造紙廢水灌溉對(duì)黃河三角洲鹽漬化濕地的影響研究.pdf

1、黃河三角洲具有大面積的濱海荒堿地、淺海和灘涂，面臨著如鹽漬化土地內(nèi)擴(kuò)、潮間帶濕地萎縮和退化等危機(jī)，是典型的生態(tài)脆弱區(qū)。本文以黃河三角洲沾化縣某濕地廢水處理系統(tǒng)為例，利用造紙廢水生物塘出水構(gòu)建蘆葦濕地處理系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)廢水、土壤(0-30cm)和蘆葦?shù)亩ㄆ诓蓸优c室內(nèi)分析，統(tǒng)計(jì)分析，和模擬實(shí)驗(yàn)等手段，開(kāi)展了生物塘-蘆葦濕地復(fù)合系統(tǒng)對(duì)造紙廢水污染物的去除規(guī)律，及廢水灌溉對(duì)鹽堿化土壤的生態(tài)、生物及理化指標(biāo)的修復(fù)研究。主要研究結(jié)果如下： (

2、1)生物塘-蘆葦濕地系統(tǒng)能有效去除造紙廢水污染物復(fù)合系統(tǒng)能有效去除廢水中有機(jī)物、氮、磷、硫酸鹽，但受氣溫和灌溉模式影響明顯。塘、蘆葦系統(tǒng)對(duì)COD累積去除率為48％和31.5％；塘系統(tǒng)對(duì)TP、TN去除率為23.94％和21.10％，濕地對(duì)氮磷去除率為22.33％和21.11％，以w4、w1效果較好。塘系統(tǒng)對(duì)SO42-去除率為56.63％，濕地中w3去除率最高(40.24％)。 (2)廢水灌溉能有效降低濕地土壤鹽分廢水洗脫是土壤脫鹽

3、的主要?jiǎng)恿?，灌溉?duì)土壤Cl-、Na+洗脫率分別占其總?cè)コ康?3.27％和96.05％，而植物吸收分別占6.12％和3.59％。與wO比，灌后土壤Cl-、Na+、可溶鹽最大洗脫率分別為52.38％、46.57％和34.97％，這是保證生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)成功的前提。氣溫、降雨和灌溉方式對(duì)洗脫效果有影響，洗脫時(shí)間越長(zhǎng)，降雨量越大，土壤鹽分下降越明顯。但灌溉方式變化引起的土壤降鹽效果差異不顯著，對(duì)Cl-、Na+及土壤鹽去除率最高的灌溉方式分別為w1

4、、w2和w4，并不一致。 廢水灌溉還能有效降低蘆葦內(nèi)氯、鈉含量。灌后蘆葦內(nèi)氯、鈉含量分別比未灌溉w0下降了41.18-69.6％和29.9％-56.1％。 從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，各灌溉處理中以w4、w1綜合脫鹽效果最好。 (3)廢水灌溉能有效改善濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能廢水灌溉能提高濕地土壤氮、磷和有機(jī)質(zhì)含量，灌后分別是w0的1.47、1.13和1.29倍，這使得反映土壤生物結(jié)構(gòu)和功能的MBC/TOC和土壤呼吸強(qiáng)度均增加

5、，平均值分別為wO的1.69和1.2倍，且w4、w1表現(xiàn)出較好的微生物活性。而對(duì)土壤造成危害的土壤硫酸根，灌后比w0下降了62.03％，以w3下降最明顯。 廢水灌溉解除了蘆葦缺水和鹽分脅迫，微生物活性提高也增強(qiáng)了土壤養(yǎng)分的有效性，蘆葦生長(zhǎng)狀況改善，株內(nèi)平均氮磷含量分別是w0的1.16和1.44倍，平均株高比w0高6.34-11.01％，平均干生物量是w0的1.25倍(若8月收割，則為1.93倍)，而且灌后蘆葦內(nèi)硫含量升高，增強(qiáng)了

6、對(duì)土壤硫的吸收去除。廢水灌溉會(huì)減少濕地內(nèi)植物多樣性，雜草平均生物量?jī)H為w0的52.18％，但對(duì)整個(gè)濕地系統(tǒng)而言，生物多樣性包括土壤生物、動(dòng)物(特別是鳥(niǎo)類(lèi))是增加的。 (4)廢水灌溉能提高濕地微生物和濕地酶活性廢水灌溉后，土壤、植物根系和微生物形成了一個(gè)微生態(tài)系統(tǒng)。和wO相比，濕地微生物和酶數(shù)量均有提高，直接結(jié)果就是帶來(lái)生物多樣性的提高，對(duì)廢水降解能力的增強(qiáng)，和濕地生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)。微生物和酶活性受氣溫、有機(jī)質(zhì)和土壤供氧的影響，灌溉

7、使細(xì)菌、纖維素分解菌、反硝化菌(DB)、特別是硫酸鹽還原菌(SRB，最高為w0的3.24倍)等缺氧和厭氧性微生物增多；但放線(xiàn)菌和真菌增加不明顯，甚至受輕微抑制。w0除放線(xiàn)菌和真菌水平較高外，其他微生物及酶含量均低于灌溉樣地。 灌溉方式也會(huì)間接影響有機(jī)質(zhì)和供氧。w1和w4營(yíng)養(yǎng)和供氧較好，其細(xì)菌、放線(xiàn)菌、真菌數(shù)量也較多，但SRB、DB數(shù)量較低；w1脫氫酶、磷酸酶、蔗糖酶、脲酶最高(分別為w0的3.28、1.69、2.14和1.50倍

8、)，其次是w4、w2和w3。 生態(tài)因子的改善，提高了濕地系統(tǒng)去除污染物的功能，實(shí)驗(yàn)表明：土壤微生物和酶與廢水污染物去除率之間存在正相關(guān)，表現(xiàn)為：纖維素菌數(shù)量、纖維素酶、脫氫酶和蔗糖酶與廢水COD去除率；反硝化菌數(shù)量與土壤脫氮；脲酶與廢水TN去除率：磷酸酶與廢水總磷去除率呈顯著正相關(guān)。 根據(jù)酶學(xué)、土壤微生物活性等指標(biāo)確定w1為最優(yōu)廢水灌溉模式；其次為w4，考慮到w4對(duì)造紙廢水處理及土壤脫鹽的有效性，也是一種較好的推薦灌溉工

9、藝。 (5)廢水灌溉對(duì)系統(tǒng)金屬離子遷移的影響微量金屬離子大多是生物生長(zhǎng)的必需元素，在濕地內(nèi)會(huì)被微生物、植物、動(dòng)物利用或者被吸附固定；實(shí)驗(yàn)表明：和w0相比，灌后土壤和蘆葦內(nèi)鋅、錳含量有較大升高，但錳離子遷移能力比鋅稍差；土壤、蘆葦內(nèi)銅、鉻沒(méi)有產(chǎn)生明顯富集。 鈣、鎂、鉀是蘆葦生長(zhǎng)必需元素，既能促進(jìn)土壤鈉離子的洗脫，還能增加蘆葦細(xì)胞內(nèi)水勢(shì)，增強(qiáng)抗旱、抗鹽能力。和w0相比，灌后土壤Mg和K分別提高了3.93％和16.05％，鈣沒(méi)

10、有明顯變化。灌后蘆葦穗、莖、根內(nèi)K、Mg含量均小于w0：穗內(nèi)Ca小于w0，葉內(nèi)持平，而根、莖內(nèi)高于w0，這表明，灌溉解除了干旱和鹽分脅迫，使這些離子遷移到地上蘆葦頂部的能力減弱。 K對(duì)增加植株細(xì)胞水勢(shì)作用明顯，w0穗、葉、莖內(nèi)K比灌溉處理分別高出17.94％、4.32％和3.04％，但根內(nèi)K卻比灌溉低3.27％。這說(shuō)明，在受水分和鹽分脅迫時(shí)，wO中K、Mg會(huì)沿著根-莖-葉-穗流動(dòng)，并在穗內(nèi)超量積累，以提高水勢(shì)，抵抗缺水，而且K、

11、Mg的轉(zhuǎn)移能力要比Ca強(qiáng)。 (6)濕地土壤代謝分泌物與抗鹽堿脅迫機(jī)制對(duì)土壤內(nèi)代謝產(chǎn)物類(lèi)別和含量動(dòng)態(tài)變化的研究能揭示根際微生態(tài)狀況和抗鹽堿的機(jī)理。液相色譜圖表明：土壤提取液色譜中都有脯氨酸優(yōu)勢(shì)峰，9、11月份樣品中還發(fā)現(xiàn)可能為草酸和丁二酸的峰。說(shuō)明在抗脅迫機(jī)制中，脯氨酸、草酸都起著重要的作用。一般系統(tǒng)受脅迫越嚴(yán)重，脯氨酸含量越高(如w0、w4)，而灌溉減小了脅迫強(qiáng)度，因此連續(xù)灌溉后樣品中脯氨酸含量有所降低(如w1、w2、w3)。

12、 研究還發(fā)現(xiàn)：10-1月份雖然受低溫、干旱、鹽分脅迫嚴(yán)重，但并未刺激脯氨酸的產(chǎn)生和積累，這是因?yàn)閣0蘆葦部分死亡，微生物活性也受影響的原因。這表明脯氨酸主要是由蘆葦分泌的。土壤中pro的垂直分布特征是上層>中層>下層。 總之，經(jīng)過(guò)對(duì)生物塘-蘆葦濕地系統(tǒng)處理造紙廢水的研究，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)能有效去除廢水中有機(jī)物，同時(shí)廢水灌溉還極大的降低了土壤鹽分，產(chǎn)生了一系列積極效應(yīng)：系統(tǒng)內(nèi)氮、磷、有機(jī)質(zhì)增加；土壤微生物和酶活性增強(qiáng)；MBC/TOC