不同水生植物吸收去除水体氮效果及机理研究

论文摘要

随着经济的发展和人民生活水平的提高，我国的水资源越来越紧张，水污染问题也越来越严重，其中水体富营养化问题是一个主要的水域环境问题，严重的藻华现象产生的藻毒素等有毒物质威胁人们的生产和生活用水安全。如何经济、有效和简便地修复污染地表水（江、河、湖泊和水库等）是目前亟需解决的关键技术问题。 针对这些现状，本文以浙江本地的水生植物为研究对象，主要从筛选高效净化氮污染水体的夏季水生植物，以及水生植物氮吸收生理机制两方面作研究，以期为解决水体富营养化问题提供可行性依据。取得的主要研究结果和结论包括： 1．利用物理生态工程和技术原理，在华家池生态围隔中比较五种水生植物凤眼莲Eichhornia crassipes，黄花水龙Jussiaen repens，空心莲子草Alternanthera philoxeroides，水鳖Hydrocharis dubia和浮叶植物四角菱Trapa quadrispinosa夏季对水质净化效果。总氮2.0mg L-1左右，氮磷比低（2.5:1）、水域较深（＞2m）的自然水体条件下，五种水生植物对富营养化水体都有较好的净化能力，试验80天吸收去除水体总氮营养盐达60-70％，研究结果表明水生植物主要以去除水中硝态氮含量导致水中总氮含量降低，去除水体总磷和降低KMnO4耗氧量能力较差。80天后，五种水生植物对总氮去除率比较：黄花水龙72％＞凤眼莲63％＞水鳖57％＞菱52％＞空心莲子草44％。黄花水龙处理围区水质最好、透明度也较高，凤眼莲提高水体透明度方面表现最佳。因此通过漂浮植物可以较容易地达到去除水体总氮水平的目标，凤眼莲和黄花水龙生长期长，是高效净化氮污染水体品种，适合修复氮污染水平较低的污染水体。 2．同时对发现的新型植物材料黄花水龙Jussiaen repens进一步的室内研究，我们设置了不同氮污染水平：高氮(18.0mg NL-1)、中氮(4.2mg NL-1)和低氮(1.5mg NL-1)，以及加底泥和不加底泥处理。结果表明黄花水龙在较低的水温条件下（20-21℃）生长良好，它可以应用于春季和初冬净化水质的植物系统中。不同氮污染水平下，黄花水龙表现出对NO3-—N有十分好的净化效果，去除水中NO2- —N的效果也比较好。20天后，黄花水龙植物系统对低氮和中氮污染水体总氮去除效果显著，水中总氮水平保持在1.0mg L-1左右。但是它对氨氮敏感，不适合在高氨氮污染的水中生长，结果表明，污染水体氨氮浓度应低于0.5mg L-1，黄花水龙才能正常生长。底泥处理的高氮污染水体(18.0mg L-1)，20天后，黄花水龙能够一定程度上抑制氨氮从底泥中释放至上覆水，水中氨氮吸收去除效果则不显著。处理5天后，黄花水龙显著降低水体pH值至中性水平，为维持湖泊生态系统保持稳定提供保障和支撑。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 水体富营养化及其危害
• 1.1.1.水体富营养化问题
• 1.1.2.我国水体富营养化现状
• 1.1.3.水体富营养化对生态环境的危害
• 1.2 水生植物去除水体氮的营养机制
• 1.2.1.水生植物在水生态系统中的作用
• 1.2.2.水生植物在修复受损污染水体的一些实例研究
• 1.2.3.高效净化水生植物品种筛选
• 1.2.4.水生植物去除水体氮效率的影响因素
• 1.3.水生植物氮吸收生理机制
• 1.3.1.水中氮的存在形态及其有效性
• 1.3.2.水生植物生长限制因子和影响因素
• 1.3.3.水生植物氮生理
• 1.4.存在的主要问题与研究的总体思路
• 1.4.1.存在的主要问题
• 1.4.2.研究思路、内容和目的
• 第二章 夏季高效除氮水生植物种类筛选及其净化效率的研究
• 2.1.材料与方法
• 2.2.试验结果
• 3-N)和亚硝酸盐氮（NO₂^--N）变化'>2.2.1.围区总氮（TN）、氨氮(NH_3-N)和亚硝酸盐氮（NO₂^--N）变化
• 4耗氧量变化'>2.2.2.围区KMnO₄耗氧量变化
• 2.2.3.围区叶绿素a浓度和透明度变化
• 2.2.4.植物生长状况
• 2.3.讨论
• 2.4 小结
• 第三章 夏秋季利用凤眼莲修复氮污染水体效果分析
• 3.1.材料和方法
• 3.2.结果
• 3.2.1.凤眼莲在富营养化污水中对不同形态氮的吸收能力
• 4耗氧量中的作用'>3.2.2.凤眼莲生长对降低叶绿素a和KMnO₄耗氧量中的作用
• 3.2.3.凤眼莲生长对水中pH和透明度的影响
• 3.2.4.凤眼莲对氮的吸收总量
• 3.3.讨论
• 3.4 小结
• 第四章 黄花水龙净化水体的特征研究
• 4.1.材料与方法
• 4.2.试验结果
• 4.2.1.黄花水龙对不同氮污染程度水体中氮去除效果
• 4.2.2.黄花水龙对磷去除效果
• 4耗氧量效果'>4.2.3.黄花水龙对降低KMnO₄耗氧量效果
• 4.2.4.黄花水龙降低水中pH值
• 4.3.讨论
• 4.4.小结
• 第五章 凤眼莲根对铵态氮的跨膜吸收转运机制
• 5.1.材料与方法
• 5.2.试验结果
• 4⁺吸收动力学'>5.2.1.NH₄⁺吸收动力学
• 4⁺转运与Ca²⁺关系'>5.2.2.NH₄⁺转运与Ca²⁺关系
• 4⁺转运与H⁺关系'>5.2.3.NH₄⁺转运与H⁺关系
• 5.3.讨论
• 5.4.小结
• 第六章 浮萍对铵态氮和硝态氮的跨膜吸收机制研究
• 6.1.材料与方法
• 6.2.试验结果
• 6.2.1.根的结构和形态
• 4⁺和NO₃^-通量比较'>6.2.2.叶片细胞和根成熟区细胞的NH₄⁺和NO₃^-通量比较
• +通量比较'>6.2.3.根H⁺通量比较
• 4⁺和NO₃^-通量比较'>6.2.4.根NH₄⁺和NO₃^-通量比较
• 4⁺和NO₃^-）下根对氮的吸收比较'>6.2.5.不同无机氮源（NH₄⁺和NO₃^-）下根对氮的吸收比较
• 6.3.讨论
• 6.4.小结
• 第七章 不同水生植物根跨膜吸收铵态氮和硝态氮的机理
• 7.1.材料和方法
• 7.2.试验结果
• +通量和pH变化'>7.2.1.四种水生植物根的H⁺通量和pH变化
• 4⁺和NO₃^-通量比较'>7.2.2.水生植物根NH₄⁺和NO₃^-通量比较
• 4⁺和NO₃^-通量及其有效性'>7.2.3.NH₄⁺和NO₃^-通量及其有效性
• 7.3.讨论
• 7.4 小结
• 第八章 综合讨论与结论
• 8.1 富营养化水体植物净化效应研究进展
• 8.2 本论文在富营养化水体植物修复研究中取得的进展
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表或录用的文章