表面流人工濕地中磷的季節性遷移轉化規律

摘要：研究了上海市夢清園蘆葦人工濕地中磷的季節性遷移轉化規律，結果表明，該人工濕地中，基質吸附和沉降是濕地磷的主要去除方式，其對磷的去除量一直保持在總磷去除量的５０％以上，春季可達９２．０８％，秋季最低也達５７．８１％。但由于基質的吸附作用偏弱，磷的沉降占主導地位。植物對磷的吸收量即去除量隨季節變化比較明顯，在夏、秋、冬三季，其可以占到總磷去除量的２０％以上。此外，外界的磷源輸入占總磷去除量的１６％，因此，在開放性水處理系統中外界引起的磷污染問題也應引起重視。

關鍵詞：表面流人工濕地；磷；基質吸附

中圖分類號：Ｘ５２文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０11）16－3307-03

Ｓｅａｓｏｎａｌ Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｉｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｌｏｗ

Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ Ｗｅｔｌａｎｄ

ＬＩＮ Ｊｉｎｇ１，ＬＩＮＧ Ｙｕｎ２，ＸＵ Ｙａ－ｔｏｎｇ３

（１． Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ５１８００１， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ；

２． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｆｉｓｈｅｒｉｅｓ ａｎｄ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｏｃｅａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１３０６，Ｃｈｉｎａ；

３． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００６２，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｓｅａｓｏｎａｌ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｌｏｗ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ Ｍｅｎｇｑｉｎｇｙｕａｎ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｒｅｅｄ ｗｅｔｌａｎｄ． Tｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐａｔｈｓ ｏｆ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｄ ｔｏ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｈａｌｆ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ； ｉｎ ｓｐｒｉｎｇ， ｔｈｅｙ ａｃｃｏｕｎｔｅｄ ｆｏｒ ａｓ ｈｉｇｈ ａｓ ９２．０８％； ｗｈｉｌｅ ｉｎ ａｕｔｕｍｎ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗａｓ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ， ｔｈｅｙ ａｃｃｏｕｎｔｅｄ ｆｏｒ ５７．８１％． Ａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｗａｓ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｉｎ ｔｈｅｓｅ ｔｗｏ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｐａｔｈｓ． Ｔｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｐｌａｎｔｓ ｄｉｆｆｅｒｅｄ ｆｒｏｍ ｓｅａｓｏｎ ｔｏ ｓｅａｓｏｎ； ｉｎ ｓｕｍｍｅｒ， ａｕｔｕｍｎ ａｎｄ ｗｉｎｔｅｒ， ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅ ｔｏ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ２０％ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｌｓｏ ａｃｃｏｕｎｔｅｄ ｆｏｒ １６％ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ， ｗｈｉｃｈ ｍｕｓｔ ｂｅ ｐａｉｄ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｅｎｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｕｒｆａｃｅ ｆｌｏｗ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｗｅｔｌａｎｄ； ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ； ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ

人工濕是一種新型生態污水處理技術，在濕地除磷功能的研究中，一般認為，人工濕地中磷的去除主要以基質的吸附固定為主，植物的吸收作用也會從濕地系統中帶走部分的磷元素［１－４］。該文以上海市夢清園蘆葦人工濕地為研究對象，分析濕地進水總磷及濕地植物、基質中的含磷量的季節性變化規律，以求闡明該濕地系統磷循環的變化，為進一步優化人工濕地的除磷效果提供理論支持。

１材料與方法

試驗在上海市夢清園蘆葦人工濕地中進行［５］，該濕地為表面流人工濕地，主要用作景觀濕地，運行時水深０．５ ｍ，基質厚０．９ ｍ。蘆葦種植密度：１０～１２株／ｍ２。每天進水１０ ｈ，水力負荷０．２０ ｍ／ｄ，水力停留時間為２ ｄ［６，７］。

蘆葦每月采樣一次，分別在進水口和出水口采集１０株蘆葦作為一個樣本，烘干后測定其含磷量。每月采取水樣和泥樣兩次，測定指標包括水體和底泥的總磷、磷酸鹽數據（總磷去除量指進出水總磷的差值，磷增量指本季節含磷量平均值與上一季節的差值，含磷率指磷所占的質量分數）。水質分析采用國標法，底泥指標分析方法參見文獻［８］。

２結果與分析

２．１蘆葦人工濕地進出水總磷的變化

夢清園蘆葦人工濕地進出水總磷的變化如圖１所示。蘆葦人工濕地進出水的總磷季節變化較大，４～７月較高，而后下降，但入冬后總磷又開始回升。從季節分析總磷去除量，夏季較高，為７．５６ ｇ／ｍ２；春季較低，為３．６３ ｇ／ｍ２；秋冬季相差不大，分別為５．９２ｇ／ｍ２與６．０８ ｇ／ｍ２。

２．２蘆葦含磷量的變化

結合蘆葦的生長量，每季度濕地中蘆葦含磷量的變化如圖２（春季磷增量按趨勢延伸法處理）。從圖2A可以看出，蘆葦整體的含磷量緩慢上升到１０月份后開始下降。根據不同季節的統計分析可以看出，在夏季、秋季蘆葦的含磷量上升幅度很大，分別增加了２．８３ ｇ／ｍ２和４．４６ ｇ／ｍ２。冬季１１、１２月蘆葦含磷量下降，但由于１０月份含磷量的持續上升，使得冬季蘆葦的磷增量依然比較高，為２．５５ ｇ／ｍ２。該系統中蘆葦對于磷的吸收符合一級動力學模型，因此采用該模型可以較好地判斷濕地植物對于磷元素的去除能力。

２．３濕地基質對磷的吸附作用

基質對磷的吸附作用即去除效果見圖３。從圖3可以看出，夢清園底泥的含磷率從１月的０．０１２％上升到１２月的０．１１２％，增加了近8倍，清楚地表明了基質對磷的吸收即去除有著重要作用。而且在夏季的增長較快，８月后增長速度減緩。隨著底泥量的增長，底泥含磷量隨著時間增加也在不斷增加，從最初的１．０５ ｇ／ｍ２增長到２０．２５ ｇ／ｍ２。從季節變化的分析可以看出，夏季底泥的磷增量最大，為７．４９ ｇ／ｍ２；春季最少，為１．２６ ｇ／ｍ２，推測由于底泥對磷的吸附逐漸飽和；秋冬季節磷增量逐漸減少，為６．１０ ｇ／ｍ２和４．３４ ｇ／ｍ２。

濕地基質類型屬于土壤類，按照晏再生的報道［９］，土壤的吸附率在３４０～１ １１０ ｍｇ／ｋｇ之間，因此基質的吸附作用偏弱。而底泥層的厚度在不斷的增加，推測在該濕地系統中，磷的沉降占主導地位。

２．４蘆葦濕地磷去除量分析

將浮泥與植物對磷的去除作用進行綜合分析，結果見圖４。從圖4可以看出，底泥對磷的吸收是系統磷去除的主要方式，其對磷去除量一直保持在總磷去除量的５０％以上，而春季可達９２．０８％，秋季最低也達５７．８１％。植物對磷的吸收量即去除量隨季節變化比較明顯，在夏、秋、冬三季，其可以占到總磷去除量的２０％以上，與Ｒｅｅｄ［１０］的研究結果比較相近，但秋季的磷去除量則達到了總磷去除量的４２．１９％，要高于現有文獻［１１］的報道。而春季僅３月植物開始生長時有除磷效果，只占總磷去除量的７．９0％。由于系統始終有外界的磷源輸入，底泥和蘆葦的季節含磷量之和相對要高于水體的總磷去除量，甚至可以占總磷去除量的１６％。

３結論

研究了蘆葦人工濕地磷的遷移轉化規律，結果表明，夢清園蘆葦人工濕地中，基質吸附和沉降是濕地磷的主要去除方式，其對磷的去除量一直保持在總磷去除量的５０％以上。春季可達９２．０８％，秋季最低也達５７．８１％，但由于底泥的吸附作用偏弱，磷的沉降占主導地位。植物對磷的吸收量即去除量隨季節變化比較明顯，在夏、秋、冬三季，其可以占到總磷去除量的２０％以上。此外，外界的磷源輸入占總磷去除量的１６％。因此，在水質凈化系統中必須要考慮外界的磷污染問題。

參考文獻：

［１］ 高海鷹，劉佳，張奇，等． 水力負荷對湖濱帶人工濕地除磷效果的影響［Ｊ］． 中國給水排水，２００７，２３（２３）：８７－８９．

［２］ 李旭東，周琪， 張榮杜． 三種人工濕地脫氮除磷效果比較研究［Ｊ］． 地學前緣，２００５，１２（增刊）：７３－７６．

［３］ ＪＯＳ ＶＥＲＨＯＥＶＥＮ Ｔ Ａ，ＡＲＴＨＵＲ ＭＥＵＬＥＭＡＮ Ｆ Ｍ． Ｗｅｔｌａｎｄｓ ｆｏｒ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ：Ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９９，１２（１－２）：５－１２．

［４］ 盧少勇，金相燦，余剛． 人工濕地的磷去除機理［Ｊ］． 生態環境，２００６，１５（２）：３９１－３９６．

［５］ 林靜，謝冰，徐亞同． 復合微生物制劑對蘆葦人工濕地去除污染物的影響［Ｊ］． 水處理技術，２００７，３３（２）：３８－４１．

［６］ 凌云，林靜， 徐亞同． 微生物對蘆葦人工濕地除磷影響研究［Ｊ］． 四川環境，２００９，２８（５）：４１－４４．

［７］ 凌云，林靜，吳淑航，等． 上海夢清園蘆葦濕地脫氮研究［Ｊ］． 農業系統科學與綜合研究，２００７，２３（１）：１０２－１０４．

［８］ 中國科學院南京土壤研究所． 土壤理化分析［Ｍ］． 上海：上海科學技術出版社，１９７８．

［９］ 晏再生，王世和． 基質對于人工濕地凈化磷素潛能的探討［Ｊ］． 生態環境，２００７，１６（２）：６６１－６６６．

［１０］ ＲＥＥＤ Ｓ Ｃ，ＢＲＯＷＮ Ｄ． Ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ ｆｌｏｗ ｗｅｔｌａｎｄｓ—Ａ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｗａｔｅｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９９５，６７（２）：２４４－２４８．

［１１］ 余兆祥，馮耀宇，齊榮，等． 不同基質復合垂直流人工濕地對富營養化景觀水的凈化效果［Ｊ］．環境污染與防治，２００６，２８（１）：１７－２０．