【摘要】： 黃河三角洲具有大面積的濱�；膲A地、淺海和灘涂,面臨著如鹽漬化土地內(nèi)擴(kuò)、潮間帶濕地萎縮和退化等危機(jī),是典型的生態(tài)脆弱區(qū)。本文以黃河三角洲沾化縣某濕地廢水處理系統(tǒng)為例,利用造紙廢水生物塘出水構(gòu)建蘆葦濕地處理系統(tǒng),通過(guò)對(duì)廢水、土壤(0-30cm)和蘆葦?shù)亩ㄆ诓蓸优c室內(nèi)分析,統(tǒng)計(jì)分析,和模擬實(shí)驗(yàn)等手段,開(kāi)展了生物塘-蘆葦濕地復(fù)合系統(tǒng)對(duì)造紙廢水污染物的去除規(guī)律,及廢水灌溉對(duì)鹽堿化土壤的生態(tài)、生物及理化指標(biāo)的修復(fù)研究。主要研究結(jié)果如下: (1)生物塘-蘆葦濕地系統(tǒng)能有效去除造紙廢水污染物 復(fù)合系統(tǒng)能有效去除廢水中有機(jī)物、氮、磷、硫酸鹽,但受氣溫和灌溉模式影響明顯。塘、蘆葦系統(tǒng)對(duì)COD累積去除率為48%和31.5%;塘系統(tǒng)對(duì)TP、TN去除率為23.94%和21.10%,濕地對(duì)氮磷去除率為22.33%和21.11%,以w4、w1效果較好。塘系統(tǒng)對(duì)SO42-去除率為56.63%,濕地中w3去除率最高(40.24%)。 (2)廢水灌溉能有效降低濕地土壤鹽分 廢水洗脫是土壤脫鹽的主要?jiǎng)恿?灌溉對(duì)土壤Cl-、Na+洗脫率分別占其總?cè)コ康?3.27%和96.05%,而植物吸收分別占6.12%和3.59%。與w0比,灌后土壤Cl-、Na+、可溶鹽最大洗脫率分別為52.38%、46.57%和34.97%,這是保證生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)成功的前提。氣溫、降雨和灌溉方式對(duì)洗脫效果有影響,洗脫時(shí)間越長(zhǎng),降雨量越大,土壤鹽分下降越明顯。但灌溉方式變化引起的土壤降鹽效果差異不顯著,對(duì)Cl-、Na+及土壤鹽去除率最高的灌溉方式分別為w1、w2和w4,并不一致。廢水灌溉還能有效降低蘆葦內(nèi)氯、鈉含量。灌后蘆葦內(nèi)氯、鈉含量分別比未灌溉w0下降了41.18-69.6%和29.9%-56.1%。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,各灌溉處理中以w4、w1綜合脫鹽效果最好。 (3)廢水灌溉能有效改善濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能 廢水灌溉能提高濕地土壤氮、磷和有機(jī)質(zhì)含量,灌后分別是w0的1.47、1.13和1.29倍,這使得反映土壤生物結(jié)構(gòu)和功能的MBC/TOC和土壤呼吸強(qiáng)度均增加,平均值分別為w0的1.69和1.2倍,且w4、w1表現(xiàn)出較好的微生物活性。而對(duì)土壤造成危害的土壤硫酸根,灌后比w0下降了62.03%,以w3下降最明顯。 廢水灌溉解除了蘆葦缺水和鹽分脅迫,微生物活性提高也增強(qiáng)了土壤養(yǎng)分的有效性,蘆葦生長(zhǎng)狀況改善,株內(nèi)平均氮磷含量分別是w0的1.16和1.44倍,平均株高比w0高6.34-11.01%,平均干生物量是w0的1.25倍(若8月收割,則為1.93倍),而且灌后蘆葦內(nèi)硫含量升高,增強(qiáng)了對(duì)土壤硫的吸收去除。 廢水灌溉會(huì)減少濕地內(nèi)植物多樣性,雜草平均生物量?jī)H為w0的52.18%,但對(duì)整個(gè)濕地系統(tǒng)而言,生物多樣性包括土壤生物、動(dòng)物(特別是鳥(niǎo)類)是增加的。 (4)廢水灌溉能提高濕地微生物和濕地酶活性 廢水灌溉后,土壤、植物根系和微生物形成了一個(gè)微生態(tài)系統(tǒng)。和w0相比,濕地微生物和酶數(shù)量均有提高,直接結(jié)果就是帶來(lái)生物多樣性的提高,對(duì)廢水降解能力的增強(qiáng),和濕地生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)。微生物和酶活性受氣溫、有機(jī)質(zhì)和土壤供氧的影響,灌溉使細(xì)菌、纖維素分解菌、反硝化菌(DB)、特別是硫酸鹽還原菌(SRB,最高為w0的3.24倍)等缺氧和厭氧性微生物增多;但放線菌和真菌增加不明顯,甚至受輕微抑制。w0除放線菌和真菌水平較高外,其他微生物及酶含量均低于灌溉樣地。灌溉方式也會(huì)間接影響有機(jī)質(zhì)和供氧。w1和w4營(yíng)養(yǎng)和供氧較好,其細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量也較多,但SRB、DB數(shù)量較低;w1脫氫酶、磷酸酶、蔗糖酶、脲酶最高(分別為w0的3.28、1.69、2.14和1.50倍),其次是w4、w2和w3。 生態(tài)因子的改善,提高了濕地系統(tǒng)去除污染物的功能,實(shí)驗(yàn)表明:土壤微生物和酶與廢水污染物去除率之間存在正相關(guān),表現(xiàn)為:纖維素菌數(shù)量、纖維素酶、脫氫酶和蔗糖酶與廢水COD去除率;反硝化菌數(shù)量與土壤脫氮;脲酶與廢水TN去除率;磷酸酶與廢水總磷去除率呈顯著正相關(guān)。 根據(jù)酶學(xué)、土壤微生物活性等指標(biāo)確定w1為最優(yōu)廢水灌溉模式;其次為w4,考慮到w4對(duì)造紙廢水處理及土壤脫鹽的有效性,也是一種較好的推薦灌溉工藝。 (5)廢水灌溉對(duì)系統(tǒng)金屬離子遷移的影響 微量金屬離子大多是生物生長(zhǎng)的必需元素,在濕地內(nèi)會(huì)被微生物、植物、動(dòng)物利用或者被吸附固定;實(shí)驗(yàn)表明:和w0相比,灌后土壤和蘆葦內(nèi)鋅、錳含量有較大升高,但錳離子遷移能力比鋅稍差;土壤、蘆葦內(nèi)銅、鉻沒(méi)有產(chǎn)生明顯富集。 鈣、鎂、鉀是蘆葦生長(zhǎng)必需元素,既能促進(jìn)土壤鈉離子的洗脫,還能增加蘆葦細(xì)胞內(nèi)水勢(shì),增強(qiáng)抗旱、抗鹽能力。和w0相比,灌后土壤Mg和K分別提高了3.93%和16.05%,鈣沒(méi)有明顯變化。灌后蘆葦穗、莖、根內(nèi)K、Mg含量均小于w0;穗內(nèi)Ca小于w0,葉內(nèi)持平,而根、莖內(nèi)高于w0,這表明,灌溉解除了干旱和鹽分脅迫,使這些離子遷移到地上蘆葦頂部的能力減弱。 K對(duì)增加植株細(xì)胞水勢(shì)作用明顯,w0穗、葉、莖內(nèi)K比灌溉處理分別高出17.94%、4.32%和3.04%,但根內(nèi)K卻比灌溉低3.27%。這說(shuō)明,在受水分和鹽分脅迫時(shí),w0中K、Mg會(huì)沿著根-莖-葉-穗流動(dòng),并在穗內(nèi)超量積累,以提高水勢(shì),抵抗缺水,而且K、Mg的轉(zhuǎn)移能力要比Ca強(qiáng)。 (6)濕地土壤代謝分泌物與抗鹽堿脅迫機(jī)制 對(duì)土壤內(nèi)代謝產(chǎn)物類別和含量動(dòng)態(tài)變化的研究能揭示根際微生態(tài)狀況和抗鹽堿的機(jī)理。液相色譜圖表明:土壤提取液色譜中都有脯氨酸優(yōu)勢(shì)峰,9、11月份樣品中還發(fā)現(xiàn)可能為草酸和丁二酸的峰。說(shuō)明在抗脅迫機(jī)制中,脯氨酸、草酸都起著重要的作用。一般系統(tǒng)受脅迫越嚴(yán)重,脯氨酸含量越高(如w0、w4),而灌溉減小了脅迫強(qiáng)度,因此連續(xù)灌溉后樣品中脯氨酸含量有所降低(如w1、w2、w3)。 研究還發(fā)現(xiàn):10-11月份雖然受低溫、干旱、鹽分脅迫嚴(yán)重,但并未刺激脯氨酸的產(chǎn)生和積累,這是因?yàn)閣0蘆葦部分死亡,微生物活性也受影響的原因。這表明脯氨酸主要是由蘆葦分泌的。土壤中pro的垂直分布特征是上層中層下層。 總之,經(jīng)過(guò)對(duì)生物塘-蘆葦濕地系統(tǒng)處理造紙廢水的研究,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)能有效去除廢水中有機(jī)物,同時(shí)廢水灌溉還極大的降低了土壤鹽分,產(chǎn)生了一系列積極效應(yīng):系統(tǒng)內(nèi)氮、磷、有機(jī)質(zhì)增加;土壤微生物和酶活性增強(qiáng);MBC/TOC及土壤呼吸強(qiáng)度提高;蘆葦株高和產(chǎn)量增加,而雜草的多樣性減少;同時(shí)也會(huì)影響系統(tǒng)內(nèi)鈣、鎂、鉀、鋅、錳等離子遷移,改變系統(tǒng)受鹽堿和缺水脅迫的現(xiàn)狀和根際代謝狀況,極大地改善了濱海鹽堿生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀。但修復(fù)程度也受到氣溫、降雨、營(yíng)養(yǎng)和土壤供氣等直接因素和灌溉方式等間接因素的影響,綜合比較確定w1和w4為推薦灌溉模式。
【圖文】：

綜述角洲生態(tài)現(xiàn)狀分析角洲濕地概況角洲是由黃河尾閭多次改道泥沙淤積形成的沖積平原，位于渤 117°31′-119°18′E,36°55′～38°16′N，是由多個(gè)三角洲形成的年代，分為古代、近代和現(xiàn)代黃河三角洲。古黃河前；1855 年 6 月黃河回流入渤海后，由于尾閭決口和改道，934 年-至今形成以寧海和漁洼為頂點(diǎn)的近代和現(xiàn)代三角洲（角洲是面積 5450km2的扇形地域，具有崗、坡、洼相間微地貌。建國(guó)初期這一地區(qū)森林覆蓋率為 20.9%。由于亂墾亂牧，，到984 年后，生態(tài)植被逐步恢復(fù)，目前森林覆蓋率達(dá)到 12%[3]。

即群落的退化，使天然原生植被幾乎破壞殆盡。如 50 年實(shí)生柳林全部砍伐，種植農(nóng)作物，使地表蒸發(fā)加劇，地下壤的次生鹽漬化，不能生長(zhǎng)農(nóng)作物。擾作用停止后，開(kāi)始次生演替，即群落的復(fù)生：在土壤含上，零星分布著翅堿蓬群落，它是陸地向海岸方向發(fā)展的的腐爛，增加了土壤腐殖質(zhì)和養(yǎng)分，抬高了地面，降低了演替為檉柳灌叢和獐茅群落，低洼處則被蘆葦代替；檉柳枯枝落葉的積累，進(jìn)一步降低土壤含鹽量，提高土壤肥力白茅為主的雜草型群落。在這樣的條件下，隨著地勢(shì)的抬已基本脫鹽，一部分被樹(shù)木所代替(如圖 1.2 所示)[9]。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：X703

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 嚴(yán)金龍;濕地、稻田土壤酶分布與活性及生態(tài)功能指示[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2681012