表面流人工湿地中磷的季节性迁移转化规律

林静 凌云 徐亚同

摘要：研究了上海市梦清园芦苇人工湿地中磷的季节性迁移转化规律，结果表明，该人工湿地中，基质吸附和沉降是湿地磷的主要去除方式，其对磷的去除量一直保持在总磷去除量的５０％以上，春季可达９２．０８％，秋季最低也达５７．８１％。但由于基质的吸附作用偏弱，磷的沉降占主导地位。植物对磷的吸收量即去除量随季节变化比较明显，在夏、秋、冬三季，其可以占到总磷去除量的２０％以上。此外，外界的磷源输入占总磷去除量的１６％，因此，在开放性水处理系统中外界引起的磷污染问题也应引起重视。

关键词：表面流人工湿地；磷；基质吸附

中图分类号：Ｘ５２文献标识码：Ａ 文章编号：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

人工濕是一种新型生态污水处理技术，在湿地除磷功能的研究中，一般认为，人工湿地中磷的去除主要以基质的吸附固定为主，植物的吸收作用也会从湿地系统中带走部分的磷元素［１－４］。该文以上海市梦清园芦苇人工湿地为研究对象，分析湿地进水总磷及湿地植物、基质中的含磷量的季节性变化规律，以求阐明该湿地系统磷循环的变化，为进一步优化人工湿地的除磷效果提供理论支持。

１材料与方法

试验在上海市梦清园芦苇人工湿地中进行［５］，该湿地为表面流人工湿地，主要用作景观湿地，运行时水深０．５ ｍ，基质厚０．９ ｍ。芦苇种植密度：１０～１２株／ｍ２。每天进水１０ ｈ，水力负荷０．２０ ｍ／ｄ，水力停留时间为２ ｄ［６，７］。

芦苇每月采样一次，分别在进水口和出水口采集１０株芦苇作为一个样本，烘干后测定其含磷量。每月采取水样和泥样两次，测定指标包括水体和底泥的总磷、磷酸盐数据（总磷去除量指进出水总磷的差值，磷增量指本季节含磷量平均值与上一季节的差值，含磷率指磷所占的质量分数）。水质分析采用国标法，底泥指标分析方法参见文献［８］。

２结果与分析

２．１芦苇人工湿地进出水总磷的变化

梦清园芦苇人工湿地进出水总磷的变化如图１所示。芦苇人工湿地进出水的总磷季节变化较大，４～７月较高，而后下降，但入冬后总磷又开始回升。从季节分析总磷去除量，夏季较高，为７．５６ ｇ／ｍ２；春季较低，为３．６３ ｇ／ｍ２；秋冬季相差不大，分别为５．９２ｇ／ｍ２与６．０８ ｇ／ｍ２。

２．２芦苇含磷量的变化

结合芦苇的生长量，每季度湿地中芦苇含磷量的变化如图２（春季磷增量按趋势延伸法处理）。从图2A可以看出，芦苇整体的含磷量缓慢上升到１０月份后开始下降。根据不同季节的统计分析可以看出，在夏季、秋季芦苇的含磷量上升幅度很大，分别增加了２．８３ ｇ／ｍ２和４．４６ ｇ／ｍ２。冬季１１、１２月芦苇含磷量下降，但由于１０月份含磷量的持续上升，使得冬季芦苇的磷增量依然比较高，为２．５５ ｇ／ｍ２。该系统中芦苇对于磷的吸收符合一级动力学模型，因此采用该模型可以较好地判断湿地植物对于磷元素的去除能力。

２．３湿地基质对磷的吸附作用

基质对磷的吸附作用即去除效果见图３。从图3可以看出，梦清园底泥的含磷率从１月的０．０１２％上升到１２月的０．１１２％，增加了近8倍，清楚地表明了基质对磷的吸收即去除有着重要作用。而且在夏季的增长较快，８月后增长速度减缓。随着底泥量的增长，底泥含磷量随着时间增加也在不断增加，从最初的１．０５ ｇ／ｍ２增长到２０．２５ ｇ／ｍ２。从季节变化的分析可以看出，夏季底泥的磷增量最大，为７．４９ ｇ／ｍ２；春季最少，为１．２６ ｇ／ｍ２，推测由于底泥对磷的吸附逐渐饱和；秋冬季节磷增量逐渐减少，为６．１０ ｇ／ｍ２和４．３４ ｇ／ｍ２。

湿地基质类型属于土壤类，按照晏再生的报道［９］，土壤的吸附率在３４０～１ １１０ ｍｇ／ｋｇ之间，因此基质的吸附作用偏弱。而底泥层的厚度在不断的增加，推测在该湿地系统中，磷的沉降占主导地位。

２．４芦苇湿地磷去除量分析

将浮泥与植物对磷的去除作用进行综合分析，结果见图４。从图4可以看出，底泥对磷的吸收是系统磷去除的主要方式，其对磷去除量一直保持在总磷去除量的５０％以上，而春季可达９２．０８％，秋季最低也达５７．８１％。植物对磷的吸收量即去除量随季节变化比较明显，在夏、秋、冬三季，其可以占到总磷去除量的２０％以上，与Ｒｅｅｄ［１０］的研究结果比较相近，但秋季的磷去除量则达到了总磷去除量的４２．１９％，要高于现有文献［１１］的报道。而春季仅３月植物开始生长时有除磷效果，只占总磷去除量的７．９0％。由于系统始终有外界的磷源输入，底泥和芦苇的季节含磷量之和相对要高于水体的总磷去除量，甚至可以占总磷去除量的１６％。

３结论

研究了芦苇人工湿地磷的迁移转化规律，结果表明，梦清园芦苇人工湿地中，基质吸附和沉降是湿地磷的主要去除方式，其对磷的去除量一直保持在总磷去除量的５０％以上。春季可达９２．０８％，秋季最低也达５７．８１％，但由于底泥的吸附作用偏弱，磷的沉降占主导地位。植物对磷的吸收量即去除量隨季节变化比较明显，在夏、秋、冬三季，其可以占到总磷去除量的２０％以上。此外，外界的磷源输入占总磷去除量的１６％。因此，在水质净化系统中必须要考虑外界的磷污染问题。

参考文献：

［１］ 高海鹰，刘佳，张奇，等． 水力负荷对湖滨带人工湿地除磷效果的影响［Ｊ］． 中国给水排水，２００７，２３（２３）：８７－８９．

［２］ 李旭东，周琪， 张荣杜． 三种人工湿地脱氮除磷效果比较研究［Ｊ］． 地学前缘，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］ 卢少勇，金相灿，余刚． 人工湿地的磷去除机理［Ｊ］． 生态环境，２００６，１５（２）：３９１－３９６．

［５］ 林静，谢冰，徐亚同． 复合微生物制剂对芦苇人工湿地去除污染物的影响［Ｊ］． 水处理技术，２００７，３３（２）：３８－４１．

［６］ 凌云，林静， 徐亚同． 微生物对芦苇人工湿地除磷影响研究［Ｊ］． 四川环境，２００９，２８（５）：４１－４４．

［７］ 凌云，林静，吴淑航，等． 上海梦清园芦苇湿地脱氮研究［Ｊ］． 农业系统科学与综合研究，２００７，２３（１）：１０２－１０４．

［８］ 中国科学院南京土壤研究所． 土壤理化分析［Ｍ］． 上海：上海科学技术出版社，１９７８．

［９］ 晏再生，王世和． 基质对于人工湿地净化磷素潜能的探讨［Ｊ］． 生态环境，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，冯耀宇，齐荣，等． 不同基质复合垂直流人工湿地对富营养化景观水的净化效果［Ｊ］．环境污染与防治，２００６，２８（１）：１７－２０．