不同水生植物對富營養(yǎng)化水體反硝化脫氮及凈化效果影響的研究.pdf

1、水體富營養(yǎng)化是目前世界各國所面臨的重大環(huán)境問題。如何經(jīng)濟、有效、簡便地凈化富營養(yǎng)化水體是目前亟需解決的關鍵技術問題。植物修復技術是20世紀90年代新興起來的研究內容，與物理、化學等方法相比，具有環(huán)境友好、低投資、凈化效果穩(wěn)定等優(yōu)勢。不同類型水生植物凈化水體氮、磷的效率和能力具有差異，凈化機制也應有所不同。然而，以往僅側重于研究水生植物吸收、提取氮磷元素的效果和機理，忽略了不同類型水生植物介導下其它凈化途徑的比較研究。氮(N)是引發(fā)水體富

2、營養(yǎng)化的主要因子之一，N在水體生態(tài)系統(tǒng)的輸出途徑主要通過微生物驅動的硝化、反硝化反應轉化為氣態(tài)產(chǎn)物N2O、N2進入到空氣中，這對減緩水體生態(tài)系統(tǒng)中過量N負荷帶來的負面效應具有重大意義。然而，目前對不同類型水生植物影響反硝化脫氮過程的比較研究還很匱乏。針對這些現(xiàn)狀，本文研究不同類型水生植物，包括:漂浮植物鳳眼蓮（Eichhornia crassipes）、浮葉植物菱角（Trapa）、睡蓮（Nymphaeatetragona）、沉水植物黑藻

3、（Hydrilla verticilla ta），凈化富營養(yǎng)化水體氮的效果、途徑和機理。以期為水生植物修復富營養(yǎng)化水體的應用和推廣提供參考依據(jù)。具體研究內容和結果包括:
　　1.課題組創(chuàng)新了反硝化脫氮的研究方法，本文著重研究了該方法的測定精度。利用課題組研發(fā)的原位收集水體釋放氣體并測定氣體。相關采氣裝置對N2和N2O的回收效果良好，回收率為99.81％;該采氣裝置回收N2和N2O標準氣體的精確度均達到99％以上，對研究硝化反硝化釋

4、放的氣體的回收精確度較高;使用相關采氣裝置和氣相色譜法回收和測定標準氣體的精度較高，N2的回收精確度為99.1±0.8％，N2O的回收精確度為101±2.2％，氧氣的測定精確度為100.4±0.5％，甲烷精確度最低，為97.9±1.7％;相關采氣裝置對氣體的收集精度較高，具有可行性。
　　2.利用新方法研究了生長不同類型水生植物的富營養(yǎng)化水體釋放氣體的規(guī)律，分析了不同類型水生植物對水體釋放氣體總量、氣體組成和通量的影響。高溫能促進

5、水體硝化反硝化的進行，加速水體中氣體的釋放;不同生活型水生植物釋放氣體量的順序為黑藻＞睡蓮≈對照＞菱角＞鳳眼蓮。種植黑藻增強了水體中通過植物光合作用釋放氣體的量(43.4±14.6-109.3±24.7 mL m-2 h-1)，從而增加了水體釋放氣體的總量及各氣體組分(N2、N2O、O2、CO2、CH4)的釋放通量。因此，種植黑藻的處理所計算獲得的水體N2、N2O釋放通量最高32.3-62.5 mg m-2 h-1，硝化反硝化脫除的氮量

6、8月和10月分別為38.59 mg L-1和19.93 mg L-1，高于對照的18.67 mg L-1和2.64 mg L-1。鳳眼蓮莖葉覆蓋水面的密度最大，抑制了水體的光合生產(chǎn)力，水體釋放氣體量較其它處理顯著減少，為0.8-2.1 mL m-2 h-1，在所有處理中最低，從而導致計算獲得的N2釋放通量下降，為0.6-1.3 mg m-2 h-1。試驗中高生物量的鳳眼蓮對水體養(yǎng)分的吸收極快，3-5可以使氮濃度降至1 mg L-1以下，

7、導致反硝化作用底物的缺乏，這也是減弱反硝化作用的一個主要原因。其余兩種水生植物處理N2、N2O釋放通量也均低于對照。
　　3.比較研究了不同類型水生植物凈化富營養(yǎng)化水體氮的效果。8月份各處理總氮(TN)含量下降的速率高于10-11月份。在兩個月份階段的試驗期間，種植鳳眼蓮的水體TN含量降低最快，鳳眼蓮對水體養(yǎng)分吸收極快，3-5天就可使氮濃度降至1 mg L-1以下，最終TN含量在幾種處理中最低，分別為0.98±0.21 mg L-

8、1和1.16±0.11mg L-1。鳳眼蓮對水體氮素的表觀去除率分別為91.56％和88.08％。種植不同水生植物的富營養(yǎng)化水體NO，-、TN中下降速率順序為:鳳眼蓮和菱角處理下降最快，黑藻處理下降最慢，睡蓮處理略高于黑藻處理。
　　4.監(jiān)測了生長不同類型水生植物的水體理化環(huán)境指標變化規(guī)律。種植鳳眼蓮能夠維持有利于微生物生理活動的較穩(wěn)定的溫度條件，有利于水體中硝化反硝化細菌的代謝;種植鳳眼蓮和睡蓮的水體pH在試驗期間維持在7左右，

9、有利于大多數(shù)微生物的生存;種植不同水生植物對水體溶氧(DO)的影響差異較大，黑藻能維持較高水平的水體溶氧，高密度的鳳眼蓮、菱角和睡蓮對降低水體溶氧的作用較為顯著。
　　綜上所述，本試驗所采用的研究水體釋放氣體及各氣體組分的創(chuàng)新方法精確可靠;種植四種不同類型水生植物對水體的理化環(huán)境造成了不同程度的影響，綜合溫度、pH、溶氧三個指標來看，四種植物對調節(jié)富營養(yǎng)化水體理化環(huán)境因素的能力和機制有所差異，這最終會導致其調節(jié)水體氮生物轉化過程的