伊乐藻-固定化氮循环菌技术入湖河道修复研究

从太湖金墅湾水体筛选出包括土著氨化、亚硝化、硝化和反硝化细菌的氮循环菌,固定于多孔性载体内,对伊乐藻-固定化氮循环菌联用技术在秋冬季太湖金墅湾水源地入湖河道水体生态修复效果进行了研究.经室内生态修复模拟与原位围隔实验表明,伊乐藻-固定化氮循环菌联用对水质改善效果要优于单独使用伊乐藻或固定化氮循环菌,该技术对原位入湖河道有效去除率为:总氮5.9%~61.2%,氨氮12.4~70.3%,硝氮6.1%~68.0%,COD 4.2%~78.5%;通过氮循环菌释放可明显提高水体氮循环菌数量,MPN值比对照水体高出3~4个数量级;相关性分析表明,差异性显著(P<0.01).经5个月原位围隔试验表明,伊乐藻-氮循环菌联用技术可有效降低秋冬季入湖河道营养盐负荷,有助于控制湖泊水源地富营养化.     

富营养水体中常绿水生植被组建及净化效果研究

1992～1993年在富营养湖泊五里湖中开展了常绿型人工水生植被组建实验,在面积为2000m²的半封闭式围隔实验区中,选用耐寒植物伊乐藻和喜温植物菱及风眼莲,组建成了常绿型人工水生植被。这种常绿型人工水生植被不仅使实验区内常年保持较好的水质,而且对外来污染冲击有很强的缓冲能力。它可用于水源保护、局部性水质控制、污水净化生态工程、小型富营养水体的生态恢复等。如能解决耐寒型沉水植物伊乐藻与喜温型沉水植物种类间的衔接过渡,这种常绿型人工水生植被技术还可望用于富营养水体中天然水生植被的恢复。     

不同种植方式下伊乐藻生长对沉积物磷的影响

将伊乐藻以直接抛掷、直接扦插和断枝抛掷3种方式种植,测定其上覆水TP、DO、pH和沉积物中各形态磷。结果表明:(1)实验结束(120d)时,直接抛掷、直接扦插和断枝抛掷处理组的的生物量分别增加69.14、50.32、46.15g,从长期来看,直接抛掷最有利于伊乐藻生物量的增长。(2)实验结束时,直接抛掷、直接扦插和断枝抛掷处理组的沉积物中TP分别下降了8.90%、7.30%、5.40%;无机磷分别下降了11.80%、8.20%、6.60%;有机磷分别下降了7.47%、6.46%、2.65%;NaOH提取态磷分别下降了19.90%、17.20%、11.70%;HCl提取态磷分别下降了4.12%、3.47%、2.83%。直接抛掷种植伊乐藻对沉积物中各形态磷的去除效果最好。(3)上覆水TP与沉积物中各形态磷呈正相关,说明沉积物中的磷是上覆水中磷的重要来源;上覆水TP和沉积物各形态磷均与伊乐藻生物量呈负相关,说明伊乐藻可以有效去除上覆水和沉积物中的磷;DO和pH与生物量呈正相关,而与上覆水TP和沉积物各形态磷呈负相关,说明上覆水DO和pH主要受伊乐藻的影响。     

伊乐藻-固定化脱氮微生物技术对入贡湖河道脱氮机制的影响

采用无扰动的入贡湖亲水河底泥柱芯以及上覆水进行实验,探究了伊乐藻与固定化脱氮微生物技术对受污染的入贡湖湾河道的生态修复效果.运用稳定性15N同位素配对技术和基于16S rRNA高通量测序技术探讨了伊乐藻与固定化脱氮微生物联用技术(E-INCB)对亲水河底泥的反硝化速率、厌氧氨氧化速率以及脱氮微生物群落多样性的影响.结果表明,添加了伊乐藻与固定化脱氮微生物以后,亲水河水质得到明显改善,TN、NH+4-N、NO-3-N的去除率分别为72.03%、46.67%、76.65%,同时,添加了伊乐藻和固定化脱氮微生物以后,泥水界面的反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌表现出协同作用关系,与对照组相比,反硝化速率和厌氧氨氧化速率增加量分别为165μmol·(m2·h)-1和269.7μmol·(m2·h)-1.反硝化细菌与厌氧氨氧化细菌的群落多样性明显增加,变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、酸杆菌门(Acidobbacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)均具有优势增长.沉水植物与固定化脱氮微生物联用技术增强了河道底泥中的脱氮微生物多样性,进一步提高了亲水河的氮素脱除能力.     

伊乐藻-氮循环菌联用对太湖梅梁湾水体脱氮的研究

从太湖梅梁湾采集无扰动泥芯样,分别添加伊乐藻、固定化氮循环菌,模拟生态修复并探讨其机制.采用同位素配对技术测定了伊乐藻-氮循环菌技术对反硝化速率的影响.结果表明,伊乐藻与氮循环菌联合作用的试验柱的反硝化速率(以N计)最高,为104.64μmol·(m2·h)-1,与裸泥试验柱相比增加了150%.采用实时荧光定量PCR技术(RT-qPCR)对沉积物中反硝化菌功能基因nirS、nirK和nosZ进行定量研究,结果显示,反硝化菌的功能基因nirS和nosZ比对照裸泥组高出1～2个数量级,表明较高的微生物量促进了反硝化脱氮的能力.室内模拟实验还表明,沉水植物提高了耦合硝化反硝化的作用,氮循环菌提高了非耦合硝化反硝化的作用,沉水植物与微生物的联合作用提高了沉积物的总反硝化速率,促进了湖泊水体氮素的脱除,起到了净化作用.     

甲磺隆对沉水植物伊乐藻的生理生态效应研究

采用室内水培实验方法,研究不同浓度甲磺隆对伊乐藻生长的影响及其体内光合色素含量和3种抗氧化酶活性的变化.结果表明,甲磺隆可以刺激伊乐藻新芽萌发,但是对植株的生长具有明显的抑制作用.浓度≤5.mg/L的甲磺隆在实验初期可促进伊乐藻体内叶绿素含量的增加,随时间的延长,最终抑制叶绿素的合成,降低了植物体的光合作用能力.低浓度条件下, CAT及POD活性先升高后降低,而SOD活性持续升高.较高浓度和较长时间处理时,伊乐藻抗氧化酶系统活性下降.甲磺隆胁迫可以引起伊乐藻体内活性氧的产生和积累,诱导抗氧化酶活性,当胁迫超过一定强度时,抗氧化酶活性受到抑制,活性氧不能及时清除,从而对植物体形成氧化损伤,这可能是该类除草剂对水生植物的重要致毒机制之一.     

伊乐藻中有机酸的GC-MS分析及其抑藻作用研究

防治湖泊富营养化和藻类水华是当代资源、环境、生态领域重大的科学和技术问题与热点之一。利用水生植物化感作用抑制藻类生长作为一种新型的生物抑藻技术在近年来开始受到研究者的重视,并取得了一定的研究成果。文章采用气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术分析了伊乐藻超纯水浸提液的乙酸乙酯萃取浸膏的化学成分,共鉴定出20种有机酸,还研...     

菹草和伊乐藻对水-沉积物界面磷迁移转化的影响

冬季沉水植物普遍凋亡,死亡残体易造成湖泊二次污染.为探究冬季耐寒性沉水植物对水-沉积物界面各形态磷迁移转化的影响,选取根系特征不同的冬季耐寒性沉水植物菹草（Potamogeton crispus L.）和伊乐藻（Elodea nuttallii）作为研究对象,测定其冬季生长期间上覆水、间隙水和沉积物中各形态磷的含量,并监测环境因子的变化.结果表明:①菹草、伊乐藻组生长期间水-沉积物界面各形态磷含量总体呈下降趋势,并在一定时期维持较低水平,菹草对沉积物和间隙水磷的吸收效果优于伊乐藻,而伊乐藻对上覆水磷的影响大于菹草.②试验第30天后,菹草、伊乐藻组上覆水和间隙水各形态磷质量浓度均显著低于对照组（P < 0.05）,上覆水中ρ（TP）最低值分别为0.057和0.041 mg/L,间隙水中ρ（DTP）（DTP表示溶解性总磷）分别维持在0.270~0.505、0.384~0.507 mg/L之间.③试验结束时,菹草组沉积物中w（TP）、w（IP）（IP表示无机磷）和w（NaOH-P）（NaOH-P表示NaOH提取态磷）分别低至643.68、415.79和120.17 mg/kg,分别下降了16.54%、18.37%和35.82%,伊乐藻组分别低至700.39、457.87和145.29 mg/kg,分别下降了10.24%、11.17%和24.67%;菹草、伊乐藻植株体内TP质量分别增加了588.94和464.59 mg.研究显示,菹草、伊乐藻在生长期间均能有效吸收磷,同时改变了pH、E_h等环境因子,从而影响磷在水-沉积物界面的迁移及磷形态的转变.      

Hg2+、Cd2+及其复合胁迫对伊乐藻的毒害

利用水生微宇宙系统研究了不同浓度的Hg2 、Cd2 单一及复合处理对伊乐藻可溶性蛋白质浓度、叶绿素含量、叶绿素a/b比值,以及生产力和呼吸作用的影响.可溶性蛋白质和叶绿素含量在低浓度胁迫时(Hg2 ≤2.5μmol/L,Cd2 ≤10μmol/L,Hg2 Cd2 ≤1.25μmol/LHg2 5μmol/LCd2 )略有升高,之后随胁迫的增强而持续下降,两者呈负相关;叶绿素a/b比值、净生产力、呼吸强度随离子浓度增加不断下降,除呼吸强度外,两者也呈负相关.Hg2 对伊乐藻的毒性是Cd2 的4倍左右(以摩尔浓度计).两者共同作用时,对可溶性蛋白和叶绿素含量以及净生产力的影响有协同效应,对呼吸作用的影响有相加效应.     

伊乐藻和氮循环菌技术对太湖氮素吸收和反硝化的影响

从太湖梅梁湾采集无扰动泥芯样,分别添加固定化氮循环细菌、水生植物伊乐藻建立室内微宇宙,模拟生态修复,探讨不同修复处理下,硝氮的去除机制.采用15N标记结合同位素配对技术测定了各生态模拟柱中的反硝化速率和植物吸收速率.结果表明,不同处理的实验柱反硝化速率差异明显,同时添加了水生植物和固定化氮循环细菌的实验柱反硝化速率最高,为99.35μmol·(m2·h)-1,植物氮吸收速率为36.55μg·(m2·h)-1.沉水植物伊乐藻在自身吸收氮素的同时也提高了耦合硝化反硝化的作用.与植物吸收相比,反硝化过程是主要的氮去除途径.沉水植物与固定化氮循环菌组合生态修复技术促进了湖泊水体氮素的脱除,起到了净化作用.