微纳米气泡对黄菖蒲与苦草的促长作用研究

摘要

水体富营养化已经成为我国内陆水域污染的主要形式，蓝藻、水华现象频发，严重影响了地表水的水质与可用性，在带来巨大环境压力的同时也造成了严重的经济损失。课题组利用自主设计研发的新一代微纳米气泡发生装置，结合植生修复等技术，旨在对藻型富营养化及水体黑臭进行治理和改善，通过对富营养化水体的间歇式作用，改善水体环境，实现水藻分离，同时发现微纳米气泡的尺寸效应可以明显提升水体周围植物的生长速度和生长品质，对利用植生修复技术治理水污染提供了一种新的促进途径。
　　近年来，微纳米气泡被广泛应用于环保领域的各个方面，其微、纳米级直径产生了独特的尺寸效应，表现出不同寻常的理化性质。本文通过研究微纳米气泡对水生态植生系统的促长作用，展望了微纳米气泡在水生态修复工程中的应用前景，同时采用微纳米气泡处理技术培育植生修复中常用的黄菖蒲、苦草等植物，研究了微纳米气泡曝气方式、微纳米气泡密度等实验条件对沉水植物和挺水植物的生长速度的影响。
　　(1)在微纳米气泡发生装置产生气泡的效果中，测定水体中微纳米气泡的直径并实时监测经过微纳米气泡曝气处理后的水体溶氧量，与普通气泡曝气处理进行对比。结果发现，微纳米气泡发生装置产生的气泡直径在微米甚至纳米级，同时微纳米气泡曝气过程水体溶解氧在较短时间内由0mg/L增加到11.4mg/L，氧传质效率远远大于普通曝气效果。经过微纳米气泡曝气处理过的水体溶氧量超出正常条件下水体溶氧量上限14％，并在180min内由11.4mg/L下降至10.9mg/L，微纳米气泡密度半衰期时间长。证明了微纳米气泡发生装置产生微纳米气泡的效果合格，满足了后续的实验要求，为后续实验的正常进行提供了保障；
　　(2)微纳米气泡曝气处理后的水体对挺水植物黄菖蒲的促长作用明显，在微纳米气泡曝气处理的水体中生长的黄菖蒲各项生物指标远远高于普通气泡曝气处理的黄菖蒲，其中，根长、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素的平均值分别高出91.68%、61.36%、91.27%、58.03%，超氧阴离子、相对电导率平均值低出45.89%和49.84%，植物含水量平均值高出1.13个百分点。而在实际工程中，微纳米气泡曝气处理的水体中生长的黄菖蒲对比无曝气水体中生长的黄菖蒲，根长、株高、叶绿素 a、叶绿素 b、类胡萝卜素的平均值分别高出23.91%、10.1%、153.02%、144.33%、101.6%，超氧阴离子、相对电导率平均值低出30.88%和21.12%，植物含水量平均值高出1.79个百分点。
　　(3)微纳米气泡的尺寸效应是提高植物生长速度和生长品质的因素之一，在控制各组水体中的溶氧量相同后，对比微纳米气泡曝气与普通曝气技术，结果表明即使在相同的溶氧量水体中，微纳米气泡曝气处理组的苦草各项生物指标依然远远高于普通气泡曝气处理组的苦草，即植物的生长加速受到气泡的尺寸效应影响。在实际工程中，随着微纳米气泡密度的减小，对植物的促长作用也随之减弱，两者呈现正相关变化，同时表明，即使在实际治理过程中种植于底泥的苦草根系并没有直接与含微纳米气泡的水体接触，其生长速度和生长品质依然受到微纳米气泡的影响。
　　(4)在不同的培养方式下，微纳米气泡对苦草的促长作用影响也不相同，其中土培组苦草在植物学指标方面表现优秀，而水培组苦草在形态学指标方面表现略好，这说明微纳米气泡可以直接影响与水体接触的苦草组织如根系、叶片等，但由于土培组苦草根系吸收底泥中的养料物质更加方便，在植物学指标方面表现更好。
　　(5)在水生态污染防范与治理工程中，微纳米气泡曝气技术有利于水域周围水生植物生长，与植生修复手段联用的情况下，两者协同作用治理水体水质的效果会更加明显。

目录

声明

1绪论

1.1选题背景及意义

1.2微纳米气泡概述

1.2.1微纳米气泡的定义

1.2.2微纳米气泡的产生机制

1.2.3微纳米气泡的特性

1.3植生修复概述

1.3.1水生植物的定义

1.3.2植生修复的原理

1.4 微纳米气泡对动、植物促长作用的研究现状

1.5 课题研究意义及主要内容

2微纳米气泡曝气的初步探究

2.1引言

2.2实验材料与方法

2.2.1实验仪器与药品

2.2.2实验原理

2.2.3实验设计

2.2.4实验步骤

2.3结果与讨论

2.3.1微纳米气泡图像

2.3.2曝气效果

2.4 本章小结

3 微纳米气泡处理技术对挺水植物黄菖蒲的促长作用

3.1 微纳米气泡在稳定实验条件下对黄菖蒲的促长作用

3.1.1研究内容

3.1.2实验试剂和仪器

3.1.3实验设计

3.1.4植物学指标测定方法[107]

3.1.5 结果与讨论

3.2微纳米气泡在野外现场工程条件下对黄菖蒲的促长作用

3.2.1研究内容

3.2.2实验试剂和仪器

3.2.3实验设计

3.2.4植物学指标测定方法

3.2.5结果与分析

3.3 本章小结

4 微纳米气泡的尺寸效应对沉水植物苦草的促长作用

4.1气泡的尺寸效应对苦草的促长作用

4.1.1研究内容

4.1.2实验试剂和仪器

4.1.3 实验设计

4.1.4植物学指标测定方法

4.1.5结果与分析

4.2 气泡的尺寸效应在实际工程应用中对苦草的促长作用

4.2.1研究内容

4.2.2实验试剂和仪器

4.2.3 实验设计

4.2.4植物学指标测定方法

4.2.5结果与分析

4.3 本章小结

5结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢