水源地人工濕地水質(zhì)凈化效果及其對浮游植物的影響

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1、水源地人工濕地水質(zhì)凈化效果及其對浮游植物的影響 浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力，其群落結(jié)構(gòu)對水體環(huán)境變化響應(yīng)非常靈敏，能夠用來反映水體的水質(zhì)特征。通常認(rèn)為，浮游植物生長主要受到營養(yǎng)鹽、水溫、光照和水動(dòng)力的影響，其群落結(jié)構(gòu)更是會受到水體中各種理化因子和生物因子，甚至是人工措施的影響。 人工濕地作為飲用水源地的凈化措施已有許多應(yīng)用實(shí)例。目前，關(guān)于人工濕地的水質(zhì)凈化效果和對浮游植物影響的研究大多是在中小尺度的試驗(yàn)控制下進(jìn)行，但在工程應(yīng)用中的大型人工濕地水源地的研究較少。 本研究以嘉興市水源地石臼漾濕地和貫涇港濕地兩個(gè)人工濕地為研究對象，分析濕地內(nèi)的水質(zhì)變化特征和浮游植物分布特征

2、，探究人工濕地凈化對浮游植物生長和群落結(jié)構(gòu)的影響，為人工濕地水源地的建設(shè)和管理提供理論依據(jù)。 Part 1 材料和方法 1.1 研究區(qū)域概況 石臼漾濕地和貫涇港濕地位于浙江省嘉興市境內(nèi)，均為人工濕地，是嘉興市的重要水源地。兩個(gè)人工濕地的凈化流程可分為4個(gè)功能區(qū)塊，即預(yù)處理區(qū)、濕地根孔凈化區(qū)、深度凈化區(qū)及引水區(qū)。 1.2 采樣點(diǎn)和采樣時(shí)間 2021年3月—5月，分別在濕地的進(jìn)水處、根孔凈化區(qū)出水處和深度凈化區(qū)出水處設(shè)置采樣點(diǎn)。S1～S3為石臼漾濕地采樣點(diǎn)，如圖1(a)所示，其中，S1位于進(jìn)水處，S2位于濕地根孔凈化區(qū)出水處，S3位于水廠取水處；G1和G2為

3、貫涇港濕地采樣點(diǎn)，如圖1(b)所示，其中，G1位于濕地進(jìn)水處，G2位于根孔凈化區(qū)出水處。水質(zhì)采樣的時(shí)間為3月27日—5月27日，每周1次，共采樣10次。浮游植物的采樣日期為3月27日、4月2日、4月17日和5月22日。 1.3 樣品采集與分析 渾濁度和葉綠素a使用YSI EXO多參數(shù)水質(zhì)分析儀進(jìn)行現(xiàn)場測定?？偟?TN)、氨氮NH4+-N硝酸鹽氮NO3--N、總磷(TP)、磷酸鹽PO43--P進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測定。TN根據(jù)HJ 636—2021測定，NH4+-N根據(jù)HJ 535—2021測定，NO3--N根據(jù)HJ/T 346—2021測定，TP根據(jù)GB/T 11893—198

4、9測定，PO43--P根據(jù)GB/T 5750.5—2021測定。浮游植物的測定指標(biāo)包括豐度和群落結(jié)構(gòu)。 Part 2 結(jié)果與分析 2.1 氮磷營養(yǎng)鹽濃度 兩個(gè)濕地各監(jiān)測點(diǎn)的氮營養(yǎng)鹽濃度變化如圖2所示?？傮w而言，石臼漾濕地進(jìn)出水TN濃度變化不大，TN的凈化效果不明顯。根孔凈化區(qū)對NH4+-N的去除效果明顯，但深度凈化區(qū)處理前后NH4+-N濃度基本不變。根孔凈化區(qū)和深度凈化區(qū)對NO3--N的去除效果均不明顯。 兩個(gè)濕地各監(jiān)測點(diǎn)的磷營養(yǎng)鹽濃度變化如圖3所示。水流經(jīng)過S1→S2→S3，TP濃度逐漸降低，根孔凈化區(qū)和深度凈化區(qū)均對TP有較好的去除效果。水流經(jīng)過根

5、孔凈化區(qū)和深度凈化區(qū)，鹽PO43--P濃度逐漸降低。 2.2 濁度 濁度是影響水體富營養(yǎng)化的重要光學(xué)指標(biāo)，主要受到水中懸浮顆粒物、浮游植物、浮游動(dòng)物等影響。由圖4可知，石臼漾濕地的進(jìn)水濁度較高，經(jīng)過人工濕地凈化后，濁度大幅度下降。水流經(jīng)過S1→S2→S3，水體濁度逐步降低，根孔凈化區(qū)和深度凈化區(qū)均對濁度有較好的凈化效果。貫涇港濕地的進(jìn)水濁度比石臼漾濕地低，經(jīng)過濕地凈化后濁度也在一定程度上降低。 2.3 葉綠素a 葉綠素a是表征水體中浮游植物數(shù)量的重要指標(biāo)。如圖5所示，在貫涇港濕地中， 由于深度凈化區(qū)水域較小，G1和G2的葉綠素濃度相近?？傮w而

6、言，兩個(gè)人工濕地的葉綠素a濃度呈現(xiàn)出“深度凈化區(qū)根孔凈化區(qū)≈進(jìn)水區(qū)”的特征。 2.4 浮游植物群落結(jié)構(gòu) 在石臼漾濕地中共鑒定出藻類7門71屬，在貫涇港濕地中共鑒定出藻類7門62屬。兩個(gè)人工濕地的浮游植物種屬構(gòu)成基本一致。 兩個(gè)人工濕地的5個(gè)采樣點(diǎn)在4個(gè)采樣日期的藻類優(yōu)勢種如表1所示。兩個(gè)人工濕地的優(yōu)勢種屬基本一致，主要優(yōu)勢種屬為隱藻屬(Cryptomonas sp.)、藍(lán)隱藻屬(Chroomonas sp.)、小環(huán)藻屬(Cyclotella sp.)、四星藻屬(Tetrastrum sp.)和衣藻屬(Chlamydomonas sp.)。經(jīng)過人工濕地凈化，浮游

7、植物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。 Part 3 討論 3.1 影響浮游植物生長的水質(zhì)因子 氮磷營養(yǎng)鹽是藻類生長的物質(zhì)基礎(chǔ)，但營養(yǎng)鹽對藻類生長的促進(jìn)作用有濃度上限，超過一定濃度后，藻類生長已有足夠的營養(yǎng)，營養(yǎng)鹽不再是藻類生長的限制條件。從營養(yǎng)鹽角度來看，經(jīng)過人工濕地凈化后藻類的營養(yǎng)限制類型由“磷限制與不受磷限制間波動(dòng)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤傲紫拗啤薄? 兩個(gè)人工濕地的氮磷營養(yǎng)鹽濃度都是出水低于進(jìn)水，而葉綠素a濃度卻呈現(xiàn)出“深度凈化區(qū)根孔凈化區(qū)≈進(jìn)水區(qū)”的特征?，F(xiàn)有研究表明，較長的水力停留時(shí)間有利于藻類生長。因此，人工濕地建設(shè)中應(yīng)關(guān)注藻類增殖問題，合理控制水力停留時(shí)間。

8、3.2 浮游植物群落對人工濕地水質(zhì)處理的響應(yīng) 兩個(gè)濕地的主要優(yōu)勢種屬為隱藻、藍(lán)隱藻、小環(huán)藻、四星藻、衣藻。人工濕地凈化改變了水體生境，影響藻類群落結(jié)構(gòu)，促使石臼漾濕地和貫涇港濕地的優(yōu)勢種屬向藍(lán)隱藻和隱藻轉(zhuǎn)變。 Part 4 結(jié)論 (1)石臼漾濕地的TN進(jìn)出水濃度基本不變，NH4+-N平均去除率為17.0%，NH3--N平均去除率為4.7%，TP平均去除率為45.3%，PO43--P平均去除率為52.7%，濁度平均去除率為57.0%；貫涇港濕地的TN平均去除率為10.9%，NH4+-N平均去除率為36.7%，凈化前后NH3--N濃度基本不變，TP平均去除率為21.4%，P

9、O43--P平均去除率為13.6%，濁度平均去除率為22.5%。經(jīng)人工濕地凈化后，氮磷營養(yǎng)鹽濃度和濁度降低，對磷營養(yǎng)鹽的凈化效果比氮好。 (2)經(jīng)濕地凈化后，水體營養(yǎng)鹽濃度降低，但由于水體透明體提升，深度凈化區(qū)水流緩慢，水力停留時(shí)間長，出水處的葉綠素a濃度和藻類數(shù)量都明顯增加。因此，人工濕地建設(shè)中應(yīng)關(guān)注藻類增殖問題，合理控制水力停留時(shí)間。 (3)從浮游植物功能群的適宜生境來看，兩個(gè)濕地總體上為中、富營養(yǎng)狀態(tài)的低流速淺水水體。濕地進(jìn)水區(qū)的浮游植物群落易受到上游來水的影響，但人工濕地凈化可改變水體生境，影響藻類群落結(jié)構(gòu)，促使石臼漾和貫涇港濕地的優(yōu)勢種屬向藍(lán)隱藻和隱藻轉(zhuǎn)變。