人工濕地污水處理系統(tǒng)3種紅樹植物生理生態(tài)特性及凈化效果研究.pdf

1、紅樹林是生長于熱帶和亞熱帶海岸和河口潮間帶的木本植物群落，由于紅樹林濕地系統(tǒng)處于淡水和海水的交互地帶，污染物和有毒物質(zhì)存留在泥灘中，紅樹林濕地系統(tǒng)可通過物理作用、化學(xué)作用及生物作用對各種污染物進(jìn)行處理，起到凈化作用。一部分學(xué)者從紅樹林濕地系統(tǒng)的污染生理生態(tài)入手，研究污染物對紅樹林濕地系統(tǒng)中紅樹植物的生理生態(tài)特性的影響，其中對重金屬污染、石油污染及其它污水的研究比較廣泛。一部分學(xué)者則重點(diǎn)研究紅樹林濕地系統(tǒng)的去污效果，包括天然紅樹林濕地和人

2、工紅樹林濕地對各種污染物的去除效果。但是，目前不論是自然紅樹林濕地系統(tǒng)，還是人工紅樹林濕地系統(tǒng)的研究大多是在咸水并有潮汐變化的條件下進(jìn)行的，而在淡水條件下的研究比較少。本文研究了淡水且沒有潮汐變化的人工濕地生活污水處理系統(tǒng)中3種紅樹植物海桑、桐花樹和木欖的生理生態(tài)特性和對污染物的凈化效果，一方面進(jìn)一步拓展紅樹植物在淡水條件下的人工濕地的應(yīng)用，另一方面為人工濕地污水處理系統(tǒng)提供更多的植物選擇。本實(shí)驗(yàn)于2004年1月至2005年12月在華南

3、師范大學(xué)校園內(nèi)進(jìn)行，三種紅樹植物均為1年生幼苗，從深圳福田紅樹林自然保護(hù)區(qū)育苗基地購回。人工濕地建在華南師范大學(xué)校園，試驗(yàn)池由水泥構(gòu)筑，每個(gè)池的尺寸為2m×2m×0.6m。系統(tǒng)采用潛流濕地，每個(gè)濕地池高0.6m，填料分別為(由下至上)：粗礫石(粒徑為20mm)、細(xì)礫石(粒徑為10mm)，每種填料的厚度均為30cm。生活污水來自華南師范大學(xué)行政學(xué)院學(xué)生宿舍，污水CODcr：90～270mg/L、BOD5：40～80mh/L、總氮：20～4

4、5mg/L、總磷：1.5～5.5mg/L、NH3-N：15～36mg/L。另外在深圳福田自然保護(hù)區(qū)育苗基地選取與人工濕地三種紅樹植物苗齡相同的植物各60株作為對照，比較人工濕地污水處理系統(tǒng)和潮間帶自然濕地三種紅樹植物的生長狀況及生理生態(tài)特性。 主要研究結(jié)果如下: 1、一年后，海桑、桐花樹和木欖株高增長量分別為134、32和21cm，基徑增長量分別為18.2、14.3和12.9mm，生物量增長量分別為747、113和55g

5、/株，表明海桑生長最快，桐花樹次之，木欖最慢。人工濕地三種紅樹植物凋落物量比較，海桑＞木欖＞桐花樹。人工濕地污水處理系統(tǒng)和深圳福田自然保護(hù)區(qū)三種紅樹植物的生長狀況表現(xiàn)出一定的差異，前一生境海桑和桐花樹的株高、基徑和生物量稍低于后一生境，而前一生境木欖的生長狀況則遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后一生境。人工濕地污水處理系統(tǒng)海桑、桐花樹和木欖的生物量分別只有深圳福田自然保護(hù)區(qū)的76％、83％和43％。 2、從2004年1月至12月，海桑、桐花樹和木欖各項(xiàng)

6、光合生理指標(biāo)的平均值分別為：葉片總?cè)~綠素含量1.91、1.26、0.91mgg-1FW；葉綠素a含量1.44、0.93、0.64mgg-1FW；葉綠素b含量0.5、0.34、0.17mgg-1FW；凈光合速率9.67、6.39、3.57μmolCO2m-2s-1；蒸騰速率5.4、3.8、2.4mmolH2Om-2s-1；氣孔導(dǎo)度285、222、110mmolH2Om-2s-1。結(jié)果表明光合作用和水分代謝海桑＞桐花樹＞木欖。海桑的光合作用

7、日變化呈現(xiàn)單峰型曲線，桐花樹和木欖為雙峰型曲線。三種紅樹植物全年的生理生態(tài)特征的變化規(guī)律基本相似，4～10月生長較快，大部分生理指標(biāo)維持高水平，1～3月和11～12月由于溫度較低，生長比較慢，大部分生理指標(biāo)處于較低水平。綜合比較一年來人工濕地中三種紅樹植物的生長狀況和光合生理指標(biāo)，結(jié)果顯示海桑好于桐花樹，桐花樹好于木欖。 3、一年來，人工濕地污水處理系統(tǒng)三種紅樹植物超氧物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT

8、)活性不斷升高并維持在較高水平，脯氨酸含量在7～9月達(dá)到最高水平，質(zhì)膜透性沒有明顯的變化規(guī)律。從2004年1月至12月，人工濕地海桑、桐花樹和木欖各項(xiàng)抗性生理指標(biāo)的平均值分別為：電解質(zhì)滲出率10.2％、12.9％、13.5％；SOD活性447、396、386Ug-1FW；CAT活性370、188、417Ug-1FW；POD活性310、284、384Ug-1FW；MDA含量42.92、65.36、52.22nmol/gFW和游離脯氨酸含量

9、58.82、80.92、59.87μgg-1FW。人工濕地與深圳福田自然保護(hù)區(qū)3種紅樹植物抗性生理指標(biāo)比較，SOD、POD和CAT活性前者明顯低于后者，脯氨酸含量前者明顯高于后者，而丙二醛(MDA)含量和質(zhì)膜透性兩者沒有差別。 4、從2005年1月至12月，3種紅樹植物人工濕地對BOD5和COFcr的平均去除率分別達(dá)到83％和71％以上，且各處理周期之間波動較小，說明人工濕地系統(tǒng)對有機(jī)物的處理效果好并且比較穩(wěn)定。各人工濕地對TP

10、、TN、NH3-N和NO2-N的平均去除率分別達(dá)到41％、55％、50％和84％以上，各處理周期之間波動較大。此外，人工濕地的出水NO3-N濃度明顯高于進(jìn)水濃度。 海桑和桐花樹人工濕地對BOD5、CODcr、TP、TN和NH3-N去除率明顯高于木欖人工濕地。除TP去除率存在顯著差異外，海桑和桐花樹人工濕地的BOD5、CODcr、TN和NH3-N去除率沒有顯著差異。另外，3種紅樹植物人工濕地的NO2-N的去除率沒有差別?？傮w上來說

11、，人工濕地對污染物的去除率呈現(xiàn)海桑濕地≈桐花樹濕地＞木欖濕地。 紅樹林人工濕地單一處理周期內(nèi)，去除率隨停留時(shí)間的延長而增加。BOD5、CODCr、TN和NH4-N在第一天和第二天的去除率分別為第三天去除率的54-65％和73-84％，NO2-N在第一天和第二天的去除率分別達(dá)到了第三天的70-81％和85-94％，而TP在第一天和第二天的去除率分別只有第三天的39-50％和65-74％。紅樹植物與風(fēng)車草混種試驗(yàn)結(jié)果表明，人工濕地的