恢復(fù)濕地氮磷去除的景觀生態(tài)學(xué)機(jī)制研究.pdf

1、基于恢復(fù)濕地去除氮磷是水環(huán)境修復(fù)的前沿領(lǐng)域。在景觀尺度上，深入理解生物與環(huán)境相互作用的氮磷去除機(jī)制，在水體富營(yíng)養(yǎng)化控制和濕地恢復(fù)工程設(shè)計(jì)中具有重要意義。本研究以南四潮流域七星湖濕地為研究對(duì)象，基于野外取樣分析和統(tǒng)計(jì)方法，分析了不同時(shí)間尺度下氮磷去除率的變化規(guī)律，確定了主導(dǎo)環(huán)境要素和空間要素;研究了植物對(duì)氮磷去除率的影響，揭示了植被演替與氮磷去除的相互作用關(guān)系;探索了恢復(fù)濕地氮磷去除的動(dòng)力學(xué)過(guò)程和等溫過(guò)程，分析了景觀要素對(duì)模型參數(shù)的影響。

2、研究結(jié)果如下:
　　(1)在不同時(shí)間尺度上，恢復(fù)濕地氮磷去除率呈現(xiàn)以下規(guī)律:1）恢復(fù)濕地氮磷去除效果顯著，在水體高氮磷濃度壓力下，多年平均去除率在70％以上;2）氮磷去除率在春夏秋三季差異不大，冬季顯著降低，但仍高于50％;3）氮磷去除率在年際間沒(méi)有顯著差異，恢復(fù)濕地功能可持續(xù)。
　　(2)環(huán)境要素和空間要素對(duì)恢復(fù)濕地氮磷去除率的影響如下:1）系統(tǒng)尺度上，各形態(tài)氮及總磷和顆粒態(tài)磷去除率與溫度顯著正相關(guān)，總氮去除率與溶解氧和進(jìn)

3、水濃度顯著負(fù)相關(guān)，溶解性磷去除率則與水力停留時(shí)間顯著負(fù)相關(guān);主導(dǎo)景觀要素包括4個(gè)，其中溫度和水力停留時(shí)間影響最大。2）綴塊尺度上，氮磷去除率隨水力停留時(shí)間、進(jìn)水濃度、周長(zhǎng)、面積、容積、庫(kù)長(zhǎng)和形狀指數(shù)的增大而增大，隨最大綴塊指數(shù)的增大而減小，其中進(jìn)水濃度和最大綴塊指數(shù)的顯著性在季節(jié)上有差異;主導(dǎo)景觀要素中包括2個(gè)環(huán)境要素和8個(gè)空間要素，其中庫(kù)長(zhǎng)影響最大。
　　(3)植被要素對(duì)恢復(fù)濕地氮磷去除率的影響為:1）植被綴塊面積和形狀指數(shù)在春

4、夏秋與各形態(tài)氮磷去除率都顯著正相關(guān)，植被綴塊密度、邊界密度和香濃多樣性等指數(shù)的影響與季節(jié)和氮磷形態(tài)有關(guān);主導(dǎo)植被格局指數(shù)包括4個(gè)，其中植被面積和最大綴塊指數(shù)影響最大。2）明水的比例和形狀指數(shù)在各季節(jié)與各形態(tài)氮磷去除率顯著負(fù)相關(guān)，最大綴塊指數(shù)與其顯著正相關(guān)，面積和邊界密度等指數(shù)的影響與季節(jié)和氮磷形態(tài)有關(guān);蘆葦+香蒲的面積、比例和形狀指數(shù)在各季節(jié)與多個(gè)形態(tài)氮磷去除率正相關(guān)，綴塊密度在春秋與其正相關(guān);荷花的面積和形狀指數(shù)在各季節(jié)與多個(gè)形態(tài)氮磷

5、去除率正相關(guān)，綴塊密度在春夏對(duì)磷去除率影響較大。主導(dǎo)植物群落格局指數(shù)在明水中有3個(gè)，蘆葦+香蒲中有5個(gè)，荷花中有3個(gè)，其中明水的最大綴塊指數(shù)和蘆葦+香蒲的形狀指數(shù)影響最大。
　　(4)氮磷脅迫下恢復(fù)濕地植物群落演替規(guī)律為:1）隨時(shí)間增加，植被面積增大、綴塊數(shù)減少，綴塊形狀趨向不規(guī)則;2）在所有氮磷濃度范圍，蘆葦+香蒲群落的面積都增大，是恢復(fù)濕地的優(yōu)勢(shì)群落類型，有利于氮磷去除;3）在高氮磷濃度區(qū)域，荷花由單一群落逐漸演變?yōu)閺?fù)雜群落，

6、而在低氮磷濃度區(qū)域，荷花長(zhǎng)勢(shì)良好且一直為單一群落。
　　(5)景觀要素影響恢復(fù)濕地氮磷背景濃度和k-C*降解常數(shù):1）環(huán)境要素主要影響氮背景濃度和氮磷降解常數(shù)，其中溶解氧和pH與其負(fù)相關(guān)，水力負(fù)荷則與其正相關(guān)，此外C*與氮降解常數(shù)正相關(guān);2）綴塊密度在春夏秋、邊界密度在春夏與多個(gè)形態(tài)氮背景濃度顯著正相關(guān)，平均綴塊面積在春季與各形態(tài)氮背景濃度顯著負(fù)相關(guān)，綴塊密度在春季與各形態(tài)氮磷的降解常數(shù)顯著正相關(guān)，容積在冬季與各形態(tài)磷降解常數(shù)顯著

7、負(fù)相關(guān);3）植被綴塊密度與多個(gè)氮磷背景濃度和降解常數(shù)正相關(guān)，尤其在春夏兩季。
　　(6)基于吸附理論的污染物反應(yīng)模型研究表明:1）Langmuir和Freundlich模型都能較好的模擬恢復(fù)濕地氮磷去除的去除過(guò)程，其中Langmuir模型的解釋力更好;2）提高濕地氮磷進(jìn)水濃度，延長(zhǎng)水力停留時(shí)間，增大面積、容積和邊界復(fù)雜度都會(huì)使?jié)竦氐兹コ^(guò)程更符合Langmuir模型;3）準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型都能較好的模擬恢復(fù)濕地氮磷去除過(guò)程