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《上海交通大学》 2008年
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水生经济植物浮床技术改善富营养化水体水质的研究

胡绵好  
【摘要】: 水问题是全球所面临的最热点环境问题之一,而由氮磷等营养盐所引起的水体富营养化不仅是水体污染最为普遍的现象,还是国内外水污染治理的难题。生态浮床技术是采用现代农艺和生态工程措施综合集成的水面无土种植植物技术,是富营养化水体原位修复的经济有效的、可行的绿色方法。本文以浙江本著的水生植物为研究对象,利用生态浮床技术深入研究了不同经济植物对富营养化水体的净化能力、环境因子包括pH和曝气、温度、浮床附生藻类等对浮床水生经济植物改善富营养化水体水质的影响、水生经济植物吸收NH_4~+-N和NO_3~--N的动力学以及富营养化水体中水生经济植物氮代谢酶特性与不同形态氮去除的关系、以及结合当前植物修复研究的最新趋势,从根际氮循环细菌的种群数量及其作用来揭示不同水生经济植物修复富营养化水体的差异。研究结果丰富了植物营养生态学、污染生态学和微生物生态学知识,为植物和微生物资源的开发和利用及其对富营养化水体的修复进程提供了必需的知识基础和理论指导。主要研究内容和结果如下: ①不同经济植物对富营养化水体净化能力的比较研究 为建立净化富营养化水体的生态工程,本试验选择水芹、水蕹菜、韭菜、葱、豆瓣菜、芹菜等6种经济植物,比较研究了其对不同N水平的富营养化水体的净化能力。结果表明:每种经济植物对水体总氮、总磷均有一定的去除作用,特别是豆瓣菜、水芹和水蕹菜,其在20d处理时,对高N水平的富营养化水体中总氮的去除率分别为92.5%,95.6%,98.2%。研究还表明,各植物处理的水中COD_(cr)的浓度变化呈先降低后升高再降低的变化趋势,但韭菜和葱处理,水中辛味加重;除韭菜和葱外,其他经济植物处理的水中BOD_5和Chla浓度变化均随处理时间的延长而降低。各项指标综合分析表明,对不同N水平的富营养化水体处理中,水蕹菜处理效果最好,水芹、豆瓣菜次之,芹菜居中,韭菜最差。 ②pH和曝气处理对水生经济植物改善富营养化水体水质的影响 pH和曝气处理对水生经济植物净化富营养化水体影响的研究结果表明,不同pH处理6d后,植物系统中TN、COD_(Mn)、BOD_5的去除效果在pH8.9处理下最好, TP的去除效果在pH6.7处理下最好, Chla的去除效果在pH5.0处理下最好;而无植物(对照)系统中,TN、TP去除效果在pH8.9下最好,BOD_5去除效果在pH6.7下最好,COD_(Mn)、Chla去除效果在pH5.0下最好。植物和无植物系统中,曝气处理6d对TN去除率明显小于不曝气处理(P 0.001),除豆瓣菜系统中,曝气还对COD_(Mn)去除产生一定的影响,但对TP和Chla的去除无影响。结果还表明,植物修复系统和无植物系统中,不同pH处理下,水体中NH_4-N、NO_3-N、NO_2-N的去除效果均在pH8.9处理下最好,且在pH8.9和曝气联合作用下水体中NH_4-N、NH_4-N、NO_3-N、NO_2-N的去除率也最高。 ③水生经济植物-浮床附生藻类对富营养化水体水质改善的协同效果 通过有光、避光控制,研究了水生经济植物与浮床附生藻类协同作用对富营养化水体水质的改善影响,结果表明,试验后水体中的藻类减少,但浮床上的附生藻类增多,且主要以小球藻(Chlorella.vulgaris)、小球衣藻(Chamydomonas. microsphaera)等绿藻为主。P-PFB和NP-PFB处理对水体中TN、TP、COD_(Mn)、BOD_5的去除率比P和NP处理高,且P和P-PFB处理系统水体中TN、TP的去除率明显高于NP和NP-PFB系统。处理20d,P-PFB处理对水体中TN的去除率达76.8%以上,对TP的去除率在89.9%以上;而P处理对TN的去除率最高仅为61.1%;对TP的去除率最高为85.4%。P-PFB处理对水体中COD_(Mn)、BOD_5的去除率达94.0%以上,而P处理对COD_(Mn)、BOD_5的去除率最高为89.5%。P和P-PFB处理系统中NH_4-N、NO_2-N、Chla、DP浓度均随处理时间的延长而降低,且P-PFB处理下降较避光处理明显;而DO浓度随着处理时间的延长而升高,且P-PFB和NP-PFB处理明显高于P和NP处理。NP-PFB和NP处理的富营养化水体中NH_4-N、NO_3-N、NO_2-N、DP浓度均比P和P-PFB处理高。结果还表明,WD和W地上部分N的净积累量分别为0.5908和0.3675mg·plant~(-1)·d~(-1),P的净积累量分别为0.1530和0.0665mg·plant~(-1)·d~(-1);而WD-PFB和W-PFB处理其地上部分N的净积累量为0.2566和0.1162mg·plant~(-1)·d~(-1), P的净积累量为0.0548和0.0181mg·plant~(-1)·d~(-1)。 ④富营养化水体中水生经济植物氮代谢酶特性与不同形态氮去除的关系 水芹和豆瓣菜对不同氮形态吸收的动力学差异和富营养化水体中水生植物体内氮代谢酶特性与不同形态氮去除关系的研究结果表明,两种水生植物对NH_4-N,NO_3~-N吸收适合Michaelis-Menten酶动力学模型。其中,水芹对NH_4~+吸收的最大速率(V_(max))和米氏常数(K_m)均明显大于对NO_3~-吸收的V_(max)和K_m值,而豆瓣菜对NH_4~+吸收的V_(max)大于对NO_3~-吸收的V_(max),但吸收的K_m值却明显小于对NO_3~-吸收的K_m值。而且,水芹对低浓度的铵态氮和硝态氮的吸收能力较豆瓣菜要强。水芹和豆瓣菜体内GS活性与富营养化水体中TN、NH_4-N去除存在极显著的相关性(r 0.91),而GOGAT和NR活性与水体中TN、NH_4-N、NO_3-N、NO_2-N去除呈指数衰减变化趋势,但无明显的相关性。 ⑤不同温度处理对水生经济植物净化富营养化水体能力的影响 利用生态浮床系统研究了温度变化对水芹和豆瓣菜生长及其净化富营养化水体能力的影响,结果表明,10℃处理下的浮床植物下部叶片发黄、茎细且植株生长缓慢,且35℃处理的浮床植物叶片发黄更加严重,茎干更细(徒长现象严重),且浮床豆瓣菜叶片上还有大量的蚜虫发生。而22℃处理下,植株生长正常及其高度介于10℃和35℃处理之间。22℃处理的浮床植物体内TN、TP的净积累量明显高于10℃和35℃处理,且35℃处理的又明显高于比10℃处理。不同温度处理下,浮床豆瓣菜体内TN和TP净积累量明显高于浮床水芹的(P 0.05)。 不同温度处理,无植物浮床系统对TN去除效果为:10℃22℃35℃,而植物浮床系统则是:10℃35℃22℃,但各浮床系统对COD_(Mn)、BOD_5去除效果为:10℃22℃35℃;10℃和22℃处理的豆瓣菜浮床系统对TN的去除率高于水芹浮床系统,而35℃处理的却明显低于水芹浮床系统;22℃与35℃处理下,水芹浮床系统对TN的去除率没有明显的差异,但对BOD_5的去除率却明显低于豆瓣菜浮床系统。 不同温度处理,各浮床系统中NH_4-N浓度下降高低为:22℃35℃10℃,NO_3-N、NO_2-N浓度下降高低为:35℃22℃10℃,且植物浮床系统中NH_4-N、NO_3-N、NO_2-N浓度的下降明显多于无植物浮床系统。处理5d后,10℃和22℃处理的豆瓣菜浮床系统中NH_4-N的浓度明显低于水芹浮床系统,但35℃处理的两个植物系统中NH_4-N浓度下降均无显著差异;22℃和35℃处理的豆瓣菜浮床系统中NO_3-N浓度高于水芹浮床系统,但两植物浮床系统间NO_2-N浓度下降无明显差异;各浮床系统中pH高低为35℃22℃10℃,豆瓣菜浮床系统中pH明显高于水芹浮床系统,但两植物浮床系统中pH均明显低于无植物浮床系统。但处理3d后,10℃处理的各浮床系统中DO浓度高于22℃和35℃处理,且10℃和35℃处理的豆瓣菜浮床系统中DO浓度较无植物和水芹浮床系统要高,但22℃处理的无植物浮床系统中DO浓度比植物浮床系统要高。 ⑥浮床系统中水生经济植物根际氮循环细菌及其作用的研究 利用生态浮床系统,研究了浮床水生经济植物单作和混作对氮的去除效果及其根际周围硝化与反硝化菌种群数量以及硝化与反硝化作用速率的变化规律,结果表明,浮床水生经济植物混作系统对氮的去除效果优于植物单作和无植物系统,而植物系统又优于无植物系统,除8d处理外,各系统中氮的去除率由小到大分别为无植物系统豆瓣菜系统水芹系统混作系统。水生经济植物单作与混作根际硝化细菌种群数量和硝化作用速率、反硝化细菌种群数量和反硝化作用速率均具有明显的差异;处理16d,硝化细菌种群数量多少及其作用速率大小为:水芹系统混作系统豆瓣菜系统无植物系统;而反硝化细菌种群数量多少及其作用速率大小为:无植物系统混作系统豆瓣菜系统水芹系统。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:X55

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3 周晓红;王国祥;杨飞;;两种富营养化水体对植物生长及光合荧光特性的影响[J];生态环境学报;2011年02期
4 裴达;程凯;丁奕;侯昆;赵以军;;富营养化水体中浮游病毒与浮游植物生长的关系[J];中国环境科学;2007年06期
5 杨子君;梁培玉;赵树兰;多立安;;富营养化水体对黑麦草种子萌发及幼苗生长的影响[J];天津师范大学学报(自然科学版);2009年02期
6 张训江;王三反;马俊;刘海刚;;富营养化景观水体—生态修复技术[J];大众科技;2010年02期
7 郭慧;吴小松;;富营养化水体生物净化中水生维管束植物的应用[J];科技风;2010年22期
8 王海鸥;钟广蓉;刘虎;王垚;张纯;闫海;;植物投放密度对富营养化湖水修复效率的影响[J];安徽农业科学;2009年23期
9 孙利芳;孙一香;周长芳;安树青;;植物组合及水体营养梯度对三种功能性植物生物量累积与分配的影响[J];应用生态学报;2009年10期
10 王晓玥;;富营养化水体中氮磷物质与光谱反射率的相关性分析[J];杭州师范大学学报(自然科学版);2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郝虎林;俞宁;丁盼;杨肖娥;;修复植物的基因型差异对富营养化水体净化效果的影响[A];中国原水论坛专辑[C];2010年
2 李晶晶;裘巧俊;邹朝望;;富营养化水体水生植被恢复和重建研究[A];河湖水生态水环境专题论坛论文集[C];2011年
3 黄正明;杨新波;曹文斌;陈红艳;田文辉;王建华;;中药水芹的药用研究[A];中国药理学会第八次全国代表大会暨全国药理学术会议论文摘要汇编[C];2002年
4 黄正明;杨新波;曹文斌;陈红艳;田文辉;王建华;;中药水芹的药用研究[A];中国药理学会第八次全国代表大会论文摘要集(第二部分)[C];2002年
5 黄正明;;军队特批药材水芹的药用基础研究与评价[A];中国药理学会第十次全国学术会议专刊[C];2009年
6 谭佑铭;罗启芳;王萌;王琳;;固定化反硝化菌对富营养化水体脱氮的试验研究[A];新世纪预防医学面临的挑战——中华预防医学会首届学术年会论文摘要集[C];2002年
7 李良俊;曹碚生;;我国水生蔬菜的研究和应用现状[A];中国园艺学会十届二次理事会暨学术研讨会论文摘要集[C];2007年
8 柯卫东;李峰;黄新芳;刘义满;彭静;;水生蔬菜种质资源研究及利用进展[A];第二届全国水生蔬菜学术及产业化研讨会论文集[C];2007年
9 刘玉;李适宇;李耀初;黄少峰;黄齐欣;;红树植物净化海岸富营养化水体的生物修复技术研究[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第三卷)[C];2010年
10 王康才;李式军;徐国友;;水芹种质资源的初步调查研究[A];中国科协第3届青年学术年会园艺学卫星会议暨中国园艺学会第2届青年学术讨论会论文集[C];1998年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 杨实;水芹价格翻倍的秘密[N];江苏农业科技报;2009年
2 金坛市朱林镇农业综合服务站 蒋爱平 周双庆;高温季节种水芹防浮芹措施[N];江苏农业科技报;2010年
3 本报记者 李渊;大圣水芹实现贫困农民“上楼梦”[N];江苏农业科技报;2011年
4 华南农业大学园艺学院 杨暹;水芹[N];广东科技报;2003年
5 海文;中日水芹采种合作见成效[N];农民日报;2008年
6 黄萍萍;后洪村农民水芹文章越做越大[N];宜兴日报;2008年
7 上海农科热线供稿;栽培水芹要求有充足的阳光和短日照[N];东方城乡报;2009年
8 扬州大学园艺与植物保护学院 江解增;新品水芹土地湿润就能种[N];江苏农业科技报;2009年
9 谭丽 刘智永 陈荣春 芮伟芬;朱林种植夏季水芹发财[N];常州日报;2010年
10 徐州市蔬菜研究所 孟雷 张爱民;徐州:越冬期利用保护地种湿栽水芹[N];江苏农业科技报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 胡绵好;水生经济植物浮床技术改善富营养化水体水质的研究[D];上海交通大学;2008年
2 赵凤亮;高效净化富营养化水体能源植物的筛选及其生理生态基础[D];浙江大学;2012年
3 李银心;抗盐、耐海水蔬菜的生物技术培育与海水无土栽培应用[D];中国科学院植物研究所;2001年
4 方云英;不同水生植物吸收去除水体氮效果及机理研究[D];浙江大学;2006年
5 王骥;生物湿地床处理富营养化水体的试验研究[D];吉林大学;2012年
6 付融冰;强化人工湿地对富营养化水体的修复及作用机理研究[D];同济大学;2007年
7 徐瑶;富营养化水体微囊藻分子生态研究[D];南京师范大学;2011年
8 蔡树美;不同条件下浮萍磷吸收效率及其作用机理[D];扬州大学;2011年
9 李艳蔷;植物浮床改善城市污染水体水质的试验研究[D];武汉理工大学;2012年
10 田川;太湖浮游细菌分子生态学及溶藻细菌的研究[D];上海交通大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵书花;水芹种质资源亲缘关系分析[D];扬州大学;2010年
2 简韬;六种花卉植物修复富营养化水体的效果研究[D];湖南农业大学;2011年
3 张春雨;水葫芦对富营养化水体净化能力的研究[D];南京农业大学;2010年
4 狄广娟;水分管理对四个水芹品种吸收积累镉的影响[D];南京林业大学;2013年
5 袁亚光;复合生物系统修复富营养化水体研究[D];南京大学;2012年
6 周晓云;固定化生物催化剂用于富营养化水体藻类去除的研究[D];华南理工大学;2013年
7 吴涛;锁磷剂在富营养化水体中的应用研究[D];天津大学;2012年
8 张帆;白洋淀优势沉水植物对富营养化水体净化规律及影响效应的研究[D];河北农业大学;2012年
9 曹银珠;白洋淀水质评价及藕田富营养化水体的净化技术研究[D];河北农业大学;2012年
10 凌辉;两种水生植物净化富营养化水体中氮磷的作用研究[D];扬州大学;2012年
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