植物塘+人工湿地+吸附池系统对灌溉水中痕量Cd的去除效果

为了降低灌溉水中Cd向农田输入,减轻农田土壤Cd污染,试验选取梭鱼草、狐尾藻、野茭白为材料,构建"植物塘+人工湿地+吸附池"系统,研究其对湖南典型矿区Cd超标灌溉水净化效果,并分析Cd在系统中的分布规律。结果表明:在2018年11月—2019年9月监测期间,进水全量Cd平均浓度为6.35μg·L~(-1),经系统净化后灌溉水中可溶态Cd、悬浮态Cd及悬浮颗粒物平均去除率分别为86.58%、90.37%和81.54%,构建的人工系统可有效降低灌溉水中Cd含量。进水口悬浮态Cd与悬浮颗粒物呈极显著正相关,悬浮颗粒物与进水流速呈显著正相关。灌溉水Cd输入总量为859.61 g,大气沉降Cd输入总量为95.34 g,处理系统拦截为865.52 g,各个单元拦截量从高到低依次为一级植物塘(544.64 g)三级人工湿地+吸附池(167.62 g)二级植物塘(156.26 g)。3种湿地植物对Cd均有较好的富集效果,富集浓度随水流方向下降。一、二级植物塘底泥最大Cd浓度分别为11.05、4.75 mg·kg~(-1),底泥中Cd弱酸可溶态比值较大,存在向水体解吸释放的风险。所构建的"植物塘+人工湿地+吸附池"净化系统可有效降低湖南典型矿区灌溉水中超标Cd含量,降低农田土壤Cd的灌溉输入通量。     

植物塘人工湿地系统对灌溉水Cd的生态拦截效果

为拦截灌溉水Cd,设计实施了水平潜流与表面流两种工艺组合的植物塘人工湿地系统,在水稻生育期净化处理灌溉水,结合田间水稻种植小区试验,于2017年1月至2018年12月逐月采集水样,同时多次采集水稻和土壤样品,监测分析样品Cd含量,探讨人工湿地系统对灌溉水中Cd的净化效率及对米Cd累积的影响。结果表明:连续两年监测,人工湿地系统进水Cd浓度范围为0.034～0.644μg/L,平均浓度为0.232μg/L,经过植物塘人工湿地系统处理后出水Cd浓度范围为0.001～0.189μg/L,平均浓度为0.059μg/L。一级、二级和三级人工湿地系统对灌溉水中Cd的去除率分别为50.21%、14.06%和7.81%,人工湿地系统总去除率达72.06%;与未净化灌溉水相比,经人工湿地系统净化处理后灌溉的水稻糙米Cd含量下降了10.50%～24.51%。研究表明,植物塘人工湿地系统能有效拦截去除灌溉水中的Cd,减少该途径对稻田土壤Cd输入通量,并降低糙米中Cd累积量。本结果可为典型稻田重金属污染灌溉水的净化及湿地植物的选择、减少稻田重金属输入和粮食安全生产提供理论依据和参考。     

人工湿地植物净化效果研究

通过测定人工湿地污水pH值、NH3-N、TP和TN 4项指标,对芦苇、水葱、香蒲和千屈菜这4种典型人工湿地植物进行了净化效果研究,筛选出净化效果好且具有观赏价值的湿地植物。结果表明:4种植物对水质的处理效果为:pH值基本达到7左右;NH3-N的去除率平均约为50%;TP为40%;TN为25%。4种湿地植物的优选顺序为香蒲>芦苇>水葱>千屈菜。     

人工湿地植物的净化效果研究进展

人工湿地是一项新兴的污水净化技术。该文主要总结了人工湿地的类型及特点,其中详细介绍了湿地植物对各种污染物的净化效果,最后规划了下一步的研究方向。     

串联植物塘净化巢湖湖水的中试研究及启示

利用串联式水生植物塘净化巢湖水,考察中试阶段对氮磷的去除效果及富营养化湖水流经各级植物塘时其他水质指标的变化情况。结果表明,总氮和总磷的去除率分别为42.1%和24.8%,COD的去除率为36.7%,出水温度下降0.32℃;黑藻的存活率最低,但其对有机物和营养盐的去除效果均好于其他两种水生植物,值得做进一步研究。并结合中试运行中出现的问题和巢湖环境特征,指出巢湖目前环境较适于挺水植物的栽种和生长,认为在对巢湖进行生态恢复或生物修复时可考虑从栽种挺水植物入手。     

不同植物人工湿地净化模拟生活污水效果

研究鸢尾、吊兰、马蹄莲3种不同植物模拟人工湿地系统对模拟生活污水的净化效果。结果表明:3种植物湿地系统对模拟生活污水中COD、NH+4-N、TP去除效果均较好,其中鸢尾湿地系统对模拟生活污水的净化效果最好。     

人工湿地植物的选择及湿地植物对污染河水的净化能力

阐述了在人工湿地中植物的作用和选择人工湿地植物的原则,分析比较了4种常用于人工湿地的植物的生长特性、环境适应性,并进行了潜流人工湿地和生物滤床作为人工湿地的对照试验）对污染河水处理效果的比较。结果表明,在湿地床中,美人蕉（C．flaccida）和香根草（Vetiveria zizanioides）长速较快,较适合于需快速启动的湿地系统;风车草（Cyperus slternifolius）长势良好,覆盖度接近100％;纸莎草（Cyperus papyrus）长势较差,环境适应性差。在HRT为13h的运行条件下,系统稳定运行后植物对CODMn,TP、TN、NH4^＋-N的平均去除率分别为3．1％、2．0％、12．7％、5．2％,植物对浊度没有明显的改善作用。人工湿地有较强的耐冲击负荷能力,在HRT为13h条件下系统的处理能力还有较大的提升空间。     

耐寒植物人工湿地污水净化效果的季节变化

通过构建耐寒植物人工湿地,研究人工湿地对污水中总氮、总磷及有机质的去除效果,探讨季节变化对污染物去除率的影响。结果表明:西伯利亚鸢尾和花叶麦冬2种耐寒植物人工湿地对污染物具有较稳定的去除效果;即使在冬季,2种湿地植物对污染物的去除率均能达到30%以上;不同季节西伯利亚鸢尾湿地对总氮、总磷及有机质的平均去除率均高于花叶麦冬。结果表明,合理选择湿地植物,可以减少运行费用,对于维持人工湿地净化能力的持效性有重要意义,本研究为人工湿地在北方地区的应用及植物选择提供参考。     

芦苇和美人蕉及薄荷用作人工湿地植物对中水的净化效果

分别以芦苇、美人蕉和薄荷为植被，构建潜流人工湿地植物床，研究这3种植物对中水中的氮、磷和COD的净化效果，结果表明：①芦苇组对氨氮的去除效果最好，去除率最高可达85.43%，芦苇组和美人蕉组对硝酸氮的平均去除率(各测定时间的平均值，下同)都大于薄荷组和对照组，对总氮的平均去除率表现为芦苇组(76.30%)、美人蕉组(76.19%)、薄荷组(61.60%)、对照组(46.99%)依次减小；②薄荷组对总磷和活性磷的平均去除率分别为51.11%、71.89%，是3个试验组中去除率最高的，其次是美人蕉组；③3种植物对COD的去除效果相近，都大于对照组，其中美人蕉组的去除率最高，最高可达77.76%。     

四种材料对灌溉水中镉净化性能的比较

基于前期筛选的4种材料——石灰石、沸石、赤泥粒和油菜秸秆,通过设计等温吸附实验和动态模拟实验,探讨了材料对灌溉水中Cd的快速吸附能力,应用Langmuir、Freundlich和Tempkin方程及BDST(Bed depth service time)模型分别对材料Cd等温吸附和动态吸附性能进行表征,旨在为材料进一步应用提供理论基础。结果显示,4种材料对Cd有不同吸附能力,平衡液Cd浓度10μg·L~(-1)时,材料Cd等温吸附量Qv(EC=0.79 m S·cm~(-1))依次为石灰石175.7 g·m~(-3)沸石46.2 g·m~(-3)赤泥粒20.7 g·m~(-3)油菜秸秆3.7g·m~(-3);对Cd动态吸附量N0为赤泥粒1776 g·m~(-3)石灰石1767 g·m~(-3)沸石1704 g·m~(-3)油菜秸秆837 g·m~(-3)。材料对Cd吸附过程中提升溶液pH的能力表现为赤泥粒石灰石和沸石油菜秸秆。溶液离子强度对石灰石和沸石对Cd吸附有显著影响,并且随平衡液Cd浓度增加影响扩大,但是对油菜秸秆、赤泥粒对Cd吸附的影响较小。油菜秸秆对水中Cd吸附亲和力很强,但饱和吸附容量较低,吸附效率随净化时间延长衰减较明显。     

池塘养殖尾水灌溉稻蟹共生稻田中水稻的生长

为了探求新型稻渔共作模式对水稻生长及产量的影响,在宁夏回族自治区银川市贺兰县光明渔村开展了新型稻渔共作模式的实践。不同情况下稻田灌溉模式影响了水稻的生长以及产量。实验分为每隔5 d灌溉一次鱼塘水,每隔7 d灌溉一次鱼塘水以及不灌溉鱼塘水。水稻种植品种为“吉宏6号”,水稻平均亩产544.97kg,总体旱田亩产量高于水田,不同灌溉周期亩产量5 d灌溉一次>7 d灌溉一次>不灌溉鱼塘水。地上部分生物量旱田大于水田。灰色关联度分布为0.576～0.907。各水稻根茎秆构成因子与水稻产量关联度由强到弱排序依次为：根长（0.907）＞秆基部外径(0.863)=穗基部外径(0.863)＞秆长(0.846)＞株高(0.829)＞穗长(0.776),其中与水稻产量关联度最大的根茎秆构成因子是根长,关联度最小的是穗长;水稻产量构成因子与水稻产量关联度由强到弱排序依次为：有效穗数(0.869)＞穗粒数(0.847)＞生物量(0.813)＞结实率(0.806)＞千粒质量(0.759)＞每公顷穴数(0.715)＞根干质量（0.625）＞成穗率(0.576),其中与水稻产量关联度最大的产量构成因子是有效穗数,关联度最小的是成穗率。     

不同水分条件下多种Mn肥对水稻Cd累积的影响

为探讨不同 Mn 肥在淹水和落干条件下对水稻 Cd 累积的影响,分别于这两种水分管理条件下,对两个水稻品种施加Mn CO₃、Mn SO₄、Mn Cl₂、杨木屑吸附 Mn Cl₂肥(PS-Mn)、米糠吸附 Mn Cl₂肥(RB-Mn),进行温室盆栽试验。3 种无机 Mn 肥施用量为250 mg·kg^-1(以 Mn计,下同),2种有机 Mn肥施用量为 25 mg·kg^-1(对应的 Mn施用量为 PS-Mn:380 mg·kg^-1,RB-Mn:177 mg·kg^-1)。试验所用土壤中Cd含量为0.75 mg·kg^-1,p H 6.33。结果表明,持续淹水条件下水稻Cd含量明显低于落干条件(P<0.05)。落干条件下,2个水稻品种籽粒Cd含量均为Mn SO₄、Mn CO₃处理最低,RB-Mn处理最高。研究表明,持续淹水能显著降低...     

生物炭与水分管理耦合对晚稻镉迁移与积累的影响

选择中度镉污染稻田,以晚稻品种H优518为试验材料,采用前干后淹(W1)、前淹后干(W2)、长期淹水(W3)、常规水分管理(W4)4种水分管理方式为主处理,施用4个水平(C1-5 t·hm~(-2)、C2-7.5 t·hm~(-2)、C3-10 t·hm~(-2)、C4-0 t·hm~(-2))的生物炭为副处理,通过大田裂区试验研究生物炭与水分管理耦合对土壤pH以及晚稻镉吸收、迁移与积累的影响。结果表明:16个处理的pH均有上升,上升幅度在0.65～1.37个单位,W3-C3上升幅度最大,达到1.37个单位;各处理中,W3-C3对糙米镉含量降低效果最为明显,与对照(W4-C4)相比,糙米中镉含量降低了59.10%,含量为0.18 mg·kg~(-1),同一主处理中,各器官镉含量均呈现随着施炭量增加而下降的趋势;各处理均能够减弱镉在水稻器官间的转运能力,与对照相比,水稻吸收的镉由根部向糙米、由茎叶向糙米的转运系数下降最多的处理分别为W3-C3、W3-C2,下降幅度分别为38.48%、27.03%;经过处理,糙米镉积累量显著降低,积累量最低的处理为W3-C3,与对照相比,下降幅度为53.44%。综上,长期淹水与生物炭耦合能有效抑制晚稻对镉的吸收、迁移与积累,在长期淹水条件下,生物炭施用量为10 t·hm~(-2)时降镉效果最为明显。     

不同钝化材料对弱酸性稻田稻米吸收镉的影响

为了找到适宜弱酸性镉轻度污染稻田应用的钝化材料及用量，通过田间小区试验设置不同钝化材料处理，探究其对弱酸性镉（Cd）轻度污染稻田（pH值范围6.1~6.5）土壤pH值、全Cd含量、有效态Cd含量、稻米Cd含量及水稻产量的影响。研究结果表明：与CK相比，施加0.1%生石灰、0.3%微米羟基磷灰石、0.3%洁地保土壤调理剂均显著提升土壤pH值，分别提高了约0.86、0.66、0.28个单位，使土壤环境由弱酸性向中性过渡或转变为中性；各处理土壤全Cd含量无显著性差异，0.1%生石灰、0.3%微米羟基磷灰石、0.5%稻壳生物炭、0.3%洁地保土壤调理剂处理土壤有效态Cd含量均显著降低（P<0.05），下降率分别为20.08%、20.92%、13.99%、20.60%；各处理稻米Cd含量均显著降低22.02%~72.80%，均符合《食品安全国家标准食品中污染物限量》（GB 2762-2017），降Cd效果显著，其中0.1%生石灰、0.3%微米羟基磷灰石、0.3%洁地保土壤调理剂处理稻米Cd降Cd率均在60%以上；各处理水稻产量均无显著差异，且小幅增产1.23%~6.13%。结合适宜水稻生长发育的土壤pH值范围、综合考虑钝化材料长效稳定性，建议施用0.3%微米羟基磷灰石或0.3%洁地保土壤调理剂。研究结果可为今后指导弱酸性Cd轻度污染稻田原位钝化修复技术的应用与研究提供一定的科学依据和理论基础。     

查哈阳灌区水稻水分生产函数模型试验研究

在黑龙江省查哈阳灌区2006年实测数据的基础上,建立了4种水分生产函数模型,经过对4种水分生产函数模型的分析,确定出适合查哈阳灌区的水稻水分生产函数模型为Jensen模型,再次验证了Jensen模型的广泛适用性,为该地区水稻非充分灌溉条件下的灌溉制度优化提供了基础依据。     

前期灌溉养殖废水和再生水对土壤吸附镉能力的影响

为揭示前期不同非常规水源灌溉后土壤吸附镉（Cd）能力的变化及其影响因素,采用吸附动力学试验、等温吸附试验及Cd形态解吸试验,以去离子水为对照,研究了养殖废水和再生水灌溉后潮土和红壤吸附Cd能力的变化规律和影响因素。与对照相比,不论Cd初始浓度高低,再生水灌溉均显著减少了两种土壤对Cd的吸附;养殖废水灌溉在低Cd浓度时（5 mg·L^-1和10 mg·L^-1）显著降低了两种土壤对Cd的吸附,但在高Cd浓度时（25 mg·L^-1和50 mg·L^-1）增加了两种土壤对Cd的吸附。Freundlich模型能够较好地拟合所有土壤对Cd的吸附,拟合结果也表明养殖废水灌溉土壤对Cd吸附能力较强,而再生水灌溉土壤对Cd的吸附能力较弱。两种土壤吸附的Cd均以络合态为主,养殖废水和再生水灌溉主要通过影响土壤pH、黏粒含量、盐分和Cu含量而影响土壤吸附的络合态和交换态Cd含量,进而改变土壤对Cd的吸附能力。再生水灌溉后土壤对Cd的吸附能力降低,而养殖废水灌溉后土壤对Cd的吸附能力变化因Cd初始浓度而异。     

基于CROPWAT模型水稻需水量及灌溉制度研究

为研究黑龙江松嫩平原南部地区气候变化对水稻需水量影响及水稻不同灌溉制度,基于黑龙江省庆安县1966～2015年气象、土壤数据和水稻作物参数,采用Mann-Kendall趋势检验法分析水稻生育期内需水量变化规律,利用CROPWAT模型计算水稻各生育期需水量、有效降雨和灌溉需水量,对不同典型年份水稻需水量和有效降雨作耦合度分析,制定水稻灌溉制度。结果表明,生育期内水稻需水量在气象因素共同作用下以13.68 mm·10年-1速率下降,变化范围为410.8～574.6 mm;该地区特枯水年、枯水年、平水年和丰水年水稻需水量分别为521.0、484.9、451.8、410.8 mm;水稻在拔节和抽穗期需水量较大,两个时期需水量在不同水文年下差异明显;不同水文年下6、7、8月主要需水时期,需水量与有效降雨耦合度均小于1;同一水文年下灌溉定额均为淹水灌溉>"浅、湿"灌溉>干湿交替灌溉>控制灌溉,淹水灌溉灌溉次数最多,干湿交替灌溉模式灌溉次数最少;不同水文年下与淹水灌溉灌溉定额相比水稻"浅、湿"灌溉、干湿交替灌溉和控制灌溉节水效果明显,分别可节水6.3%～13.4%、29.1%～39.4%、30.6%～42.6%。有效降雨量难以满足水稻需水要求,在水稻生育期内应根据不同典型年选择合适灌溉制度灌溉,并在拔节孕穗、抽穗开花两个高耗水时期加强灌溉。