一种减污降碳增效的湿地植物物种筛选方法技术

本发明专利技术公开了一种减污降碳增效的湿地植物物种筛选方法，包括S1、基于人工湿地尾水排入的受纳水体水环境容量，对受纳水体进行分类；S2、根据受纳水体分类等级，分别对人工湿地植物物种的固碳能力、减污能力和景观功能赋权；S3、基于赋权结果，计算植物功能目标值，并根据植物功能目标值筛选人工湿地植物物种。本发明专利技术基于人工湿地尾水排入的受纳水体水环境容量，对受纳水体进行分类，并对人工湿地固碳能力、减污能力、景观功能分别赋权，同时，通过对单一物种多种功能、或多种植物多种目标综合功能进行计算后，提出推荐物种。提出推荐物种。提出推荐物种。

【技术实现步骤摘要】
一种减污降碳增效的湿地植物物种筛选方法


[0001]本专利技术属于污水处理的
，具体涉及一种减污降碳增效的湿地植物物种筛选方法。

技术介绍

[0002]人工湿地是城镇污水处理厂尾水进一步提质增效的重要技术举措。目前，很多城市污水处理厂在排入地表水体前都经过人工湿地对污染物进一步去除，以利于水质进一步提升。现行的设计规范中，人工湿地首先要考虑的是对污染物的净化效果，其次是景观效果等。在我国提出碳中和、碳达峰的承诺背景下，如何更好利用人工湿地生态系统固碳能力，提升人工湿地碳汇能力，实现人工湿地净污和固碳能力双提升，已成为行业关注的一个热点，也是摆在行业面前的技术难点。
[0003]现有人工湿地植物物种筛选技术的缺点在于：
[0004]第一，更多关注单一人工湿地植物物种对污染物的去除能力，未考虑植物复合搭配后的固碳能力；
[0005]第二，更多关注人工湿地植物物种景观构造，未考虑植物群体的协同固碳能力。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种减污降碳增效的湿地植物物种筛选方法，以解决或改善上述的问题。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0008]一种减污降碳增效的湿地植物物种筛选方法，其包括以下步骤：
[0009]S1、基于人工湿地尾水排入的受纳水体水环境容量，对受纳水体进行分类；
[0010]S2、根据受纳水体分类等级，分别对人工湿地植物物种的固碳能力、减污能力和景观功能赋权；
[0011]S3、基于赋权结果，计算植物功能目标值，并根据植物功能目标值筛选人工湿地植物物种。
[0012]进一步地，步骤S1具体包括：
[0013]当人工湿地出水排入受纳水体后，水功能区水环境容量减少量为0～10％，则定义为第一级人工湿地；
[0014]当人工湿地出水排入受纳水体后，水功能区水环境容量减少量为10％～30％，则定义为第二级人工湿地；
[0015]当人工湿地出水排入受纳水体后，水功能区水环境容量减少量为50％～100％，则定义为第三级人工湿地。
[0016]进一步地，步骤S2具体包括：
[0017]第一级人工湿地，固碳能力权重为A1，净污能力功能权重B1，景观功能权重为C1；
[0018]第一级人工湿地，固碳能力权重为A2，净污能力功能权重B2，景观功能权重为C2；
[0019]第一级人工湿地，固碳能力权重为A3，净污能力功能权重B3，景观功能权重为C3。
[0020]进一步地，步骤S2中人工湿地植物物种固碳能力的权重赋值的计算方法包括：
[0021]设置多组实验，每组实验中均种植不同的本地植物物种，且每组实验的温度和光照强度相同，向实验中的培养器液体中导入不同浓度的CO2；
[0022]在相同的光照强度和温度的情况下，采集多组实验中CO2的浓度作为原始的输入数据，并将对应测试得到植物物种的光合速率作为原始的输出数据，并对原始数据按比例划分为训练集和测试集；
[0023]采用BP神经网络构建CO2浓度与光合速率的非线性函数模型，并输出绘制CO2浓度与光合速率的非线性拟合曲线；
[0024]采用卡尺标定法扫描多个物种的非线性拟合曲线，通过最小二乘法将多个非线性拟合曲线拟合于同一二维直角坐标下，得到多物种的多线性拟合曲线图；
[0025]基于多线性拟合曲线图得到不同植物物种的CO2浓度饱和点位，以及该点位对应的光合速率值，并根据该光合速率对植物物种CO2浓度饱和点位对应的数值进行权重赋值，权重赋值为bn，n代表第n组实验。
[0026]进一步地，还包括获取不同组实验中植物物种的光合固碳量：
[0027]在植物物种CO2浓度饱和点的情况下，确定参考时间段，在参考时间段内设定若干测试时间点，在设定的各测试时间点分别测定植物物种的固碳量；
[0028]随机选择每组实验中的一株目标植物，标记初始时间点下的目标植物中面积相同的植物叶片，并记录植物叶片面积相同的数量；
[0029]剪下已标记的部分数量的植物叶片，烘干至恒重后，记录其在t1时刻的质量，并计算烘干后单片植物叶片质量m1，m1为对应t1时刻的叶片烘干后的质量；
[0030]同时，在t2时刻，剪下部分数量的植物叶片，烘干至恒重后，记录其在t2，时刻的质量，计算烘干后单片植物叶片质量m2，直至计算到tj时刻的烘干后单片植物叶片质量m
j
；
[0031]计算相邻时刻的叶片质量差值，并测定质量差值中的碳含量m
c
，并计算相邻时刻碳含量的积累量，除以其对应的时间，得到目标植物单片叶片的碳积累速率，乘以目标植物的叶片数量，得到目标植物单位时间内的碳积累速率Vc；
[0032]根据不同植物物种的单位时间内的碳积累速率进行权重赋值，权重赋值为an，n代表第n组实验。
[0033]进一步地，计算湿地植物物种固碳能力目标值：
[0034]M
c固
＝an*Vc+bn*C
饱和
[0035]其中，M
c固
为植物物种固碳能力目标值，C
饱和
为植物物种培养器中C饱和点位对应的数值，an的权重赋值为0.6～0.8，bn的权重赋值为0.2～0.4，且an+bn＝1。
[0036]进一步地，计算人工湿地景观功能目标值，其具体包括：
[0037]计算人工湿地水动力指标，水力停留时间τ为：
[0038][0039]其中，τ为水力停留时间，V为湿地体积，Q为湿地进水流量；
[0040]基于Fick定律，计算物质在人工湿地中的分子扩散系数：
[0041]D＝
‑
F*dz/dk
[0042]其中，F为物质在水中沿作用面法线方向k的通量；k为物质的浓度，单位为mg/L；D为物质在水体中的分子扩散系数，单位为cm2/s；
[0043]计算人工湿地景观功能目标值W：
[0044]W＝0.3D+0.45τ。
[0045]进一步地，人工湿地植物物种的减污能力判断方法为：
[0046]通过检测人工湿地中氨氮净变化量判断人工湿地植物物种的减污能力：
[0047]氨氮净变化量＝BOD降解产生量
‑
硝化反应消耗量
‑
植物吸收量+沉积物降解产生量；
[0048]BOD降解产生量＝Y1·
S
BOD
[0049][0050]植物吸收量＝UP
p
·
(P
‑
R)
·
F(N，P)
[0051]沉积物降解产生量＝Y1·
S
SOD
[0052]其中，Y1为有机物中氮的含量；UP
P
为植物吸收的氨氮量，K4为20℃下硝化反应的速率，θ4为温度调整系数，BOD为水体BOD的浓度，S...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减污降碳增效的湿地植物物种筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、基于人工湿地尾水排入的受纳水体水环境容量，对受纳水体进行分类；S2、根据受纳水体分类等级，分别对人工湿地植物物种的固碳能力、减污能力和景观功能赋权；S3、基于赋权结果，计算植物功能目标值，并根据植物功能目标值筛选人工湿地植物物种。2.根据权利要求1所述的减污降碳增效的湿地植物物种筛选方法，其特征在于，步骤S1具体包括：当人工湿地出水排入受纳水体后，水功能区水环境容量减少量为0～10％，则定义为第一级人工湿地；当人工湿地出水排入受纳水体后，水功能区水环境容量减少量为10％～30％，则定义为第二级人工湿地；当人工湿地出水排入受纳水体后，水功能区水环境容量减少量为50％～100％，则定义为第三级人工湿地。3.根据权利要求2所述的减污降碳增效的湿地植物物种筛选方法，其特征在于，步骤S2具体包括：第一级人工湿地，固碳能力权重为A1，净污能力功能权重B1，景观功能权重为C1；第一级人工湿地，固碳能力权重为A2，净污能力功能权重B2，景观功能权重为C2；第一级人工湿地，固碳能力权重为A3，净污能力功能权重B3，景观功能权重为C3。4.根据权利要求3所述的减污降碳增效的湿地植物物种筛选方法，其特征在于，步骤S2中人工湿地植物物种固碳能力的权重赋值的计算方法包括：设置多组实验，每组实验中均种植不同的本地植物物种，且每组实验的温度和光照强度相同，向实验中的培养器液体中导入不同浓度的CO2；在相同的光照强度和温度的情况下，采集多组实验中CO2的浓度作为原始的输入数据，并将对应测试得到植物物种的光合速率作为原始的输出数据，并对原始数据按比例划分为训练集和测试集；采用BP神经网络构建CO2浓度与光合速率的非线性函数模型，并输出绘制CO2浓度与光合速率的非线性拟合曲线；采用卡尺标定法扫描多个物种的非线性拟合曲线，通过最小二乘法将多个非线性拟合曲线拟合于同一二维直角坐标下，得到多物种的多线性拟合曲线图；基于多线性拟合曲线图得到不同植物物种的CO2浓度饱和点位，以及该点位对应的光合速率值，并根据该光合速率对植物物种CO2浓度饱和点位对应的数值进行权重赋值，权重赋值为bn，n代表第n组实验。5.根据权利要求4所述的减污降碳增效的湿地植物物种筛选方法，其特征在于，还包括获取不同组实验中植物物种的光合固碳量：在植物物种CO2浓度饱和点的情况下，确定参考时间段，在参考时间段内设定若干测试时间点，在设定的各测试时间点分别测定植物物种的固碳量；随机选择每组实验中的一株目标植物，标记初始时间点下的目标植物中面积相同的植物叶片，并记录植物叶片面积相同的数量；
剪下已标记的部分数量的植物叶片，烘干至恒重后，记录其在t1时刻的质量，并计算烘干后单片植物叶片质量m1，m1为对应t1时刻的叶片烘干后的质量；同时，在t2时刻，剪下部分数量的植物叶片，烘干至恒重后，记录其在t2，时刻的质量，计算烘干后单片植物叶片质量m2，直至计算到tj时刻的烘干后单片植物叶片质量m
j
；计算相邻时刻的叶片质量差值，并测定质量差值中的碳含量m
c
，并计算相邻时刻碳含量的积累量，除以其对应的时间，得到目标植物单片叶片的碳积累速率，乘以目标植物的叶片数量，得到目...

【专利技术属性】
技术研发人员：惠二青，骆辉煌，陈文然，曾月，成浩科，丁一凡，高菲，彭梦文，米荣熙，黄钰铃，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：