Wetland effects on lake water quality in the Minneapolis/St. Paul metropolitan area

A method developed to evaluate the cumulative effect of wetland mosaics on water quality was applied to 33 lake watersheds in the seven-county region surrounding Minneapolis-St. Paul, Minnesota. A geographic information system (GIS) was used to record and measure landscape variables derived from aerial photos. Twenty-seven watershed land-use and land-cover variables were reduced to eight principal components which described 85% of the variance among watersheds. Relationships between lake water quality variables and the first six principal components plus an index of lake mixis were analyzed through stepwise multiple regression analysis. A combination of three landscape components (wetland/watershed area, agriculture/wetlands, and forest/soils components) explained 49% of the variance in a trophic state index, even though most of the lakes examined were already highly eutrophic, and thus were influenced by internal loading. The regression equations explained a range of 14 to 76% of the variation in individual water quality variables. Forested land-use was associated with lower lake trophic state, chloride, and lead. High lake trophic state was associated with agricultural land-use and with wetland distance from the lake of interest. The extent of wetlands was associated with low total lead and high color in lakes downstream. Wet meadows or herbaceous, seasonally-flooded wetlands contributed more to lake water color than did cattail marshes.     

硬质海岸防护设施的生态效应与对策

虽然滨海地区占地球陆地面积不足4%，但沿海生境是全球最有价值的自然资源之一。世界上超过三分之一的人口生活在距海岸线100 km的范围内。气候变化和人类活动使得全球海岸侵蚀和风暴潮威胁加重。海岸防护可以有效抵御海岸侵蚀、风暴风险和海平面上升。本文概述了全球主要沿海国家和地区（欧盟、美国、中国）海岸硬化情况以及海岸硬化带来的生态效应。欧洲海岸线硬化比例为10%（2006年），美国海岸的硬化比例为14%（2015年），而中国海岸线的硬化比例近60%（2014年）。海岸硬化会引起滨海湿地重要物理、化学和生物过程的改变，生境丧失和破碎化，以及生物连通性的改变。增加硬化设施的结构复杂性或由混合型海岸代替传统硬化海岸可以减轻海岸硬化对滨海湿地生态系统的威胁，但对硬质海岸和混合型海岸的生态服务功能以及抵御风暴能力的评估还比较缺乏，有待进一步研究。     

复合潜流人工湿地对农村生活污水的净化效果 及其微生物群落结构特征

试验探究了复合潜流人工湿地对农村生活污水的净化效果及其微生物群落结构特征。结果表明，当水力负荷为0.35 m³·(m²·d）^-1时，系统对TN、NH₄⁺-N、COD和TP去除效率分别为（89.84±7.64）%、（98.67±1.31）%、（61.63±16.01）%和（70.21±8.00）%。湿地中一共发现11个主要菌门、18个主要菌纲和33个主要菌属，变形菌门（Proteobacteria）、蓝藻门（Cyanobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、厚壁菌门（Firmicutes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、酸杆菌门（Acidobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）是其中的优势菌门，它们在各级湿地中表层和底层的相对丰度分别是57.26%、61.37%、91.60%、93.22%、88.78%、88.02%。蓝藻菌纲（Cyanobacteria）、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria) 、芽孢杆菌纲(Bacilli)和γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、β-变形菌纲(Betaproteobacteria)是其中优势菌纲，约占主要菌纲的70%。共有17个优势菌属，在各级湿地中的分布情况不同，其中芽孢杆菌属（Bacillus）相对丰度最高，集中分布于第三级湿地，其次是Leptolyngbya、席藻属（Phormidium），在第一、二级湿地中广泛分布。复合潜流人工湿地具有良好污水净化效果，系统中有机物和氮素的去除主要依靠微生物作用，磷素的去除主要依靠基质吸附沉淀作用。     

石灰石砂砾负载铁膜及其强化除磷效果

为研究探讨出一种成本低、适用于农村生活污水处理的人工湿地填料负载铁膜方法,通过室内小试比较了石灰石砂砾、普通河沙砂砾2种材料,以及FeCl_3溶液、FeSO_4溶液、Fe(OH)_3胶体溶液3种含铁溶液,并比较了不同的工艺条件,包括4种加液方式:载体浸泡在溶液中不捞出、浸泡2 h后捞出、浸泡1 min后立即捞出和喷淋,3种干燥方式:105℃烘干、太阳晒干和室内自然晾干;同时构建了铁膜石灰石砂砾小型人工湿地,考察了其实际运行效果。试验优选出的负载铁膜方法为:石灰石砂砾浸泡在浓度为1.5 mol·L~(-1)的FeSO_4溶液中,使石灰石砂砾与溶液充分接触1 min后捞出,再将捞出后的石灰石砂砾室内通风自然晾干。铁膜石灰石砂砾对生活污水总磷的静态吸附去除率从普通石灰石砂砾的22.7%提高到80.6%;将其应用于小型人工湿地,总磷去除率比普通石灰石砂砾湿地提高了10%～15%。     

白洋淀湖心岛分散式鸭养殖污染控制技术研究

白洋淀分散鸭养殖产生的污染物是导致其水体污染的主要来源之一。依据“减量化、就地处置资源化、养分循环”思路,提出湖心岛分散鸭养殖污染控制模式,主要包括：鸭粪收集系统（收集网、径流和冲洗水收集沟）、鸭粪沼气发酵与利用系统、沼液湿地净化和沼渣利用系统。选择安新县安新镇王家寨村占地5 000 m2养殖1 500只鸭的湖心岛建立综合控制示范工程。2010年4~11月,示范工程在典型降雨日和非降雨日排水的COD、总氮、总磷分别为351 mg/L、74.2 mg/L、7.1 mg/L和214 mg/L、42.1 mg/L、5.3 mg/L,水质符合《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB 18596-2001）；这是由于源头收集系统收集了陆上活动区40%的鸭粪,同时末端处理系统（沉淀池+人工湿地）对养鸭废水污染物的高效削减。沼气池产生的沼气和剩余的沼液沼渣可以作为能源和肥料加以利用。本文集成湖心岛分散鸭养殖污染控制模式简便、适用,具有推广价值。     

放牧管理对西藏高寒沼泽植物群落结构和土壤碳氮的影响

对西藏当雄县3种不同放牧管理模式(冬季放牧、冬春季放牧和全年放牧)下的高寒沼泽的植物群落结构和土壤碳氮进行了调查。调查发现,3种放牧管理模式下的高寒沼泽植物群落总盖度差异不显著,而优势物种藏嵩草的高度和盖度差异显著;放牧管理对沼泽群落结构和物种多样性影响较大,随着放牧强度的增加,物种丰富度增加;放牧利用显著降低了高寒沼泽湿地群落优势物种藏嵩草的高度和盖度,其优势度也显著降低,使得高寒沼泽逐渐退化。冬季放牧、冬春季放牧和全年放牧沼泽地上生物量和地下生物量依次降低。同时,随着放牧强度的增加,高寒沼泽表层土壤有机碳氮的含量也显著降低,且高寒沼泽表层土壤碳氮与地上和地下生物量显著正相关。通过对比分析,冬季放牧是当前西藏高寒沼泽较好的放牧管理模式。     

新兴绿色技术——水生植物修复技术

水体富营养化治理已成为当今世界性难题,解决水体富营养化问题的关键是调控水生生态系统结构,使其恢复自然、健康和稳定的水生生态系统功能,提高水生生态系统的生物净化能力.水生植物是水生生态系统中最重要的初级生产者,在水生生态系统物质和能量循环中处于十分重要的地位.水生植物修复技术具有投资、维护和运行费用低,管理简便,处理效果好,可改善和恢复生态环境,回收资源和能源以及收获经济植物等优点,浮岛技术、人工湿地等技术也取得了显著的成就.植物修复技术作为一种绿色技术,将会有更加广阔的发展天地.     

人工湿地优化设计方法研究

在总结国内外人工湿地传统设计方法的基础上,引入了Monod反应动力学模型和离散型水流流动模型.通过对人工湿地系统特别是对垂直复合流人工湿地系统重要水力学问题的分析研究,改进传统的根据一级反应动力学模型的设计方法,提出了复合垂直流人工湿地的优化设计方法.笔者提出的新的人工湿地结构参数推算方法,在设计的准确性和经济性等方面较传统设计方法有了较大的提高,将对人工湿地工程的构建有一定的指导意义.     

人工湿地法解决五岳河水污染问题的可行性

人工湿地作为一种污水生物处理技术,因其具有独特的优势,已得到广泛的应用。针对五岳河水污染现状,结合人工湿地处理废水的特点,从场地选择、工艺类型选择等方面论述利用人工湿地法解决五岳河水污染问题的可行性。     

Quantifying the nitrogen retention capacity of natural wetlands in the large-scale drainage basin of the Baltic Sea

We estimate the nitrogen retention capacity of natural wetlands in the 1.7 million km² Baltic Sea drainage basin, using a wetland GIS data base. There are approximately 138,000 km² of wetlands (bogs and fens) in the Baltic Sea drainage basin, corresponding to 8% of the area. The input of nitrogen to natural wetlands from atmospheric deposition was estimated to 55,000–161,000 ton y¹. A map of the deposition of both wet and dry nitrogen is presented. The input from the human population was estimated to 255,000 ton y¹ in terms of excretory release in processed sewage water. There may also be leakage from forests and agricultural land into the wetlands. Due to lack of data on hydrology and topography, such potential nitrogen sources are not accounted for here. The capacity of the wetlands to retain the atmospheric deposition of nitrogen was estimated to 34,000–99,000 ton y¹. The potential retention by wetlands was estimated to 57,000–145,000 ton y¹ when the nitrogen input from the human population was added. If drained wetlands were to be restored and their area added to the present wetland area, the nitrogen retention capacity was estimated to increase to 196,000–261,000 ton y¹. Our results indicate that existing natural wetlands in the Baltic Sea drainage basin annually can retain an amount of nitrogen which corresponds to about 5–13% of annual total (natural and anthropogenic) nitrogen emissions entering the Baltic Sea. The ecosystem retention service performed by wetlands accounts for a substantial nitrogen removal, thereby reducing the eutrophication of the Baltic Sea.