5种水生植物去污抗逆能力的试验研究

在实验室人工模拟太湖地区初春较寒冷的气象条件下,对5种能越冬的水生植物(伊乐藻、微齿眼子菜、竹叶眼子菜、石菖蒲和水芹菜)在不同营养条件下去除氮磷的效果和一些反映其抗逆能力的生理生化指标进行了系统的对比研究.结果表明:这5种植物均能较好地吸收水中的营养物质,其中以水芹菜和微齿眼子菜的脱氮除磷效果最好;5种植物体内脯氨酸含量均与水体营养物质的质量浓度呈正相关,相同试验条件下,水芹菜和微齿眼子菜体内脯氨酸的积累倍数最高,表明二者的抗逆能力也较强;但当水体营养物质的质量浓度超过一定限值后,5种植物的生物量增长率均随水体营养等级的增高而下降.水芹菜和微齿眼子菜可作为构成双层次群落结构(FAMS)的优选植物种类,用于修复太湖地区富营养化水体.      

马来眼子菜腐烂分解氮磷转化模型研究

马来眼子菜是太湖水生植被中重要的优势种,其新陈代谢残体腐烂分解过程是湖泊水体营养盐循环重要组成部分.为定量化揭示其腐烂分解规律以及对水体营养盐含量影响,基于室内马来眼子菜腐烂分解试验结果,建立了马来眼子菜腐烂分解氮磷转化模型.模型由马来眼子菜腐烂分解氮转化子模型和磷转化子模型组成,考虑了马来眼子菜体内无机氮磷的溶解、有机氮磷的降解以及边壁对水体中氮磷吸附3个主要过程.模型共有8个状态变量,分别为马来眼子菜体内无机氮、有机氮、无机磷、有机磷,以及水体中总氮、总磷、边壁吸附的氮和磷.模型校验输出的水体总氮、总磷以及最后1 d的马来眼子菜体内氮磷、边壁吸附的氮磷与试验实测值吻合较好,校验获得的马来眼子菜体内无机氮、无机磷溶解释放速率分别为0.04 d-1、0.06 d-1,其体内有机氮、有机磷降解释放速率分别为0.00525 d-1、0.01044 d-1.模型结果显示,马来眼子菜在腐烂分解的前5 d,其体内分别有6.7%、35.8%的氮、磷被分解;磷优先于氮释放,其机制是马来眼子菜残体含有相对较高比例的无机磷;温度变化对马来眼子菜腐烂分解释放氮磷转化过程具有一定影响,但在温度较低时,温度变化对马来眼子菜腐烂分解的影响较小;马来眼子菜分解仅在一定的时间内对水质产生不利影响,其后水体颗粒以及边壁吸附作用能消除这种影响.     

不同沉水植物净水能力与植株体细菌群落组成相关性

选取苦草(Vallisneria natans)、密刺苦草(Vallisneria denseserrulata)、黑藻(Hydrilla verticillata)、伊乐藻(Elodea canadensis)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、竹叶眼子菜(Potamogeton malaianus)、篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus)和微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)这8种亚热带地区常见的沉水植物为研究对象,在室内静水条件下对其氮、磷吸收和水质净化能力进行对比试验,并结合16S rRNA基因测序对沉水植物关联细菌群落组成进行测定,研究沉水植物对水体的净化能力与植株体菌群之间的相关性.结果表明,8种沉水植物对水体中的氮磷的去除主要通过植物增效作用,植物吸收富集作用去除率较低.其中密刺苦草对水体中TN、TP的去除率最高,达到了91. 58%和96. 81%.伊乐藻、金鱼藻对水中氮磷自身吸收能力高于其他组,密刺苦草和苦草的植物增效的净化能力最强.经分析,8种沉水植物对水体中氮磷的净化能力较强可能是因为植物关联的细菌大多具有降解作用.根瘤菌目(Rhizobiales)、伯克霍尔德氏菌目(Burkholderiales)、黄杆菌目(Flavobacteriales)、产碱杆菌科(Alcaligenaceae)、贪铜菌属(Cupriavidus)和芽孢杆菌属(Bacillales)的细菌可能是引起密刺苦草增效的净化能力较强的优势菌群,异常球菌纲(Deinococci)、丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)、腐螺旋菌科(Saprospiraceae)和生丝微菌属(Hyphomicrobium)的细菌可能是引起苦草增效的净化能力较强的优势菌群.     

洪湖三种水生植物的分解速率及氮、磷动态

用分解袋法,对生长于洪湖的菰(茎、叶)、莲(叶、叶柄)、微齿眼子菜(整株)进行480d原位分解研究.结果表明,莲叶和菰叶分解最快,其干重损失率分别为96.5%和96.6%;微齿眼子菜和莲叶柄分解最慢,其干重损失率分别为66.8%和71.6%.到实验结束时,菰茎和莲叶柄中的N浓度分别增加了1倍和2倍,P浓度均增加了1倍;莲叶和微齿眼子菜中的N、P含量均降低.5种分解材料分别释放其初始N、P总量的22.6%～98.0%和43.5%～97.4%.分解速率和N、P变化取决于分解材料的烧失重与总氮比值.     

洱海沉水植物残体风浪输移量及其时空分布

为研究洱海沉水植物残体风浪输移特征,掌握由此而引起的N、P变动情况,通过为期1a的野外定点调查,研究了风浪对洱海湖滨带沉水植物作用引起的植物残体向滨岸的输移特征,估算了沉水植物残体带出的N、P质量. 结果表明:①洱海湖滨带有残体输出的沉水植物总计10种,分别为菹草(Potamogeton crispus)、黑藻(Hydrilla verticillata)、轮藻(Eichhornia crassipes)、穿叶眼子菜(P. perfoliatus)、扭叶眼子菜(P. intortifolius)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、马来眼子菜(P. malaianus)、苦草(Vallisneria natans)及微齿眼子菜(P. maackianus);②沉水植物残体风浪输移量存在明显的时序变化,在4次采样中,2009年12月(冬季)风浪输移量最高;③微齿眼子菜和苦草的风浪输移量最大,植物残体风浪输移量主要受沉水植物的分布和生物量的影响;④单位岸线沉水植物残体风浪输移总量在空间上表现为西部(1.91t/km)>北部(1.73t/km)>南部(1.61t/km)>东部(0.86t/km);⑤洱海湖滨带沉水植物残体风浪输移总量约为2.27×103t/a(以鲜质量计),由此可输出的TN为5.64t,TP为0.85t.      

洱海沉水植物残体风浪输移量及其时空分布

为研究洱海沉水植物残体风浪输移特征,掌握由此而引起的N、P变动情况,通过为期1 a的野外定点调查,研究了风浪对洱海湖滨带沉水植物作用引起的植物残体向滨岸的输移特征,估算了沉水植物残体带出的N、P质量.结果表明:①洱海湖滨带有残体输出的沉水植物总计10种,分别为菹草(Potamogeton crispus)、黑藻(Hydrilla verticillata)、轮藻(Eichhornia crassipes)、穿叶眼子菜(P.perfoliatus)、扭叶眼子菜(P.intortifolius)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、马来眼子菜(P.malaianus)、苦草(Vallisneria natans)及微齿眼子菜(P.maackianus);②沉水植物残体风浪输移量存在明显的时序变化,在4次采样中,2009年12月(冬季)风浪输移量最高;③微齿眼子菜和苦草的风浪输移量最大,植物残体风浪输移量主要受沉水植物的分布和生物量的影响;④单位岸线沉水植物残体风浪输移总量在空间上表现为西部(1.91 t/km)北部(1.73 t/km)南部(1.61 t/km)东部(0.86 t/km);⑤洱海湖滨带沉水植物残体风浪输移总量约为2.27×103t/a(以鲜质量计),由此可输出的TN为5.64 t,TP为0.85 t.     

壳聚糖预处理对7种常见沉水植物初级生产力的影响

以7种常见沉水植物--穗花狐尾藻、马来眼子菜、微齿眼子菜、黑藻、穿叶眼子菜、茨藻、金鱼藻为例,采用碘量法进行壳聚糖影响其初级生产力的实验.结果显示:用适宜质量浓度的壳聚糖预处理常见沉水植物顶枝能提高植物光合作用系统的总产氧量和净产氧量;穿叶眼子菜、马来眼子菜、穗花狐尾藻、微齿眼子菜、黑藻以1.0g/L壳聚糖处理24 h的效果最好;金鱼藻、茨藻以2.0 g/L壳聚糖处理24 h的效果最好;沉水植物的所属科类及比表面积是决定壳聚糖浸泡液适宜质量浓度的重要因素.在进行湖泊生态修复过程中,可利用适宜质量浓度的壳聚糖进行预处理,提高植物的初级生产力,促进沉水植物的生长,提高湖泊沉水植物恢复的效率和效果.      

沉水植物对水体营养的响应及氮磷积累特征

以太湖中沉水植物优势种金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、苦草(Vallisneria natans)和马来眼子菜(Potamogeton maackianus)为研究对象,研究了不同水体营养水平(低浓度TN 0.47 mg/L,TP 0.021 mg/L;中浓度TN 1.40 mg/L,TP0.072 mg/L;高浓度TN 2.18 mg/L,TP 0.090 mg/L)对其生物量、各器官形态指标及氮磷积累的影响。结果表明:植物生长指标方面,苦草、狐尾藻、金鱼藻在中浓度条件下的生物量增长幅度最大;植物茎叶指标随水体营养的变化与根长变化趋势不一致。植物各器官氮、磷含量均随水体营养变化保持相似的规律,且植物氮含量为叶茎根,植物磷含量为根茎、叶。氮磷积累方面,4种沉水植物的叶片氮元素积累的能力显著高于茎和根;低浓度下狐尾藻的氮积累量最大,苦草磷积累量最大,两者适合低浓度下种植收割去除水体环境中的氮、磷;中、高浓度下金鱼藻的氮磷积累量均为最大(中浓度下N 6 587.37 mg/m~2,P 744.63 mg/m~2;高浓度下N 6 096.63 mg/m~2,P 692.36 mg/m~2),其可作为较高营养浓度下种植、刈割转移水体氮磷的理想物种。     

不同光照条件对8种沉水植物生长的影响

通过研究太湖流域主要沉水植物苦草、密刺苦草、黑藻、穗花狐尾藻、蓖齿眼子菜、微齿眼子菜、马来眼子菜和金鱼藻在3种不同光照条件(100%自然光、55%自然光和15%自然光)下的生长状况,探讨沉水植物对光照条件的适应性。结果表明,苦草、黑藻在55%自然光中相对生长速率最大,金鱼藻随着光照减弱,相对生长速率增加,其余6种植物则与金鱼藻相反。黑藻和穗花狐尾藻在15%自然光条件下分株数显著减少,最大株高明显增大,马来眼子菜最大株高显著减少。在不同光照组条件下8种沉水植物中叶绿素含量及可溶性糖含量基本无明显差异,但淀粉含量变化趋势不稳定。     

静态条件下沉水植物净化污水厂尾水能力研究

为了解沉水植物对污水处理厂尾水水质净化效果,研究了滇池流域常见的5种沉水植物对昆明市第五污水处理厂尾水的净化能力。通过室外模拟、实验室测定,分析了单一种沉水植物对水环境质量的改善能力。结果表明:5种沉水植物均有一定能力去除水体中总磷、总氮、氨氮、COD,但随着沉水植物的生长,其叶片的腐烂分解又提高了水体氮磷等有机物的含量。该研究从水体水质的多个指标可见,苦草、马来眼子菜和金鱼藻在各方面表现能力均较强,可作为滇池流域河道水体修复优先选用的物种。以污水厂活性污泥和红壤混合物作为底质,在静态条件下菹草和浮叶眼子菜在污水厂尾水中很难长期存活下来,作为构建富营养化水体生态修复方案还需进一步研究。     

三种水生植物在不同季节去污能力的对比研究

在实验室人工模拟太湖地区春季和冬季不同气候条件下,对三种抗寒去污性能较强的水生植物伊乐藻、石菖蒲和水芹菜在不同营养状态下和不同季节温度条件下去除氮磷的效果进行了系统地对比研究。结果表明:这三种植物均能较好地吸收水中的营养物质,其中以水芹菜脱氮除磷效果最好;总体上植物在春季吸收氮的效果要好于冬季,但对磷的季节吸收差异没有氮明显。可利用沉水植物和挺水植物对氮磷去除的各自优势分别筛选吸收效果较好的植物品种,构成双层次群落结构(FAMS)用以修复太湖地区富营养化水体。     

水生植物对富营养化水系统中氮、磷的富集与转移

基于人工模拟自然条件的方法,选取狐尾藻(Myriophyllum verticillatum L.)、水芹菜(Oenanthe javanica)及黑麦草(Lolium perenne)等3种水生植物,对滇池入湖河道污水进行净化试验研究.探讨了水生植物对富营养化水体中氮、磷在不同相中的富集与转移效果.结果表明,沉积物相中,3种植物对氮的富集率为狐尾藻(64.71%)水芹菜(19.12%)黑麦草(5.88%)空白(-7.84%),磷的富集率为水芹菜(187.2%)狐尾藻(144.6%)黑麦草(130.5%)空白(31.2%);生物相中,氮的富集率为狐尾藻(4.15%)水芹菜(0.5%)黑麦草(-14.6%),磷的富集率为狐尾藻(9.6%)水芹菜(3.8%)黑麦草(-6.5%);水相中氮的去除率为黑麦草(95.11%)水芹菜(83.08%)狐尾藻(71.42%)空白(58.10%),磷的去除率为黑麦草(88.17%)狐尾藻(79.58%)水芹菜(73.09%)空白(20.19%).     

经济植物湿地处理洱海流域低污染河水的性能

为研究水生经济植物湿地对洱海流域低污染河水的处理效果,在洱海北部罗时江入湖河口建设了面积为2 hm2水生经济植物湿地,其中水生经济植物包括4种水生蔬菜——空心菜(Ipomoea aquatica Forsk)、薄荷(Mentha haplocalyx Briq.)、水芹菜〔Oenanthe javanica (Blume) DC〕、茭白〔Zizania latifolia (Griseb.) Stapf)〕,3种药用植物——香茶菜〔Rabdosia amethystoides (Benth.)〕、灯心草(Juncus albesens)、水菖蒲(Acorus calamus L.)和1种观赏植物——美人蕉(Canna indica L.). 结果表明:湿地对TN、TP、NH₃-N、NO₃--N均具良好去除效果,近3个月运行期间,平均去除率分别为66.4%、60.3%、60.4%和73.2%;但该湿地对COD_Mn的平均去除率仅为5.0%. 不同湿地水生经济植物表现出了不同的水质净化能力,其中TN平均去除效率表现为水芹菜>香茶菜>美人蕉>茭白>空心菜>薄荷,TP平均去除效率表现为水芹菜>薄荷>美人蕉>香茶菜>空心菜>茭白. 研究表明,水生经济植物湿地对低污染河水具有良好的净化效果,在洱海流域具有推广意义.      

黄丝草镉污染毒害及硒的缓解作用

研究了黄丝草(Potamogeton maackianus)培养过程中的Cd毒害及其Se的缓解作用.Se能缓解Cd胁迫导致的黄丝草叶绿素含量的降低、细胞膜透性增加和丙二醛(MDA)的积累.与单一的Cd处理相比,加入10mg/L Se后,过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性有不同程度的增强,过氧化物酶(POD)活性有所减弱,表明它增强了对活性氧的清除能力,缓解了Cd对膜的伤害.可溶性蛋白含量则保持较高的水平,脯氨酸含量刚好相反,说明Se增强了黄丝草对Cd胁迫的抗性.然而,Se缓解Cd对黄丝草的毒害是有一定限度的,在富Se黄丝草的繁殖过程中,需及时检查重金属污染情况,防止重金属在饵料中的富集,以免造成对渔业的危害.     

微污染地表水的植物净化试验研究

桂林桃花江作为漓江的一级支流,水质逐年恶化,富营养化情况加重．对桃花江内水生植物调查后,选取较常见的水生植物苦草、金鱼藻、黑藻、菹草和菖蒲,将它们栽种到试验用桶中,并用桃花江水培养。试验进行40d后,结果表明,在去除总氮、总磷等方面,金鱼藻和菖蒲的效果较好,对总氮的去除率分别达到80．1％和70．2％,对总磷的去除率为93．4％和88．2％,水生植物对氨氮的去除效果较总氮好,为47．2％～91．1％,而除金鱼藻外其它水生植物对CODCr的去除效果不明显,沉水植物菹草由于较适宜生长在流动水体中,净化效果相对较差。     

Nutrient concentration variations during Oenanthe javanica growth and decay in the ecological floating bed system

The ecological floating bed system is a natural alternative to technical methods of wastewater treatment and involves complex processes induced by plants or microorganisms in the wastewater. This study aimed to identify nutrient concentration variations during Oenanthe javanica (Blume) DC growth and decay in the ecological floating bed system. Results showed that the third-order polynomial equation was suitable to describe pollutant concentration changes, showing that the effect of O. javanica ecological floating bed system on polluted water could be divided into the purification phase and decay phase. During the purification phase, nutrient concentrations rapidly decreased because O. javanica influenced water microbial communities and water physical parameters (i.e., dissolved oxygen, pH, and temperature), and had a direct uptake of nutrients. However, during the decay phase, nitrogen and phosphorus concentrations in the plant tissues decreased, and these lost nutrients ultimately transferred to water and led to water quality deterioration. Results also showed that the uptake and storage of O. javanica in nutrients were temporary and the plant served only as media of the nutrients removed from the water. Under these circumstances, harvesting was an appropriate intervention to improve the treatment efficiency of O. javanica ecological floating bed system.     

不同沉水植物对Cu，Pb，Cd，Zn元素吸收积累差异及规律研究

为探求不同种类的沉水植物对水中Cu,Pb,Cd,Zn吸收积累的差异.对生长在广西刁江流域中的几种常见的沉水植物:菹草、黑藻、狐尾藻、苦草、黄丝草进行了分析,结果表明:在不同采样点与不同时期里.Cu.Pb,Cd,Zn元素在同一沉水植物中吸收变化比较大,Zn元素含量在被测元素中变化最大,最高值和最低值差约581倍.这说明沉水植物受环境影响比较大,能较好的反应出周围环境的变化;但不同的沉水植物对周围环境反应能力的大小是不一样的,菹草、黑藻、狐尾藻、苦草、黄丝草对Cu,Cd,Zn重金属元素的富集能力顺序依次为:菹草>黑藻>狐尾藻>苦草>黄丝草;而黄丝草对Pb吸收累积能力在所有被检测沉水植物中富集能力是最强的.因此,我们在利用沉水植物来指示或修复水体环境时,必须依据不同的元素来选择合适的沉水植物.     

5种沉水植物的氮、磷吸收和水质净化能力比较

选取轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、苦草(Vallisneria natans)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)等5种乡土沉水植物为研究对象,在室内静水条件下对其氮、磷吸收和水质净化能力进行比较研究.结果表明,不同沉水植物试验前后的含水率差异较小,变化范围为89.8%~92.0%,但净增生物量差异较大且均存在显著性差异,变化范围(干重计)为1.52~12.92 g·m-2,其中净增生物量最高的轮叶黑藻是最低的微齿眼子菜的8.5倍.不同沉水植物试验前后植株氮、磷含量变化范围分别为26.54~34.44 g·kg~(-1)和2.54~4.01g·kg~(-1),其中金鱼藻的植株氮、磷含量相对偏高.不同沉水植物处理的水质TN、TP去除率范围分别为63.8%~83.1%和49.2%~70.8%,均显著高于CK处理的39.9%和36.9%,去除率大小顺序均为:轮叶黑藻金鱼藻苦草穗状狐尾藻微齿眼子菜CK.不同沉水植物处理的水质TN、TP去除率与净增生物量存在较高相关性,相关性系数分别为0.994(P0.01)和0.996(P0.01).不同沉水植物氮、磷直接吸收贡献率范围分别为1.5%~13.3%和2.2%~13.2%,扣除水体自身自净能力后沉水植物的增效作用贡献率范围分别为22.5%~29.9%和10.1%~20.6%,表明水质净化氮、磷去除过程中沉水植物的增效作用要大于直接吸收作用.