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。     

沉水植物腐解对水体水质的影响

在玻璃温室大棚内,模拟太湖的水、土、植物情况,研究了苦草在衰亡腐解过程中营养盐的释放规律以及对水体水质的影响,并初步探讨了其影响机理. 在初始生物量为689g/m2的条件下,苦草衰亡与腐烂分解对水体水质的影响呈2个阶段. 第1阶段为10月—翌年2月寒冷的秋、冬季节,表现为降解释放过程,但这一过程向水体及底泥中释放的碳、氮、磷较少,大部分碳、氮、磷仍保留在苦草残体中,水体pH及ρ(DO)也没有明显的变化. 第2阶段为3—4月天气回暖后,苦草残体的腐解速率急剧加快,向水体及底泥释放大量营养盐;3月水体TOC、TN、TP总量较2月分别增长了216.64%、60.96%、144.40%,底泥中TOC、TN、TP总量分别增长了31.20%、9.41%、19.99%;pH增长了6.27%,ρ(DO)降低了91.5%. 沉水植物腐解过程中各营养盐的赋存形态不断发生转化,并在水-底泥-植物三者间进行迁移.      

相关分析在研究南湖叶绿毒a与其湖水理化因子中的应用

本文利用因子分析技术对长春市南湖不同空间叶绿素（a)的季节变化进行排序分析，并以叶绿素a为因变量、10项湖水理化因子为自变量进行逐步回归分析，分析结果表明：在10项理化因子中，决定南湖叶绿素a数量变动的主导因子为总磷，在此基础上，笔者就除磷及治理途径方面提出建议。     

丝状绿藻腐烂过程对水质和沉水植物黑藻生长的影响实验研究

从野外采集沉水植物黑藻种植于120L的塑料桶内,然后采集丝状绿藻放在培养黑藻的桶内.设种植黑藻而不放入丝状绿藻的桶为对照.由于夏季高温和强光,丝状绿藻在数天内会逐渐腐烂.研究发现,在丝状绿藻腐烂过程中,水体的溶解氧(DO)、pH值、水下光强度与水面光强度的比值均比对照组大大降低,尤其是溶解氧,有时甚至下降为零.而水体的温度、总氮(TN)、总磷(TP)和高锰酸钾指数(CODMn)在丝状绿藻腐烂过程中则上升,后3个指标大大高于对照.有丝状绿藻处理的试验组,随着丝状绿藻的腐烂,沉水植物黑藻亦慢慢腐烂,最后消失.而对照组黑藻生长良好,生物量大大上升.因此,我们认为,丝状绿藻腐烂过程中引起的水质指标变化,尤其是降低溶解氧、降低水下光照强度、降低pH和使水体温度上升是沉水植物黑藻死亡的主要原因.这种现象在进行沉水植被恢复过程中值得注意,并应寻找对策.     

太湖流域土地利用与河流水质污染状况的相关性研究

以太湖流域为例,基于GIS空间技术分析了不同缓冲半径下土地利用类型的特征,运用Pearson相关分析及典型相关分析对6种不同土地利用类型与10种水质指标进行相关性研究。结果表明:建设用地和耕地为流域内主要土地利用类型;近岸范围内(1 km以内)建设用地为主要污染输出源,与水体水质指标呈明显的正相关,而耕地与水质指标具有较为明显的负相关性,说明耕地对污染物质具有吸附过滤作用;远岸范围内(1 km以外)耕地与TP呈显著正相关,而与DO呈显著负相关,说明耕地造成了面源污染;水域分布与NO-3-N、TP呈负相关性,而与CODMn呈正相关说明其兼具污染物质的稀释净化与汇集输送作用;林地和草地与CODMn呈明显的负相关性,说明其对污染物具有截留吸收作用。     

总氮浓度对3种沉水植物生长的影响

在1/40 Hoagland营养液的基础上,采用NH4NO3为氮源,设定了2、4、8、16 mg·L-1 4个不同总氮浓度的培养液,以洗净的长江河沙为栽培基质,分别对3种我国湖泊中常见的沉水植物马来眼子菜(Potamogetonmalaianus)、苦草(Vallisneria natans)和黑藻(Hydrilla verticillata)进行了为期45d的水培试验,研究了水体中不同总氮浓度对3种沉水植物分枝数、根长、株高、鲜重等生长指标的影响,以期为富营养化水体中沉水植被的恢复与先锋物种的选择提供科学依据.结果表明,试验结束时不同处理的马来眼子菜的各项生长指标均显著增加,苦草没有产生新的分枝,黑藻的根长没有显著的增加;不同处理的3种沉水植物的鲜重在试验结束时均有显著增加,其增加的顺序表现为马来眼子菜＞苦草＞黑藻的趋势;植物株高和鲜重的净积累随处理浓度的升高而显著增加,根系的净伸长则随处理浓度的升高而显著降低.由于马来眼子菜所有的生长指标均表现出比苦草和黑藻有显著的生长优势,因此,在符合本试验条件的水体沉水植被的恢复过程中可以作为先锋植物.     

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.     

沉积物再悬浮对沉水植物生长的影响研究

通过室内模拟实验,研究了沉积物再悬浮对苦草(Vallisneria natans)和马来眼子菜(Potomogeton malaianus)2种沉水植物生长的影响.为期10周的实验发现,有沉积物再悬浮的处理组中,苦草的生物量显著低于对照组中(没有沉积物再悬浮)苦草的生物量;同样,沉积物再悬浮对苦草的分蘖和块茎数也产生了明显的影响;马来眼子菜的生物量和分蘖数同样受到了沉积物再悬浮的影响,但影响程度小于苦草.因此,沉积物再悬浮对沉水植物的生长、繁殖具有的抑制作用,但这种作用因种类不同而有所差异.     

太湖典型沉水植物生理指标对水质的响应

沉水植物叶片生理指标能指示水质变化,为了弄清二者间的相关关系,本文采用原位监测与室内分析相结合的方法,研究了太湖不同营养条件下马来眼子菜(Potamogeton wrightii Morong)和菹草(Potamogeton crispus L.)叶片中叶绿素、游离脯氨酸(PRO)含量以及过氧化物酶(POD)活性的差异.结果表明:1马来眼子菜与菹草分布区水体的理化因子、综合营养指数(TLI)存在显著差异,马来眼子菜主要分布于中营养水体,菹草则分布在富营养水体;2马来眼子菜与菹草叶片内叶绿素a+b含量、叶绿素a/b、POD活性及PRO含量在其各自分布的湖区间差异显著,且叶绿素a+b含量、POD活性均与TLI呈显著相关;3水体透明度、营养盐(氮、磷)是引起马来眼子菜与菹草叶片内叶绿素含量、POD活性变化的重要因素.本实验说明,马来眼子菜、菹草叶片的生理变化特征受到水体营养状态及理化性质支配.     

再生水构建水环境中沉水植物附着细菌群落特征

沉水植物茎、叶附着生物膜对再生水构建水环境的水质改善具有重要作用.为探究再生水水质及沉水植物种类对附着生物膜细菌群落特征的影响,选取再生水构建的水环境中不同种类沉水植物为研究对象,采用16S rRNA高通量测序技术对其附着生物膜及周围环境样本的细菌群落结构和功能基因进行分析.结果表明,再生水水体中氮磷营养物质在水环境中得到了20%~35%的吸收利用,下游水体中COD、浊度和色度呈现升高趋势.沉水植物附着生物膜中细菌群落与周围环境（土壤、底泥和水体）及再生水处理厂活性污泥的细菌群落存在差异：在群落多样性上,其丰富度和多样性显著低于土壤和底泥中细菌但高于水中浮游细菌;在群落结构上,其优势菌属及对应相对丰度与其它样本不同,主要优势菌属有鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、气单胞菌属（Aeromonas）、假单胞菌属（Pseudomonas）和不动杆菌属（Acinetobacter）,分别占比7%~40%.沉水植物种类和再生水水质（BOD₅、TN、NH₄⁺-N和TP）均会影响植物附着细菌群落,但水质对附着细菌群落的影响大于植物种类,且水质也会影响沉水植物附着细菌群落功能基因相对丰度,氮磷浓度较高区域氮循环与磷循环功能基因相对丰度较高.研究结果为揭示沉水植物附着细菌群落特征和优选沉水植物种植种类提供科学依据.     

沉水植物床-固定化微生物技术在水源地修复中的应用研究

研究了沉水植物床-固定化微生物技术在水源地中的修复效果.从太湖水体中筛选分离出土著氨化、亚硝化、硝化和反硝化细菌,通过增殖进入多孔载体内部使之固定,结合自主设计的沉水植物床,在太湖贡湖湾内进行了原位修复实验,该装置抗风浪性能良好,将反硝化细菌数量由5.4×102～2.7×103提高至3.9×105～9.1×105,实验区氧化亚氮排放通量介于3～24μg.(m2.h)-1之间,显著高于对照组,该技术对总氮去除率为19%～74%,硝氮去除率为24%～81%;120 d的连续监测数据表明,该技术可用于湖泊水源地修复,有效减轻水体富营养化状况.     

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.     

徒骇河沉水植物腐烂对上覆水体中营养盐形态变化影响

将杀青后的菹草(Potamogetoncrispus)和金鱼藻(Ceratophyllumdemersum)剪成1 cm左右分别浸泡于装有原上覆水样的烧杯中,并置于27℃和10℃的恒温培养箱中,在不同时刻测定上覆水体的pH、溶解氧(DO)和不同形态氮磷营养盐的浓度。结果表明:由于菹草和金鱼藻的腐烂分解,上覆水体pH呈现先下降后上升的变化趋势,溶解氧急剧降低,氮磷浓度增加。氮浓度的增加以有机氮为主,平均约占63%,氨氮次之,约占25%;磷浓度的增加在实验前期以颗粒态磷为主,平均约占60%,而在实验后期以可溶性总磷为主,约占65%。在27℃下,氮磷形态浓度主要呈现先上升后下降的趋势;在10℃下,氮磷形态浓度主要表现为持续上升。硝氮和亚硝氮浓度的变化与溶解氧浓度变化具有较好的一致性。     

4种典型沉水植物对去除镉污染底泥的应用效果

本研究选取4种典型沉水植物黑藻（Hydrilla verticillata）、伊乐藻（Elodea canadensis）、菹草（Potamogeton crispus）和金鱼藻（Ceratophyllum demersum）,通过对植物叶绿素含量及抗氧化酶活性的检测来分析植物对镉的耐受效应,并借助生物/底泥富集因子（BSAF）和植物转运因子（TF）来了解植物的富集能力,最后通过植物组织化学方法来揭示镉在沉水植物体内的分布情况,以期为沉水植物的实际应用提供理论支持.结果表明,除金鱼藻以外的3种植物对底泥镉污染有不同耐受能力,其中黑藻和伊乐藻的耐受能力最强.在底泥镉含量不超过20mg·kg^-1时,菹草的富集能力最强（BSAF为2.32）.金鱼藻在本实验中BSAF均小于1.0,说明根在镉污染底泥的植物修复中起着重要作用.比较不同植物的TF可以发现,黑藻根部对镉的地上转运能力最强,而菹草主要将镉富集于植物根部,同时与其他植物不同,在镉含量为50mg·kg^-1时,镉已均匀分布在菹草茎部细胞器中.综合植物对镉污染的耐受和富集机制,并结合实际情况,最终将黑藻和菹草选为修复含镉底泥的理想植物,同时结合植物不同的转运能力,建议可仅去除黑藻的地上部分,而及时定期连根拔除菹草.     

新型沉水植物种植方法及其对水环境的影响研究

人工快速种植沉水植物是受污染水体生态修复与沉水植物重建的有效措施之一.研究采用琼脂凝胶取代传统抛栽法的软泥或粘土作为外裹物对苦草进行人工种植,并与传统插栽法进行了对比研究,结果表明:(1)新型琼脂抛栽法种植的苦草成活率达到100%,生物量、光合效率、子株生长情况等指标都表现优良;(2)新型琼脂抛栽法种植苦草过程中水体的CODMn值、TN含量、TP含量都现大幅下降,DO值、ORP值都明显上升,水体水质明显改善.     

沉水植物对受污染水体的修复机理及应用前景研究

随着工农业的发展和人口的增加,水体污染已经成为全球的环境问题,沉水植物修复是治理水体污染的主要措施之一。在总结了沉水植物对受污染水体的修复机理及其应用的基础上,对利用沉水植物净化污染水体的前景进行了展望。     

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.