作為生物滯留系統(tǒng)的重要組成部分,植物在系統(tǒng)運(yùn)行生命周期中具有多重作用。植物種類不僅影響系統(tǒng)水力性能與污染物控制功能,還將直接影響其對(duì)系統(tǒng)脫氮效能的貢獻(xiàn)程度,但目前對(duì)于植物是否影響系統(tǒng)中氮素遷移轉(zhuǎn)化過程尚不清晰,對(duì)于不同植物系統(tǒng)的脫氮功能差異性的原因還存在較大未知空間。因此,基于重慶市降雨特性,論文針對(duì)山地城市道路雨水徑流特征,開展雨水生物滯留系統(tǒng)植物篩選及氮素遷移特性研究,以期為雨水生物滯留系統(tǒng)的植物選擇與除氮特性的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供理論基礎(chǔ),試圖為實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)目標(biāo)提供技術(shù)支撐。研究參考重慶綠化部門常用植物并結(jié)合市場調(diào)查,選取10種本地植物構(gòu)建雨水生物滯留系統(tǒng)。通過對(duì)系統(tǒng)水文特性(即滲透系數(shù)、蒸發(fā)量)與污染物去除效果的考察,并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),利用層次分析法對(duì)不同植物系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)估,篩選出最佳植物;通過對(duì)土壤與植物中氮素累積量以及土壤微生物多樣性的檢測,明確系統(tǒng)中植物對(duì)氮素的貢獻(xiàn)情況,并探明雨水生物滯留系統(tǒng)中氮素遷移轉(zhuǎn)化過程及歸趨。研究得到如下主要結(jié)論:(1)滲透系數(shù)受氣溫、植被的存在、植物類型和植被性狀的影響,植被能顯著提高系統(tǒng)的滲透性能;草坪植物由于其以草皮鋪種的方式栽種,在濾柱表面易形成堵塞層,降低土壤滲透速率。若植物的地下性狀較地上或整株性狀更大,且地下根系干重、總根長、根深和相對(duì)地下生長率越高,則系統(tǒng)的滲透系數(shù)就越低。不同植物系統(tǒng)的蒸發(fā)蒸騰性能具有一定差異,其中,美人蕉(Canna indica)最強(qiáng),紙莎草(Cyperus papyrus)最弱。(2)不同植物對(duì)懸浮總固體(TSS)的去除無顯著差異,但蘆竹(Arundo donax)的去除效果最穩(wěn)定,同時(shí)植物栽種并不能較大程度提高系統(tǒng)對(duì)TSS的去除效果;不同植物對(duì)COD的去除效果差異顯著,但均高于無植物系統(tǒng),其中,風(fēng)車草(Clinopodiumurticifolium)對(duì)COD的去除能力最強(qiáng),去除率中位數(shù)達(dá)70.36%;植物對(duì)系統(tǒng)除氮性能影響顯著。其中,植物的存在可顯著提高系統(tǒng)對(duì)NH_4~+-N的去除率,但植物間的NH_4~+-N去除效果并無顯著差異,除無植物組外,其余濾柱對(duì)NH_4~+-N的去除效率中位數(shù)為81.06%。系統(tǒng)對(duì)NO_3~--N去除效果不穩(wěn)定,容易由于植物根系衰亡和微生物死亡導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生氮素淋濕,造成出水NO_3~--N濃度升高;其中,風(fēng)車草系統(tǒng)的NO_3~--N去除效果最好,去除率中位數(shù)為74.48%,無植被組的NO_3~--N去除效果最差,去除率中位數(shù)僅為57.00%。植物系統(tǒng)具有較高的TN去除效果,去除效率中位數(shù)為74.09%,其中,風(fēng)車草系統(tǒng)對(duì)TN去除效果最好,去除率中位數(shù)為77.82%,無植被組的TN去除效果最差,去除率中位數(shù)僅為67.41%。植物對(duì)系統(tǒng)除磷性能無顯著影響,植物間差異性不顯著。其中,鳶尾(Iris tectorum Maxim)系統(tǒng)對(duì)TP去除效果最好,去除率中位數(shù)為87.19%,而細(xì)葉芒(Miscanthus sinensis)系統(tǒng)的去除效果最差,去除率中位數(shù)為80.32%;利用層次分析法,綜合植物水力性能與除污性能,確定植物綜合排序?yàn)?風(fēng)車草(Clinopodiumurticifolium)美人蕉(Canna indica)鳶尾(Iris tectorum Maxim)梭魚草(Pontederia cordata)香根草(Vetiveria zizanioides)千屈菜(Lythum salicaria)蘆竹(Arundo donax)細(xì)葉芒(Miscanthus sinensis)狗牙根(Cynodon dactylon)紫莎草(Cyperus papyrus)無植物。(3)氮素在植物不同部位累積情況顯著不同。其中,氮素在植物的莖中累積量(即全氮含量)最高,根中累積不明顯,而葉片中的累積量呈下降趨勢,主要是由于植物的呼吸作用消耗葉片中的養(yǎng)分,造成氮素的耗損。在所有研究植物中,根中全氮累積量中位數(shù)0.215g/kg,莖中全氮累積量中位數(shù)1.885g/kg,葉中全氮累積量中位數(shù)-1.52g/kg。(4)土壤氮素會(huì)隨雨水下滲發(fā)生遷移,并在下次降雨前產(chǎn)生71.71%的氮素累積;且發(fā)生在種植層土壤。植物對(duì)土壤中氮素影響顯著,特別是植物根系的衰亡以及微生物死亡,直接導(dǎo)致種植層氮素升高。(5)系統(tǒng)中總微生物群落多樣性豐富,且水動(dòng)力對(duì)微生物群落影響顯著,進(jìn)水后系統(tǒng)中氨氧化細(xì)菌明顯高于進(jìn)水前,植物的存在會(huì)影響系統(tǒng)中氨化細(xì)菌的群落種類,種植層的優(yōu)勢菌屬為鞘氨醇單胞菌屬(sphingomonas),淹沒層的優(yōu)勢菌屬為甲苯單胞菌屬(Tolumonas);系統(tǒng)中反硝化細(xì)菌群落豐富,風(fēng)車草系統(tǒng)和無植物系統(tǒng)間微生物群落存在顯著差異,風(fēng)車草系統(tǒng)的微生物群落中優(yōu)勢菌種為脫氯單胞菌屬(Dechloromonas),進(jìn)水對(duì)種植層的群落種類影響較大,且種植層和淹沒層由于好氧、缺氧環(huán)境的不同,造成微生物群落的種類差異明顯。
【學(xué)位單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU985.12;X173;X52
【部分圖文】：

圖 1-1 城市開發(fā)前后集水區(qū)的水文圖國內(nèi)從 20 世紀(jì) 80 年代就開始了城市雨洪管理體系的探索，但將雨水排出為主要目的，沒有從生態(tài)學(xué)角度來回收利用雨水，貴水資源的利用價(jià)值。近年來，我國已經(jīng)深刻認(rèn)識(shí)到可持續(xù)雨重要性和必要性，2013 年 12 月 12 日，習(xí)近平總書記在中央提出了：建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的 海綿城市‖。改變傳統(tǒng)城市建設(shè)理念，實(shí)現(xiàn)與資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展；目標(biāo)境變化與自然災(zāi)害；思路是通過滲、滯、蓄、凈、用、排這幾前后徑流量總量和峰值流量保持不變[19]。2014 年 10 月 22 日部出臺(tái)了《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)念形成的發(fā)展階段如圖 1-2。

圖 1-1 城市開發(fā)前后集水區(qū)的水文圖管國內(nèi)從 20 世紀(jì) 80 年代就開始了城市雨洪管理體系的探索，但是速將雨水排出為主要目的，沒有從生態(tài)學(xué)角度來回收利用雨水，忽寶貴水資源的利用價(jià)值。近年來，我國已經(jīng)深刻認(rèn)識(shí)到可持續(xù)雨洪的重要性和必要性，2013 年 12 月 12 日，習(xí)近平總書記在中央城中提出了：建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的 海綿城市‖。海是改變傳統(tǒng)城市建設(shè)理念，實(shí)現(xiàn)與資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展；目標(biāo)讓‖環(huán)境變化與自然災(zāi)害；思路是通過滲、滯、蓄、凈、用、排這幾種發(fā)前后徑流量總量和峰值流量保持不變[19]。2014 年 10 月 22 日，設(shè)部出臺(tái)了《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建概念形成的發(fā)展階段如圖 1-2。

重慶交通大學(xué)碩士論文典型的雨水生物滯留系統(tǒng)通常由植被、覆蓋層的過濾介質(zhì)和穿孔排水管組成[23-25]（如圖 1-3），主要通過植物-土壤-填料滲濾徑流雨水，凈化后的雨水滲透補(bǔ)充地下水或通過系統(tǒng)底部的穿孔收集管輸送到市政系統(tǒng)或后續(xù)處理設(shè)施。通過增加蒸發(fā)和滲透模擬自然的水文過程，達(dá)到滯留、凈化雨水的目的，其主要用于處理高頻率的小降雨以及小概率暴雨事件的初期雨水，超過處理能力的雨水通過溢流系統(tǒng)排放[26]。我國海綿城市建設(shè)主要基于低影響開發(fā)（low impact development，LID途徑來實(shí)施，而 LID 措施中，《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》將廣泛應(yīng)用于國外城市雨水管理實(shí)踐中的雨水生物濾池推薦為優(yōu)先選用的技術(shù)措施。雨水生物濾池可以在許多方面幫助實(shí)現(xiàn)低影響的目標(biāo)。生物過濾系統(tǒng)將雨水在集水區(qū)的不透水段與其接收水域之間分離（特別是在不使用收集管的情況下）[27]，因此能夠衰減水流。同時(shí)也可用作污染物去除工具，以改善排放的水質(zhì)。與濕地等其他雨水處理系統(tǒng)不同，雨水生物過濾系統(tǒng)是分散的，這使它們有機(jī)會(huì)被改造現(xiàn)有的城市景觀。

【參考文獻(xiàn)】

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1 高曉麗;張書函;肖娟;孟瑩瑩;;雨水生物滯留設(shè)施中填料的研究進(jìn)展[J];中國給水排水;2015年20期

2 張軍;張松;柏雙友;華佳;聶永山;;生物滯留系統(tǒng)的水文效應(yīng)與污染物的去除研究[J];環(huán)境工程;2015年08期

3 王超;陳煜權(quán);蔡麗婧;左倬;成必新;朱雪誕;倉基俊;;不同季節(jié)大型生態(tài)凈化工程對(duì)原水氮素凈化效果[J];環(huán)境工程學(xué)報(bào);2015年08期

4 張建強(qiáng);許萍;何俊超;;生物滯留池去除道路徑流雨水中氮磷的原理及研究現(xiàn)狀[J];市政技術(shù);2015年03期

5 彭述娟;何強(qiáng);艾海男;胡澄;徐志恒;;山地城市降雨初期合流污水污染物時(shí)空變化特征[J];中國給水排水;2015年07期

6 王書敏;何強(qiáng);徐強(qiáng);宋力;;生物滯留系統(tǒng)去除地表徑流中的氮素研究評(píng)述[J];水科學(xué)進(jìn)展;2015年01期

7 車伍;閆攀;趙楊;Frank Tian;;國際現(xiàn)代雨洪管理體系的發(fā)展及剖析[J];中國給水排水;2014年18期

8 張峰;段廷玉;閆飛揚(yáng);李芳;;叢枝菌根真菌與根際微生物的互作[J];草業(yè)科學(xué);2014年09期

9 李家科;劉增超;黃寧俊;張佳揚(yáng);李懷恩;沈冰;;低影響開發(fā)(LID)生物滯留技術(shù)研究進(jìn)展[J];干旱區(qū)研究;2014年03期

10 孟梁;;根系分泌物及其在有機(jī)污染土壤修復(fù)中的作用[J];上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào);2013年02期

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1 王書敏;山地城市面源污染時(shí)空分布特征研究[D];重慶大學(xué);2012年

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1 景天奕;海綿城市目標(biāo)下的居住區(qū)低影響開發(fā)系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)[D];南京大學(xué);2016年

2 汪文強(qiáng);幾種水生植物對(duì)富營養(yǎng)水體的凈化效果研究[D];西南大學(xué);2016年

3 劉靖文;帶有淹沒區(qū)的生物滯留池優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)行研究[D];東南大學(xué);2015年

4 王紅蓮;不同水生植物對(duì)富營養(yǎng)化水體反硝化脫氮及凈化效果影響的研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

5 羅艷紅;雨水生物滯留設(shè)施對(duì)道路徑流中氮磷的控制效果研究及應(yīng)用[D];北京建筑大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2820327