黄花水龙净化水体的研究及其在滨江带植物自净系统构建中的应用

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如何治理水体富营养化是目前全球共同关注的课题。本文在国家“863课题镇江滨江带的生态修复中,筛选了黄花水龙(Jussiaea stipulacea Ohwi)这一工具物种。试验研究了黄花水龙对富营养化水体净化效果,并将该物种应用于滨江带植物自净系统构建中,本文得出的主要试验结果有: 在室内预实验的基础上,通过黄花水龙对模拟养殖污水的净化,初步验证了该土著物种能有效降低水体N、P含量,浮水生的特性决定黄花水龙可以应用于人工浮岛作为载体物质。传统的人工浮岛均有基质,带来二次污染或成本昂贵的问题,本文通过构建有基质和无基质两种人工浮岛,每种浮岛均栽培了黄花水龙,比较了两种浮岛对水质净化作用。通过测定各项水质指标,得出结论无基质水龙浮巢净化水质的能力明显高于有基质浮岛。在植物生物量上,有基质浮岛高于无基质浮巢,即有基质浮岛更有利于水生植物的生长。 为进一步研究黄花水龙的净化富营养化水体的功效,以黄颡鱼夏花培育水体为试验用养殖污水,黄花水龙作为净化水质的植物浮巢材料,设置了三种水龙初始生物量的鱼草共生系统,并与传统的商业性养殖模式作同步比较,分析了黄花水龙对养鱼污水主要水质因子、鱼苗生长和存活率的影响。经过6周饲养,试验组的鱼草共生系统水体水质优良,鱼类生长良好,试验终末水体中溶解氧浓度(DO)≥6.0mg/L,总氨氮(NH4+-N)≤1.22mg/L,化学需氧量(COD)≤96mg/L,悬浮固体浓度(SS)≤26mg/L,成活率≥70%;对照组的有鱼无草系统中水质逐渐恶化,鱼类生长受到抑制甚至生存也不能保障,试验终末DO=3.0mg/L,NH4+-N=3.8mg/L,COD=134mg/L,SS=80mg/L,夏花成活率仅为16%。研究结果表明:黄花水龙可有效净化水质,确保了夏花生产良性运行,还节约了水资源并达到无污染排放。 富营养化水体往往会引发“水华”爆发,即大量藻类的生长。试验研究发现,通过在接种蓝藻的富营养化水体中引种栽培了5个不同初始生物量的黄花水龙,经过草藻共培处理,得出结论:在微囊藻初始密度为200万个/mL及16天的模拟工程实施期内,黄花水龙对水体叶绿素a及蓝藻消除率存在着正相关的量效关系,且水龙克藻作用的引种量效为1.0~4.0kg/m3;其达到最佳克藻效果的时间与生物量成反比关系。水质监测结果显示,随着水龙初始生物量的增加,TP、TN、COD及SS等水质指标呈极显著下降。黄花水龙能够通过与蓝藻竞争光照及N、P等营养元素而达到克藻效果。通过在太湖入湖河道野外试验,试验区河道的蓝藻密度远远小于对照区的蓝藻密度,说明黄花水龙人工浮巢的加入能得到良好的抑藻的效果。 “863项目要求筛选硬质护坡的坡岸植物对镇江北固山内江水体进行水质净化研究,因此,试验构建了纯植被混凝土、无植被混凝土、螺植被混凝土三种生态型混凝土。测定了北固山内江污染水体在以上三种处理组下不同时期的水质指标,试验结果为:三种生态型混凝土的各项水质均优于空白组,但处理组之间存在着差异,其中,螺植被混凝土对水体中的总磷及COD的降低效果最好,而纯植被混凝土的除氮效果最好。试验不仅有效证明了当组合了植被和动物群落后生态混凝土将显著提高净化效果。 试验证实了黄花水龙可运用于野外工程,因此,本文还开发了黄花水龙育苗的细胞工程扩繁技术,大量获得水龙无菌苗,优化愈伤组织的培养基成分,验证了提前种植水龙可以抑制当地水花生的生长。由于生物入侵种水花生与黄花水龙具有相似的生态位以及净化水质的功能,本文通过对两种物种的光合速率对有效辐射的响应以及光合速率对CO2浓度的响应的研究,发现在CO2浓度相同,达到光饱和点的情况下,水龙的净光合速率具有优势。
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