漂浮植物鳳眼蓮對(duì)富營養(yǎng)化水體氮?dú)w趨途徑的影響及機(jī)制研究.pdf

1、水體富營養(yǎng)化已成為世界各國的重大環(huán)境問題。近年來，利用水生植物治理富營養(yǎng)化水體的生態(tài)工程方法已得到廣泛應(yīng)用，并取得了顯著的凈化效果。漂浮植物特別是大型漂浮植物，因其具有旺盛的生命力、高效的水體氮、磷吸收積累能力，常被用于富營養(yǎng)化水體的生物治理試驗(yàn)與實(shí)踐中。目前對(duì)漂浮植物凈化水體中氮的去除途徑和機(jī)理的理解并不全面，以往相關(guān)研究主要側(cè)重于植物吸收富集對(duì)凈化水體氮的貢獻(xiàn)，而課題組系列的實(shí)驗(yàn)研究表明鳳眼蓮能夠促進(jìn)水體反硝化脫氮過程。針對(duì)這些現(xiàn)狀

2、，本文研究不同生長階段鳳眼蓮（Eichhonia crassipes）凈化不同程度富營養(yǎng)化水體過程中氮的歸趨途徑，主要包括植物吸收及促進(jìn)反硝化產(chǎn)生N2、N2O對(duì)水體氮去除規(guī)律影響;以及不同苗齡階段鳳眼蓮根系分泌氧氣及有機(jī)碳規(guī)律，在此基礎(chǔ)上分析鳳眼蓮根系調(diào)節(jié)富營養(yǎng)化水體不同濃度、形態(tài)無機(jī)氮NH4+、NO3-轉(zhuǎn)化的機(jī)制。通過研究以期為鳳眼蓮修復(fù)富營養(yǎng)化水體的應(yīng)用和推廣提供參考依據(jù)，具體研究內(nèi)容和結(jié)果包括:
　　1)不同生長階段鳳眼蓮（

3、六月份、八月份、十月份）凈化不同濃度富營養(yǎng)化水體效果研究表明，鳳眼蓮能夠高效凈化水體氮。三個(gè)苗齡階段鳳眼蓮吸收氮量均隨著富營養(yǎng)化水體初始氮濃度升高呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，但鳳眼蓮吸收氮量占上覆水體氮損失量呈下降趨勢(shì)。如十月份實(shí)驗(yàn)（十月生長階段），不同濃度(2mg L-1、5mg L-1、10mgL-1)硝態(tài)氮富營養(yǎng)化水體中，鳳眼蓮吸收氮量分別為:725.1±41.41mg、938.3±58.25mg、1391.9±201.26 mg;鳳眼蓮吸收

4、氮量占上覆水體氮損失量分別為:86.5±2.61％、52.7±2.05％、44.22±1.70％，其它兩個(gè)苗齡階段也具有類似規(guī)律。隨著鳳眼蓮苗齡的增大，鳳眼蓮吸收氮量占水體可溶性總氮損失量百分比呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，如2 mg L-1硝態(tài)氮富營養(yǎng)化水體中，不同苗齡階段鳳眼蓮吸收氮量占水體氮損失量分別為:87.14±6.74％、145.59±6.28％、86.50±2.61％，在高氮濃度(5mg L-1、10mg L-1)富營養(yǎng)化水體中

5、呈現(xiàn)類似規(guī)律。鳳眼蓮吸收作用僅去除水體44.42±1.70％～87.14±6.74％氮，一部分氮以硝化、反硝化過程去除。
　　2)不同生長階段鳳眼蓮對(duì)富營養(yǎng)化水體發(fā)生反硝化N2O、N2規(guī)律影響及對(duì)消減水體氮貢獻(xiàn)研究結(jié)果表明，種養(yǎng)鳳眼蓮顯著提高了水體反硝化釋放N2、N2O量。未種養(yǎng)鳳眼蓮富營養(yǎng)化對(duì)照水體N2O、N2累積釋放量分別為:11.89±2.65 mg～12.80±1.55mg、234.0±16.45 mg～1004.4±69

6、.29 mg;種養(yǎng)不同苗齡階段鳳眼蓮富營養(yǎng)化水體N2O、N2累積釋放量分別為:18.32±0.91 mg～31.40±3.98 mg、717.4±22.12 mg～3221.6±311.84 mg。種養(yǎng)鳳眼蓮富營養(yǎng)化水體N2O、N2累積釋放量顯著(P＜0.01)高于未種植鳳眼蓮對(duì)照水體，種養(yǎng)鳳眼蓮顯著地提高了水體反硝化脫氮作用。種養(yǎng)與未種養(yǎng)鳳眼蓮富營養(yǎng)化水體N2、N2O釋放量隨著水體初始氮濃度升高呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，如六月份實(shí)驗(yàn)（6月份苗齡階

7、段），種養(yǎng)鳳眼蓮不同濃度富營養(yǎng)化水體(2 mg L-1、5 mgL-1、10 mg L-1)N2O-N釋放量為:18.14±1.1 mg、22.75±1.00mg、24.98±2.17 mg; N2釋放量為:1257.61±102.72 mg、2162.74±286.67mg、2856.22±209.52mg，10月份實(shí)驗(yàn)（10月苗齡）具有類似規(guī)律。隨著鳳眼蓮苗齡的增大（6月苗齡、10月苗齡），水體反硝化N2O、N2釋放量占水體可溶性總

8、氮損失量呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，如5 mg L-1硝態(tài)氮處理中，不同苗齡階段鳳眼蓮反硝化作用N2O釋放量占上覆水體可溶性總氮損失量分別為:1.13±0.38％、1.30±0.14％; N2釋放量占上覆水體可溶性總氮損失量分別為:108.25±5.33％、119.15±3.53％，2 mg L-1、10 mg L-1呈現(xiàn)類似規(guī)律。種養(yǎng)鳳眼蓮富營養(yǎng)化水體氮以N2-N形式釋放量占上覆水體可溶性總氮損失量85.65±2.81％～119.15±3.53％

9、，說明底泥中同時(shí)發(fā)生了反硝化脫氮過程。
　　3)鳳眼蓮根系分泌氧氣及有機(jī)碳規(guī)律及其對(duì)水體無機(jī)氮轉(zhuǎn)化影響研究結(jié)果表明，鳳眼蓮具有較強(qiáng)泌氧及分泌有機(jī)碳能力，不同苗齡階段鳳眼蓮根系分泌氧氣、分泌有機(jī)碳速率隨苗齡增加顯著升高，而單位根系分泌氧氣和有機(jī)碳能力隨苗齡增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。不同苗齡階段鳳眼蓮分泌氧氣速率可達(dá)56.19 umol O2 h-1、93.15 umol O2 h-1、106.32 umol O2 h-1，;不同苗齡階段鳳眼

10、蓮分泌有機(jī)碳速率可達(dá)0.25 mg L-1 h-1、0.60 mgL-1 h-1、0.92 mg L-1 h-1。鳳眼蓮根系泌氧過程雖然能夠增加水體溶解氧，但隨著苗齡階段增加，鳳眼蓮莖葉覆蓋水面抑制大氣復(fù)氧過程，同時(shí)根際微生物活動(dòng)強(qiáng)烈消耗溶解氧，因此表現(xiàn)出隨苗齡增加水體溶解氧濃度呈下降趨勢(shì)。水體氮去除率隨著鳳眼蓮苗齡增加而增加，除了鳳眼蓮吸收作用，其泌氧和分泌有機(jī)碳總量增加，同樣促進(jìn)硝化、硝化-反硝化過程能力加強(qiáng)，從而高效地凈化水體中外