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常军军课题组在人工湿地净化农田径流的综合环境生态效益评估及其优化提升方面取得新进展
作者: 来源: 发布时间 : 2023-09-14 10:53:38 点击量:

农业面源污染已成为云南高原湖泊的重要污染来源,构建设施拦截、净化农业面源污染是保护湖泊水环境的重要手段。人工湿地因建设运行成本低、生态友好等特点而被广泛应用于湖泊流域内面源污染的净化。然而,许多人工湿地存在设计建设不合理、运行管理不善以及缺乏优化提升方法等问题,导致环境生态效益不佳。课题组以云南高原湖泊杞麓湖湖滨某用于净化农田径流的人工湿地为典型代表,系统考察了其周年内的污染物净化效能、温室气体排放通量、优势植物氮磷吸收、重金属等污染累积以及微生物群落特征,结果表明,人工湿地对污染物的去除效能存在较大的季节性波动,秋季时的脱氮效果最佳。整体上湿地的进水污染负荷过大,对CODP的去除效果均不理想。人工湿地是CH4的排放热区,尤其在污染物累积较为严重的湿地前端区域。水生植物的存在导致了更多CH4的排放。底泥中重金属累积已显现出一定的生态风险,其与氮磷含量呈正相关。湿地秋冬季的微生物群落特征与春夏季明显不同,春季的微生物网络结构更为复杂,而秋季时微生物网络中存在更多关键物种,结构更稳定。此外,本论文还提出了关于优化人工湿地设计、运行与管理的若干相关建议。成果以Seasonal purification efficiency, greenhouse gas emissions and microbial community characteristics of a field-scale surface-flow constructed wetland treating agricultural runoff发表在生态环境领域期刊 Journal of Environmental Management(中科院一区,IF8.7 上。生态学硕士生陈小弯和资源环境博士生邓盛炯为第一作者,常军军教授为通讯作者。全文链接https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0301479723016596.

                                 图1 论文1图文摘要

鉴于人工湿地在净化农田径流时存在污染物去除效能低(尤其在冬季)、温室气体排放通量高等问题,采取强化措施以提升其综合环境生态效益势在必行。课题组采用铁碳复合材料+农业废弃物核桃壳混合物作为人工湿地填料,并以游离和固定的形式向湿地中加入前期研究中优选出的好氧反硝化聚磷菌进行生物强化,构建出新型的强化人工湿地系统用以处理农田径流。结果显示,采取的强化措施显著提升了人工湿地对多种污染物的去除效能,并降低了湿地的温室气体排放通量。铁碳复合填料塑造了人工湿地中的微生物群落特征,提升了功能微生物的丰度;不同湿地处理系统中的差异微生物类群与其综合生态环境效益密切相关。论文提出了进一步应用该强化型人工湿地的建议。成果以 Agricultural runoff treatment by constructed wetlands filled with iron-carbon composites in winter: Performance augmentation by organic solids and denitrifying bacteria addition发表在农业工程领域期刊 Bioresource Technology(中科院一区,IF11.4)上。资源与环境硕士生蔺如凤和赵永贵副教授为第一作者,常军军教授为通讯作者,寸得寿博士后对研究做出重要贡献。全文链接https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960852423011203.

环境科学与工程专业本科生熊延伟、朱垚松等同学参与了此项研究。同时,熊延伟以第一发明人获得实用新型专利“一种处理农田排水的复合人工湿地系统”授权,并依托研究的部分成果参加全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛获得云南省一等奖,体现了科研与人才培养的有机融合。

 


2 论文2图文摘要

以上工作依托云南省高原山地生态与退化环境修复重点实验室开展,受到云南省重大项目、应用基础研究面上项目等的支持。


 


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