南四湖主要水生植物腐烂过程及污染释放通量研究

发布时间：2020-10-01 21:17

　　 南四湖是南水北调工程最大的调蓄湖泊,也是典型的草型浅水湖泊,湖区水生植物资源丰富。水生植物生长过程中不但可以从水中吸收氮、磷等营养元素,而且还能分泌一些有机物促进微生物的新陈代谢活动,改善水体水质,但在秋冬季节植物腐烂易造成水体二次污染,且腐烂过程及水质效应因植物种类和残体分解量而不同。目前,有关南四湖典型植物腐烂过程的研究较少。本研究选用南四湖常见水生植物菹草、水花生、莲、香蒲和芦苇,在试验室内模拟水生植物的腐烂过程,研究不同水生植物不同生长密度下的污染释放强度变化过程,分析植物组分对腐烂过程的影响,探讨水生植物腐烂分解过程的主要污染物释放规律,结合南四湖水生植物的时空分布特征,估算5种水生植物的释放通量,提出基于水质改善的南四湖水生植物收割管理措施。本研究得出以下结论:(1)不同水生植物腐烂过程中的污染释放强度变化:不同水生植物对水质的影响不同,通过对上覆水中pH值、DO、TN、NH_4~+-N、TP、TOC含量的测定,其影响大小呈现出水花生莲菹草香蒲芦苇;在不同植物密度(0.2 g/L、0.5 g/L、1.0 g/L)条件下,植物密度越高,对水质的影响越大,当植物密度为0.2 g/L时,5种水生植物对水质的影响较小,在植物密度为1.0 g/L时,5种水生植物腐烂释放对水质产生了明显的不利影响,其中水花生和莲的腐烂过程中水质最差;5种水生植物释放过程均呈现出前期快速释放,中期缓慢降低,最后趋于稳定的变化趋势。(2)研究了不同植物种类及主要组分对水生植物腐烂释放过程的影响,结果表明,不同种类水生植物的组分存在差异明显,N、P含量呈现为水花生莲菹草香蒲芦苇;芦苇和香蒲的木质素、纤维素含量较高,而水花生和莲的含量较低。水生植物初始N、P百分比含量越高,其分解速率越快,而木质素、纤维素等组分含量越高则腐烂分解速率越慢,水生植物的腐烂释放速率与C、N、P、木质素、纤维素等植物组分含量显示出相关性。(3)水生植物腐烂过程中上覆水O_2浓度变化规律符合氧亏曲线方程,植物腐烂分解速率越快,其上覆水K_d值越大,K_r值越小。水生植物腐烂过程的上覆水氮素释放动力学模型显示,植物腐烂分解速率越快,其上覆水中有机物的降解速率常数K_1和氨氮的分解速率常数K_2越大,对应异养细菌和硝化细菌浓度越高。(4)基于南四湖主要水生植物的时空分布特征,测算不同水生植物每年度NH_4~+-N、TN、TP和TOC等主要污染物释放量分别为3945.38 t、14145.82 t、1575.46 t、56245.73t。提出了基于水质改善的南四湖水生植物密度配置和季节性收割等管理措施,为南四湖水质改善提供理论依据。
【学位单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X524
【部分图文】：

山东建筑大学硕士学位论文第 1 章 绪论国山东省西南部（116o34′E～117o21′E，34o27′N～35阳湖、独山湖、昭阳湖和微山湖四个湖泊相连构成，呈6 km，东西长 5～25 km，年均水深为 1.5 m～2.0 m，水淡水湖。南四湖作为山东省重要的水源地，同时还是道和调蓄枢纽[1]，现已发展成为集灌溉、水产养殖、航性湖泊。

形成了很好的过滤层，使水中的一些不溶性物质如颗粒态氮、磷粘附在植物的根系而起到很好的吸附过滤作用。水生植物的这种作用主要应用在河流两侧的护坡及区域。刘盼等[13]通过对水生植物紫叶酢浆草的吸附性能研究，表明其对水中 TN、 NH4+-N 的吸附能力达到 60％以上，且紫叶酢浆草可以作为一种观赏植物，具有应用前景。1.2 研究意义南四湖是南水北调工程最大的调蓄湖泊，同时也是南水北调东线工程中段重要水质涵养区。南四湖流域的水质安全、水体化及湿地生态环境系统的完整健康是水北调东线工程顺利进展及输水安全的重要前提。近几年，南四湖流域内开展大工湿地综合污染治理工程，其大量水生植物在生长期间，可以效的去除水和底泥、磷、重金属、有机物等污染物，对水质起到了良好的净化作用。但在秋冬季节物进入腐烂分解阶段，会对水质造成二次污染[14]。

图 2.1 南四湖主要的 5 种水生植物（菹草、水花生、莲、香蒲、芦苇）菹草（Potamogeton crispus），又名虾藻、虾草。属眼子菜科，眼子菜属，为多年水草本植物。其最适宜生长温度为 10～20℃，当温度高于 24℃时则停止生长。菹草地理分布较广，其广泛分布于湖泊、河流和低洼积水处，生长环境水深一般不超.8 m。菹草的繁殖包括种子繁殖、根茎繁殖和石芽繁殖，其中石芽繁殖为主要的繁殖式。在南四湖地区菹草秋季发芽，冬季生长，在 4、5 月份大量繁殖，在 5 月中旬

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本文编号：2832017