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.     

挂壁式种植技术在硬直驳岸河道生态修复中的应用——以苏州城区河道为例

为了解决硬直驳岸河道水生植物生长条件差、河道自净能力低下等问题,通过挂壁式种植方式模拟河道的生态修复,旨在研究不同流速以及光照条件下沉水植物(苦草)生长情况及水体净化效果来验证该技术应用于苏州城区河道生态修复的可行性。研究结果表明:当城市河道流速在0～0.06 m/s时,苦草的生长不会受到影响,存活率达到95%以上;模拟河道光照条件(1 500～10 000 lx),苦草能较好生长,在高光照条件时(9 000 lx)苦草生长状态明显好于低光照条件(1 500 lx)。同时,苦草挂壁式种植对水体修复效果也较明显,实验期间苦草种植面积达到约0.144 m~3,覆盖率为14.4%,对流动水体中NH~+_4-N,NO~-_3-N和DIP的去除率分别高达86.47%、55.25%和79.2%。     

苦草对富营养化水体中氮磷营养盐的生理响应

为认识湖泊富营养化过程中沉水植物衰退机制,通过室内模拟试验,利用水下饱和脉冲荧光仪(Diving-PAM)测定了苦草(Vallisneria natans)在水体富营养化过程中不同氮磷营养盐水平下的荧光参数,并结合苦草其它生理指标,研究了苦草对水体富营养化过程中氮磷等营养盐浓度升高的响应.结果表明,苦草对水体氮、 磷营养盐浓度的改变响应迅速,各处理组在处理2～6 h后最大量子产量都显著下降,处理12　h后与处理前相比没有显著的差异,各处理组之间没有显著差异;水体氮、 磷营养浓度偏高（处理组D）或偏低（处理组A）都增强强光对苦草的抑制作用,从而影响光合作用,处理组B、 C苦草实际光合作用能力(平均量子产量)显著高于处理组A、 D苦草实际光合作用能力（p<0.05）;在一定的水体氮磷营养盐水平范围,苦草叶绿素含量随氮磷水平的升高而增大,水体氮磷营养盐浓度达到处理组D水平,苦草植物体内叶绿素含量下降;植物体内丙二醛(MDA)的含量在不同处理组中存在变化,处理组B丙二醛最低,处理组D最高.这说明,苦草比较适合在富营养化水体生长,但富营养化水体中,过高浓度的氮、 磷浓度可抑制苦草光合生理活动,进而影响苦草的生长.     

5种沉水植物对重金属富集能力的对比研究

为了探求不同的沉水植物对水体中重金属吸收富集能力的差异,采用原子吸收光谱法,对淮河支流东风渠水体及水体中常见的5种沉水植物:菹草、黑藻、龙须眼子菜、穗花狐尾藻及小茨藻进行了铅(Pb)、镉(Cd)、锌(Zn)、铜(Cu)含量分析。结果表明:5种沉水植物样品中重金属含量远远高于水体重金属背景值,对重金属Cu、Pb、Cd、Zn的富集系数为58~1 515,对Zn富集最强,最大富集量达到242.42 mg/kg,富集系数为1 515。不同的沉水植物对重金属的吸收富集优势存在明显差异,利用沉水植物来修复水体重金属污染时,须依据不同的污染元素来选择合适的沉水植物。     

苦草及其附生生物膜对水体菲的去除效果研究

采用室内水培试验,研究了沉水植物苦草及其附生生物膜对水体不同浓度多环芳烃菲(PHE)(0.0、0.5、1.0、1.5 mg/L)的去除效果。研究结果显示,在不同浓度PHE作用下,苦草及生物膜生物量表现为随PHE浓度增加而降低,PHE对苦草及生物膜表现为生长抑制作用。在苦草作用下,生物膜干重分别增加了13.2%、10.0%、282.0%,水体pH、溶解氧增加,溶解性有机碳及藻密度降低,水体PHE去除率也显著提高,苦草有缓解PHE对附生生物膜的胁迫和一定净化水质的作用。相关性分析表明,水体PHE的浓度与苦草茎叶和生物膜生物量具有显著正相关性,与对照组相比,苦草组对菲的净化效率分别提高9.0%、16.2%、12.5%,水体PHE的净化效果除了与沉水植物的吸收有关,还与其附生生物膜的生物降解有着密切联系。研究结果有利于理解沉水植物和附生生物膜对有机污染水体修复机理的认识。     

苦草对水-底泥-沉水植物系统中氮素迁移转化的影响

通过模拟水-底泥-沉水植物(苦草)系统,检测了苦草整个生命周期内总氮及各形态氮含量的变化,以反映N在该系统内的迁移转换.结果表明,在整个研究阶段,空白组和苦草组系统氮含量(水体+底泥+苦草中氮含量)均持续降低,但苦草组(实验始末)氮含量降低幅度明显高于空白组,其中苦草组系统中TN、NH4+-N、NO3--N含量分别减少了41.68%、81.96%、93.34%,分别比空白组提高了11.39%、31.90%、0.28%;苦草组底泥中TN、NH4+-N、NO3--N含量分别减少了43.45%、87.41%、96.50%,分别比空白组提高了13.78%、37.26%、1.68%.苦草的存在促进了底泥氮的释放,显著提升了底泥微生物活性及氮循环菌的数量,从而加快了系统内的氮素循环,并在其生命周期的不同阶段明显改变各形态氮的迁移及转化方式.2012年7~10月,苦草组系统总氮(TN)减少幅度最大,到10月份,水体中氮素含量达到最少.     

苦草不同生命阶段对水体、底泥中氮迁移转化的影响

沉水植物的生长发育、衰亡过程会对水体中氮循环产生一定影响。为了研究氮在水体-底泥-沉水植物系统中的迁移转化规律,构建了人工模拟的水体-底泥-沉水植物(苦草)系统,连续270 d测定了苦草整个生命周期内水体、底泥、苦草中总氮(TN)及各形态氮浓度的变化。结果表明,在苦草生长期的前90 d中,苦草生物量增长了近30倍,水体和底泥中的TN浓度都有所降低;90 d之后苦草陆续进入衰减期及腐解期,整个体系的TN浓度持续下降,在第180天时苦草组的水体及底泥TN浓度都小于空白组。至试验结束的第270天,苦草已经完全腐解,底泥中TN浓度比第180天下降了9.11%,但水体中的TN浓度与第90天时相当,是第180天的2.42倍。苦草组底泥及苦草中的NH+4-N和NO-3-N浓度在试验周期内变化较大,NH+4-N和NO-3-N在生长期由底泥迁移到苦草中,被植物吸收和利用,随着苦草的逐渐衰亡腐解,NH+4-N和NO-3-N大量释放,一部分沉积在底泥中;而空白组NH+4-N和NO-3-N浓度在底泥及水体中波动不大。     

高浓度氨氮或磷胁迫对亚洲苦草生理特性的影响

为阐明富营养化水体中沉水植物消失的机理,以高等水生植物亚洲苦草(Vallisneria asiatica)为研究对象,通过室内模拟试验,研究了富营养化水体中高浓度氨氮或高浓度磷胁迫对亚洲苦草生理特性的影响。结果表明:与中浓度氮、磷营养盐(1.50mg/L的NO_3~--N和0.10mg/L的PO_4~(3-)-P)处理相比,高浓度氨氮(3.50mg/L的NH+4-N)和高浓度磷(0.60mg/L的PO_4~(3-)-P)都对亚洲苦草造成了严重的氧化胁迫,导致亚洲苦草叶片中叶绿素a和蛋白质含量减少,过氧化氢酶(CAT)活性增加;过高浓度的氨氮或磷虽然可以激活亚洲苦草的抗氧化保护体系,但是不能避免亚洲苦草受到氧化损伤;在富营养化水体中进行亚洲苦草恢复时,氮、磷营养盐浓度的双重控制是保证亚洲苦草成功恢复的非常重要的前提。     

水体氮磷营养负荷对苦草净化能力和光合荧光特性的影响

以沉水植物苦草(Vallisneria natans)为对象,通过室内控制实验,研究营养盐负荷对苦草净化水体氮磷能力的影响;利用水下饱和脉冲荧光仪(Diving-PAM)研究营养盐负荷对苦草光合荧光特性的影响.结果表明,在本实验设置的氮磷浓度范围内(TN≤12 mg·L-1,TP≤1.0 mg·L-1),随营养盐浓度的升高,苦草对水体氮磷的净化能力逐渐增强:在高浓度营养盐组(TN=12 mg·L-1,TP=1.0 mg·L-1),水体氮磷去除率可达95%以上,当铵态氮含量较高时,苦草优先吸收铵态氮;中高浓度营养盐组(TN:8~12 mg·L-1,TP:0.6~1.0 mg·L-1)对苦草叶片Fv/Fm无显著影响;低浓度营养盐组(TN=3 mg·L-1,TP=0.3 mg·L-1)能够提高苦草叶片的Fv/Fm,有利于苦草生长.在本实验条件下,水体氮磷营养盐浓度越高,对苦草叶片的光合活性和光耐受能力抑制作用越明显;随着水体营养盐逐步下降,苦草叶片的光合活性逐渐恢复,捕光能力无明显变化.     

生物炭和刺苦草联合修复水体铜污染

生物炭和沉水植物对重金属铜(Cu)都有良好的吸附和富集效果,但关于生物炭对沉水植物生长的影响及二者共存对水体Cu污染的修复效果仍不明确。通过设置4个稻壳生物炭添加梯度(CK:0 g/L,T1:3 g/L,T2:6 g/L,T3:12 g/L),研究水体中ρ(Cu)为1 mg/L污染条件下,生物炭对刺苦草(Vallisneria spinulosa)生长和水质的影响。结果表明:1) T1、T2和T3组刺苦草富集的Cu含量相对于CK组分别降低41.01%、41.21%和67.86%,刺苦草叶片叶绿素含量分别提高9.45%、29.94%和53.83%,刺苦草地上部分高度分别增加21.38%、23.38%、5.08%;2)随着生物炭添加量的增加,水体溶解氧和氧化还原电位显著降低,pH和电导率显著增大,T1、T2和T3组水体Cu含量相比CK组分别降低-4.48%、12.58%和31.85%,水体NO~-_3-N分别下降19.53%、25.88%和38.11%,NH~+_4-N分别下降66.78%、72.04%和72.04%,但各处理组磷含量相对于CK组却显著增大。表明:水体施加稻壳生物炭可以降低刺苦草对Cu的富集量,从而缓解Cu对刺苦草的胁迫,生物炭与刺苦草联合对水体Cu的吸附效果优于单独使用刺苦草,但生物炭中磷的释放对水体会产生潜在风险。     

静水与流水条件下沉水植物生长对上覆水和沉积物磷迁移的影响

沉水植物生长可有效降低河湖内源磷污染. 为探究沉水植物在静水(v=0 m/s)和流水(v=0.10 m/s)条件下对上覆水和沉积物磷迁移影响,选取苦草(Vallisneria natans)和黑藻(Hydrilla verticillata)为研究对象,测定其生长期间上覆水、沉积物中各形态磷含量和沉水植物生物量,并监测环境因子变化. 结果表明:①苦草和黑藻生长期间上覆水和沉积物中各形态磷含量总体呈下降趋势,并在一定时期维持在较低水平. 相同流速下黑藻对上覆水磷的吸收效果优于苦草,苦草能抑制沉积物表面磷释放. ②试验20 d后,苦草和黑藻组上覆水各形态磷浓度显著低于对照组,试验结束时静水苦草组、静水黑藻组、流水苦草组和流水黑藻组上覆水TP(总磷)浓度相比对照组分别下降了0.13、0.15、0.19和0.25 mg/L. 静水条件下沉水植物以降低上覆水中DTP(溶解性总磷)为主,流水条件下以减少DTP和PP(颗粒磷)为主. ③试验结束时,苦草组和黑藻组沉积物TP含量在静水条件下分别下降了91.78、93.25 mg/kg,流水条件下分别下降了83.51、81.03 mg/kg;NaOH-P(NaOH提取磷)含量在静水条件下分别下降了57.76、55.86 mg/kg,流水条件下分别下降了24.52、19.24 mg/kg,沉积物从轻度污染逐步转为未受污染. ④试验50 d,苦草生物量在静水和流水条件下分别增加了353.08和402.03 g,黑藻生物量分别增加了415.00和477.08 g,沉水植物生物增长量在流水条件下显著高于静水组. 研究显示,苦草、黑藻生长均能有效吸收磷,在流水条件下可促进沉水植物生长和磷的吸收,同时改变了上覆水溶解氧(DO)浓度和pH等环境因子,从而影响磷在上覆水和沉积物的迁移及磷形态的转变.      

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。     

不同营养水平下苦草对附着和浮游藻类的影响

通过室内培养,研究了不同营养盐浓度下苦草对附着藻类和浮游藻类的影响,同时比较了两种藻类对不同营养盐浓度的响应,结果发现附着藻类在中高营养盐浓度下生物量较高而浮游藻类在中低营养盐浓度下生物量较高,虽然两者对营养盐的响应不一致,但其最大量都出现在中高浓度的营养盐状态下。在中低营养盐浓度下(ρTN=0.4～2.5mg/L),苦草促进附着藻类而抑制浮游藻类,即相比于浮游藻类而言,附着藻类对苦草的敏感性较低。在较高营养盐浓度(ρTN=4.5～6.5mg/L)下,苦草对附着藻类产生了极显著的抑制作用,且这种抑制作用随着营养盐浓度的增加而增强,在ρTN=6.5mg/L的处理条件下,苦草对附着藻类的抑制率近80%,但是在此营养盐浓度处理下,苦草对浮游藻类的抑制作用却减弱甚至消失了。     

模拟条件下菹草生长对水质的影响试验研究

为研究菹草生长对水质的影响,在模拟环境下实验桶内培植处于生长期的菹草并进行跟踪监测,结果表明：在菹草生长试验期内,随着菹草生长的逐渐旺盛,水体的pH值明显上升但后期趋于稳定并有所下降;DO在第10天达到最大值,但水体中DO含量在试验后期随菹草生长趋于成熟呈下降趋势;试验前期菹草对总氮（ TN）的去除效果随着时间的延长而不断增强,试验结束时去除率达到74.03％和73.47％;试验中菹草组对总磷（ TP）的去除率在第30天时为69.57％和73.33％。菹草生长能有效降低水中N和P含量,且两者明显低于对照组。     

不同磷浓度对水生植物苦草的影响研究

选用华南农业大学水稻土作基质,向基质加入不同含最的磷分别作低浓度磷处理(0.5 g/kg)、高浓度磷处理(2g/kg),通过测定苦草(Vallisneria natans)在不同磷营养条件下栽培时形态和生理指标的变化,探讨基质不同磷含最范围对苦草生长的影响机制.试验结果表明,苦草在低浓度磷处理基质中生物量有所增加,主要...     

沉水植物生长期对沉积物和上覆水之间磷迁移的影响

分别在春季培养黑藻(Hydrilla verticillata)和苦草(Vallisneria natans),在冬季培养菹草(Potamogeton crispus),跟踪监测在沉水植物影响下环境因子的变化,及上覆水和沉积物各形态磷的浓度变化,以探讨沉水植物对磷在沉积物和上覆水中迁移转化的规律.结果表明,不同季节实验条件下沉水植物均能不同程度降低上覆水中各形态磷的浓度.在植物生长期上覆水磷浓度保持在相对较低的水平,黑藻、苦草和菹草组上覆水中总磷(TP)的浓度分别保持在0.03～0.05、0.04～0.12和0.02～0.11 mg.L-1.沉水植物组沉积物中各形态磷的浓度均呈现不同程度的降低,黑藻、苦草和菹草组沉积物TP的含量最大降低幅度分别为35.34、60.67和25.92 mg.kg-1.植物组上覆水溶解氧(DO)、氧化还原电位(Eh)和pH均显著提高(DO 10.0～14.0mg.L-1;Eh 185～240 mV;pH 8.0～11.0),沉积物中Eh(-140～-23 mV)也明显提高,并使得沉积中pH保持在中性范围内(7.2～8.0).沉水植物通过提高上覆水中的DO、Eh和pH及沉积物Eh的方式影响上覆水和沉积物之间磷的迁移转化.     

水体营养盐质量浓度对苦草光合荧光特性的影响

通过室内培养,利用水下饱和脉冲荧光仪(Diving-PAM)研究了不同质量浓度的营养盐对苦草光合荧光特性的影响. 结果表明:①水体中N,P营养盐质量浓度的高低对苦草叶片PSⅡ和F_v/F_m影响不显著(P＞0.05). ②在日变化过程中,各处理组苦草的ΔF_v/F_m′均呈升—降—升的变化趋势,但方差分析显示,水体ρ(TN)和ρ(TP)变化不直接影响苦草的ΔF_v/F_m′(P＞0.05).③试验第4天各处理组的苦草叶片光响应能力大小依次为处理组B＞处理组C＞处理组D＞处理组A;在苦草生长初期,质量浓度较高的营养盐可以提高苦草叶片的光响应能力和捕光能力,并可增强叶片的光合活性;从整个试验过程来说,分别是处理组B的ρ(TN)和处理组C的ρ(TP)更利于苦草的生长.      

不同生物量苦草在生命周期的不同阶段对水体水质的影响

在玻璃温室大棚内,模拟太湖的水、土、植物情况,研究了不同生物量苦草在1年内生命周期中不同阶段对水体水质的影响.研究结果表明,不同生物量的苦草在对水体水质的影响有较大的差异,此差异受苦草生长状况的影响显著.通过单因素方差分析得出从整个生命周期看,苦草生物量为992.00g时,对水体pH值影响最大,不利于苦草吸收NH4+-N和ρ(TOC)的降低;为496.00g时,水体ρ(DO)的周年平均值处于较高水平,约8.65mg/L;为228.00g时,有利于ρ(TP)的降低,不利于其吸收NO3--N和ρ(TN)的降低.其中,生长期,苦草对水体营养盐的去除率随生物量的增加不断增大,当生物量达到2380.00g时,去除率放缓;衰亡期,苦草生物量为168.00g时,水体TN去除率取得极大值,为784.00g时,水体TP去除率取得极小值.最终确定214.00g的苦草残余生物量为最佳滞留量,此时苦草密度为118.00g/m2.     

Experimental study using the dilution incubation method to assess water biostability

Water biostability is of particular concern to water supply as a major limiting factor for heterotrophic bacterial growth in water distribution systems. This study focused on bacterial growth dynamics in the series dilution of water samples with TOC（total organic carbon） values determined beforehand. The results showed that the specific growth rate of Pseudomonas fluorescens P17 varied dramatically and irregularly with TOC value when TOC concentrations were low enough during the initial periods of incubation under given conditions. According to this relationship between bacterial growth rate and TOC, a dilution incubation method was designed for the study of water biostability. With the method under a given condition, a turning-point TOC value was found at a relatively fixed point in the curve between bacterial growth rate and TOC of water sample, and the variation of growth rate had different characteristics below the turning-point TOC value relative to that over this value. A turning-point TOC value similarly existed in all experiments not only with tap water, but also with acetate and mixed solutions. And in the dilution incubation method study, the affections were analyzed by condition factors such as inoculum amount,incubation time and nature of the organic carbon source. In very low organic carbon water environments, the variation characteristics of bacterial growth rate will be useful to further understand the meaning of water biostability.