湿地植物对不同污染物的去除机制

湿地植物在湿地水质净化过程中起到了重要作用。本文主要论述了湿地植物对氮磷、重金属以及有机污染物的去除机制，主要包括植物的直接作用包括吸收、吸附和富集作用，以及间接作用包括根际微生物的降解和螯合作用。此外，对影响植物对污染物去除的因素也进行了总结，指出生物因素包括不同的植物类型和器官；非生物因素主要指土壤基质类型、植物根际氧浓度、pH等诸多环境因子。通过研究湿地植物对污染物的去除机制，提出不同植物配置以及植物-微生物联合修复模式，从而提高人工湿地对污染物的净化效果。     

海水养殖尾水人工湿地处理系统及其脱氮过程研究进展和展望

利用人工湿地处理海水养殖尾水具有很大的应用前景，其中，脱氮是人工湿地的主要任务之一。基质上栽培的植物和附着的微生物参与的氮循环是人工湿地生物脱氮的主要路径，植物和多种氮代谢菌群在人工湿地内部相互协同与制约，构成了一个复杂的氮代谢网络。海水养殖尾水的高盐度和低碳氮比(C/N)又决定了此类人工湿地独特的处理环境和生物脱氮机制。同时，人工湿地的供氧模式、水力负荷(HRT)、水力停留时间(HLR)等水力条件参数对脱氮效能也有很大影响，对这些指标进行调控和优化，可以提高湿地的整体脱氮性能。本文从海水人工湿地的构建、基质的选取、耐盐植物的筛选、氮循环相关微生物以及运行参数调控四个方面，对近年来海水养殖尾水人工湿地生物脱氮方面的研究进展进行了综述和展望，以期为深入理解海水人工湿地脱氮机制和优化运行方式提供参考。     

新型人工湿地植物种类筛选研究

为筛选适应畜禽废水处理中人工湿地的新物种，增加人工湿地系统的经济效益，特选择马蹄莲、花叶万年青、滴水观音、绿萝、白掌等5种观赏植物进行水培实验，并从耐污力、植物生长量、根系、经济性、易管理等5个指标分别给予综合评定。筛选结果表明，各种植物在MW下对TP、TN的净化率较好，TP、TN的净化率均在90%以上。从耐污力、地上部生物量、根系、经济性、易管理等5方面综合评定，滴水观音、马蹄莲为可适于用作处理畜禽废水的人工湿地植物，尤其是滴水观音适应污水环境的能力强，生长状况良好，生物量较大，是一种值得推荐的湿地修复植物。     

人工湿地植物的抗寒性研究进展

湿地植物是人工湿地的重要组成部分,具有吸收降解污染物、传输氧气、增强水力传输能力、美化景观等功能,但是到了寒冷的冬季,植物进入休眠期甚至枯萎死亡,从而降低人工湿地的净化效率。本文介绍了湿地植物在抗寒性上的相关研究进展,并为今后湿地植物的抗寒性研究上提供思路及参考。     

不同植物配植人工湿地对废水中镉的去除和富集效应

重金属对水体的污染程度日益加重。人工湿地是一种人工建造的安全高效的生态处理技术,植物和基质都是其重要组成部分,其中的植物可以吸收污水中的营养物质、重金属及其他有毒、有害物质。为了研究植物对含Cd废水的处理效果,检验植物丰富度对人工湿地Cd去除能力的影响,探讨湿地植物对Cd的富集特性,本研究选用3种湿地植物灯心草（Juncaceae）、水葫芦（Eichhornia crassipes）和水芹菜（Oenanthe javanica）,按2种或3种混合方式,构建小型模拟人工湿地,测定分析其对低浓度（5 mg/L）含Cd废水中Cd的去除率、溶解氧（DO）浓度的影响及3种植物富集Cd含量、Cd在植物体内的亚细胞分布和化学形态。结果表明：水芹菜、灯芯草、水葫芦共同配植的湿地系统中,植物间发生协同作用,废水中DO浓度、Cd的去除率及3种植物对Cd的总富集量均最高;水芹菜的地下部分（根）富集量显著高于另外2种植物,灯芯草对Cd的抗性最强且转运系数最高,这2种植物属于优势湿地植物;Cd主要富集在3种植物细胞壁部分,以减轻对其它细胞器的毒害作用;植物体内的Cd以游离态为主,与有机配体结合较少,以减轻植物受害程度。在低浓度Cd污染下,水芹菜+灯芯草+水葫芦的组合对废水的净化效果最好,Cd去除率达到68.14%。     

人工湿地在工厂化鱼类养殖系统中的应用

人工湿地就是人工设计的、模拟自然湿地结构和功能的生态复合体，它由水、处于水饱和状态的基质、挺水植物、沉水植物和动物组成，它通过其中一系列生物、物理、化学过程实现污水净化，换句话说，人工湿地就是为处理污水需要，采用湿地理论，模拟湿地构造人为筑造的湿地工程。2003～2005年我们在工厂化鱼类养殖车间养殖污水处理实践中，对人工湿地构成与效果作了研究，现将研究隋况报告如下：     

湿地植物及其碳汇作用

《国际湿地公约》把湿地定义为“包括沼泽、滩涂、低潮时水深不超过6米的浅海区、河流、湖泊、水库、稻田等”。湿地植物是指生长在沼泽地、湿原、泥炭地或者水深不超过六米的水域中的植物。根据湿地植物生长环境，其可分为水生、沼生、湿生三类；根据湿地植物生活类型，可分为挺水型、浮叶型、沉水型和漂浮型；根据湿地植物生长类型，可分为草本类、灌木类、乔木类。湿地植物除了能够直接给人类提供工业原料、食物、观赏花卉、药材等，在湿地生态系统中，尤其是碳汇方面发挥着重要作用。     

利用人工湿地处理池塘养殖废水效果分析

构建表面流和水平潜流人工湿地系统处理水产养殖池塘排放的废水,以减少水产养殖废水对周围水域环境的污染.结果表明,经湿地净化处理后,养殖废水中总氮、总磷、CODMn、氨氮分别从2.32、0.50、14.88、0.61 mg/L降至0.98、0.18、9.72、0.30 mg/L,叶绿素a从369.6 μg/L降至61.78 μg/L,水质明显得到净化.湿地植物存活时组织氮、磷含量明显高于死亡时,湿地植物死亡时梭鱼草、黄菖蒲、小香蒲的组织氮含量分别仅为存活时的18.8%、26.8%、38.1%.湿地植物死亡时收割可去除氮、磷含量分别为11.68 g/m2和4.81 g/m2,再力花去除氮、磷能力最强.在湿地植物死亡前收割能够提高湿地植物吸收所贡献的净化率.     

环境变化对湿地植物根系的影响研究

湿地生态系统具有独特的水文特征和潜育化土壤环境,湿地植物在生长过程中往往表现出独特的环境适应机制。根系作为植物重要的功能器官,是湿地植物群落与周围环境实现物质循环与能量流动的关键纽带,在发挥植物的生态功能及维持生态平衡中具有重要作用。因此,近年来植物根系生理生态研究越来越受到关注。从湿地植物根系在植物生长及湿地生态系统中的作用出发,综合论述环境因子对湿地植物根系的影响及作用机制,着重评述近年来水分条件、土壤盐分、土壤养分、有毒有害物质以及其他因子对湿地植物根系生理生态特征的影响等方面的研究进展和亟待解决的问题,指出湿地植物根系研究将是湿地生态学的重要研究方向。     

海水人工湿地脱氮效果与系统内基质酶、微生物分析

利用人工湿地系统探讨了海水养殖外排水中不同形态氮的去除效果，分析了系统内部微生物空间分布、基质酶活性对氮去除效率的影响，深入研究了系统内部各微生物间相互作用、基质酶活性与微生物空间分布关系。选择互花米草为人工湿地植物，种植密度为64株/m2；基质填料选择细纱、高炉矿渣和珊瑚石。在3种不同工况条件下，研究人工湿地系统中氮的去除效果、微生物数量和基质酶活性。结果显示，系统对 TN、NH4-N 平均去除率分别为(25.02±12.69)%、(82.91±17.51)%；系统中不同基质层次的微生物数量和脲酶、脱氢酶活性不同，基质中、上层好氧微生物数量和脲酶、脱氢酶活性显著大于下层，系统下行池中、上层硝化细菌、亚硝化细菌显著高于下层，中、上层反硝化细菌数量明显低于下层；细菌总数与 TN(R2=0.50)和 NH4-N(R2=0.61)去除率存在一定正相关性，基质脲酶与 TN 去除率存在显著正相关性(R2=0.86)。研究结果将有助于理解海水人工湿地处理系统中氮的迁移转化机制。     

人工湿地基质氧化还原酶与净水效果的相关性

为研究氧化还原酶活性对人工湿地中污染物去除率的影响,探讨将基质酶活性作为评判人工湿地整体去除效能的指标,本研究以生物陶粒和鹅卵石为基质并搭配种植再力花(Thalia dealbata)、美人蕉(Canna indica)和梭鱼草(Pontederia cordata)的复合垂直流人工湿地为研究对象,2016年6月至11月每月采样1次,对基质中4种氧化还原酶(脱氢酶、多酚氧化酶、过氧化物酶和硝酸还原酶)的酶活性进行测定,并从酶学的角度探讨这4种氧化还原酶的活性与养殖尾水中总氮(TN)、硝态氮(NO_3~–-N)、总磷(TP)、正磷酸盐(PO_4~(3–)-P)、COD_(Mn)去除率之间的关系。结果表明,氧化还原酶活性在整个实验过程中发生了显著变化,脱氢酶和过氧化物酶活性先上升后下降,酶活性分别在植物生长高峰期的8月和9月达到最高;多酚氧化酶和硝酸还原酶活性夏季(6—8月)变化不大,植物生长末期达到最高。空间分布上,脱氢酶、多酚氧化酶和过氧化物酶活性沿垂直方向分布表现出相同趋势,即表层最高,中层次之,底层最低。硝酸还原酶活性则表现出相反的趋势。脱氢酶活性与COD_(Mn)的去除率显著正相关(R~2=0.6783,P0.05);硝酸还原酶活性与NO3–-N的去除率显著正相关(R~2=0.6768,P0.05);多酚氧化酶和过氧化物酶活性与TN、NO_3~–-N、TP、PO_4~(3–)-P以及COD_(Mn)的去除率无显著相关性(P0.05)。结论认为,脱氢酶可作为人工湿地中去除COD_(Mn)的效能指标,硝酸还原酶可作为人工湿地中去除NO_3~–-N的效能指标。     

人工湿地冬季净化减排水产养殖废水效果

根据我国池塘养殖废水排放特点,研究了冬季人工湿地集中处理池塘养殖废水的效果。结果显示,在0.22 m/d水力负荷下,人工湿地对池塘养殖废水中总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和悬浮物(TSS)的去除率分别达到35.0%,38.2%,34.7%,91.6%;水力负荷上升至0.36 m/d后,人工湿地对TN和COD的去除率显著下降为20.0%和27.9%(P<0.05),TP和TSS去除率变化差异不显著(P>0.05),分别为35.7%和和93.2%。经人工湿地处理后出水TN浓度低于1.5 mg/L,TP浓度低于0.2 mg/L,COD浓度低于8 mg/L,TSS浓度低于5 mg/L,均满足水产养殖废水排放要求,表明应用人工湿地技术能有效实现池塘养殖废水的减排。另外,冬季低温使人工湿地对池塘养殖废水中TN和COD的去除率与夏季相比显著降低(P<0.05),但通过对人工湿地进行曝氧能够显著提高其对TN和COD的去除率(P<0.05)。     

Treatment of flow-through trout aquaculture effluents in a constructed wetland

A study on effluent treatment with sub-surface flow (SF) constructed wetlands was conducted in a small commercial scale Bavarian (Germany) flow-through trout farm. Under limited spatial and financial conditions a most suitable wetland was constructed. The wetland treatment efficiency at high hydraulic loading rates during raceway runoff and cleaning situation in comparison to sedimentation as initial treatment method was examined.

The constructional solution involved the alteration of six existing sedimentation basins (SB) to SF horizontal flow constructed wetlands with a pre-sedimentation area. As constructional materials only local, cheaply available materials were used in order to reduce the costs. The SF wetland had high treatment efficiencies in the two operational modes examined. During cleaning situation at a hydraulic loading rate (HLR) of 13.6 m/day treatment efficiency for total suspended solids (TSS) was highest and reached 68%. While during raceway runoff situation total ammonia nitrogen (TAN) treatment efficiency of 88% overtopped the efficiency of the other nutrients examined at a HLR of 10.6 m/day. In both treatment situations the SF wetland efficiency was significantly higher than the effect of the SB. SF constructed wetlands treating high hydraulic loading rates accompanied with short retention times were effective on dissolved nutrient treatment only for TAN and nitrite nitrogen (NO₂–N), while other dissolved nutrients like nitrate nitrogen (NO₃–N) and phosphate phosphorous (PO₄–P) showed no or even negative treatment effects through the wetland passage. To reduce these nutrients, other treatment conditions or wetland configurations are needed.     

复合垂直流人工湿地基质理化性质对nirS和nirK型反硝化菌多样性的影响

采用Illumina高通测序技术,探讨喀斯特地区复合垂直流人工湿地基质理化性质对nirS和nirK型反硝化菌多样性的影响。结果表明,复合垂直流人工湿地中4个池子（即一级垂直流下行池、一级垂直流上行池、二级垂直流下行池、二级垂直流上行池）的基质理化性质存在显著差异。其中,pH在中4个池子中均呈中性,DO呈先下降后升高趋势,下行池的基质电导率EC均比上行池要高;TN、TP含量随着人工湿地梯级呈显著下降趋势,未出现厌氧现象;NO3--N和NH4+-N含量在二级垂直流下行池中大量积累并达到峰值。在AlpHa和Beta多样性分析中,nirS、nirK型两类反硝化细菌丰度随着人工湿地梯级呈先降低后升高的趋势,多样性随人工湿地级数逐渐降低,且下行池丰度多样性显著高于上行池。基质中nirS型反硝化细菌鉴定为5门9属,nirK型为6门14属,变形菌门是nirS、nirK型反硝化菌群的共同优势菌门,相对丰度为55.36%~65.72%、30.06%~45.66%。其中,优势菌属为红杆菌属（Rhodobacter）、脱氯单胞菌属（Dechloromonas）、红假单胞菌属（Rhodopseudomonas）、慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）和氏菌属（Bosea）。红杆菌属和脱氯单胞菌属相对丰度在空间上随着人工湿地级数升高总体呈上升趋势,红假单胞菌属、慢生根瘤菌属和氏菌属在空间上随人工湿地级数升高总体呈下降趋势,此2类优势菌属在空间上存在显著差异（P<0.01）。韦恩图表明nirS型反硝化菌群丰度明显高于nirK型,且各级池中反硝化菌群相似度较高。冗余分析表明基质中nirS和nirK反硝化菌群的构建主要受pH、NH4+-N、DO、TP、TN影响,且nirS型对pH,以及nirK型对NH4+-N的响应更为强烈。综上,本文研究了人工湿地nirS、nirK型反硝化菌多样性特征及其与环境因子的关系,为复合垂直流人工湿地高效脱氮提供理论依据。     

人工湿地联合塘内设施调控生产性虾塘水环境的效果与技术

研究了由表面流与水平潜流组成的复合人工湿地联合使用塘内曝气增氧机与人工净化网调控生产性淡水对虾养殖塘水环境的效果与技术。养殖中后期(约60 d后), 湿地以1.65 m/d水力负荷, 3次循环处理虾塘废水, 有效调控虾塘水质, 确保养殖成功。结果表明湿地对废水中有害物质均可程度不等地去除, 蓝绿藻得以控制, 出口水 -N与BOD5分别为极显著(P<0.01)与显著(P<0.05)去除, 去除率与去除速率分别为72.6%, 0.467 g/(m²·d)与29.7%, 2.651 g/(m²·d), -P为41.7%, 0.022 g/(m²·d), TN为26.1%, 2.619 g / (m2?d), CODMn为15.9%, 3.738 g/(m²·d), -N去除率仅3.6%, 但去除速率较高[0.462 g/(m²·d)]。湿地静止4 d期间, 废水中 -N与 -N去除率达96.8%与93.3%, 均极显著去除(P<0.01)。养殖周期试验塘水化学指标均维持在虾安全生长范围内, 收获虾8.81 g, 9.36 cm; 对照塘因爆发蓝绿藻仅养殖60 d, 收获虾3.06 g, 6.54 cm。试验表明, 在不用药、不换水条件下, 联合塘内设施, 人工湿地以较高水力负荷与低频率运转可有效调控虾塘水质, 确保养殖成功。     

吉林省湿地淡水资源供给功能及其价值核算

湿地淡水资源供给是一项重要的生态系统服务功能,主要包括城镇居民生活用水、工业(矿业)用水和农业用水三大部分。以2013年吉林省湿地淡水供给资源作为研究对象,采用市场价值法,进行省域尺度上与人类生活、工业生产等关系密切的淡水供给服务识别与核算,研究吉林省不同湿地类型和不同行政区的淡水资源供给量和淡水资源供给价值,分析其淡水资源供给的空间分布及其贡献率。结果表明,2013年吉林省湿地淡水资源供给总量为20.81×10~8m~3,其中湖泊湿地、河流湿地、人工湿地和沼泽湿地供给淡水量为8.06×10~8m~3、6.04×10~8m~3、4.00×10~8m~3和2.71×10~8m~3;核算吉林省湿地淡水资源供给总价值为83.84亿元/年,其中湖泊湿地占38.73%,河流湿地占29.01%,人工湿地占19.25%,而沼泽湿地所占比例最小,仅13.01%。在各组成城市中,湿地淡水资源供给价值以松原市最大,核算价值为26.28亿元/年,占总价值的31.34%;白山市最小,为2.6亿元/年,占总价值的3.11%。利用价值量化的方法表征淡水供给为吉林省发展提供的经济价值,对区域水资源优化配置、促使社会经济和生态环境协调发展以及湿地保护具有重要的理论和现实意义。     

吉林省湿地生态系统水质净化功能分析及其价值评价

湿地作为全球三大生态系统之一,具有重要的生态系统服务功能,其中水质净化功能可有效改善区域生态环境质量。通过集成目前已有的湿地净化价值计算方法,提出了替代法计算吉林省湿地水质净化价值。结果表明,吉林省湿地的水质净化总价值为44.2188亿元,各市县水质净化总价值排序为:延边市(15.0982亿元,34.14%)松原市(11.6017亿元,26.24%)白城市(9.0938亿元,20.56%)长春市(4.2491亿元,9.61%)吉林市(1.0255亿元,2.32%)通化市(0.9898亿元,2.24%)白山市(0.8951亿元,2.02%)辽源市(0.7685亿元,1.74%)四平市(0.4973亿元,1.12%);各种类型湿地水质净化总价值排序为:沼泽湿地(25.0671亿元,56.69%)湖泊湿地(10.2821亿元,23.25%)河流湿地(7.7033亿元,17.42%)人工湿地(1.1662亿元,2.64%);单位面积水质净化价值以松原市最大,四平市最小;人均占有水质净化价值以延边市最高,四平市最低;不同湿地类型的单位面积水质净化价值差异较大,最高的能够达到3.1741万元/km2(延边市沼泽湿地类型),最低的不足0.0001万元/km2(辽源市沼泽湿地类型);不同湿地类型的人均水质净化价值最高的能够达到0.0447万元/人(白城市湖泊湿地),最低的不足0.0001万元/人(辽源市和松原市沼泽湿地类型)。研究成果能够为吉林省的湿地保护与恢复以及合理利用提供科学依据,也能为吉林省社会经济与生态环境的协调发展提供技术参考。     

基于CNKI数据库的人工湿地文献计量分析

人工湿地是污水处理过程中重要的生态技术之一。了解人工湿地的发展过程和研究热点对于今后人工湿地的研究工作具有重要意义。本文使用文献计量学方法,自CNKI数据库采集数据,通过Citespace软件,从刊文数量、机构、主要作者、研究热点等方面对人工湿地研究进行可视化分析。结果表明：1987-2019年我国人工湿地的研究可以分为三个阶段,分别为起步阶段1987-2000年、快速发展阶段2001-2010年、稳定发展阶段2011-2019年。国家自然科学基金委是人工湿地研究的主要基金提供者,同济大学、东南大学和中国科学院水生生物研究所是发文量最多的学术机构,吴振斌等10名学者发表文章数占总发文量的5.5%,国内各机构及学者之间均有较为紧密的联系,研究热点体现在处理河流和污水处理厂尾水、工艺组合、植物耐寒和根系研究、发掘新兴基质等。本文提出了今后的研究方向为人工湿地生物膜理论的丰富、堵塞和冬季高效运行技术的工程化应用、人工湿地设计和运行管理维护的标准化等。     

养殖密度对温室湿地循环水系统中鲫生长、生理及免疫指标的影响

研究了基于两级人工湿地的温室循环水系统中,养殖密度对鲫（Carassius cuvieri）生长、脏器系数、血清生理免疫指标及对嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophila）抵抗力的影响。试验设2 kg·m^-3、4 kg·m^-3、8 kg·m^-3和16kg·m^-3共4种密度组,每组2个平行,养殖68 d。结果显示：1）各养殖密度下鲫生长及脏器系数不存在显著差异;2）与2 kg·m^-3组鲫相比,16 kg·m^-3组鲫血清丙二醛（MDA）质量摩尔浓度显著升高,溶菌酶（LSZ）、酸性磷酸酶（ACP）和碱性磷酸酶（AKP）活性显著降低,超氧化物歧化酶（SOD）活性和总蛋白质量浓度虽有不同程度升高,但差异不显著;3）高密度组鲫对嗜水气单胞菌的抵抗力较低密度组弱。以上结果表明,如果以生长为考量指标,温室湿地循环水系统中鲫养殖密度可达16 kg·m^-3,但如此高的密度会对鲫免疫力造成负面影响。