张家口地区水生植物多样性及其对营养物质吸收能力的研究

发布时间：2020-04-13 18:00

【摘要】：水生植物是水生态修复技术中最为重要的组成部分,其发达的根系可以吸收水中的营养物质。而且,利用水生植物作为水生态修复的主体既可以治理富营养化水体,还能有很好的景观效果,同时不会造成二次污染。张家口市位于干旱-半干旱地区,属于严重缺水地区。位于该地区的永定河-洋河流域涉及官厅水库和北京-张家口2022年冬奥会申办场地,是首都重要的防洪/生态安全屏障、重要的供水水源河道和水源保护区。相关数据显示,在该流域在丰水期时水质相对较好,可达到Ⅲ类或Ⅱ类水质标准,而在平水期和枯水期的水质明显变差,有50%的监测数据为Ⅴ或劣Ⅴ类,仍然无法满足恢复官厅水库饮用水水源地功能的要求。为保障首都及冬奥会的饮水安全,急需对官厅水库上游张家口地区永定河-洋河流域的水体进行水质提升。在众多水质净化方法中,利用水生植物修复技术净化水体不仅成本低、净化效果好还能避免二次污染,而水生植物作为生态修复的核心要素,在北方的张家口地区进行水质处理的应用中至关重要。因此,筛选出较好地适应北方张家口地区湿地修复、水质净化的生态工程物种是一个非常重要的课题。本课题主要通过对张家口地区水生植物乡土物种进行调查,研究张家口地区水生植物多样性以及通过筛选该地区七种水生植物分别净化水质的能力进行测定,为张家口地区在工程中利用水生植物治理富营养化水体、恢复湿地系统生态功能提供相关科学依据。调查发现,张家口地区共有水生植物82种,隶属于19科,35属。其中,挺水植物有56种,漂浮植物有4种,浮叶植物有4种,沉水植物有16种。此次调查填补了永定河-洋河流域水生植物生物多样性研究的空白。由于张家口地区永定河-洋河流域及其周边水量相对较少,很多湖泊、水库常年干涸,导致湿地生态系统退化,水生植物分布范围相对较窄,并且各个点位的水生植物种类相对单一,很多点位以香蒲科以及芦苇居多,其他水生植物的分布范围较受局限。依据分布区域、乡土种原则和前人文献研究等,选定7种实验所用水生物种,分别为:挺水植物(小香蒲Typha minima、花蔺Butomus umbellatus)、沉水植物(金鱼藻Ceratophyllum demersum、菹草Potamogeton crispus、篦齿眼子菜Stuckenia pectinata、穗花狐尾藻Myriophyllum spicatum)以及浮水植物(浮叶眼子菜Potamogeton natans)等。然后通过设计实验,定期测量水体TN、TP含量以筛选出吸收氮、磷等营养物质效果最好的水生植物作为富营养化水体治理的生态工程种,同时测量水温、pH、溶解氧(DO)、氧化还原电位(ORP)、悬浮物、浊度、总有机碳(TOC)、化学需氧量(COD)、叶绿素-a等指标,研究结果显示:1.不同水生植物在不同的月份去除氮、磷的能力大小不同。8月份时,去氮除磷能力均较高的是小香蒲,其氮、磷去除率分别为:65.02%,55.84%;9月份时,氮磷去除能力较高的是浮叶眼子菜,其氮、磷去除率分别为:88.33%,77.99%;10月份时,浮叶眼子菜、穗花狐尾藻、篦齿眼子菜、花蔺4种水生植物的氮、磷去除能力均较高,且在0.05水平上没有显著差异;11月份时,菹草、穗花狐尾藻和篦齿眼子菜3种水生植物的氮去除率均较高,在0.05水平上没有显著差异;而TP去除率最高的是浮叶眼子菜,去除率为96.28%;12月份时,菹草的氮、磷去除率最高,去除率分别为:83.29%、96.08%。2.对比各水生植物氮、磷吸收贡献率的大小可知:到12月份,小香蒲与花蔺根部的氮磷去除率始终较大。而地上部分,由于凋亡氮、磷吸收贡献率都有所下降。除菹草外,其他六种水生植物组中的水体氮、磷含量在夏季均持续降低,但在冬季时由于植株的衰败腐烂,水体氮、磷含量都有所升高。菹草组中的水体氮、磷含量变化趋势则相反。3.结合实验数据,本文建议在张家口地区可以选择小香蒲、浮叶眼子菜、花蔺及菹草4种水生植物搭配种植,既能保证在不同的季节有较高的氮、磷去除率,又能保证较好的景观效果。4.在水生植物的管理过程中,建议在11月份前应将花蔺、浮叶眼子菜及小香蒲3种水生植物进行收割处理,以防止植株中的氮、磷释放到水体中,从而导致水体富营养化程度增加。
【图文】：

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华东师范大学硕士学位论文第二章研究区域与技术路线2.1 研究区域2.1.1 自然环境概况张家口市位于河北省的西北部，属于干旱半干旱地区，严重缺水，且降水的时空分布不平均。7、8 和 9 三个月为该地区的丰水期，每年这个时候会经常发生小面积高强度集中暴雨，且流域内植被覆盖较低，植被状况较差，因此，水土流失非常严重。该地区的温度变化也非常大，1 年中气温在-20℃～38℃范围内激烈变化，地温也随着温度的变化而变化[49]。

示意图,永定河,流域,示意图

着国家和地方对水污染控制力度的不断加大，入河污染负荷逐渐下降，水质逐渐改善，但目前依然没有达到水功能区划的目标。国家环境保护部全国主要流域重点断面水质自动监测显示，2011-2013 年官厅水库入库八号桥断面在丰水期的水质相对较好，可达到Ⅲ类或Ⅱ类水质标准，而在平水期和枯水期的水质明显变差，，有 50％的监测数据为Ⅴ或劣Ⅴ类，无法满足恢复官厅水库饮用水水源地功能的要求。此外，从 2002 年到 2012 年，虽然官厅水库上游洋河和桑干河水质有逐渐改善的趋势，但是 2012 年流域 8 个监测断面的总氮指标大多数仍为Ⅳ类水质（响水堡和鸡鸣驿 2 个监测断面为Ⅴ类水）；总磷也呈逐渐改善趋势，2012 年流域 8个监测断面的总磷指标基本上保持在Ⅲ类水标准，但由于河流总磷水环境质量标准高于湖泊水环境质量标准限值，因此总磷也是官厅水库污染的主要因子[9]。通过整理现有资料以及对张家口地区永定河-洋河流域怀来段为期一年的本底调查发现，造成张家口地区永定河-洋河流域水体富营养化的主要污染物质为：总氮，总磷。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X52;Q948.8

【参考文献】