STUDIES ON THE PURIFYING SPACE IN ARTIFICIAL WETLANDS WITH CATTAIL AND RUSH

调查了人工湿地水生植物根区理化特性，根系扩展的深度和位置，微生物和酶的分布状况；比较了不同深度人工湿地污水净化效果；探讨了人工湿地污水处理系统最佳净化空间位点。通过对香蒲、灯心草人工湿地的研究，发现植物的根系主要分布在基质上层２５ｃｍ区域内，在５到１０ｃｍ区域内，微生物数量最多，２５ｃｍ区域次之，３５ｃｍ以下较少。系统表层磷酸酶，葡聚糖脱水酶和蛋白酶的活性较２０ｃｍ区域内各酶活性强。对于废水的净化而言，系统２０ｃｍ和６０ｃｍ处的净化效果差别很小。结果表明，人工湿地废水处理系统上部区域为较佳净化空间。

Characteristics of the microbial communities in the integrated vertical-flow constructed wetlands

Microorganisms play an important role in removing pollutants from constructed wetlands. We investigated the microbial characteristics in a novel integrated vertical-flow constructed wetland (IVCW), which has been in operation in Wuhan, China since 1998. We used phospholipid fatty acid (PLFA) and amoA gene to analyze the structure and diversity of the microbial community within the IVCW. PLFA results suggested that the amount of bacterial PLFA was significantly higher than that of fungal PLFA, but the total microbial biomass represented by PLFA index was low in the system. Microbial spatial distribution showed significantly higher bacterial (both G(+) and G(-)) and fungal biomass in the surface than in the subsurface layers. The ratios of monounsaturated to branched PLFA demonstrated that an anaerobic layer sandwiched by two aerobic layers existed in the IVCW, consistent with the redox potential results. Analysis of the amoA revealed the presence of Nitrosomonas-like sequences in the surface substrate of the downflow chamber and apparent diversities of ammonia-oxidizing bacteria in the system. These results suggest that microorganisms, despite their relatively low biomass, have inhabited the IVCW, and the results will offer some valuable information on microbe to system designers and managers.

Enzymatic activities in constructed wetlands and di-n-butyl phthalate (DBP) biodegradation

The bioaccumulation of phthalate acid esters (PAEs) from industrial products and their mutagenic action has been suggested to be a potential threat to human health. The effects of the most frequently identified PAE, Di-n-butyl phthalate (DBP), and its biodegradation, were examined by comparison of two small scale plots (SSP) of integrated vertical-flow constructed wetlands. The influent DBP concentration was 9.84 mg l(-1) in the treatment plot and the control plot received no DBP. Soil enzymatic activities of dehydrogenase, catalase, protease, phosphatase, urease, cellulase, beta-glucosidase, were measured in the two SSP after DBP application for 1 month and 2 months, and 1 month after the final application. Both treatment and control had significantly higher enzyme activity in the surface soil than in the subsurface soil (P < 0.001) and greater enzyme activity in the down-flow chamber than in the up-flow chamber (P < 0.05). In the constructed wetlands, DBP enhanced the activities of dehydrogenase, catalase, protease, phosphatase and inhibited the activities of urease, cellulase and beta-glucosidase. However, urease, cellulase, beta-glucosidase activities were restored 1 month following the final DBP addition. Degradation of DBP was greater in the surface soil and was reduced in sterile soil, indicating that this process may be mediated by aerobic microorgansims. DBP degradation fitted a first-order model, and the kinetic equation showed that the rate constant was 0.50 and 0.17 d(-1), the half-life was 1.39 and 4.02 d, and the r(2) was 0.99 and 0.98, in surface and subsurface soil, respectively. These results indicate that constructed wetlands are able to biodegrade organic PA-Es such as DBP. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Efficiency of constructed wetlands in decontamination of water polluted by heavy metals

A twin-shaped constructed wetland (CW) comprising a vertical flow (inflow) chamber with Cyperus alternifolius followed by a reverse-vertical flow (outflow) chamber with Villarsia exaltata was assessed for decontamination of artificial wastewater polluted by heavy metals. After application of Cd, Cu, Pb, Zn over 150 days, together with Al and Mn during the final 114 days, no heavy metals with the exception of Mn could be detected in either the drainage zone at the bottom, shared by both chambers, or in the effluent. The inflow chamber was, therefore, seen to be predominantly responsible for the decontamination process of more toxic metal species with final concentrations far below WHO drinking-water standards. About one-third of the applied Cu and Mn was absorbed, predominantly by lateral roots of C. alternifolius. Lower accumulation levels were observed for Zn (5%), Cd (6%), Al (13%). and Pb (14%). Contents of Cd, Cu, Mn, and Zn in soil were highest in top layer, while Al and Pb were evenly distributed through the whole soil column. Metal species accumulating mainly in the top layer can be removed mechanically. A vertical flow CW with C. alternifolius is an effective tool in phytoremediation for treatment of water polluted with heavy metals. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

人工湿地强化净化太湖水体富营养化研究

为了进一步降低水中营养盐浓度、提高水体透明度，为湖泊生态系统的恢复创造条件，促进湖泊水体生态系统良性循环，以太湖五里湖富营养化水体为研究对象，采用中试规模的人工湿地技术来强化净化富营养化水体。重点研究了不同流态、不同基质、不同植物及植物有无条件下各人工湿地系统对富营养化水体的处理效果。此外，还对生长在人工湿地中的7种湿地植物芦苇(Phragmites communis)、香蒲(Typha angustifolia)、茭白(Zizania caduciflora)、水葱(Scirpus validus.)、菖蒲(Acorus calamus)、鸢尾(Iris pseudacorus)和千屈菜(Lythrum salicaria)的生长、生理生态特性如气体交换、叶绿素荧光、光合色素含量及氮、磷吸收能力进行了研究，旨在探索高等植物在富营养化水体净化过程中的机理和规律，为人工湿地污水净化机理奠定一定的科学和理论基础。主要研究结果如下： 通过对垂直潜流、水平潜流和自由表面流三种类型的人工湿地系统对富营养化水体净化效果的对比研究，我们发现在水力负荷0.64 m d-1，进水污染物浓度化学需氧量(COD) 7.37 mg L-1、氨氮(NH4+-N) 1.63 mg L-1、硝氮(NO3--N )1.41 mg L-1、总氮(TN) 4.82 mg L-1和总磷(TP) 0.15 mg L-1的条件下，三种不同流态的人工湿地对富营养化水体均有一定的净化功能。三种类型的人工湿地对主要污染物COD、NH4+-N、NO3--N、TN和TP的去除效果分别为：垂直潜流40.4%、45.9%、62.9%、51.6%和64.3%;水平潜流39.6%、32.0%、65.3%、52.1%和65.7%;自由表面流16.5%、22.8%、34.2%、19.8%和35.1%。相比之下，垂直潜流、水平潜流对主要的污染物的去除效果明显好于自由表面流人工湿地。除垂直潜流湿地NH4+-N的平均去除率显著大于水平潜流外，两人工湿地在其余指标的去除效果上无显著差异。考虑到土地面积的限制，就太湖五里湖富营养化水体治理而言，垂直潜流和水平潜流较自由表面流更为适合。 以沸石为基质的人工湿地较以砾石为基质的人工湿地对NH4+-N有很好的去除效果，除此之外两种基质类型的人工湿地在其余各污染指标的去除效果方面差异不显著。但随着湿地运行时间的延长，沸石对NH4+-N的吸收能力会逐渐减弱，考虑到湿地构建成本，建议就地取材，以当地较为廉价的砾石为人工湿地基质比较经济适用。 有无植物对有机污染物COD的去除效果影响差异不显著，但对TN和TP去除效果影响差异极显著，有植物的人工湿地对TN的去除率比无植物的分别高出12.5%和13.4%，对TP去除率分别高出16.9%和31.0%。不同植物对人工湿地处理效果的影响差异不显著，可见湿地流态对处理效果的影响大于植物的影响。 各湿地植物叶片的净光合速率(Pn)日变化均为双峰曲线，有光合“午休”现象。其中芦苇、茭白、鸢尾、菖蒲、水葱和千屈菜Pn的下降主要是由气孔导度(gs)的下降造成的，而香蒲则更多的受叶肉光合能力下降的影响。除千屈菜的Pn与gs之间呈显著正相关外，其余植物的Pn与gs之间均呈极显著正相关。气孔行为对湿地植物光合作用碳的固定显示了明显的主导控制作用。 各湿地植物的光补偿点(LCP)差异不显著，其均值都在10µmol m-2 s-1以上，显示了阳生植物的特性。但湿地植物的光饱和点 (LSP)差异极显著，LSP大小依次为香蒲1476.3µmol m-2 s-1>水葱1140.0µmol m-2 s-1>菖蒲753.7µmol m-2 s-1>芦苇751.7µmol m-2 s-1>茭白640.7µmol m-2 s-1>千屈菜567.3µmol m-2 s-1>鸢尾479.0µmol m-2 s-1。7种湿地植物的CO2补偿点差异极显著，CO2补偿点大小依次为水葱47.1µmol mol-1>茭白28.4µmol mol-1>香蒲23.7µmol mol-1>鸢尾16.8µmol mol-1>菖蒲16.7µmol mol-1>千屈菜15.2µmol mol-1>芦苇14.8µmol mol-1。与此相反，湿地植物的CO2饱和点差异不显著。 各湿地植物的Fv/Fm值大小差异也极显著，Fv/Fm值大小依次为千屈菜0.8168>水葱0.8348>香蒲0.8262>菖蒲0.8198>芦苇0.8168>茭白0.8040>鸢尾0.7930。由此可见千屈菜、水葱较芦苇和茭白有较高的PSⅡ效率。7种湿地植物叶片的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量水平差异极显著，芦苇和茭白叶片的叶绿素和类胡萝卜素含量水平都较高，这在客观上解释了他们为何拥有较强的光合能力。 不同湿地植物的生物量大小差异极显著，平均生物量(干重)变化范围在0.26-6.65 kg m-2之间。除香蒲和水葱的地下部生物量显著大于地上部外，其余植物都是地上部生物量大于地下部，这非常有利于人工湿地生态工程中通过收获植物地上部生物量来达到去除氮、磷污染目的。 不同湿地植物植株氮、磷含量差异极显著。湿地植物对氮吸收总量变化范围为6.09-93.96 g m-2，吸收氮最高是芦苇，最低是菖蒲;对磷吸收总量变化范围为0.51-8.95 g m-2，吸收磷最高是香蒲，最低是菖蒲。经测算，植物吸收的总氮量占人工湿地总氮去除量的0.6-17.1%，总磷量占人工湿地总磷去除量的1.4-40.5%。本次试验中香蒲和芦苇对氮、磷的吸收去除能力比较高，茭白、鸢尾、水葱和千屈菜的吸收去除能力中等，而菖蒲的吸收能力较弱。

内蒙古草原CH4 通量的DNDC 模型模拟

甲烷（CH4）是增温效应仅次于二氧化碳（CO2）的重要温室气体。内蒙古草原是欧亚温带草原的重要类型，具有典型的生态地域代表性。如何理解该区域CH4 交换的时空格局与环境控制、不同土地利用类型的源汇特征以及CH4 通量对气候变化的响应、对于我们进一步理解全球变化与陆地生态系统关系具有十分重要的意义。本研究以内蒙古草原锡林河流域为对象，首次在国内应用DNDC 生物地球化学模型模拟干草原和河漫滩湿地的CH4 通量，预测CH4 循环对未来气候变化的响应，并对该区域干草原的CH4 吸收进行了区域模拟估算。结果表明： 1.在模型中添加植被生长节律与土壤CH4 吸收的关系函数后，DNDC 模型能够准确地模拟锡林河流域干草原CH4 吸收的大小及其年变化。土壤温度、土壤水分和植被生长状况是影响干草原大气CH4 吸收的主要因素。 2.水位，土壤温度，质地和植被生长节律是控制河漫滩湿地CH4 通量的主要因子。根据有限水位测定值估算模拟周期内全部水位数据的方法能够应用于模拟水位相对比较稳定区域的未知时期水位。经过该修正的DNDC 模型能够较为准确的捕获锡林河流域河边湿地的CH4 排放通量的大小及年变化。 3.干草原和湿地年CH4 通量对温度变化敏感，而对降水量变化不敏感，其中湿地比干草原对温度变化的响应更加敏感。 4.温度升高可显著地促进干草原和湿地的日CH4 吸收和排放能力，其CH4 通量的增加均表现出明显的季节性差异。干草原日CH4 通量对降水量增加20% 的响应并不显著，而河漫滩湿地的响应虽显著，变幅却很小且增减程度不同。 5.与2005 年相比，2050 年干草原河漫滩湿地的CH4 吸收和排放量将分别增加10%和77%。锡林河流域CH4 通量对未来气候变化产生正反馈作用，并且湿地CH4 排放对未来气候变化的响应大于干草原CH4 吸收的响应。未来气候变化将增加锡林河流域CH4 源强度。 6. 锡林河流域干草原CH4 吸收量达2.42Gg C•yr-1。干草原CH4 吸收量的空间异质性较大，各栅格单元（0.01 ×0.01 度）的CH4 吸收量变化为0-404.6 kg C，其中大部分区域CH4 吸收量变化在150-250 kg C•yr-1 之间。草甸草原的大气CH4 吸收能力显著高于典型草原。干草原CH4 吸收率平均为2.59 kg C• ha-1 •yr-1。干草原CH4 吸收量的空间异质性是土壤有机质含量、土壤质地、土壤温度湿度，植被类型等因素共同作用的结果，与单一变量的关系并不明显。

现代黄河三角洲湿地景观变化及其对水禽生境的影响

本文研究的开展主要源于国家海洋局海洋公益性行业科研专项经费项目“渤海典型区域的海洋多过程数据整合研究”课题支撑。在湿地日益退化丧失的全球背景下，本文选择沉积年代较轻、生态环境比较脆弱，且当前人类活动不断加剧的现代黄河三角洲为研究区，采用1999、2001、2004和2008年的Landsat5 TM遥感影像，选择丹顶鹤和黑嘴鸥为指示物种，结合野外实地调查和历史数据资料的整理和分析，以及黄河三角洲自然保护区对鸟类的监测记录结果，开展现代黄河三角洲湿地景观变化及其对水禽生境的影响研究。 论文的主要研究结果如下： 1、建立了服务于黄河三角洲湿地水禽生境保护的湿地景观分类体系 在系统分析研究区域湿地水禽生活习性和生态分布特征的基础上，从鸟类生境选择的概念出发，建立了服务于黄河三角洲湿地水禽生境保护的湿地景观分类体系。该分类体系一共分为4级，其中，第三级分类系统下天然湿地的划分是从鸟类选择的“大生境”角度出发，即根据区域地表类型，进一步将海洋/海岸湿地和内陆三角洲湿地划分成浅海水域、潮间淤泥滩、潮沟、河口水域、潮间盐沼、河流湿地和沼泽湿地7类。而第四级分类系统下天然湿地的划分则是从鸟类选择的“小生境”（即对水、食物、隐蔽物、干扰等的需求）角度出发，并按照水文和典型植被类型，进一步将天然湿地的三级类型划分为碱蓬沼泽、芦苇沼泽、柽柳灌丛沼泽等33类。 2、系统研究了现代黄河三角洲湿地景观格局的动态变化和影响因素 根据景观生态学理论，选取用于分析的景观格局指数，并从湿地景观类型的组成特征变化、面积变化、形状特征变化、空间配置特征变化四个方面分析在黄河断流前到其恢复正常行水至今的时间里三角洲湿地景观格局的动态变化，研究结果表明：在1999~2008年的9年间，天然湿地构成了现代黄河三角洲景观的主体，约占研究区域景观总面积的65%~75%，决定了该地区湿地的主要结构和功能。但随着人类对土地资源利用方式的不断改变和强度的提高，天然湿地景观呈萎缩退化趋势，9年内共减少338.44 km2，约占研究区景观总面积的8.90%。与此同时，盐田、养殖池塘等人工湿地和耕地等非湿地面积不断扩张，人工湿地面积增加量约为242.08km2，约占研究区景观总面积的6.37%，非湿地面积增加量约为96.36 km2，约占研究区景观总面积的2.53%。从一些重要的景观指数的计算结果来看，研究区域整体景观斑块数量呈增加趋势，平均斑块大小随之减小，景观边界密度大小、聚集度指数也呈下降趋势，表明从1999到2008年研究区域整体景观被边界分割的程度加深，整体景观中的斑块在空间分布上隔离程度加重，开始由大片连续分布向小块离散分布转变，景观的破碎化程度加重。 湿地景观格局变化的驱动机制分析表明，影响研究区湿地景观变化的主要因素包括三个方面，即：黄河水沙条件的驱动力、湿地自身演替驱动力和人为驱动力。在1999~2008年的9年间，黄河虽然恢复正常行水，不再断流，但入海泥沙量的明显减少使得除现行河口处沙嘴继续向海缓慢延伸外，黄河三角洲总体上处于侵蚀状态。湿地自身的演替主要体现在湿地由裸露淤泥质滩涂向发育典型湿地植物群落的顺向演替，以及发育有典型湿地植物群落的湿地向裸露淤泥质滩涂逆向演替两个方面。在1999~2008年间9年里，湿地顺向发育演替面积约130.64 km2，而逆向发育演替面积约为99.51 km2。人类活动一直以来都是影响黄河三角洲湿地景观变化不可忽视的营造力。大规模的滩涂围垦和养殖、农业用地的不断开垦和扩张，以及密集的油田开发活动不仅缩减了原本生长着芦苇茅草等植物的天然湿地资源，而且加重了三角洲湿地景观的破碎程度。 3、在整个研究区域尺度上深刻分析了丹顶鹤和黑嘴鸥潜在生境的适宜性 根据黄河三角洲自然保护区关于鸟类的监测记录资料，在深入分析湿地水禽生活习性和分布特征的基础上，选择丹顶鹤和黑嘴鸥为指示物种，从鸟类生境选择自身的特征出发，确定地表类型、水、食物、隐蔽物和干扰为影响两种鸟类类群进行生境选择的因素，并构建生境适宜性评价模型，在整个研究区域尺度上对两种鸟类类群的潜在生境进行适宜性评价和动态变化分析。研究结果表明，在不考虑居民地、油田作业用地和道路等干扰因子对生境产生的破碎化效应影响时，适宜丹顶鹤和黑嘴鸥生存的生境类型在1999~2008年间占研究区整体景观总面积的比重均在30%以上，其中天然湿地约占适宜生境类型面积的95%，可利用的人工湿地比重极小，但呈缓慢增加趋势，且由于可利用的天然湿地生境类型的逐年减少使得适宜两种鸟类类群的生境类型总面积总体上呈萎缩趋势。在考虑居民地、油田作业用地和道路等干扰因子对生境产生的破碎化效应影响时，适宜丹顶鹤和黑嘴鸥生存的生境类型在1999~2008年间占研究区域整体景观总面积的百分比由之前接近40%下降到20%以下，面积减少量均在600 km2以上。 4、系统分析了研究区湿地景观变化对水禽生境的影响 从研究区湿地景观基质的面积变化、形状和空间邻接关系变化、破碎化等三个方面分析了研究区湿地景观变化对丹顶鹤和黑嘴鸥两种鸟类类群生境的影响，结果表明，湿地景观基质中天然湿地的变化与丹顶鹤、黑嘴鸥适宜生境的大小和空间分布密切相关。在1999~2008年间，随着天然湿地面积的减少，适宜以上两种鸟类类群的生境面积也随之减少，两者呈正相关关系；在1999~2008年间，研究区天然湿地和人工湿地景观基质整体的形状指数均在1.0附近，表明湿地景观基质整体上的边缘效应较小，但建设用地、农林用地等非湿地景观与丹顶鹤和黑嘴鸥适宜生境类型中的主导类型——潮间淤泥滩、潮间盐沼和沼泽湿地等三种景观类型的频繁邻接，对于保护两种鸟类类群十分不利，应积极采取相应的措施加强保护力度；在1999~2008年间，研究区景观整体，以及湿地景观基质结构的破碎化，导致鸟类可利用的天然湿地和人工湿地景观内部斑块之间的连接程度下降，从而使得丹顶鹤、黑嘴

Diurnal time budget of the Black-necked Crane during the breeding season

From 26 March to 2 August 2003, both the time budget and the diurnal rhythm of behavior of breeding Black-necked Cranes (Grus nigricollis) were studied at Ruoergai Wetlands National Natural Reserve, Sichuan Province, China. The breeding season was divided