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目前,水体富营养化已成为世界范围内一个突出的环境问题。近10年来,我国江河、湖库富营养化非常严重,且呈恶化趋势。在治理水体富营养化的众多措施中,水生植物恢复具有低耗、高效和环境安全等特点,正日益受到广泛关注。长期以来,人们对沉水植物和挺水植物净化效果的研究主要集中在对水质的改善效果上,很少关注其对沉积物的作用。而沉积物作为富营养化水域的内源污染源,会向上覆水中释放大量的N、P等营养盐,沉积物的污染状况与上覆水水质的好坏密切相关。因此,在研究水生植物对水质净化作用的同时,也需要对其改善底质的能力加以研究。基于以上认识,本论文对室内模拟光胁迫和重度污染负荷冲击条件下,几种沉水植物的适应能力及其对水质的净化能力进行了研究;同时还研究了在较长时间内沉水植物对沉积物的改善能力和挺水植物根系的输氧能力;此外,在进行上述研究过程中,还对常规测定硝氮和亚硝氮的方法进行了改进,使其适于少量样品量的测定。具体研究内容和研究结果如下:
1.对铜镉还原法和锌镉还原法还原机理进行了研究,并且对传统铜镉柱测定硝酸盐的方法进行了改进,在保证高还原率的基础上,改变了一些传统铜镉柱法的工艺流程及操作步骤,诸如将还原介质铜镉柱改为铜-镉粒,将传统的用分光光度计测定改为利用酶标仪测定,并且对改进后方法中可能对还原率产生影响的因素进行研究。结果表明:用改进后的方法测定硝氮具有很高的还原率,并且具有快速、准确、大批量测定的特点。将改进后铜-镉粒还原法与目前常用的酚二磺酸光度法进行验证比较,表明此方法有很好的准确度和精密度,回收率在97.87~102.15%之间。
2.对5种沉水植物在光胁迫和营养胁迫的作用下净化水质的能力进行了研究,实验结果表明:在光照充足的条件下,各沉水植物对重度污染负荷的冲击均有一定耐受能力,经过较短的适应期后对N、P、COD都有较好的处理效果;在遮光条件下,仅有金鱼藻承受住了污染负荷的冲击,并对水质具有一定的净化作用,而伊乐藻、微齿眼子菜、轮藻和光叶眼子菜的生理活动均受到不同程度的影响,部分植株甚至出现了死亡现象,进一步恶化了水质。
3.对7种沉水植物改善底质的能力进行了研究,结果表明:底质对沉水植物的生长具有影响,污染严重且有机质含量高的沉积物对植物生长有胁迫作用,沉水植物通过自身调节仍不能适应底质环境时便会死亡,导致生物量骤降至极低水平;沉水植物根系输氧能力有限,且有机质的分解能加重沉积物中的厌氧环境,使得种植沉水植物后沉积物间隙水中各离子浓度在垂向分布上无显著变化;污染严重有机质含量高的沉积物环境中极度厌氧,间隙水中NH4+-N、PO43-及Fe2+含量极高,高于上覆水中相应离子浓度一个数量级以上;而间隙水中NO2--N和SO42-含量低至检出限。
4.对种植挺水植物后沉积物中微生物反硝化的能力进行了研究,结果表明:有种植挺水植物的沉积物对硝氮降解速率较快,同时未有大量亚硝氮及氨氮产生,而未种植挺水植物的沉积物对硝氮降解速率较慢。说明挺水植物有发达的根系,对沉积物具有一定输氧作用,种植挺水植物后,为微生物提供了较好生境且提高了其活性,能提高沉积物中微生物的反硝化能力。种植的5种挺水植物中,旱伞草和茭草改善能力更为明显。