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。兩個人工濕地的凈化流程可分為4個功能區(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 采樣點和采樣時間 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。S1～S3為石臼漾濕地采樣點，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，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)行實驗室測定。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 兩個濕地各監(jiān)測點的氮營養(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。 兩個濕地各監(jiān)測點的磷營養(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。總體而

6、言，兩個人工濕地的葉綠素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。兩個人工濕地的浮游植物種屬構(gòu)成基本一致。 兩個人工濕地的5個采樣點在4個采樣日期的藻類優(yōu)勢種如表1所示。兩個人工濕地的優(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”轉(zhuǎn)變?yōu)椤傲紫拗啤薄? 兩個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。現(xiàn)有研究表明，較長的水力停留時間有利于藻類生長。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間。 (3)從浮游植物功能群的適宜生境來看，兩個濕地總體上為中、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。