跌水方式和水生植物对水体溶解氧含量的影响特征.pdf
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1、2023 年 8 月 热 带 农 业 科 学热 带 农 业 科 学 第 43 卷第 8 期 Aug.2023 CHINESE JOURNAL OF TROPICAL AGRICULTURE Vol.43,No.8 收稿日期 2022-10-20;修回日期 2022-12-19 基金项目 广西重点研发计划项目(No.桂科 AB22080103);国家自然科学基金项目(No.31360134)。第一作者 韦建华(1996),男,硕士研究生,研究方向为自然保护管理与生态保护技术,E-mail:。通讯作者 杨钙仁(1976),男,博士,教授,博士生导师,研究方向为生态水文与污染生态治理,E-mail:
2、。跌水方式和水生植物对水体溶解氧含量的影响特征 韦建华 李茵茵 杨钙仁(广西大学林学院 广西南宁 530004)摘 要 为研究不同跌水方式和水生植物对水体中溶解氧含量(DO)的影响,探讨污染水体增氧技术,以期为黑臭水体的生态治理提供理论依据。通过设置多级台梯、瀑布和坡流 3 种跌水方式以及 9 种水生植物水培试验,测定各处理水中溶解氧含量。结果表明:(1)在高差为 3 m 的跌水过程中,跌水增氧效果为台阶式瀑布式斜坡式,其增氧率分别为 66.7%、20%、6.7%;(2)九种水生植物对水体溶解氧含量的影响从强到弱排序为:梭鱼草再力花水葫芦花叶芦竹苦草美人蕉风车草金鱼藻狐尾藻;(3)不同生活型植
3、物根系泌氧能力为:沉水植物 挺水植物 浮水植物,水体中溶解氧含量受 3 种类型植物的生理学特性和生长周期、光照强度、温度等影响。关键词 台阶跌水;植物泌氧;溶解氧 中图分类号 S682.32 文献标识码 A DOI:10.12008/j.issn.1009-2196.2023.08.004 Characteristics of the Effects of Water Fall Patterns and Aquatic Plants on Dissolved Oxygen Content in the Water Column WEI Jianhua LI Yinyin YANG Gairen
4、(Forestry College,Guangxi University,Nanning,Guangxi 530004,China)Abstract To study the effects of different waterfall methods and aquatic plants on the dissolved oxygen content in water bodies and to explore the oxygenation technology of polluted water bodies to provide a theoretical basis for the
5、ecological treatment of black smelly water bodies.In this paper,we set up three types of water plunging methods:multi-stage ladder,waterfall,and slope flow,as well as nine types of aquatic plant hydroponics tests,and measured the dissolved oxygen(DO)content in each treatment water.The results show t
6、hat(1)in the process of plunging water with a height difference of 3 m,the effect of oxygen-enhancing by falling water is step type waterfall type slope type,and their oxygenation rates are 66.7%,20%,and 6.7%respectively.(2)The effects of nine aquatic plants on the dissolved oxygen content of the wa
7、ter column in order of strength to weakness:Pontederia cordata Thalia dealbata Eichhornia crassipes Arundo donax Versicolor Vallisneria natans Canna indica Cyperus involucratus Ceratophyllum demersum Myriophyllum verticillatum.(3)Oxygen secretion capacity of the root system of plants of different li
8、fe types is:submerged plants aquatic plants floating plants and the dissolved oxygen content in the water body is affected by the physiological characteristics of the three types of plants and the growth cycle,light intensity,temperature,and so on.Keywords waterfall approach;aquatic plants;dissolved
9、 oxygen 治理水体污染是一项复杂的系统工程,其中生物方法是近年来发展迅速的一种生态技术,其利用人工曝气充氧、天然跌水曝气复氧等方法提高水体溶解氧含量(DO),通过利用和强化微生物的生命活动,对水体中污染物进行转移、转化及降解,从而使水体得到净化1。在不同溶解氧含量条件下,DO 值越大,污染物去除率越高2。城市封闭水体流动性小、复氧速率慢,水体的自净功能弱,人工强化增氧可有效提高水体的自净能力3-4。跌水增氧法是增加污染水体中溶解氧含量的有效且清洁的方法,广泛应用于水污染治理及水景观工程中5。重力跌水是氧气从空气向水体的传质过程,影响传质效率因素较多。已有研究发现,跌水增氧效果与跌水高度及
10、跌水流量有关6,跌水高度、跌水断面宽度越大,增氧效果越好7,但目前针对不同跌水方式间的增氧效果差异了解不多。植物根系是湿地氧气的重要来源,并显著影响湿地的污染物净化功能8。韦建华 等 跌水方式和水生植物对水体溶解氧含量的影响特征 -19-水生植物在生长良好的情况下可从根系分泌氧气,其分泌速率主要受光照强度、气温、通气组织等调控,泌氧使得湿地形成好氧、兼性好氧和厌氧区,总体上提高了根周微生物活性,促进污染物质的降解和去除9-10。但目前对公园常用水生植物的泌氧功能了解并不全面与深入,限制了此类植物在应用时的科学设计。本研究拟通过不同跌水方式和水生植物水培试验,了解和量化几种跌水方式以及不同水生植
11、物间的增氧差异,为重力跌水和水生植物的水体增氧应用提供科学依据。1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 器材 多孔角钢支架、塑料水箱(不同容积)、不锈钢水槽、黑臭水体、250 mL 针筒、自配无氧水、自配污水、红色绑绳、PVC 管、海绵。1.1.2 植物 狐尾藻(Myriophyllum verticillatum)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、苦草(Vallisneria natans)、凤眼莲(Eichhornia crassipes)、睡莲(Nymphaea tetragona)、萍 蓬 草(Nuphar pumilum)、黄花鸢尾(Iris wilsoni
12、i)、千屈菜(Lythrum salicaria)、再立花(Thalia dealbata Fraser)、风车草(Cyperus alternifolius)、美人蕉(Canna indica)、花叶芦竹(Arundo donax)、梭鱼草(Pontederia cordata)。1.2 方法 1.2.1 重力跌水试验 1.2.1.1 跌水装置设计 设置 3 种跌水装置,分别为台阶式、坡流式和瀑布式,装置由进水区、跌水区和出水储存区 3 个部分组成,跌水高度均为 3 m。3 种装置的进水区均由 2 个 100 L 的塑料大桶构成,出水储存区均为一个 20 L 的塑料桶。3 种跌水装置的跌水区
13、构造如下。台阶式跌水区:由多孔角钢支架和 6 个长30 cm、宽 30 cm、深 25 cm 的水箱构成,对准箱口一宽边居中割出一宽度为 20 cm、深度为 5 cm的排水口,2 个相邻水箱的出水口高差(即每级跌水高度)为 50 cm(图 1-a)。坡流式跌水区:由多孔角钢支架、台阶式跌水区水箱和一长424 cm、宽 20 cm、深 5 cm 的水槽构成,水槽倾斜度为 45(图 1-b)。瀑布式跌水区:由台阶式跌水区水箱和一长 3 m、宽 20 cm、厚 5 cm 垂直于地面放置的水槽构成(图 1-c)。a 是台阶式、b 是坡流式、c 是瀑布式。图 1 跌水装置 1.2.1.2 指标测定 试验
14、用水均采自广西大学东校园碧云湖,中度黑臭,用水量为 200 L,跌水时长均为 180 s。各试验重复 3 次。分别于第 60、120 和 180 s,用 250 mL 针筒采集出水储存区水样,置于 250 mL 容量瓶,并迅速用碘量法测定其溶解氧含量(DO)。1.2.2 植物根系增氧试验 1.2.2.1 供试植物选择 依据观赏价值高、易获取且病虫害少等特点,参考相关文献,确定 9 种供试植物(表 1),用于测定其对水体溶解氧含量的影响。试验前用自来水对所有植物进行 7 d 的预培养试验,选择标准株,称量其鲜重;然后烘2023 年 8 月 热带农业科学 第 43 卷第 8 期 -20-干,称量其
15、干重,计算每种植物的生物量。试验时,控制每个桶内的生物量均为 30.4 g。待采用自配无氧水水培的水生植物预培养完成后,对 9 种供试植物进行简单的分析,根据其对水体溶解氧含量影响的大小,进行了初步筛选;在接下来的自配营养水水培水生植物试验中,除去了睡莲、萍蓬草、千屈菜和黄花鸢尾 4种植物,增加了风车草、美人蕉、梭鱼草、花叶芦竹 4 种挺水植物。在第二次水生植物对水体溶解氧含量影响试验前,用自配营养液对所有植物进行 7 d 的预培养,而后选择标准株,称量其鲜重;再烘干,称量其干重,最后计算每种植物的生物量。在试验时,控制每个桶内的生物量均为20 g。表 1 供试植物基本信息 植物 科名 生活习
16、性 无氧水试验用量 营养液试验用量 狐尾藻 Myriophyllum verticillatum 小二仙草科 湿生沉水植物 30.4 20 金鱼藻 Ceratophyllum demersum 金鱼藻科 湿生沉水植物 30.4 20 苦草 Vallisneria natans 水鳖科 湿生沉水植物 30.4 20 凤眼莲 Eichhornia crassipes 雨久花科 湿生浮水植物 30.4 20 睡莲 Nymphaea tetragona 睡莲科 湿生浮水植物 30.4/萍蓬草 Nuphar pumilum 睡莲科 湿生浮水植物 30.4/黄花鸢尾 Iris wilsonii 鸢尾科 湿
17、生挺水植物 30.4/千屈菜 Lythrum salicaria 千屈菜科 湿生挺水植物 30.4/再立花 Thalia dealbata Fraser 竹芋科 湿生挺水植物 30.4 20 风车草 Cyperus alternifolius 莎草科 湿生挺水植物/20 美人蕉 Canna indica 美人蕉科 湿生挺水植物/20 花叶芦竹 Arundo donax 禾本科 湿生挺水植物/20 梭鱼草 Pontederia cordata 雨久花科 湿生挺水植物/20 1.2.2.2 指标测定 自配无氧水由自来水中加入消氧剂配置而成,消氧剂包括二氯化钴(催化剂)和亚硫酸钠。相关化学方程式为:
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