湖滨带湿地截磷机制的定量研究

由于影响湖滨带湿地的因素复杂，且存在不确定性，因而对湖滨带湿地截磷机制进行定量研究较为困难。针对这一问题，本项目拟在总结国内外研究成果和自己工作经验基础上，结合模型研究的最新进展，以江汉平原洪湖湖滨带湿地为例，定量研究其截磷机制，以及湖滨带湿地截磷的主要作用- - 基质对磷的吸附。本项目将基于野外采样及实验室分析，利用SOM（self-organizing map）模型提取截磷的主要影响因素，并定量分析这些因素对湖滨带湿地截磷的影响机制。在湖滨带湿地对磷吸附的研究中，拟采用吸附试验和吸附模型相结合的方法，对比非线性拟合法和目前国际上广泛使用的线性拟合法，探讨湖滨带湿地基质对磷吸附特征的可靠研究方法，获取吸附作用最适宜的环境条件参数。分别从宏观和微观角度定量地揭示湖滨带湿地基质吸附磷的作用机制。本项目的研究结果将为湖滨带湿地磷迁移机理研究提供重要的理论支持。

本项目针对湖滨带湿地截磷机制进行了定量研究，完成了研究目标。首先，利用SOM（self-organizing map）模型识别了磷素截留的关键影响因子，并定量揭示了其作用机制，基于SOM模型，利用这些可以在线监测的关键影响因子实现了对水体磷浓度预测，对于实现湖滨带湿地水体污染物的实时监控有重要意义。建立了湖滨带湿地基质-磷素吸附过程的“trial-and-error”非线性模型研究方法；解决了用线性方法拟合实验数据与吸附等温线/动力学模型会产生隐性误差的问题；获得准确的吸附参数，定量揭示了上述关键因子及固体浓度的影响，并辅以XRF、SEM、FTIR等表征，探讨了其微观吸附机制。此外，基于非线性方法，对比研究了湖/库岸边带湿地基质对低浓度溶液磷素的吸附-解吸特征，获取了相关参数。研发了一种处理低浓度面源污水的湖滨带人工湿地系统，对磷酸盐和总磷具有较好的去除效果，出水总磷浓度接近地表水二类限值。提出了一种分布式的湖泊流域面源磷污染负荷估算模型，构造产污因子和截留因子描述径流影响及缓冲带的截留作用对面源磷污染传输的影响。本项目的研究结果将为发挥湖滨带湿地的生态功能、保护水环境提供重要的理论支持。