人工湿地对含Cr生活污水的净化效果及机理研究

摘要

本研究采用桶栽沙培法，研究不同浓度Cr6+(O、10、20、40mg/L)对风车草湿地和薏米湿地净化生活污水、风车草和薏米的生理生化指标及人工湿地积累氮、磷、铬的影响，旨在揭示人工湿地对含Cr6+生活污水的净化机理，同时也为人工湿地在处理重金属废水方面的研究与应用提供理论依据。在此，将本研究主要结果总结如下：
　　 1、人工湿地对含铬生活污水的净化效果随铬浓度及铬处理时间的不同而发生不同的变化。在苗期，两种湿地对COD的去除率随铬浓度增大而逐渐升高，其中薏米湿地在铬胁迫下均显著高于对照。在分蘖期和花期，较高浓度铬(20及40mg/L)抑制了COD的去除，其中薏米湿地对COD的去除受到显著抑制。风车草湿地对TN去除率在不同浓度铬间的差异不显著（除了苗期40mgL外），而薏米湿地对TN去除在较高浓度铬（20及40mg/L）下受显著抑制。铬胁迫下两种湿地对NH3-N的去除均受到显著抑制（除了苗期风车草湿地在10及20mg/L外）。两种湿地对污水中TP及铬的净化效果较好。
　　 2、铬胁迫下，两种植物叶片的叶绿素含量及可溶性蛋白含量主要受促进作用，其中对薏米的促进效果较明显于风车草。风车草叶片的可溶性糖含量及MDA含量随不同浓度铬的变化不太明显；而薏米叶片可溶性糖及MDA含量在始花期均显著高于对照。在幼苗中期，铬促进风车草叶片SOD活性增强，而薏米SOD活性则受铬抑制；在分蘖前期风车草SOD活性均显著低于对照，而在始花期两种植物SOD活性与对照差异不显著。除了幼苗中期外，风车草叶片POD活性在较高浓度铬(20及40mg/L)处理下均显著高于对照；薏米叶片POD活性在铬胁迫下均受促进作用。
　　 3、随着铬浓度的增大，风车草叶片的Pn、Tr、Gs, Fv/Fm、Fm及qP在分蘖盛期均是逐渐升高；而在盛花期是先升高后逐渐降低。风车草叶片Ci、qU及Fo在分蘖盛期则是逐渐降低；而在盛花期Ci及Fo在40mg/LCr6+处理下均显著高于对照，qN在20、40mg/LCr6+处理下则显著低于对照。薏米叶片的Pn、Tr及Gs在10、20mg/LCr6+处理下均受到促进；而铬胁迫下Ci在分蘖盛期均显著低于对照。薏米叶片的Fv/Fm、Fm及qP在分蘖盛期均显著高于对照，而在盛花期均显著低于对照；Fo及qN在分蘖盛期均显著低于对照，在盛花期20mg/LCr6+处理下均显著高于对照。总体上看，铬胁迫对风车草和薏米的光合作用在分蘖盛期起到促进作用，但在盛花期则起抑制作用。
　　 4、当处理90d时，风车草和薏米的生物量在10mg/LCr6+处理下受促进；而在20、40mg/LCr6+处理下受抑制。当处理120d时，10、20mg/L Cr6+对风车草和薏米的生物量起到促进作用；40mg/L Cr6+处理下风车草根生物量显著低于对照22.94％。总体上看，处理120d的两种植物生物量大于处理90d。
　　 5、风车草茎及叶的氮含量在10、20mg/L Cr6+处理下受抑制（除了120d的茎在10 mg/L Cr6+显著高于对照外）；而处理120d的风车草根氮含量在10、20mg/L Cr+处理下分别显著高于对照11.00％和27.61％。薏米根、茎及叶的氮含量随铬浓度增大均是逐渐降低，其中20、40mg/L Cr6+处理时均显著低于对照。由此表明铬胁迫对薏米体内氮含量的抑制效应较明显于风车草。当处理90d时，风车草湿地和薏米湿地的基质细沙的氮含量在10、20mg/LCr6+处理下均显著高于对照；但在处理120d时，风车草湿地基质的氮含量在10、20mg/L Cr6+处理下则显著低于对照；40mg/L Cr6+对两种湿地基质的氮含量的影响均不显著。
　　 6、随着铬浓度的增大，风车草茎、处理120d的风车草叶及处理90d的薏米根、茎及叶的磷含量均是逐渐降低；而处理90d的风车草根磷含量均显著高于对照。随铬处理时间的延长，风车草和薏米的茎、叶的磷含量表现为降低趋势。总体上看，铬胁迫对薏米湿地基质细沙的磷含量的影响较明显于风车草湿地，表现在处理120d时，薏米湿地基质的磷含量均显著高于对照，而风车草湿地基质的磷含量仅在20mg/LCr6+处理下显著低于与对照。
　　 7、随着铬浓度增大和处理时间的延长，风车草和薏米的根、茎、叶及其湿地基质细沙的铬含量均是极显著升高。风车草和薏米的茎及叶的铬积累量也均是不断升高，且不同浓度铬间的差异均达极显著水平（除了90d的薏米茎外）；风车草根和薏米根的铬积累量随铬处理时间的延长均是不断升高，但铬积累量分别在20mg/L和10mg/LCr6+处理时达最大值。由此表明植物对铬的积累量不仅与铬含量有关，还与植物生物量大小有关。总体上看，基质细沙及植物根系对污水中铬具有较强的吸附及积累作用，其中两种植物对铬的积累量都表现为地下部显著大于地上部，表明风车草和薏米的根部中铬较难转移到其地上部。