生物炭与刺苦草联合修复湖泊水体铜污染研究

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生物炭和沉水植物对重金属Cu有良好的吸附效果和富集效果,但关于生物炭与沉水植物共同修复水环境Cu污染的影响仍不是很清楚。研究生物炭对沉水植物生长的影响和对水环境面临Cu污染的修复作用,对水生态治理寻求高效廉价的方法具有重要意义。本研究以稻壳生物炭和刺苦草(Vallisneria spinulosa)为主要研究对象,开展了以下三个内容:1、刺苦草对铜胁迫的耐受性及其恢复能力研究。通过设置四个Cu离子(Cu2+)添加梯度(CK:0mg/L,T1:0.5mg/L,T2:1mg/L,T3:2mg/L),研究Cu胁迫及解除后刺苦草生长状况变化及其对Cu的富集效果。结果表明,不同浓度Cu处理对刺苦草生长产生了严重的胁迫作用,各处理组水体Cu含量均显著下降,刺苦草对水体Cu的去除率较大,但刺苦草Cu化学计量内稳性较差,其Cu化学计量内稳性指数(1/H)约为1.11;在恢复阶段,不同处理组间刺苦草地上、地下部分长度和地上部分Cu含量有显著差异。表明刺苦草是一个较好的Cu的超富集植物,铜胁迫解除后具有一定的恢复能力。2、生物炭对刺苦草修复铜污染底泥的影响研究。通过设置四个稻壳生物炭含量梯度(CK:0g/L,T1:3g/L,T2:6g/L,T3:12g/L),研究底泥受0.664mg/g的铜污染下,生物炭对刺苦草生长和底泥中铜含量的影响。结果表明,刺苦草地上部分Cu含量T1、T2和T3相比CK减少了46.03%、61.90%和52.38%,地上部分长度、鲜重和叶片叶绿素含量与生物炭添加量呈正相关,但底泥剩余Cu含量实验组之间无显著差异,CK的水体最终Cu含量仅占Cu总量的0.04%,释放到水体的Cu含量对刺苦草无胁迫性,因此,采用刺苦草—生物炭联合模式对底泥的Cu释放无明显促进作用,但添加生物炭可以减少刺苦草的Cu富集量,促进刺苦草生长。3、生物炭对刺苦草修复铜污染水体的影响研究。通过设置四个稻壳生物炭含量梯度(CK:0g/L,T1:3g/L,T2:6g/L,T3:12g/L),研究在水体1mg/L的Cu胁迫下,生物炭对刺苦草和水环境的影响。结果表明,T1、T2和T3的水体Cu含量相比CK分别降低了-4.48%、12.58%和31.85%,刺苦草叶绿素含量提高了9.45%、29.94%和53.83%,对照组刺苦草富集的Cu含量是T3组的3.1倍;T1、T2和T3水体硝态氮相比CK下降了18.18%、27.27%和36.36%,铵态氮下降了66.78%、72.04%和72.04%,但磷含量相对于CK组分别增大了873.01%、1547.62%和3136.51%。表明施加稻壳生物炭可以降低刺苦草对Cu的富集量从而缓解Cu对刺苦草的胁迫,生物炭与刺苦草共存对水体Cu的吸附效果优于单独使用刺苦草,但是要注意生物炭中磷的释放对水体产生的其他潜在风险。
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