6种常见沉水植物对水体的净化作用研究

[目的]探讨6种常见沉水植物对水体的净化效果。[方法]利用苦草、金鱼藻、穗状狐尾藻、菹草、轮叶黑藻、伊乐藻6种常见沉水植物,对富营养化水体进行净化,分析不同沉水植物对水体氮、磷等营养物质的去除效果和动态规律。[结果]6种沉水植物均能够在富营养化水体中生长,且均能够有效地去除水体中的氮、磷等营养盐;与其他几种沉水植物相比,苦草能够更加有效地降低水体中的总氮(TN)、总磷(TP)和氨氮(NH4+-N)浓度;试验结束时,苦草组植物生物量最大,但均集中于水体底部。[结论]6种沉水植物中,苦草更适用于富营养化水体的生态修复。     

水生植物对不同氮磷水平养殖尾水的综合净化能力比较

为了筛选适用于不同氮磷浓度畜禽养殖尾水的生态浮岛优势物种，选取水芹、凤眼莲、鸢尾、再力花、黄菖蒲5种挺水植物和狐尾藻、伊乐藻、金鱼藻3种沉水植物，通过模拟实验考察了这8种植物在不同氮磷浓度条件下的生长特征及其对水中氨氮（NH₄⁺-N）、总磷（TP）、COD的去除效率，并对其进行曲线回归及主成分分析，综合评价不同水生植物对畜禽养殖废水中氮磷的净化功能。结果表明：凤眼莲、再力花在较低氮磷水平（NH₄⁺-N 80~120 mg·L^-1，TP 8~16 mg·L^-1）下的去除能力明显高于其他水生植物；水芹和黄菖蒲在较高氮磷水平（NH₄⁺-N 180~220 mg·L^-1，TP 30~35 mg·L^-1）下的去除效果较好，并具有良好的适应能力；沉水植物中狐尾藻净化效果较好，生物量增长显著（P<0.05）；凤眼莲在实验过程中虽净化能力良好，但易引发次生环境问题，应谨慎选择，因地制宜。     

宁波地区乡土沉水植物种质资源调查与生境分析

2015年6月至2016年5月,在宁波地区的山区和平原25处样地水体进行乡土沉水植物调查,结果共发现轮叶黑藻、苦草、穗状狐尾藻、眼子菜、微齿眼子菜、篦齿眼子菜、小眼子菜、菹草、小茨藻、金鱼藻等5科6属10种乡土沉水植物;乡土沉水植物所处区域的水质变化范围较大,水质类别从II类至劣V类均有,沉水植物所处的山区水体水质明显优于平原水体;沉水植物分布区域的底质以砂泥质最多,底质的有机质、全氮、全磷等平均含量大小顺序均为泥质砂泥质砂质。     

平板式光生物反应器中光照强度对极大螺旋藻生长和生理生化的影响

以极大螺旋藻(Spirulina maxima)为材料,采用平板式光生物反应器在不同光照强度下(278、327、373、420和463 μmol·m^-2·s^-1)对其进行培养。通过测定藻生物量、生长速率、叶绿素a、类胡萝卜素、藻蓝素、可溶性蛋白和可溶性糖的含量探讨光照强度对极大螺旋藻生长和生理生化特征的影响。结果表明,在光照强度为373 μmol·m^-2·s^-1时螺旋藻生长最快,生长速率为0.203,培养10 d后生物量达0.298 g·L^-1,是初始生物量的6.2倍。极端光强463 μmol·m^-2·s^-1时藻细胞出现死亡。单位质量藻体中叶绿素a、胞内多糖和胞外多糖积累最大值的光强与生长最佳光强相同,即在373 μmol·m^-2·s^-1时产量均最高。类胡萝卜素在高光强420 μmol·m^-2·s^-1时产量最高,而藻蓝素和可溶性蛋白在较低光强278 μmol·m^-2·s^-1时含量显著高于其他各处理组。该研究结果可为平板式光生物反应器在螺旋藻规模化培养中的推广提供理论基础。     

沉水植物对重金属Cu2+的生物吸附及其生理反应

采用室内培养实验方法,研究了沉水植物轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)和穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)在吸收铜离子过程中产生的生理反应.以上两种沉水植物在Cu2+浓度分别为0、2、4、8、16、32、64 mg·L-1的溶液中暴露了24、48、72、96 h,结果表明:黑藻对铜的积累量明显高于狐尾藻对铜的积累量,本实验中黑藻对铜的最大积累量为11 295.31 μgCu·g-1(干重),而狐尾藻对铜的最大积累量为6 861.26 μg Cu·g-1(干重);对以上两种植物的叶绿素含量、SOD和POD活性产生胁迫效应的Cu2+浓度明显不同,表明狐尾藻较黑藻对重金属Cu2+胁迫具有更高的耐受性.以上研究结果对利用沉水植物去除重金属污染能起到一定的指导和参考作用.     

4种沉水植物对再生水中氮磷的去除速率和耐受范围

【目的】研究4种沉水植物对再生水中氮、磷的去除速率和耐受范围,为以再生水作为补水的景观水体沉水植物的选择提供依据。【方法】以野外选取的伊乐藻(Elodea canadensis)、罗氏轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、菹草(Potamogeton crispus)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum)4种沉水植物作为供试材料,设置含不同质量浓度TN和TP的再生水,测定有这4种沉水植物的再生水体中TN和TP质量浓度的变化,构建TN和TP质量浓度与培养时间的回归方程,并在回归方程的基础上,研究4种沉水植物对再生水中的氮、磷的去除规律。【结果】在有4种沉水植物的再生水体中,TN和TP质量浓度均随着培养时间的延长呈负指数衰减变化,沉水植物的净化能力不仅与其种类有关,而且与TN和TP初始质量浓度相关。罗氏轮叶黑藻对TN的去除能力最强,金鱼藻最低;伊乐藻对TP的去除能力最强,金鱼藻最小。菹草对氮素的耐受范围较宽,金鱼藻最窄;伊乐藻对磷素的耐受范围最宽,金鱼藻较窄。【结论】当再生水体中TN初始质量浓度为5~15mg/L、TP初始质量浓度为0.5~1.5mg/L时,罗氏轮叶黑藻和伊乐藻对氮磷营养盐的去除速率较高,可作为维持和改善再生水景观水体水质的先锋植物。     

低温下几种沉水植物对生活污水深度处理效果的研究

在实验室人工模拟北京地区初春较寒冷的气象条件下(10℃),研究了6种沉水植物(黑藻、马来眼子菜、北京水毛茛、轮藻、狐尾藻和小茨藻)对低浓度生活污水的净化效果。结果表明:6种沉水植物能够明显提高水体溶氧量和pH值,对水中氮磷的去除效果良好;轮藻对水中磷的净化效果突出;6种沉水植物对水中化学需氧量COD的净化效果不明显。总体上看,狐尾藻、轮藻和小茨藻改良效果最好,可以用于北方地区低温条件下生活污水的深度处理。     

东海原甲藻和中肋骨条藻适宜生长条件及叶绿素荧光特性的对比

为探究东海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）和中肋骨条藻（Skeletonema costatum）两种赤潮高发藻适宜生长条件及叶绿素荧光参数的差异,选取温度（17、20、23、26 ℃）、光照[40、80、120、160 μmol photons /（m²·s）]、磷酸盐（0.1、1.0、5.0、10.0 μmol/L）、初始生物量（1×10⁴、3×10⁴、5×10⁴、7×10⁴ cells/mL）等4个因素4水平试验进行室内培养实验。结果表明,对两种微藻叶绿素a峰值质量浓度产生极其显著影响的是磷酸盐（P<0.01）,光照、温度、初始生物量未产生显著影响。磷酸盐添加表明,在0.1、1.0 μmol/L低磷环境中,东海原甲藻生物量及稳定性高于中肋骨条藻,高初始生物量消耗磷酸盐后东海原甲藻能够继续生存,中肋骨条藻则细胞丰度持续衰落;在5.0和10.0 μmol/L高磷环境中,中肋骨条藻较东海原甲藻增殖最快,生物量更高。东海原甲藻的荧光参数F_v/F_m、α较中肋骨条藻稳定,表明其光合活性稳定;更小的细胞体积和更大的比表面积使中肋骨条藻于培养初期快速达到峰值,表明其对磷酸盐利用能力强。10.0 μmol/L磷酸盐浓度组,4个荧光参数最大,光合活性最强,更容易发生赤潮。东海原甲藻的光合活性主要受光照的影响,中肋骨条藻的光合活性更大程度受磷酸盐、光照的影响。     

NaCl胁迫对茄子幼苗生理指标的影响

以茄子幼苗为材料,研究不同浓度(0、50、100、150和200 mmol·L^-1)NaCl胁迫对其幼苗叶片膜透性、MDA含量、抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性、叶绿素含量及叶绿素荧光参数的影响。结果表明：随着NaCl浓度的增加,茄子幼苗叶片质膜相对透性及MDA含量升高,抗氧化酶(CAT、SOD和POD)活性呈现先升后降的趋势;叶绿素含量下降;叶绿素荧光参数（F₀、NPQ)比对照升高,参数（F_v/F_m、qP、Ф_PSⅡ和ETR）均比对照下降。NaCl胁迫对茄子幼苗一些生理特性有一定影响,低浓度(50 mmol·L^-1)NaCl处理对茄子植株无明显影响;高浓度(150、200 mmol·L^-1)NaCl处理,植株逐渐表现出盐害症状,且随着处理时间的延长和处理浓度的增加盐害程度加重。     

斜生四链藻对水中四环素的胁迫响应及去除作用

四环素由于其低生物降解性和水溶性而在水环境中持续存在,对生态环境安全造成较高的潜在风险。为探讨水环境中残留的四环素与藻类的相互作用,以斜生四链藻为研究对象,考察了斜生四链藻对水中不同浓度四环素（0.5、1.0、1.5、2.5、4.0和6.0 mg·L^-1）的胁迫响应及去除作用。结果表明,各浓度四环素处理组均对斜生四链藻的生长产生抑制作用,最高抑制率达到了72.99%,四环素对斜生四链藻的半数效应质量浓度（96 h - EC₅₀）和抑制效应为80%质量浓度（96 h - EC₈₀）分别为2.46和6.9 mg·L^-1。在相同浓度四环素胁迫下,斜生四链藻的光合色素含量和F_v/F_m值呈现出和斜生四链藻细胞密度变化相同的趋势,与对照组相比,6.0 mg·L^-1浓度处理组中斜生四链藻的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量在96 h的抑制率分别是87.32%、66.91%和87.58%,F_v/F_m值降幅达到了77.4%。在低、中、高浓度四环素（0.5、1.5和6.0 mg·L^-1）胁迫下暴露96 h,斜生四链藻的丙二醛（MDA）含量整体呈现出先上升再下降的趋势;超氧化物歧化酶（SOD）活性和谷胱甘肽（GSH）含量均受到不同程度的诱导作用,6.0 mg·L^-1浓度处理组暴露96 h时,SOD活性为对照组的1.25倍,GSH含量为对照组的1.53倍。在斜生四链藻初始OD₆₉₀值为0.15,四环素浓度为4.0 mg·L^-1的条件下,48 h内斜生四链藻对四环素的去除率为90%,对照组的去除率为19%。研究结果为四环素对水体初级生产者的生态毒性提供了新资料,同时也为水体中残留四环素的生态修复提供了新的方向。     

三种沉水植物对Cu、Pb复合污染底泥的修复效果

利用生态缸模拟静态水体,进行底泥重金属污染的富集试验,从富集量、生物富集系数(BSAF)和去除率等指标探究苦草(Vallisneria natans)、黑藻(Hydrilla verticillata)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum)等三种常见沉水植物对Cu、Pb复合污染底泥的修复效果。结果表明:苦草、黑藻富集效果最佳的时间段为培养生长的84~105 d,金鱼藻则为63~84 d。黑藻对Cu的BSAF达到15.2,是苦草的2.9倍、金鱼藻的2.7倍,黑藻中Cu含量与底泥中重金属含量达到显著负相关(r=-0.995,P0.05),表现出对Cu较高的富集能力。从去除率与BSAF显示,三种植物对Cu的富集能力为黑藻金鱼藻苦草;对Pb的富集能力为苦草黑藻金鱼藻;其中黑藻对Cu-Pb复合污染的综合修复效果最好。三种植物的一个生长周期结束时,底泥中Cu、Pb含量与试验开始的污染底泥相比差异均达到显著水平(P0.05),Cu-Pb复合污染程度有明显下降,经修复后的Cu-Pb复合污染底泥可达到《土壤环境质量标准》(GB15618—1995)的Ⅱ级标准;而黑藻富集作用可以使污染底泥中Cu含量达到《土壤环境质量标准》的Ⅰ级标准。     

铁基生物炭海绵与沉水植物协同净化水体中的氮磷

为探讨铁基生物炭海绵与沉水植物协同净化系统对农田退水中氮磷的去除效果,以苦草、伊乐藻、金鱼藻3种沉水植物和铁基生物炭海绵为材料,通过动态循环水模拟渠道的方式,研究不同净化系统对农田退水中总磷、总氮、氨氮的去除效果。结果表明： 3种沉水植物均能在较高氮磷浓度农田退水中生长发育,株高及生物量有明显增长。在单一沉水植物净化系统中,金鱼藻对总磷的去除效率最高,达到29.85%,苦草对总氮的去除效率最高,为35.03%,金鱼藻对氨氮的去除效率最高,为83.09%。铁基生物炭与金鱼草协同净化系统对总磷和氨氮的去除效率最高,分别达到56.00%和91.86%,铁基生物炭与苦草协同净化系统对总氮的去除效率最高,为54.05%。研究表明,铁基生物炭海绵与沉水植物协同净化系统对氮磷的去除效果全面优于单一沉水植物净化系统。     

水生态基准大型水生植物受试生物筛选

为完善保护我国淡水生物的水质基准,从44种国内主要水生植物中筛选了浮萍、紫萍、槐叶苹、金鱼藻、穗状狐尾藻、黑藻、菹草和篦齿眼子菜8种代表性本土大型水生植物,进而参照美国水质基准数据筛选原则,从ECOTOX等数据库中搜集相关毒性数据,通过数据分析筛选出对大型水生植物毒性最大的3种重金属污染物和12种除草剂污染物。这15种污染物的物种敏感度分布分析显示,7种大型水生植物对污染物表现出高敏感性(累积概率15%),其中:浮萍对铊和利谷隆的累积概率分别为4.3%和6.4%,紫萍对百草枯和甲磺隆的累积概率分别为7.8%和11.5%,槐叶苹对2,4-滴二甲胺盐和异丙甲草胺的累积概率分别为8.5%和14.8%,篦齿眼子菜对2,4-滴、利谷隆和异丙甲草胺的累积概率分别为1.2%、2.1%和1.9%,菹草对2,4-滴和甲磺隆的累积概率分别为10.8%和7.7%,黑藻对苄嘧磺隆和氟啶酮的累积概率分别为12.5%和7.4%,金鱼藻对利谷隆、氯化铜和异丙甲草胺的累积概率分别为8.5%、7.4%和11.1%。这7种大型水生植物可作为相关污染物水质基准研究的受试生物。     

底泥中三氯生残留对轮叶黑藻的生态毒性效应

为探讨三氯生(triclosan,TCS)低浓度长期暴露对水生生态系统的毒性效应,本文以典型沉水植物——轮叶黑藻为研究对象,利用HPLC-MS、UV-VIS等分析技术,研究了0.05～0.5 mg·kg~(-1)TCS底泥暴露28 d后轮叶黑藻体内TCS的残留浓度及叶绿素、可溶性蛋白、抗氧化酶活性的变化。结果表明,在处理组中轮叶黑藻叶片中TCS的含量在暴露初期(14 d)呈下降趋势,随着暴露时间延长,叶片中TCS含量逐渐升高,暴露28 d时,0.5 mg·kg~(-1)TCS处理组中轮叶黑藻叶片中TCS浓度高达2.16 mg·kg~(-1)。TCS暴露周期内,轮叶黑藻叶片中叶绿素含量呈持续下降趋势,可溶性蛋白含量呈先促进后抑制的趋势,而其茎部可溶性蛋白含量则始终呈抑制状态。此外,TCS胁迫可显著影响轮叶黑藻叶片和茎部的过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性,对轮叶黑藻的抗氧化系统造成不可逆的损伤。研究结果为评估水体环境中TCS的生态风险提供了基础数据和理论依据。     

29种水生植物对农村生活污水净化能力研究

为筛选出对农村散户生活污水出水净化效果好的水生植物,以29种常见水生植物为材料,对模拟农村生活污水出水进行净化能力比较,并将不同植物对污染物的去除能力进行聚类分析。结果表明,有植物处理对污染物的去除率明显高于无植物对照,水力停留时间（HRT）对净化效果具有显著影响,水生植物在早期对污染物净化速率快。有植物处理对TN（总氮）的净化率比无植物对照组提高6.21%~26.66%,对NH₃-N（氨氮）、TP（总磷）、COD_Cr（化学需氧量）、SS（悬浮固体）的净化率分别提高7.03%~23.92%、17.40%~28.13%、7.47%~18.62%、8.90%~13.00%。其中凤眼莲在试验前期对TN、NH₃-N、TP净化具有一定优势,但试验后期对污染物净化能力与其他植物基本无差异,芦苇和香蒲在试验后期对TP净化效果较好。根据筛选指标的平均隶属函数值对29种植物进行聚类分析,可将植物分为高、中、低净化能力植物三大类：高净化能力植物为芦苇、凤眼莲、香蒲、花叶芦竹、美人蕉;中等净化能力植物为旱伞草、马蹄莲、大薸、睡莲、槐叶萍、伊乐藻、满江红、水葱、苦草、菖蒲、金鱼藻、千屈菜、荷花、萍蓬草、梭鱼草、茭草、狐尾藻、再力花、菹草、轮叶黑藻、德国鸢尾、芡实、黄菖蒲;低净化能力植物为菱。研究表明,挺水植物芦苇、香蒲、花叶芦竹、美人蕉,浮叶植物睡莲,漂浮植物凤眼莲,沉水植物伊乐藻、苦草对农村生活污水出水具有较高的净化能力,适合用于农村散户生活污水的植物修复治理中。凤眼莲属于外来入侵物种,在工程应用中需要采取一定控养措施,防止其对原有生态系统造成危害。     

同步硝化反硝化菌（Alcaligenes faecalis WT14）养殖污水脱氮效果研究

为探究溶氧(Dissolved orygen,DO)控制对异养硝化-好氧反硝化(Heterotrophic nitrification-aerobic denitrification,HN-AD)菌脱氮效力的影响,本文从绿狐尾藻人工湿地底泥基质中分离出高效HN-AD菌Alcaligenes faecalis WT14,通过室内和反应器装置试验,较系统地研究了WT14的HN-AD性能和不同DO条件对其NH_4~+-N、NO_3~--N去除能力的影响,并建立两级DO控制固定床反应器,通过DO控制分析了菌株WT14对养殖废水的处理效果。氮平衡试验表明,菌株WT14具有高效的同步硝化-反硝化能力,92.10%的NH_4~+-N以气态形式被去除,4.16%的NH_4~+-N被菌株WT14同化为胞内氮,同时NH_4~+-N的存在会促进NO_3~--N的还原。DO控制试验表明,菌株WT14的NH_4~+-N和NO_3~--N去除能力与DO浓度显著相关,低DO条件会抑制其NH_4~+-N去除能力,但是会促进NO_3~--N去除能力,且符合Boltzmann模型,其脱氨脱硝活性的半数DO抑制浓度分别为2.53 mg·L~(-1)和5.40 mg·L~(-1),最大NH_4~-N去除率和NO_3~--N去除率分别为94.0%和98.4%。在两级好氧(DO 4.00±0.30 mg·L~(-1))条件下,WT14对养殖废水的NH_4~+-N、TN和COD的去除率分别为99.3%、90.5%和97.5%,存在NO_3~--N和NO_2~--N的积累,而在连续好氧(DO 4.00±0.30 mg·L~(-1))-微氧(DO 0.50±0.10mg·L~(-1))条件下,WT14对养殖废水的NH_4~+-N、TN和COD的去除率分别为99.3%、97.6%和98.2%,且无NO_3~--N和NO_2~--N的积累。研究表明,两级DO控制中连续好氧-微氧显著促进了同步异养硝化-好氧反硝化菌WT14对NO_3~--N和NO_2~--N的还原,且不影响NH_4~+-N和COD的去除,提高了TN去除率。     

3种沉水植物对水体重金属镉去除效果的实验研究

运用植物修复(phytoremediation)技术,选取金鱼藻(Ceratophyllum demersum L.)、伊乐藻(Elodea nuttallii)、苦草(Vallisnerianatans)3种沉水植物,比较研究不同pH与镉浓度对它们生长及去除镉效果的影响。结果表明,3种沉水植物均能耐受一定浓度范围的镉污染,并能不同程度地去除水体中的镉;在实验对照组中,金鱼藻与伊乐藻在pH为8.5、镉浓度为15μg/L的溶液中,去除镉的能力最强,苦草在pH为7.5、镉浓度为10μg/L的溶液中,去除镉的能力最强。在沉水植物活体中,伊乐藻对水体镉的抗性和去除率最大(达92%),金鱼藻次之(达90%),苦草最小(为66%);沉水植物粉对水体镉的去除效果较沉水植物活体显著,去除率表现为伊乐藻粉最大(达95%),金鱼藻粉次之(达93%),苦草最小(为88%),但苦草粉对镉的去除率随溶液镉浓度、pH等条件的变化波动较小,较稳定,为81%～88%。3种沉水植物适应范围广,高效无污染,可用于镉污染废水的植物修复。     

三种沉水植物对富营养化池塘水质的改良效果

通过静态试验研究了三种沉水植物(轮叶黑藻、伊乐藻和金鱼藻)对富营养化池塘养殖水的改良效果。试验结果表明:1)三种沉水植物能够显著提高水体溶氧量和pH值,对水中各种形态氮(尤其硝氮)的净化效果良好;2)轮叶黑藻对水中磷的净化效果较为明显;3)三种沉水植物对水中耗氧有机物的净化效果不明显。总体上看,轮叶黑藻对富营养化池塘养殖水的改良效果最好。     

沼液施用条件下水稻秧苗生长限制因子分析

为提升稻田沼液施用条件下水稻秧苗生长的安全性,设置5个不同浓度沼液处理,对秧苗生长指标和土壤理化性状进行分析研究。结果表明,过量沼液施用增加了土壤溶液中NH₄⁺-N浓度和EC值,导致秧苗生长受到抑制,鲜质量和株高降低,根系黄化率升高。土壤溶液NH₄⁺-N浓度和EC值与秧苗鲜质量极显著负相关（P<0.01）。土壤溶液中NH₄⁺-N浓度在沼液低量施用后较为稳定,超量施用后较为敏感,可作为指示指标。土壤中NH₄⁺-N浓度是限制秧苗生长的关键因子,秧苗对土壤溶液中NH₄⁺-N耐受的最大安全阈值为90.8 mg·L^-1,对沼液-水混合液中NH₄⁺-N的最大安全消纳阈值为314.0 mg·L^-1。