浮萍微生态修复系统中磷迁移规律及修复条件的基础研究

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水体富营养化是一个全球性的环境问题。浮萍在水体富营养化修复中有广阔的应用前景。本文首次研究了浮萍微生态修复系统沉积物间隙水中可溶性磷的迁移、转化规律以及微生态修复系统中磷的再分配规律,并从微生态修复系统上覆水中碱性磷酸酶活性、沉积物中磷细菌数目的变化方面对磷在修复系统中的迁移和分配规律进行了补充研究。浮萍适合修复的水体环境条件也从植物生长的角度进行了细致的研究。 以青萍为实验材料,利用同位素示踪技术研究了浮萍修复系统沉积物间隙水中可溶性磷的迁移、转化规律。结果表明,沉积物间隙水中可溶性磷90%左右迁移到沉积物中以不溶态或闭蓄态存在;在一般的天然富营养化水体中,浮萍微生态修复系统上覆水磷浓度增高、pH为5-7时抑制间隙水可溶性磷向沉积物的迁移。上覆水磷浓度为5mg/L时比磷浓度为0.01mg/L时间隙水可溶性磷迁移到沉积物中的量降低了2.12%。pH为5时间隙水可溶性磷迁移到沉积物中的量比pH为4时降低了3.63%;浮萍修复系统上覆水中氨氮、沉积物中微生物以及低温促进间隙水中可溶性磷向沉积物中的迁移。上覆水氨氮浓度为5mg/L、沉积物干热灭菌后、10-12℃的低温同对照相比间隙水可溶性磷迁移到沉积物中的量分别增高了2.11%、2.93%和4.01%。 研究了浮萍微生态修复系统中磷的再分配规律。结果显示,几种水生植物中黑藻吸收的磷量最高,其吸收的磷主要来源于沉积物,使沉积物中磷含量同对照相比降低了0.0272mg/g。浮萍吸收的磷量次于黑藻,但主要直接来自上覆水;一般的天然富营养化水体中,上覆水磷浓度增高有利于浮萍对磷的吸收。浮萍修复系统上覆水磷浓度为2mg/L开始,上覆水中的磷向沉积物中迁移的量大于沉积物向上覆水释放的磷量,此时沉积物中的磷含量较培养前增加了1.3μg/g;上覆水pH为5-7、沉积物中微生物有利于浮萍对修复系统中磷素的吸收,从而引起沉积物中的磷含量、上覆水中的磷浓度的轻微降低。pH为6的微生态修复系统青萍吸收的磷量较pH为4时增加了0.2237mg。干热灭菌的情况同对照相比沉积物中的磷含量提高了0.5μg/g;氨氮和低温抑制浮萍对磷的吸收。氨氮浓度为5mg/L时,青萍吸收的磷量同对照相比降低了0.1244mg。10-12℃的低温下青萍吸收的磷量同对照相比降低了0.2475mg。氨氮和低温不利于磷素从微生态修复系统中去除。 对浮萍微生态修复系统上覆水中碱性磷酸酶活性和沉积物中磷细菌数目的研究表明:浮萍有类似于藻类的调节功能,可以使上覆水中碱性磷酸酶活性提高,促进难溶性磷直接向其体内迁移。上覆水中可溶性磷浓度低时其碱性磷酸酶活性、沉积物中磷细菌的数目均提高,促进磷素向青萍体内迁移。 从环境条件对浮萍宏观生长、保护酶活性、细胞超微结构等生长指标的影响分析浮萍适合修复的水体条件,并把青萍和紫萍对环境的适应能力进行了对比分析。结果显示,浮萍可以应用在磷浓度为0.01-50mg/L、pH为5-9水体环境的修复中。最适合应用于磷浓度为0.2-5mg/L、pH为5-7的水体中,此时浮萍的生物量增长快、保护酶活性低、细胞合成能力强;浮萍不适合应用于氨氮浓度高、低温、有重金属污染的富营养化水体的修复中。氨氮为5mg/L就可使浮萍的生长受到抑制。高浓度氨氮可以使浮萍的膜脂发生严重的过氧化伤害、光合能力下降、细胞脱水发生质壁分离。10-12℃的气温下浮萍基本上丧失了繁殖自身的能力,其细胞已经发生了明显的形变,细胞膜脂造成了严重的过氧化伤害、叶绿体色素和可溶性蛋白的含量下降。浮萍对重金属反应敏感,镉浓度为0.5mg/L、铜浓度为10mg/L可以使青萍细胞内抗氧化系统发生紊乱;紫萍对水体环境条件的适应能力强于青萍,但青萍一旦适应环境,其生长速度远远高于紫萍。在相对温和的外界条件下,适合应用青萍对富营养化水体进行修复,而在条件稍微苛刻的环境中用紫萍修复效果会稍好一些。
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