黄花鸢尾微生态系统底泥覆盖的水质效应研究

来源 :南京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiwang1998
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为了解决水体富营养化和底泥污染的问题,人们开展了大量的研究和实践工作。其控制与防治也从控制排放、污水改道等外源营养物控制到减少内源营养物负荷,针对受污染水体和底泥的内部修复提出了如底泥疏浚、人工曝气、底泥覆盖、生物修复、化学控制等手段。底泥覆盖技术主要通过在底泥表面覆盖一层或多层清洁覆盖物,隔离底泥与上层水体。覆盖层在一定程度上可以抑制底泥污染向上覆水的迁移,但也有研究发现底泥覆盖在一些条件下可能对水体的自净能力、底栖生物、水生植物有负效应。目前对沉积物受到覆盖后的生物地球化学循环的响应,以及覆盖带来的氧化还原环境的变化还不清楚。研究覆盖处理条件下,湿地生态系统输入高浓度营养盐后水体主要水质指标的变化过程及其规律性,对水体生态修复有重要参考价值。本研究采用室内模拟实验,建立水-底泥-黄花鸢尾(Iris wilsnii)微生态系统,使用洁净的河沙对底泥进行覆盖(厚度1cm)。并向覆盖处理组及未覆盖处理组中加入不同数量高浓度营养盐溶液,观测各处理组水体氨氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、总氮(TN)、磷酸盐(PO43--P)、总磷(TP)浓度变化情况,同时测定环境因子T(水温)、pH、DO(溶氧),实验时长21d。结果发现:(1)加入营养盐后各处理组的水质指标上升至最高值后均快速下降,但不同指标变化趋势存在一定差异;其中,NH4+-N浓度最早下降到较低水平(5-9d),后期保持较低浓度并略有波动;而NO3--N浓度在外加营养盐充分扩散后仍持续上升,直至NH4+-N降至较低水平后开始下降,约于第9-13d后降至较低水平并保持相对稳定;TN浓度在实验前期快速下降,实验后期则与NO3--N变化趋势相对一致;PO43--P及TP浓度前期降速较快,后期降速较小并保持持续下降趋势,但TP变化略滞后于PO43---P。总体上,NH4+-N、NO3--N、TN三个指标间的变化过程存在明显差异,NO3--N浓度在NH4+-N浓度下降至较低水平时才开始下降,而PO43--P及TP浓度在实验前期达到最高值就呈单调下降趋势.。(2)加入不同数量高浓度营养盐溶液的各处理组中,覆盖组各主要水质指标浓度最大值及平均值均高于未覆盖组,且各水质指标浓度降至较低水平所需时间显著长于未覆盖组。结果表明底泥覆盖处理降低了水体中营养盐浓度的下降速度,延长了高浓度营养盐在系统中的留存时间。(3)在未加营养盐处理组中,覆盖组及未覆盖组间PO43-P及TP浓度均保持极低水平,覆盖组浓度略高于未覆盖组,而覆盖组NH4+-N、NO3--N、TN浓度均明显高于未覆盖组,表明底泥覆盖对系统中PO43-P及TP浓度的影响较小,而对NH4+-N、NO3--N、TN浓度的影响较大。(4)比较水质指标间的相关性在实验前期和后期的差异发现,覆盖及未覆盖组中实验前期NH4+-N变化与PO43--P、TP的变化呈正相关关系,而实验后期NH4+-N变化与PO43--P、TP的变化呈负相关关系;在未覆盖组中,实验前期NO3--N、NH4+-N呈负相关关系,后期呈正相关关系,但在覆盖组中,NO3--N、NH4+-N的相关性,无论实验前期或后期都呈负相关关系;其他指标间相关关系在实验前、后期的差异无明显规律。比较覆盖组及未覆盖组水质指标间相关性发现,覆盖处理中NO3--N与PO43--P和TP呈极显著正相关,而未覆盖处理中NO3--N与PO43-P和TP无显著相关关系;覆盖处理中DO与TP、PO43--P无显著相关关系,而未覆盖处理中,DO与TP、PO43--P呈显著负相关;其他指标间关系在覆盖与未覆盖组间的差异无明显规律。(5)比较覆盖组与未覆盖组间水质指标关联关系发现,相较于未覆盖组,覆盖组中DO与NH4+-N的关联度较高,覆盖组中pH与TP的关联度也较高;覆盖组中TN与NO3--N关联度最高,而未覆盖组中与NO3--N关联度最高的是pH和DO。比较加入不同营养盐溶液数量的组间水质指标关联关系发现,覆盖组中pH与TN指标相关度随浓度的增加而减小,而未覆盖组中随浓度的增加而增大。其他指标间关联关系在不同浓度组间差异无明显规律。综合比较发现,在黄花鸢尾微生态系统中加入高浓度营养盐溶液后,覆盖组水体营养盐浓度高于未覆盖组,各指标浓度下降的速度也相对较低;在未加营养盐条件下,覆盖组与未覆盖组间PO43--P、TP浓度相差较小,但N素指标覆盖组明显高于未覆盖组;底泥覆盖改变了实验后期NO3--N、NH4+-N间的相关关系,增加了 NO3--N与P素指标的相关性,降低了 DO与P素指标的相关性,增加了pH和DO与营养盐指标间的关联关系。总体上,河沙覆盖在一定程度上降低了水体水质指标下降的速度,增加了营养盐在黄花鸢尾微生态系统中的留存时间,改变了水质指标间的关联关系。
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