恢复湿地对外源氮输入的调控机制及其示范工程研究

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湿地是具有极高生态服务功能的生态系统,但在人为干扰和自然侵蚀双重作用下,湿地退化破坏严重。近年来,人们逐渐意识到湿地的重要性,各类湿地恢复工程正逐步开展。外源氮的大量输入是导致河口、湖泊等水域水质恶化的主要原因之一,在富营养化水域的沿岸带通过工程措施恢复湿地,可以形成植被群落为本地动物提供生境,同时,有可能进一步达成削减外源氮污染的功能。本课题针对恢复湿地对外源氮输入的调控机制,研究湿地基质-水界面及基质-水混合时的降氮效能和DNRA发生机制,并通过现场恢复湿地的原位试验及模拟潮汐流条件试验,探讨恢复湿地的降氮效能,进一步结合两个典型复合生态恢复湿地的运行监测结果,探讨其调控机制。湿地基质降氮小试试验结果表明,外加碳源条件下,混合条件下基质对TDN去除率达到0.68gN/m2·d,静置条件下基质-水界面反硝化效能亦得到显著提升;通过15N稳定同位素技术,发现在外源氮输入条件下,发现湿地基质可诱导发生硝酸盐异化还原成铵现象,其中基质-水界面无外加碳源组和基质-水混合试验外加碳源组中发生硝酸盐异化还原成铵(DNRA)过程较多,占各自总NO3--N去除量比例分别为12.6%和17.4%。通过恢复湿地现场试验可进一步探究恢复湿地降氮效能,结果显示,模拟潮汐流影响试验中(均生长有芦苇),外加碳源高氮组上覆水中TDN去除速率达到0.70gN/m2·d,为不加碳源高氮组上覆水中TDN去除率的4.7倍,为原位降氮试验中有芦苇高氮组间隙水中TDN的2.8倍,为原位降氮试验中无芦苇加碳源高氮组上覆水中TDN的1.6倍;在无芦苇情况下,NH4+-N升高较为明显,进一步分析认为,加碳源高氮组间隙水中很可能发生了DNRA过程。野外恢复湿地示范工程研究结果显示,两个恢复湿地工程区内水质净化功能稳定,抗外界干扰和自净能力很强。恢复滨海湿地对于低氮来水中TN去除速率为0.04gN/m2·d,当有高氮来水进入恢复湿地中时,生态前置库对TN的去除速率提升至0.06gN/m2·d;在恢复水景湿地和恢复滨海湿地中都观察到NH4+-N升高现象,分析认为两者共同点在于都铺设了砾石,且植物生长状况较差,这可能有利于DNRA过程的发生。
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