人工濕地污水處理系統(tǒng)3種紅樹(shù)植物生理生態(tài)特性及凈化效果研究.pdf

1、紅樹(shù)林是生長(zhǎng)于熱帶和亞熱帶海岸和河口潮間帶的木本植物群落，由于紅樹(shù)林濕地系統(tǒng)處于淡水和海水的交互地帶，污染物和有毒物質(zhì)存留在泥灘中，紅樹(shù)林濕地系統(tǒng)可通過(guò)物理作用、化學(xué)作用及生物作用對(duì)各種污染物進(jìn)行處理，起到凈化作用。一部分學(xué)者從紅樹(shù)林濕地系統(tǒng)的污染生理生態(tài)入手，研究污染物對(duì)紅樹(shù)林濕地系統(tǒng)中紅樹(shù)植物的生理生態(tài)特性的影響，其中對(duì)重金屬污染、石油污染及其它污水的研究比較廣泛。一部分學(xué)者則重點(diǎn)研究紅樹(shù)林濕地系統(tǒng)的去污效果，包括天然紅樹(shù)林濕地和人

2、工紅樹(shù)林濕地對(duì)各種污染物的去除效果。但是，目前不論是自然紅樹(shù)林濕地系統(tǒng)，還是人工紅樹(shù)林濕地系統(tǒng)的研究大多是在咸水并有潮汐變化的條件下進(jìn)行的，而在淡水條件下的研究比較少。本文研究了淡水且沒(méi)有潮汐變化的人工濕地生活污水處理系統(tǒng)中3種紅樹(shù)植物海桑、桐花樹(shù)和木欖的生理生態(tài)特性和對(duì)污染物的凈化效果，一方面進(jìn)一步拓展紅樹(shù)植物在淡水條件下的人工濕地的應(yīng)用，另一方面為人工濕地污水處理系統(tǒng)提供更多的植物選擇。本實(shí)驗(yàn)于2004年1月至2005年12月在華南

3、師范大學(xué)校園內(nèi)進(jìn)行，三種紅樹(shù)植物均為1年生幼苗，從深圳福田紅樹(shù)林自然保護(hù)區(qū)育苗基地購(gòu)回。人工濕地建在華南師范大學(xué)校園，試驗(yàn)池由水泥構(gòu)筑，每個(gè)池的尺寸為2m×2m×0.6m。系統(tǒng)采用潛流濕地，每個(gè)濕地池高0.6m，填料分別為(由下至上)：粗礫石(粒徑為20mm)、細(xì)礫石(粒徑為10mm)，每種填料的厚度均為30cm。生活污水來(lái)自華南師范大學(xué)行政學(xué)院學(xué)生宿舍，污水CODcr：90～270mg/L、BOD5：40～80mh/L、總氮：20～4

4、5mg/L、總磷：1.5～5.5mg/L、NH3-N：15～36mg/L。另外在深圳福田自然保護(hù)區(qū)育苗基地選取與人工濕地三種紅樹(shù)植物苗齡相同的植物各60株作為對(duì)照，比較人工濕地污水處理系統(tǒng)和潮間帶自然濕地三種紅樹(shù)植物的生長(zhǎng)狀況及生理生態(tài)特性。 主要研究結(jié)果如下: 1、一年后，海桑、桐花樹(shù)和木欖株高增長(zhǎng)量分別為134、32和21cm，基徑增長(zhǎng)量分別為18.2、14.3和12.9mm，生物量增長(zhǎng)量分別為747、113和55g

5、/株，表明海桑生長(zhǎng)最快，桐花樹(shù)次之，木欖最慢。人工濕地三種紅樹(shù)植物凋落物量比較，海桑＞木欖＞桐花樹(shù)。人工濕地污水處理系統(tǒng)和深圳福田自然保護(hù)區(qū)三種紅樹(shù)植物的生長(zhǎng)狀況表現(xiàn)出一定的差異，前一生境海桑和桐花樹(shù)的株高、基徑和生物量稍低于后一生境，而前一生境木欖的生長(zhǎng)狀況則遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后一生境。人工濕地污水處理系統(tǒng)海桑、桐花樹(shù)和木欖的生物量分別只有深圳福田自然保護(hù)區(qū)的76％、83％和43％。 2、從2004年1月至12月，海桑、桐花樹(shù)和木欖各項(xiàng)

6、光合生理指標(biāo)的平均值分別為：葉片總?cè)~綠素含量1.91、1.26、0.91mgg-1FW；葉綠素a含量1.44、0.93、0.64mgg-1FW；葉綠素b含量0.5、0.34、0.17mgg-1FW；凈光合速率9.67、6.39、3.57μmolCO2m-2s-1；蒸騰速率5.4、3.8、2.4mmolH2Om-2s-1；氣孔導(dǎo)度285、222、110mmolH2Om-2s-1。結(jié)果表明光合作用和水分代謝海桑＞桐花樹(shù)＞木欖。海桑的光合作用

7、日變化呈現(xiàn)單峰型曲線，桐花樹(shù)和木欖為雙峰型曲線。三種紅樹(shù)植物全年的生理生態(tài)特征的變化規(guī)律基本相似，4～10月生長(zhǎng)較快，大部分生理指標(biāo)維持高水平，1～3月和11～12月由于溫度較低，生長(zhǎng)比較慢，大部分生理指標(biāo)處于較低水平。綜合比較一年來(lái)人工濕地中三種紅樹(shù)植物的生長(zhǎng)狀況和光合生理指標(biāo)，結(jié)果顯示海桑好于桐花樹(shù)，桐花樹(shù)好于木欖。 3、一年來(lái)，人工濕地污水處理系統(tǒng)三種紅樹(shù)植物超氧物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)和過(guò)氧化氫酶(CAT

8、)活性不斷升高并維持在較高水平，脯氨酸含量在7～9月達(dá)到最高水平，質(zhì)膜透性沒(méi)有明顯的變化規(guī)律。從2004年1月至12月，人工濕地海桑、桐花樹(shù)和木欖各項(xiàng)抗性生理指標(biāo)的平均值分別為：電解質(zhì)滲出率10.2％、12.9％、13.5％；SOD活性447、396、386Ug-1FW；CAT活性370、188、417Ug-1FW；POD活性310、284、384Ug-1FW；MDA含量42.92、65.36、52.22nmol/gFW和游離脯氨酸含量

9、58.82、80.92、59.87μgg-1FW。人工濕地與深圳福田自然保護(hù)區(qū)3種紅樹(shù)植物抗性生理指標(biāo)比較，SOD、POD和CAT活性前者明顯低于后者，脯氨酸含量前者明顯高于后者，而丙二醛(MDA)含量和質(zhì)膜透性?xún)烧邲](méi)有差別。 4、從2005年1月至12月，3種紅樹(shù)植物人工濕地對(duì)BOD5和COFcr的平均去除率分別達(dá)到83％和71％以上，且各處理周期之間波動(dòng)較小，說(shuō)明人工濕地系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物的處理效果好并且比較穩(wěn)定。各人工濕地對(duì)TP

10、、TN、NH3-N和NO2-N的平均去除率分別達(dá)到41％、55％、50％和84％以上，各處理周期之間波動(dòng)較大。此外，人工濕地的出水NO3-N濃度明顯高于進(jìn)水濃度。 海桑和桐花樹(shù)人工濕地對(duì)BOD5、CODcr、TP、TN和NH3-N去除率明顯高于木欖人工濕地。除TP去除率存在顯著差異外，海桑和桐花樹(shù)人工濕地的BOD5、CODcr、TN和NH3-N去除率沒(méi)有顯著差異。另外，3種紅樹(shù)植物人工濕地的NO2-N的去除率沒(méi)有差別。總體上來(lái)說(shuō)

11、，人工濕地對(duì)污染物的去除率呈現(xiàn)海桑濕地≈桐花樹(shù)濕地＞木欖濕地。 紅樹(shù)林人工濕地單一處理周期內(nèi)，去除率隨停留時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。BOD5、CODCr、TN和NH4-N在第一天和第二天的去除率分別為第三天去除率的54-65％和73-84％，NO2-N在第一天和第二天的去除率分別達(dá)到了第三天的70-81％和85-94％，而TP在第一天和第二天的去除率分別只有第三天的39-50％和65-74％。紅樹(shù)植物與風(fēng)車(chē)草混種試驗(yàn)結(jié)果表明，人工濕地的