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.     

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。     

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.     

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。     

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%。     

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。     

生猪废水处理和磷回收工艺中抗生素和耐药细菌的削减特征

调查生猪废水处理和磷回收工艺中,厌氧消化、氧化池、磷回收流化床和潜流人工湿地对水质参数、抗生素、耐药细菌和病原菌丰度削减的贡献。结果表明,在水质指标方面,厌氧消化对COD的去除率最大,为40.28%;人工湿地对TP和NH_4~+-N的去除率最大,分别达到53.33%和67.74%;流化床对TP的去除率为49.94%。在抗生素吸附和降解方面,厌氧消化、流化床和人工湿地对土霉素(OTC)和环丙沙星(CIP)具有较大幅度的去除,去除率范围分别为32.27%～63.77%和40.44%～44.11%;厌氧消化、氧化池和人工湿地对磺胺二甲嘧啶(SM2)具有中等幅度的去除,去除率范围为18.10%～28.52%。在耐药细菌方面,厌氧消化作为一级处理工艺对各类型耐药细菌均具有最大去除率(50%);同样作为三级处理工艺,人工湿地能进一步削减耐药细菌的数量,而流化床出水中以奇异变形杆菌、鼠伤寒沙门氏菌和宋内氏志贺氏菌为主的耐药细菌数量出现反弹。微生物群落分析发现,人工湿地在降低病原细菌丰度方面优势显著。研究表明,设置潜流人工湿地承接流化床出水可进一步深化处理生猪废水。     

人工湿地砷污染去除研究进展

砷在环境中普遍存在,因其高毒性,世界卫生组织将砷污染列为重大公共卫生问题。因此,科学家们在不断寻求科学有效的砷污染去除方法。人工湿地砷污染去除系统自上世纪七十年代推出以来,因其环境友好、成本低廉的特性得到蓬勃发展,快速成为绿色环保修复技术之一。人工湿地被认为是理想的砷富集去除场所,其对砷污染的去除方式主要通过植物和微生物相互作用及腐殖酸强化修复来实现。本文通过砷污染治理历史及技术发展、人工湿地的兴起及砷在湿地生态系统中的赋存状态以及人工湿地生态系统砷污染去除三个方面综述了人工湿地砷污染去除的研究进展。通过大量文献综述分析,我们认为在人工湿地砷污染去除的后续研究工作中,应着重研究砷在湿地生态系统中的扩散迁移及演变规律,构建湿地生态系统沉水-浮水-挺水植物立体结构,并不断探索植物-微生物及腐殖酸强化修复对砷污染的协同阻滞及界面作用。     

植物收割对人工湿地基质酶活性的影响

研究了7月份植物收割对人工湿地基质磷酸酶、脲酶、蛋白酶、脱氢酶活性及养殖废水中总氮(TN)、总磷(TP)、COD去除率的影响。结果显示:植物收割后磷酸酶、脲酶、蛋白酶活性开始增高,分别于第20天(13.7 mg/100 g)、第16天(1.9 mg/100 g)、第12天(61.7 mg/100 g)达到最大值,均于第28天(10.1 mg/100 g、1.1 mg/100 g、43.2 mg/100 g)恢复到收割前水平。脱氢酶活性在植物收割后第4天(142.3μL/100 g)降到最小值,此后开始增高,第16天(249.5μL/100 g)达到最大值,于第24天(195.6μL/100 g)恢复到收割前水平。净化效果研究表明,植物收割后TP、TN去除率开始增高,分别在植物收割后第20天(75.1%)、16天(60.6%)达到最大值,均于第28天(51.1%、34.1%)恢复到收割前水平。COD去除率在收割后第4天(25.3%)降到最小值,此后开始增高,第16天(70.2%)达到最高值,第24天(46.5%)恢复到收割前水平。     

Constructed wetlands as a treatment method for effluents from intensive trout farms

This study examined the effects of different hydraulic loading rates on the treatment efficiency of subsurface flow (SSF) constructed wetlands treating effluents from trout farming over a period of 6 months. Six identical wetland cells with a pre-sedimentation zone of 9.6 m² and a root zone of 23.6 m² were loaded with effluents from intensive trout farming (> 2.1 kg feeding stuff per L/s and day). The total runoff of 13.2 L/s was treated in the wetland cells, where two duplicate cells received equal hydraulic loads of 3.9, 1.8 and 0.9 L/s. All examined wetland cells had significant treatment effects on the nutrient fractions containing particulate matter [total nitrogen (TN), total phosphorous (TP), biological oxygen demand in 5 days (BOD₅), chemical oxygen demand (COD), and total suspended solids (TSS)].

Efficiency was between 5.5% for TN and 90.1% for TSS. The SSF wetland also had a high treatment effect on total ammonia nitrogen (TAN), with efficiencies of 61.2 to 87.8%. Nitrate nitrogen (NO₃–N) and phosphate phosphorous (PO₄–P) showed a significant increase in the wetland effluent by 8.4 to 209%. Nitrite nitrogen (NO₂–N), had no significant, or significant effluent increase depending on the inflow rate. Treatment efficiency for particulate nutrients and TAN increased with decreasing hydraulic load, while the differences between 1.8 and 0.9 L/s were not significant. The treatment efficiency for TP was constant for all cells, at around 40%. The wetland receiving 3.9 L/s was over-flooded after 10 to 12 weeks due to colmatation. Nevertheless, the wetland still showed high treatment efficiencies. For commercial trout farms, SSF wetlands are a highly effective method of effluent treatment. A hydraulic load of 1 L/s on 13.3 m² wetland area (1.8 L/s on the examined wetland) seems most suitable. Higher loads lead to accelerated wetland colmatation, while lower loads waste space.