黄河三角洲退化湿地恢复过程中沉积物的截磷机制及定量评估研究

Restoration and reconstruction of degraded wetland has become a hot issue in international wetland science. Wastewater remediation is one of measures for wetland ecology energy restoration. But it will lead to wetland become secondary pollution source with engineering operation for phosphorus (P) saturation phenomenon. The object is restorated wetland through irrigating human wastewater in the Yellow River delta. Study sediment substrate characteristics, environmental factors of P adsorption and desorption in wetlands. Ascertain characteristics of phosphorus adsorption/desorption and influencing factors. Clarify the retention mechanism of sediments on phosphorus. Characteristics of phosphorus releasing from sediment are monitored in overlying water and interstitial water through methods of DGT technology and laboratory simulation. And also research distribution regularities of P in micro interface. P flux model of soil-water interface will be established. TP threshold will be ascertained and analyses P parameters to clarify reverse-released potential of sediment for phosphorus. The research results will enrich the related technical theory of wastewater restoration wetlands. And provide an important theory basis for the wastewater restoration of wetland degradation in the Yellow River delta.

退化湿地的恢复与重建是目前湿地学前沿领域研究的热点问题。利用废水修复退化湿地是湿地生态功能恢复的方法之一, 但在该方法实施过程中常伴随磷饱和现象而导致湿地出现二次污染问题。本项目针对上述问题，以黄河三角洲利用生活废水修复的退化滨海湿地为研究对象，通过分析沉积物基质特性，及影响沉积物对磷吸附解吸的相关环境因子和生物因素，明确沉积物对磷的吸持特征及其影响因素，并从磷的分级转化角度分析沉积物对磷的固定与释放，揭示湿地沉积物对磷的固持机理；通过野外监测、DGT技术和模拟试验相结合的方法，研究磷在沉积物-水中的动态变化特征及微界面分布规律，建立湿地土-水界面磷通量模型，确定湿地汇-源转化的总磷浓度临界值，分析磷的环境行为参数，定量评价湿地恢复过程中沉积物的截磷能力。研究结果将丰富生活废水修复湿地的相关理论，为利用生活废水修复黄河三角洲退化湿地提供重要的理论依据。

针对利用生活废水修复退化湿地过程中会出现磷饱和现象而导致湿地出现二次污染问题，以黄河三角洲退化滨海湿地为研究对象，通过野外监测、DGT技术和模拟试验相结合的方法进行研究。结果表明：湿地沉积物各形态磷随着深度的变化从20cm深度开始呈现逐渐减少的趋势。沉积物中的磷绝大部分沉积在20cm深度，沉积物中的磷绝大部分以无机磷的形态存在，而沉积物固持的磷主要以Dil.HCl形态存在，占总磷的75-84%左右。随着湿地的运行，沉积物对磷的截留由进水区到出水区呈现逐渐增加的特征。不同环境影响因子条件下沉积物对磷的固持机理的影响研究发现（1）沉积物的释放能力并不是随着pH越高释放能力越强，在添加外源磷时增加了与OH-的竞争，随着pH的增加沉积物的固磷能力反而减弱。（2）不同温度对沉积物的固磷能力产生影响，在低温5℃时沉积物的释放能力较低，上覆水中TP浓度高温30℃是5℃的1.5-3.3倍。（3）随着盐浓度的升高，上覆水中磷浓度逐渐增加，磷的固定量呈下降趋势；盐度也影响磷的转化能力，在盐度为1%时沉积物中部分有机磷转化为无机磷的能力最强。（4）随着扰动强度的增强水中磷含量逐渐降低，当水体扰动强度达到一定程度时固磷量达到最大，扰动强度不再是主要的影响因素。（5）好氧条件下湿地沉积物TP释放量比自然条件降低35.6%-72.1%,厌氧条件下湿地沉积物TP释放量比好氧条件下增加73.5%左右。黄河三角洲湿地上覆水-沉积物界面磷含量为出水口>芦苇稀疏区>芦苇密集区>进水口，进水区是出水区的4.5-6.5倍。对湿地沉积物释放磷的环境风险预警分析发现，在PSI值大于39.4时沉积物对磷具有较大的缓冲能力，沉积物Olsen-P含量43.48mg/kg作为黄河三角洲湿地释放磷的环境警戒值，该湿地汇-源转换的临界磷浓度值为2.49mg/L，湿地在运行9年后依然起净“汇”的能力，但湿地有趋向于释放磷的风险，尤其是进水区和芦苇密集区处于高度风险状态。本研究结果丰富了生活废水修复湿地的相关理论，为利用生活废水修复黄河三角洲退化湿地提供重要的理论依据。