秸秆分解产物光致过氧化氢对铜绿微囊藻抑制效能研究

摘要

水体富营养化带来的日益严重的藻类问题，特别是近几十年水华的频繁发生，给人类的生产、生活带来了严重的危害，同时也造成了严重的生态灾难。这些问题会因为人类活动和自然过程导致的营养物浓度上升变得越来越突出。与此同时，全球范围内对水质的改善需求越来越强烈。因此，探求绿色高效的藻类污染控制方法迫在眉睫。
　　目前，国内外提出治理藻类爆发的方法多种多样，但均面临一定的局限性和二次污染问题。近年来发展起来的利用秸秆控藻方法具有绿色环保、成本低廉的优势，深入研究秸秆抑藻机制对于我国水环境藻类控制方面极具现实意义。但是人们对秸秆抑藻涉及的光化学机理还缺乏认识，导致秸秆抑藻技术缺乏明确的理论支持，限制其在实际工程中的应用。
　　本课题选取我国常见的稻秆、大麦秆和小麦秆为材料，采用波谱分析、活性氧表观量子产率测定、藻类叶绿素a分析、活性氧淬灭等检测技术和手段，从秸秆分解过程和分解产物、秸秆分解产物光致活性氧生成、活性氧中过氧化氢抑藻作用等方面开展秸秆分解产物特性及光化学抑藻效能研究。
　　通过对秸秆分解产物结构及吸光特性考察发现，秸秆分解产物中均含有醌类和酚类官能团，与标准河水腐殖酸SRHA、富里酸SRFA结构相似，这类溶解性有机质是天然水体中重要的光敏剂，能够吸收光子能量发生光敏反应，抑制藻类生长。此外，提高水体中溶解氧含量，能够增加秸秆分解产物含氧官能团种类，有助于秸秆分解产物光化学反应中活性氧ROS的生成。好氧分解的大麦秆表现出特殊的光谱特性（高酚羟基浓度，低E2/E3值），大麦秆中含有的类蛋白结构表明在分解过程中真菌或细菌的作用可能是导致其特殊性的主要原因，不仅改变了分解产物结构，而且产生其他的有机物质。稻秆和小麦秆分解产物中仅出现了类富里酸结构。
　　在光照辐射下，秸秆分解产物均能够发生光化学反应生成ROS（1O2、H2O2、·OH），好氧分解秸秆的ROS生成能力高于自然分解。具有特殊光谱特性的大麦秆分解产物表现出显著的H2O2和·OH生成能力。好氧分解大麦秆ΦH2O2（14.73?10-5）约为SRHA的3倍，自然分解大麦秆ΦH2O2略高于SRHA；稻秆分解产物ΦH2O2略低于SRHA和SRFA，但高于小麦秆，秸秆分解产物生成·OH的表观量子产率与H2O2呈相似规律。SRFA生成1O2的能力高于秸秆分解产物，好氧分解小麦秆Φ1O2（2.75?10-3）略低于SRFA，高于SRHA，约为好氧分解大麦秆的1.5倍。
　　秸秆光化学抑藻实验表明，秸秆分解产物的光敏作用对铜绿微囊藻的生长具有显著的抑制效果，在秸秆分解产物光敏化产生的三种活性氧ROS中，H2O2对铜绿微囊藻的抑藻效果约占总抑制效能的70％-80%。因此，具有高H2O2生成能力的好氧分解大麦秆对铜绿微囊藻的生长能够发挥快速、明显的抑制效果。

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1 绪 论

1.1 水体富营养化与藻类水华

1.2 藻类水华暴发水体修复的主要技术手段

1.3 新兴绿色环保控藻技术

1.4基于植物化感作用的秸秆控藻技术研究现状

1.5 国内外作物秸秆处置及利用现状

1.6 课题研究内容及意义

1.7 课题特色与创新之处

2 秸秆分解有机物差异性研究

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 结果与分析

2.4 本章小结

3 秸秆分解有机物光化学特性研究

3.1 实验试剂与仪器

3.2 实验方法

3.3 结果与分析

3.4 本章小结

4 秸秆光敏生成过氧化氢在抑制铜绿微囊藻生长中的地位

4.1 实验试剂与仪器

4.2 实验方法

4.3 实验结果与分析

4.4本章小结

5 结论与展望

5.1 研究结论

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间所发表的文章：

B. 作者在攻读硕士学位期间授权的专利：