微纳米曝气联合苦草对污染景观水体的修复效果及对微生物群落结构的影响

为探索微纳米曝气联合苦草 (micro-nano aeration combined with Vallisneria natans,MAVS) 对污染水体修复效果及微生物种群调控机理,以合肥国家湿地公园一处污染水体为修复对象并结合示范工程实验,考察了MAVS对景观水体修复效果及该水体水质及微生物种群结构的动态变化规律。结果表明：经过MAVS修复后,污染景观水体水质得到了明显改善,水体DO逐步提升,COD、NH₄⁺-N、TN、TP分别降低了50%、85%、75%和75%左右;底泥微生物群落结构多样性随修复进程的推进而不断增加,而优势微生物种群结构组成保持相对稳定,但其丰度随修复进程而变化;在门分类水平上,优势菌门为Proteobacteria、Bacteroidetes、Acidobacteria和Chloroflexi,其中Proteobacteria、Bacteroidetes的丰度随修复过程的进行而下降,而Acidobacteria、Chloroflexi的丰度逐步增加;在属分类水平上,优势菌属为Rhodocyclus_uncultured、Xanthomonadales Incertae Sedis_uncultured、Alcaligenes_uncultured和Bacteroidetes vadinHA17_norank,其丰度随修复过程的进行而下降,修复进程停止后丰度逐渐增加;随着修复过程的进行,污染景观水体底泥优势微生物群落丰度呈现出与COD相同、DO相反的变化趋势,但在时间上存在一定的滞后性。由此可以看出,修复水体微生物群落结构随修复进程、水质特性的变化而变化,COD是驱动微生物群落结构及丰度变化的最大贡献者,同时DO、TP也对其变化产生一定影响。微纳米曝气联合苦草能有效修复污染水体,调控水体底泥微生物种群结构,具有良好的推广应用价值。     

黑藻和苦草对氨氮、硝态氮和磷吸收动力学研究

为在不同营养状况的富营养化水体修复中选择相应的养分吸收效率的水生植物,比较黑藻(Hydrilla verticillata)和苦草(Vallisneria natans)对氨氮、硝态氮和磷的吸收动力学特征。结果表明,黑藻和苦草对氨氮、硝态氮和磷的最大吸收速率Vmax分别为4.38、5.31;3.15、2.23;1.63、3.57μmol/(L.h.g)。米氏常数Km分别为84.7、376.7;45.8、6.0;54.4、516.2μmol/L。苦草对氨氮和磷的吸收具有较高的Vmax和Km值,而黑藻对氨氮和磷的吸收具有较低的Vmax和Km值。     

苦草与菖蒲对太湖梅梁湾沉积物磷释放抑制的研究

实验模拟了沉水植物苦草与挺水植物菖蒲生长情况下太湖梅梁湾地区沉积物磷的释放过程,并分别探讨了在2种植物生长过程中上覆水总磷(TP)及其各赋存形态溶解性有机磷(DOP)、可溶性正磷酸盐(DIP)、颗粒态磷(PP)的浓度变化过程。试验结果表明:菖蒲与苦草生长过程中,2种植物均大大降低了水体磷浓度,减缓了沉积物磷的释放速率。菖蒲对沉积物总磷释放的抑制效果优于苦草,针对不同的赋存形态磷,2种水生植物的作用效果有差异。苦草优势在于提高了对DIP的吸收利用和对环境因子DO、pH的改变,而菖蒲的优势在于更有效地抑制PP与DOP的释放。     

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.     

苦草对湖泊沉积物碱性磷酸酶活性的影响

在室内模拟条件下栽培苦草,通过对沉积物中碱性磷酸酶的活性和理化参数的分析,揭示了沉水植物对湖泊富营养化影响的酶学机制。研究表明:在实验条件下,表层0~2 cm沉积物碱性磷酸酶的活性种植苦草的高于无草组(p0.05),且随培养时间的增加碱性磷酸酶活性增强;苦草的生长指标与碱性磷酸酶活性呈正相关,与磷含量呈负相关;碱性磷酸酶活性与总磷呈极显著负相关(p0.01),因此可以将其作为评价沉积物营养状况的指标之一。     

沉水植物苦草的营养成分分析与综合利用

沉水植物苦草的营养成分分析结果表明,其蛋白质含量为218.4 g.kg-1,脂肪含量为51.4 g.kg-1,多糖含量为37.6 g.kg-1,灰分含量为265.7 g.kg-1;氨基酸总量为147.6 g.kg-1(色氨酸未测),必需氨基酸为55.0g.kg-1;含有K、Ca、Cu、Fe、Zn、Mn、Na、A l、Ba等多种矿质元素,其中K、Ca、Fe、Na含量分别高达60.5、10.9、16.3、12.7 g.kg-1。可见苦草是一种优质的营养资源,具有很高的开发价值。在此基础上,进一步探讨了苦草的资源化利用方式和应用前景。     

四环素对苦草(Vallisneria natans)生长及细胞超微结构的影响

通过静态模拟实验,研究了不同浓度的四环素对苦草生理生长以及苦草叶片中叶绿素含量的影响.结果表明,四环素能有效地降低苦草中叶绿素的含量,抑制苦草的生长,20 mg·l-1四环素处理组的生长率只有对照处理的35%,叶绿素a和叶绿素b的含量只有对照组的31%和23%,水体中四环素达到4 mg·l-1水平时,便可明显影响苦草的生理生长.透射电镜分析表明,20 mg·l-1四环素暴露时,苦草叶片细胞中的线粒体和叶绿体出现质壁分离,叶绿体层间结构紊乱等症状,从而影响了苦草细胞的结构功能,导致了对苦草的毒性效应.在四环素暴露组中加入可溶性有机质(DOM)能有效地降低四环素的毒性,4 mg·l-1四环素暴露组中加入的1 mg·l-1DOM便可使苦草的生理生长恢复至对照水平.     

表面流人工湿地中水生植被的净化效应与组合系统净化效果

以无植物空白系统为对照,通过批量盆栽试验探讨了表面流人工湿地中不同类型水生植被(苦草(沉水植物)、水葫芦(浮水植物)、芦苇(挺水植物))的引人对富营养化水体不同污染物净化效果的影响;根据不同污染物去除的阶段性特征设计了分段式表面流人工湿地(好氧塘-水葫芦湿地一苦草湿地),并通过示范工程探讨了富营养河流的原位净化效果.研究表明,批量盆栽试验中,与无植物空白系统相比,芦苇的引入显著增加了表面流人工湿地的蒸发蒸腾量(为无植物空白系统的1.5倍),而水葫芦和苦草的引入则显著降低了表面流人工湿地的蒸发蒸腾量(分别为无植物空白系统的80%和30%);3种水生植物的引入均显著促进了CODcr、TN、NH 4-N的去除(与无植物空白系统相比),其中水葫芦系统具有最好的CODcr和TN去除效果(起始CODcr和TN水平分别为35.8 mg·L-1和6.86 mg˙L-1时,去除率分别为58.91%、76.67%),而苦草的引入则显著地促进了水体中氧化态氮的形成与积累.分段式表面流人工湿地的原位净化研究表明,水力负荷为6.2cm.d-1时,分段式表面流人工湿地对CODcr的净化效果较好,水力负荷过高会影响分段式表面流人工湿地的净化效果.     

土壤原位覆盖对底泥的修复作用研究

在高度厌氧底泥和富营养化水体构成的模拟生态系统中,采用土壤和硅藻土进行原位覆盖,研究了覆盖技术对水．沉积物界面微环境的改善作用和不同覆盖材料对苦草生长的影响。这2种底质覆盖后,表层底泥氧化还原电位（Eh）分别提高了48．37％和46．77％,底层水体的溶解氧消耗降低,水体中的总氮（TN）和总磷（TP）含量降低;与对照箱体的苦草死亡相比,经过土壤和硅藻土覆盖的箱体中苦草正常萌发、定植和生长;硅藻土箱体苦草的生物量、叶绿素和根茎比均高于土壤覆盖箱体。因此,原位覆盖能有效改善底层水体和表层底泥的氧化还原环境,隔绝污染底泥和延缓营养盐释放,为沉水植物种子萌发和幼苗生长提供有利的生境条件。