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文檔簡介
1、黃河三角洲具有大面積的濱海荒堿地、淺海和灘涂,面臨著如鹽漬化土地內擴、潮間帶濕地萎縮和退化等危機,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建蘆葦濕地處理系統(tǒng),通過對廢水、土壤(0-30cm)和蘆葦?shù)亩ㄆ诓蓸优c室內分析,統(tǒng)計分析,和模擬實驗等手段,開展了生物塘-蘆葦濕地復合系統(tǒng)對造紙廢水污染物的去除規(guī)律,及廢水灌溉對鹽堿化土壤的生態(tài)、生物及理化指標的修復研究。主要研究結果如下: (
2、1)生物塘-蘆葦濕地系統(tǒng)能有效去除造紙廢水污染物復合系統(tǒng)能有效去除廢水中有機物、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COD累積去除率為48%和31.5%;塘系統(tǒng)對TP、TN去除率為23.94%和21.10%,濕地對氮磷去除率為22.33%和21.11%,以w4、w1效果較好。塘系統(tǒng)對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
3、的主要動力,灌溉對土壤Cl-、Na+洗脫率分別占其總去除量的93.27%和96.05%,而植物吸收分別占6.12%和3.59%。與wO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)修復成功的前提。氣溫、降雨和灌溉方式對洗脫效果有影響,洗脫時間越長,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Cl-、Na+及土壤鹽去除率最高的灌溉方式分別為w1
4、、w2和w4,并不一致。 廢水灌溉還能有效降低蘆葦內氯、鈉含量。灌后蘆葦內氯、鈉含量分別比未灌溉w0下降了41.18-69.6%和29.9%-56.1%。 從試驗結果來看,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)結構和功能廢水灌溉能提高濕地土壤氮、磷和有機質含量,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構和功能的MBC/TOC和土壤呼吸強度均增加
5、,平均值分別為wO的1.69和1.2倍,且w4、w1表現(xiàn)出較好的微生物活性。而對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了土壤養(yǎng)分的有效性,蘆葦生長狀況改善,株內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),而且灌后蘆葦內硫含量升高,增強了
6、對土壤硫的吸收去除。廢水灌溉會減少濕地內植物多樣性,雜草平均生物量僅為w0的52.18%,但對整個濕地系統(tǒng)而言,生物多樣性包括土壤生物、動物(特別是鳥類)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微生態(tài)系統(tǒng)。和wO相比,濕地微生物和酶數(shù)量均有提高,直接結果就是帶來生物多樣性的提高,對廢水降解能力的增強,和濕地生態(tài)系統(tǒng)的修復。微生物和酶活性受氣溫、有機質和土壤供氧的影響,灌溉
7、使細菌、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。 灌溉方式也會間接影響有機質和供氧。w1和w4營養(yǎng)和供氧較好,其細菌、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
8、),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,實驗表明:土壤微生物和酶與廢水污染物去除率之間存在正相關,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。 根據(jù)酶學、土壤微生物活性等指標確定w1為最優(yōu)廢水灌溉模式;其次為w4,考慮到w4對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
9、藝。 (5)廢水灌溉對系統(tǒng)金屬離子遷移的影響微量金屬離子大多是生物生長的必需元素,在濕地內會被微生物、植物、動物利用或者被吸附固定;實驗表明:和w0相比,灌后土壤和蘆葦內鋅、錳含量有較大升高,但錳離子遷移能力比鋅稍差;土壤、蘆葦內銅、鉻沒有產(chǎn)生明顯富集。 鈣、鎂、鉀是蘆葦生長必需元素,既能促進土壤鈉離子的洗脫,還能增加蘆葦細胞內水勢,增強抗旱、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
10、有明顯變化。灌后蘆葦穗、莖、根內K、Mg含量均小于w0:穗內Ca小于w0,葉內持平,而根、莖內高于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對增加植株細胞水勢作用明顯,w0穗、葉、莖內K比灌溉處理分別高出17.94%、4.32%和3.04%,但根內K卻比灌溉低3.27%。這說明,在受水分和鹽分脅迫時,wO中K、Mg會沿著根-莖-葉-穗流動,并在穗內超量積累,以提高水勢,抵抗缺水,而且K、
11、Mg的轉移能力要比Ca強。 (6)濕地土壤代謝分泌物與抗鹽堿脅迫機制對土壤內代謝產(chǎn)物類別和含量動態(tài)變化的研究能揭示根際微生態(tài)狀況和抗鹽堿的機理。液相色譜圖表明:土壤提取液色譜中都有脯氨酸優(yōu)勢峰,9、11月份樣品中還發(fā)現(xiàn)可能為草酸和丁二酸的峰。說明在抗脅迫機制中,脯氨酸、草酸都起著重要的作用。一般系統(tǒng)受脅迫越嚴重,脯氨酸含量越高(如w0、w4),而灌溉減小了脅迫強度,因此連續(xù)灌溉后樣品中脯氨酸含量有所降低(如w1、w2、w3)。
12、 研究還發(fā)現(xiàn):10-1月份雖然受低溫、干旱、鹽分脅迫嚴重,但并未刺激脯氨酸的產(chǎn)生和積累,這是因為w0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)過對生物塘-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物,同時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:系統(tǒng)內氮、磷、有機質增加;土壤微生物和酶活性增強;MBC/TOC
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