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基于生态浮岛技术对衡阳西湖公园水体修复的试验研究

'基于生态浮岛技术对衡阳西湖公园水体修复的试验研究'
分类号 密级 UDC 502 学 位 论 文 基于生态浮岛技术对衡阳西湖公园水体修复的试验研究 The experiment and research on the water purification of Hengyang West Lake Park by the ecological floating island technology 汤迪娟 答辩委员会主席 评 阅 人 北京·中国林业科学研究院 指导教师姓名 陈津端副研究员 申请学位级别 硕士专业学位 专 业 名 称 农业 研 究 方 向 林业 论文提交日期 2015 年 5 月 论文答辩日期 2015 年 6 月 学位授予日期 2015 年 7 月 公开 X524 中国妹《种#种堯絶 学位论文 基于生 ,态浮岛技术对衡阳西湖公园水体修 ^ 复的试验研究 学位论文作者汤迪巧 指导教师姓名陈津端副研究現 指导小组成员林仲桂教授 申请学位级别硕壬 — 专业 ’ 名称农业  研究方向 林 业  论文答辩日期2 01 5年 6月  # 中国 ? 北京 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进巧的研究工作及取得的研究成  累 。尽我所知 , 除了文中特别加标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表 或撰写巧的研究成果 ,也不包含为 获得 本研究 生培养单 位或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我 一 同工作的同志对本研究 所做 的 任何 贡献均己在 论文 中作了明确 的说明并表不谢意。 学位论文作者签名 :立速 ^ 日期: 20化 年 ^ 月 2^ 日 学位论文版孜使用授权书 本学位论文作者完全了解中国林业 科学 研究院脊关保留 、使用学位论文的规定,中 国林业科擎硏究院有极保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和溢盘,允许论 文被蒼阅和借阅 。本人 授枚 中圍林业科学研究院可W将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索,可W采用影印、缩印或扫描等 复制 手段保存、汇编学位论文 。 (保密的学位论文在解密后适用本授权书)  学位论文作者签名: 导师签名 : 2^ 'r年 各月2^日於^年 《 月 ^ 旧 ? 学位论文作 者毕业联系方式 工作单位 : 歎系电话 : 电子邮件 : 遁讯地址、邮编: Dissertation for the Degree The experiment and research on the water purification of Hengyang West Lake Park by the ecological floating island technology Candidate:Dijuan Tang Supervisor:Jinduan Chen Zhonggui Lin Academic Degree Applied for:Master of Professional Degree Speciality:Agricultural Date of Defence :June,2015 Degree-Conferring-Institution: Chinese Academy of Forestry I 摘摘 要要 本文于 2014 年 5 月-6 月,综合衡阳市的气候特点以及植物的生长特性,选取了美人 蕉(Canna indica) 、旱伞草(Cyperus alternifolius)和蕹菜(Ipomoea aquatica)这三种具 有景观观赏价值和经济价值的挺水性植物,利用生态浮岛技术,在同等条件下的衡阳市 西湖公园富营养化水体样本中进行栽培。通过定期监测气温、水温和检测试验水体中的 pH 值、DO(溶解氧,Dissolved Oxygen) 、TN(总氮, Total Nitrogen) 、TP(总磷,Total Phosphorus) 、COD(化学需氧量,Chemical Oxygen Demand)变化等试验数据,定量分 析这三种植物的生长与水体中 TN、TP、COD 和 DO 等污染指标的浓度变化关系和原因, 比较这三种植物对试验水体的不同净化效果,从净化水质能力强、生态景观观赏价值高、 存活率高和成本低廉这四个方面,筛选出最适合西湖公园水体的浮岛栽培植物,为衡阳 地区其它水域水体的净化提供生态浮岛栽培技术和植物选种参考。 本试验主要结果如下: 1.三种植物均能适应试验水体环境并较好的生长。 在整个静态试验中, 三种植物在试 验水体中均能正常生长,并分蘖出新的植株,植株根系生长较快,美人蕉和蕹菜根系变 化最为明显,根须交错形成一个密实整体。试验初期,由于试验水体中营养盐较充足, 植物能较好较快生长;试验后期,由于试验水体中营养盐的缺乏和 DO 含量降低等因素 影响,三种植物的生长都受到一定的抑制。 2.试验水体中 TN、TP、COD 和 DO 等污染指标的浓度变化,与栽培植物的生长情 况密切相关。试验初期,试验水体中 TN、TP、COD、CO 的浓度随着植物的快速生长而 迅速降低;试验后期,由于试验水体中营养盐和 DO 含量降低等因素的影响,植物的新 陈代谢活动减慢,植物对 TN、TP 和 COD 的去除率以及水的 pH 值均呈缓慢降低的变化 趋势。 3.将三种植物对试验水体的营养盐净去除率进行对比分析,得到如下结论: 蕹菜对 TN 的净去除率最高,旱伞草其次,美人蕉的净去除率最低。蕹菜对 TP 的去 除效果最好,其次是美人蕉,旱伞草较前两者稍差。美人蕉对 COD 的去除效果最好,其 次是旱伞草,蕹菜较差。 II 从试验结果来看, 三种植物不仅对试验水体中的 TN、 TP 和 COD 去除有较好的效果, 而且价格低廉,耗时短,成景快,省人力和外形美观,可利用生态浮岛技术搭配栽种在 西湖中净化水质。 关键词:生态浮岛技术,植物,净化,水体 III Abstract In this paper,from May to June in 2014, with the characteristics of hengyang city climate and plant growth, Canna indica,Cyperus alternifolius and Ipomoea aquatica as water plants that are of landscape ornamental and economic value,were selected to be cultivated under the same conditions of the sample water from West Lake Park of Hengyang,by using the ecological floating island technologyThrough regular monitoring air and water temperature,as well as pH,DO,TN,TP and COD in the test water,to quantitatively analyzethe relation and cause between the growth of the three plantsand the change of the nutrient concentration of the pollution index of TN,TP and COD and DO, to compare their different purification effect to water,the most suitable cultivated plants for West Lake Park were electedfrom high purification ability,ecological landscape ornamental value,high survival rate and low cost, which provide a reference for the ecological floating island cultivation technique and plant selection to purify waters in Hengyang other areas.This main results of the experiment areas follows: 1.The three plants are able to adapt to the test water and grow better.In the static experiments, the three plants grew normaly in the test water and tillerednew plants,especially their root grew faster. The root changes of Canna indicaand Ipomoea aquatica were most obvious, which roots crisscross formed as a whole. At the beginning of the test, plants grew better because of abundant water and faster, while in late period of the test, due to the lack of nutrient in the water and the reduction of the content of DO and so on, the three plants were subject to certain inhibition. 2.The concentration change of the pollution index of TN,TP and COD and DO in the test water is closely related to the growth of cultivated plants. At the beginning of the test, the concentration of CO TN,TP and COD decreased rapidly with the rapid growth of plants; while in late period of the test, due to the influence of the reduction of nutrient salt and the content of DO, the plant metabolism activity became slowly, the removal rate of plants to TN,TP or COD and the pH of the water showed a slowly decreasing trend. IV 3.The net removal rates of nutrient salt of the three plants in water were analyzed,from which the conclusion is that the net removal rate of Ipomoea aquatica to TN is thehighest, that of Cyperus alternifolius the second,and that of Canna indica the lowest. Compared with the removal effect on TP,that of Ipomoea aquatica is the best, thatof Canna indica the second and that of Cyperus alternifolius the worst.Compared with theremoval effect on COD,that of Canna indica is the best, that of Cyperus alternifolius the second and that of Ipomoea aquatica the worst. From the experimental results, the three plants have varying degrees of good effect on removal of TN,TP and COD in the test water; with low prices, short time, fastscene forming, manpower saving and beautiful appearance, which can be planted with collocation to purify the water quality in West Lake by the ecological floating island technology. Keywords: ecological floating island technology, plant, purification, water V 目目 录录 摘 要 1 ABSTRACT . III 第一章 绪 论 1 1.1 引言 . 1 1.1.1 研究背景 2 1.2 研究目的和意义 . 5 1.3 项目来源与经费支持 . 6 1.4 主要研究内容 . 6 1.5 研究技术路线 . 7 第二章 试验材料与方法 8 2.1 试验材料 . 8 2.1.1 试验植物 8 2.1.2 受试水样 9 2.1.3 浮岛 10 2.2 试验方法 . 11 2.2.1 试验设计 11 2.2.2 试验运行日常管理维护 13 2.2.3 指标测定方法 14 第三章 结果与分析 18 3.1 浮岛栽培的三种植物的生长概况 . 18 3.1.1 植物的生长状况 18 3.1.2 植株的高度变化 19 3.1.3 植株的根系变化 20 3.1.4 植株的生物量变化 22 3.2 试验水体中 DO 的浓度和 pH 值变化 23 VI 3.2.1 试验水体中 DO 的浓度变化 23 3.2.2 试验水体的 pH 值变化 . 25 3.3 三种植物对试验水体中 TN 的去除率比较 . 25 3.4 三种植物对试验水体中 TP 的去除率比较 27 3.5 三种植物对试验水体中 COD 的去除率比较 29 3.6 三种植物净化效果的比较 . 31 3.7 三种植物净化效果的评价 32 3.7.1 浮床栽培三种植物的 TN-t 曲线方程 32 3.7.2 浮床栽培三种植物的 TP-t 曲线方程 . 33 3.7.3 浮床栽培三种植物的 COD-t 曲线方程 . 33 3.7.4 三种植物净化效果对比分析 34 第四章 结论与展望 36 4.1 结论 . 36 4.2 展望 . 37 参考文献 38 致 谢 42 VII 图目录图目录 图 1-1 生态浮岛修复水质概念图 2 图 1-2 技术线路图 7 图 2-1 载体材料俯视图和侧视图 11 图 2-2 浮岛桶栽试验示意图 12 图 2-3 试验大棚内室温变化 13 图 2-4 试验期间水温变化 13 图 3-1 三种植物株高变化情况 19 图 3-2 三种植物根长变化情况 21 图 3-3 三种植物生物量变化情况 22 图 3-4 试验水体中 DO 的浓度变化 . 24 图 3-5 试验水体的 pH 值变化情况 25 图 3-6 试验水体中 TN 的浓度变化情况 . 26 图 3-7 试验水体中 TP 的浓度变化情况 28 图 3-8 试验水体中 COD 的浓度变化情况 30 图 3-9 生态浮岛技术栽培植物试验图 . 35 VIII 表目录表目录 表 1-1 衡阳市西湖公园水质现状与评价结果 5 表 2-1 三种受试植物种类及其生物学特性 9 表 2-2 西湖公园初始水质指标 10 表 2-3 监测分析标准及方法 16 表 3-1 三种植物株高增长率对比 20 表 3-2 三种植物根长增长率情况 21 表 3-3 三种植物平均生长速率情况 23 表 3-4 三种植物对试验水体中 TN 的净去除率比较 . 27 表 3-5 三种植物对试验水体中 TP 的净去除率比较 29 表 3-6 三种植物对试验水体中 COD 的净去除率比较 31 表 3-7 三种植物对试验水体中 TN、TP 和 COD 的净去除率比较 32 表 3-8 三种植物在受试水中的 TN-t 回归方程 33 表 3-9 三种植物在受试水中的 TP-t 回归方程 33 表 3-10 三种植物在受试水中的 COD-t 回归方程 . 34 1 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 引言引言 水污染问题已经成为目前世界上最为紧迫的卫生;,在人口急剧增长的发展 中国家尤为严重。我国人口数量世界第一,人均水资源却只相当于世界人均的四分之一, 污水处理跟不上经济的飞速增长,大量工业污染水和城市生活废水直接排放入河流和湖 泊,人为造成水质污染,水体富营养化严重。在被污染的水体中,由于 TN(总氮,total nitrogen) 、TP(总磷,total phosphorus)等营养物质充足,藻类等浮游植物在适宜环境中 大量繁殖漂浮在水面,通过光合作用释放出氧气,氧气溶解在水面,使水面表层的氧含 量呈饱和状态,阻碍了空气中的氧气溶入到水面下,同时浮游植物死亡后分解需消耗水 中的氧,因此水体中的氧含量急剧减少,水中的鱼类等动物因缺氧而窒息死亡,浮游植 物死亡后分解时还会释放出 CH4、H2S 等气体,使水变得腥臭难闻。水体变质,会造成 生态环境的破坏,严重的会影响到当地城市的生活环境和经济环境(如投资业、水产业、 旅游业等),甚至会影响到我国国民经济的持续稳定发展。 富营养化水体治理和生态修复水体的目的在两个方面,一是降低水体的外源营养盐 含量,二是降低水体的内源营养盐含量 [1-3]。其中,利用植物治理水体外源污染一直是国 内外的热点问题,生态浮岛技术即为研究的热点之一。如图 1-1 所示,生态浮岛技术是 按照自然界的自身规律,将原来在陆地种植的挺水植物,利用载体栽培在自然水域的水 面,不需要泥土的营养,利用植物根系在水中吸收、吸附富营养盐物质以及微生物对富 营养盐物质的降解等作用,去除水体中的 TN、TP 等污染物质,达到水质净化、营造景 观效果甚至收获产量的目的[4-7]。 生态浮岛技术的基本原理主要包括两个方面:一是植物在富营养化水体中起到的修 复作用,植物能直接吸收、利用富营养化水中的总氮、总磷以供其生长发育和繁殖,而 富营养化水中的有机氮又可被微生物分解和转化为无机氮被植物直接摄取[8];二是植物 与微生物之间相互协作起到修复作用,微生物附着在植物根系上,增强了整个系统的去 富营养化能力,同时为水体中的微生物提供营养物,并能诱导微生物降解某些难降解的 第一章 绪 论 2 有毒物质[9-11]。目前,关于人工浮岛技术的提法有多种, “人工生态浮岛” 、 “人工浮岛” 、 “生物浮岛” 、 “人工浮床”与“生物浮床”等均属于同一种技术范畴 [12]。 图 1-1 生态浮岛修复水质概念图 Fig.1-1 Concept map of ecological floating bed repairing water quality 衡阳市位于湖南省中南部,湘江中游,属亚热带季风湿润气候,具有四季分明的特 点,春天多阴雨,夏天炎热,秋天干爽,冬天湿冷,水系发达,水资源丰富,城市内有 多条河流和多个美化环境的景观湖泊,由于这些水域的补给水大多来源于户内外自然降 水、自来水和城市再生回用水,因此一般水质较差,水体富营养化严重[13]。本文通过采 样衡阳市西湖受污染的富营养化水,在水体样本中浮岛栽培美人蕉(Canna indica) 、旱伞 草(Cyperus alternifolius)和蕹菜(Ipomoea aquatica)这三种植物,通过试验数据定量分 析这三种植物的生长情况和对富营养水的净化能力,从水质净化能力强、生态景观观赏 价值高、存活率较高、成本低廉这四个方面,筛选出最适合西湖公园水体的浮岛栽培植 物,为衡阳地区其它水域水体的净化提供生态浮岛栽培技术和植物选种参考。 1.1.1 研究背景研究背景 1.1.1.1 生态浮岛修复技术研究进展 1979 年,生态浮岛技术开始作为一项植物修复水体(Floating campus)的新型水处 理技术被介绍和推广[14]。1988 年,美国德裔植物学家 sven hoeger 发表论文描述了生态浮 第一章 绪 论 3 岛的六大功能,即防止堤岸侵蚀和;ず0断、野生动物栖息地、美化环境、净化和过 滤水质、生物消毒等作用[15],美国生态学家 gurney、trivedy (1978) 、sasser(1995) 、 haller(1996)等学者也对此开展了相关研究[16-17]。1995 年在日本召开的第六届的世界湖 泊环境会议后,作为一种新兴的生态水处理技术,生态浮岛技术受到越来越多国外学者 的关注[18],在日本、德国和美国等发达国家尤其得到发展。1997 年,日本的两位学者 Nakamura 与 Shimatani 在 Kasumigaura 湖的 Tsuchiura 港口进行人工浮岛试验,得到的结 论是:人工浮岛技术不是将水体中的富营养物质搬出水的生态系统之外,而是通过改变 生态系统的形状来净化水质,并且该技术对夏季湖泊的水质净化效果较好[19]。Jurgen 等 人采用浮岛植物芦苇处理生活污水,其 COD、总氮、总磷的去除率均达到 80%~90%。 现阶段生态浮岛技术在发达国家的应用很广泛[20]。 国内许多学者已经开展了关于生态浮岛修复城市河道、湖泊、养殖水体的研究,较 早的有刘淑媛等专家学者利用泡沫板、蛭石作为载体在水中栽培水芹菜和多花黑麦草等 植物,对水体中 TN、TP、NH4-N、NO3-N、PO4-P 等污染物的去除率可达 80%以上[21]; 宋祥莆、赵祥华、邴旭文和卢进登等人采用生态浮岛栽培植物技术分别对城区河道、水 产养殖场、湖泊水进行了治理研究,得到净化率达到 50%以上的效果[22-25];井艳文等人 利用生态浮岛栽培植物技术对北京什刹湖和永定河等污染水体进行净化,证实该技术对 水体中 N、P 的去除率很高[6]。近几年生态浮岛技术越来越受重视,更多的专家学者利用 该技术在不同地区不同水体上进行试验,都取得了较好的净化效果。如刘雷利用人工生 物浮岛技术在徐州进行尝试试验[26],蒋斌、王永浩对某景观湖泊进行组合生态浮岛净化 水质[27],李威等利用人工浮岛对汾江河水进行水质净化[28],净化效果均不错;卢进登、 王珊珊等人浮岛栽培蕹菜进行根际脱氮微生物研究为浮岛栽培植物净化水质提供了理论 依据[29]。 1.1.1.2 生态浮岛植物配置 生态浮岛配置的是常用水生植物,选取时应满足下列条件: 1.选择的植物应为适宜水系水质条件生长的多年生水生植物; 2.以耐污抗污、且具有较强的治污净化潜能的植物为主; 3.根系发达、根茎分蘖繁殖能力强,即个体分株快; 4.植物生长快、生物量大; 第一章 绪 论 4 5.满足景观空间形态的需求, 综合岸线景观和湖面倒影、 水面植物进行适当的景观组 织。 植物的选择、种植密度及群落配置对净化效果有很重要的影响,一般选择种植美人 蕉、旱伞草、鸢尾、水芹、菖蒲、蕹菜、灯芯草、芦苇、蛇根草、千屈菜、铜钱草等。 1.1.1.3 衡阳市西湖公园水体富营养化现状 衡阳市西湖公园的人工浅水湖为流动性差的封闭缓流水体,水域面积 8.14hm2,水位 1.5m 以上,最深处小于 5m,流速小于 0.02m/s,水体功能为景观用水[30]。日常主要靠湖 内外天然雨水和自来水补给。每次湖水干涸需要大容量补给时,主要靠城市污水管网放 水进行补给,平时还有公园内餐厅、厕所等的生活污水直接排放,施加种植在河边的植 物上的化肥农药通过地表径流渗透,水面藻类等浮游植物死亡分解释放出的 CH4、H2S 污染物,这些污染使得大量 N、P 等营养盐污染物质富集在湖水中,藻类等浮游植物大 量繁殖,湖水浑浊,水中溶解氧浓度降低,水体富营养化严重,水体生态系统遭到严重 破坏。2010 年贺晶对衡阳地区三大人工湖水的水质污染现状做了描述,并提出了相应的 治理和控制措施,其中也提到可用引入挺水植物荷花和养殖捕食藻类的鱼等方法来抑制 湖水环境的恶化[30]。 衡阳市西湖公园水质监测及评价结果见表 1-1。评价数据来源于 2014 年 5 月对衡阳 市西湖公园水质的取样检测值数据。水质评价标准采用《地表水环境质量标准》 (GB3838-2002[31])Ⅴ类水质标准值进行评价,根据该标准,Ⅴ类水质总磷标准值为 0.2mg/L,Ⅴ类水质总氮标准值为 2mg/L。由表 1-1 可知,西湖公园水质主要出现 TN、 TP、COD 超标,其中 TN 超标 5.78 倍,污染指数 6.78;TP 超标 4.20 倍,污染指数 5.2。 根据西湖公园水质情况分析,可以认定其水环境质量较差,水质为劣Ⅴ类,水质重度富 营养化,亟需净化处理。 第一章 绪 论 5 表 1-1 衡阳市西湖公园水质现状与评价结果 Table 1-1 Water quality status and evaluation results of West Lake Park in Hengyang City 水域名称 (Names of the waters) PH TN (mg/L) TP (mg/L) CODcr (mg/L) 水质现状 (The water quality status) 富营养化水平 (Eutrophication level ) 衡阳市西湖公园湖水 (The lake of Hengyang West Lake Park) 7.5 13.561 1.04 30.01 劣Ⅴ类 (Worse Ⅴ) 重度富营养化 (Severe eutrophication) 评价结果所用计算公式: 超标倍数=(检测值-标准值)÷标准值 (1.1) 污染指数=检测值÷标准值 (1.2) 1.2 研究目的和意义研究目的和意义 利用生态浮岛技术这种生物原位修复水处理技术,成本低,易操作,又能对污染物 进行转化和利用,节约了成本,美化了环境。将植物栽培在自然水域的水面上,节约了 土地、水资源和肥料。富营养化水体一般不含重金属及其它有毒成分,其中的 N、P 和 矿物质是农业种植不可或缺的肥料资源。在富营养化水体中栽培植物不需要施用化肥, 只是利用水体中多余的营养物质,即利用了水体中的废弃物即可使植物获得营养。实践 也证明水上栽培蔬菜几乎没有病虫害,不需要打农药,此外,在土地上栽培植物需要浇 水灌溉,而直接栽培在水面上节约了水资源。 本研究的目的是通过提取衡阳市西湖公园的富营养水样本, 选择适合本土气候特点、 存活率较高、净化能力较强的挺水植物美人蕉、旱伞草和蕹菜,采取浮岛栽培植物的试 验方法,建立生态浮岛,对西湖公园富营养化水体修复进行试验,利用挺水植物对试验 水体中 N、P 等污染物质的吸附、转化和降解供给自身生长,植物根系增大水体接触氧 化的表面积,加速污染物质分解,减弱藻类的光合作用,从而达到净化水质的目的[32-33]。 通过对比这三种植物对富营养化水样本的净化效果,分析三种植物的生长情况以及对富 营养化水的净化能力,从水质净化能力强、生态景观观赏价值高、存活率较高、成本低 第一章 绪 论 6 廉这四个方面,筛选出最适合西湖公园水体的浮岛栽培植物,为衡阳地区其它水域水体 的净化提供生态浮岛栽培技术和植物选种参考。 在 2010 年贺晶发表《衡阳市人工湖水环境现状评价及治理建议》[30]前后,国内对衡 阳市公园人工湖泊进行生态净化的研究情况未见其它报道,因此,筛选出适合衡阳地区 人工浮岛栽培的植物,利用有净化、经济和景观价值的生态浮岛修复技术,解决衡阳地 区水质富营养化问题,以发挥生态治水的经济、技术优势,是一份十分有意义的工作。 1.3 项目来源与经费支持项目来源与经费支持 本人参与了湖南省教育厅资助的科研项目《景观生态浮岛对城市湿地公园富营养化 水体的净化及动力学研究》 ,得到课题组的技术和试验数据支持。 1.4 主要研究内容主要研究内容 本研究拟利用浮岛栽培技术的方法对美人蕉、旱伞草、蕹菜的生理、生态特征,如 生物量、生长高度、根长变化等进行静态观察和测量,比较这三种植物在试验水体中的 生长状况,同时对试验水体中 TN、TP 和 COD 等导致水体富营养化的营养盐浓度进行监 测,比较三种植物对试验水体中 TN、TP 和 COD 的去除效果,分析这三种植物对同等条 件下同一水体的净化能力,从中筛选出适合衡阳地区气候,有较好的水质净化能力和较 高的生态景观观赏价值,又成本低廉、存活率高的植物,以期为衡阳地区其它水域的浮 岛栽培修复水质技术修复提供技术参考。 (1)植物筛选:结合衡阳市气候条件、成本以及西湖公园的景观效果要求,选取根 系发达的美人蕉、旱伞草和蕹菜这三种挺水花卉类植物[34],在西湖公园富营养化水体样 本中进行培养,筛选出成活率较高、抗毒性强的植物。 (2)净化效果:研究三种植物对衡阳市西湖公园富营养化水体的净化效果,检测水 体中 TN、TP、COD 等污染指标的浓度在 5 月-6 月的 60 天试验期间的变化规律,确定影 响植物净化能力的各项因素。 第一章 绪 论 7 1.5 研究技术路线研究技术路线 图 1-1 技术路线图 Fig.1-2 Framework of research methods and experimental design 衡阳市西湖公园水体富营养化现状 采集西湖公园水体样本作为试验水体 选取美人蕉、旱伞草、蕹菜三种植物在试验水体进行驯化 (适应水体) 将美人蕉、旱伞草和蕹菜三种植物进行浮岛栽培试验 观察和记录植物的生长状况,定期监测气温、水温、pH 值以及水体中 DO、TN、TP、COD 的浓度变化 数据处理与结果分析 基于生态浮岛技术对衡阳西湖公园水体修复的试验研究 (论文完成) 第二章 试验材料与方法 8 第二章第二章 试验材料与方法试验材料与方法 2.1 试验材料试验材料 2.1.1 试验植物试验植物 不同植物对污染物的富集和降解能力不同[35-37],植物的筛选应该遵循无害性、易驯 化性、相近性、本土性、易维护性[38-40] ,植物筛选应优先选取本地品种,以防止对当地 的农业、渔业和生物多样性造成:39]。国内外众多学者研究表明,对 N、P 去除效果 最明显的植物有美人蕉、旱伞草、鸢尾、水芹、菖蒲、灯芯草、芦苇、蛇根草、铜钱草 等[42-44],本试验选取的植物是去污应用较多,且适合在衡阳地区生长的美人蕉、旱伞草 和蕹菜。美人蕉、旱伞草来自本地培苗;蕹菜为衡阳本地品种[45-46]。 三种植物均来自土壤培苗,原本是陆生植物移栽到浮岛上将改变植物的生长环境, 所以对新环境的适应性和驯化是试验必不可少的过程[47]。在试验开始前先计算好试验所 需植物的用量数,提前两周将受试植物根须去土洗净后种植在西湖公园采样水中进行驯 化培养,使受试植物提前适应在取样水上生长、存活[48-49]。随时观察受试植物的生长和 存活情况,如果发现植物出现不适应水体而无法存活,立即给予补栽,以保证试验用的 植株用量。经培养驯化两周后的植物,在正式进行桶栽试验前,先用水冲洗根部,再用 蒸馏水洗净根部,沥干后移栽到做好的浮岛载体上开始桶栽试验。 本试验研究所选用的三种受试植物种类及其生物学特性如表 2-1 所示: 第二章 试验材料与方法 9 表 2-1 三种受试植物种类及其生物学特性 Tab.2-1 Biological characteristics of the three plants 植物名称 (Names of plants) 科属 (Types of subjects) 生物学特性 (Biological characteristics) 外形特征 (Shape features) 用途 (use) 美人蕉 (Canna indica) 美人蕉科多 年生直立草 本植物 喜阳光充足的高温 环境,不耐寒,怕强 风和霜冻,病虫害也 很少,能耐瘠薄,在 肥沃、湿润、排水良 好的土壤中生长良 好。 多年生宿根草本,地下 具粗壮肥大根状茎。地 上茎直立,50~150cm, 叶大型,互生,长约 40cm,宽约 20cm,呈 长椭圆形,茎叶具白 粉,叶色黄绿相间; 色有红、黄、橙等多种 颜色,花期 4~10 月。 常丛植于绿地或 花坛观赏,也可 盆栽或作切花 用。 旱伞草 (Cyperus alternifolius) 莎草科莎草 属, 多年生宿 根草本植物 喜高温高湿的环境, 适宜温度 15~25℃, 对污水的适应能力 较强,适宜在排污沟 附近生长。 多年生湿生、挺水植 物,40~160cm。杆茎粗 壮,直立生长,茎近圆 柱形,丛生,上部较粗 糙,下部包于棕色的叶 鞘之中。叶状苞片在茎 杆的顶端呈伞状向四 周展开。 株型圆润、美观, 具有较高的观赏 价值,适宜家庭 盆栽。园林水景 应用时,常丛植 于近水区域。亦 或盆栽点缀于园 林水景中。 蕹菜 (Ipomoea aquatica) 旋花科番薯 属, 一年生蔓 状草本植物 有很强的耐高温和 耐污性能,不耐旱和 寒冷,其植株匍匐生 长,高温下生长势、 分枝性均强。 茎蔓浅绿色,圆而中 空,节间长约 2cm,叶 绿长,长心脏形,长约 6cm,宽约 3cm,叶面 光滑。 嫩茎和嫩叶可食 用,具有清热解 毒,消肿止痛等 药用功效,具有 很高的经济价 值。 2.1.2 受试水受试水 试验桶规格相同,上口径 32cm,下口径 23.5cm,桶高 34.5cm。给每个桶编号贴上 空白标签,测量桶的容积,以此作为标准,向每个试验桶内注入 20L 的衡阳市西湖公园 采样水作为受试水,每种植物种植 12 桶,并分别编号 1~12,选取其中生长最好的 3 桶 进行数据监测。记录每个桶中水量,在桶外壁上用油性笔标出液面线,便于后续补水。 第二章 试验材料与方法 10 采样的西湖公园初始水质指标见表 2-2: 表 2-2 西湖公园初始水质指标 Tab.2-2 Initial water indexes of the West Lake Park 项目 (project) TN (mg/L) TP (mg/L) CODcr (mg/L) 数值 (The numerical) 9.45 1.04 16.7 根据文献[46-47]使用富营养化指数(NQI)评价模型进行水质评价: (2.1) 式 (2.1) 中 营 养 状 况 评 价 标 准 值CODS=3.000mg/L 、 ρ(NS)=0.300mg/L 、 )( 3 4 ? S PO? =0.045mg/L; 当NQI值小于2时, 水质为贫营养水平; 当NQI值在2~3之间时, 水质为中营养水平;当NQI值大于3时,水质为富营养水平。将表2-2中西湖公园初始 水质指标数据代入公式(2.1), 计算得出NQI为60.18, 可知本次采样水的水质富营养化严 重[50]。 2.1.3 浮岛浮岛 本
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