恢复湿地氮磷去除的景观生态学机制研究

发布时间：2020-05-12 10:50

【摘要】：基于恢复湿地去除氮磷是水环境修复的前沿领域。在景观尺度上,深入理解生物与环境相互作用的氮磷去除机制,在水体富营养化控制和湿地恢复工程设计中具有重要意义。本研究以南四湖流域七星湖湿地为研究对象,基于野外取样分析和统计方法,分析了不同时间尺度下氮磷去除率的变化规律,确定了主导环境要素和空间要素；研究了植物对氮磷去除率的影响,揭示了植被演替与氮磷去除的相互作用关系；探索了恢复湿地氮磷去除的动力学过程和等温过程,分析了景观要素对模型参数的影响。研究结果如下：(1)在不同时间尺度上,恢复湿地氮磷去除率呈现以下规律：1)恢复湿地氮磷去除效果显著,在水体高氮磷浓度压力下,多年平均去除率在70%以上；2)氮磷去除率在春夏秋三季差异不大,冬季显著降低,但仍高于50%；3)氮磷去除率在年际间没有显著差异,恢复湿地功能可持续。(2)环境要素和空间要素对恢复湿地氮磷去除率的影响如下：1)系统尺度上,各形态氮及总磷和颗粒态磷去除率与温度显著正相关,总氮去除率与溶解氧和进水浓度显著负相关,溶解性磷去除率则与水力停留时间显著负相关；主导景观要素包括4个,其中温度和水力停留时间影响最大。2)缀块尺度上,氮磷去除率随水力停留时间、进水浓度、周长、面积、容积、库长和形状指数的增大而增大,随最大缀块指数的增大而减小,其中进水浓度和最大缀块指数的显著性在季节上有差异；主导景观要素中包括2个环境要素和8个空间要素,其中库长影响最大。(3)植被要素对恢复湿地氮磷去除率的影响为：1)植被缀块面积和形状指数在春夏秋与各形态氮磷去除率都显著正相关,植被缀块密度、边界密度和香浓多样性等指数的影响与季节和氮磷形态有关；主导植被格局指数包括4个,其中植被面积和最大缀块指数影响最大。2)明水的比例和形状指数在各季节与各形态氮磷去除率显著负相关,最大缀块指数与其显著正相关,面积和边界密度等指数的影响与季节和氮磷形态有关；芦苇+香蒲的面积、比例和形状指数在各季节与多个形态氮磷去除率正相关,缀块密度在春秋与其正相关；荷花的面积和形状指数在各季节与多个形态氮磷去除率正相关,缀块密度在春夏对磷去除率影响较大。主导植物群落格局指数在明水中有3个,芦苇+香蒲中有5个,荷花中有3个,其中明水的最大缀块指数和芦苇+香蒲的形状指数影响最大。(4)氮磷胁迫下恢复湿地植物群落演替规律为：1)随时间增加,植被面积增大、缀块数减少,缀块形状趋向不规则；2)在所有氮磷浓度范围,芦苇+香蒲群落的面积都增大,是恢复湿地的优势群落类型,有利于氮磷去除；3)在高氮磷浓度区域,荷花由单一群落逐渐演变为复杂群落,而在低氮磷浓度区域,荷花长势良好且一直为单一群落。(5)景观要素影响恢复湿地氮磷背景浓度和k-C*降解常数：1)环境要素主要影响氮背景浓度和氮磷降解常数,其中溶解氧和pH与其负相关,水力负荷则与其正相关,此外C*与氮降解常数正相关；2)缀块密度在春夏秋、边界密度在春夏与多个形态氮背景浓度显著正相关,平均缀块面积在春季与各形态氮背景浓度显著负相关,缀块密度在春季与各形态氮磷的降解常数显著正相关,容积在冬季与各形态磷降解常数显著负相关；3)植被缀块密度与多个氮磷背景浓度和降解常数正相关,尤其在春夏两季。(6)基于吸附理论的污染物反应模型研究表明：1)Langmuir和Freundlich模型都能较好的模拟恢复湿地氮磷去除的去除过程,其中Langmuir模型的解释力更好；2)提高湿地氮磷进水浓度,延长水力停留时间,增大面积、容积和边界复杂度都会使湿地氮磷去除过程更符合Langmuir模型；3)准一级和准二级动力学模型都能较好的模拟恢复湿地氮磷去除过程,其中准二级动力学模型拟合结果更好。恢复湿地去除氮磷是一个生物与环境之间相互作用的复杂过程。本研究在景观尺度上明确了恢复湿地氮磷去除率与景观要素的关系,揭示了氮磷胁迫下的植物群落演替特征,提出了从吸附角度分析湿地氮磷去除过程,为湿地生态恢复和综合利用提供了理论依据和技术支持。
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七星湖湿地工程是南四湖流域＂截蓄导＂生态工程的一部分，主要目的是削减逡逑城河水中的氮a惻ǘ龋�确保南水北调东线地表ＩＩＩ类水。工程修建完成于２００９年，，逡逑总面积化６３ｋｍ２，设计处理能力１１０００ｍ３／ｄ，共包括５个子单元，如图２－１所示。湿逡逑地有２个进水来源；一是城河水，该部分利用杨岗橡胶巧上游城河左岸引水曰口，逡逑１３逡�

本文编号：2660099