升,P含量略有下降。腐解过程干重损失速率:水花生>菖蒲>香蒲>芦苇,且幼苗期水生植物残体干重损失较快。分解速率:水花生>菖蒲>芦苇>香蒲。分解速率与水生植物初始N、P含量呈显著正相关,与C含量及C/P、N/P呈显著负相关,这表明初始N、P含量越高,C/P、N/P值越低,水生植物分解越快。
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