基于富营养化水体修复的凤眼莲控养对水体生态环境的影响

摘要

水体的富营养化不仅会对水生生物的生长和繁殖、种群分布产生影响，破坏水体的生态环境系统，而且还直接影响了城市给水质量。凤眼莲对不同环境条件具有较强的适应能力，它可适应低营养到富营养的不同水域生长，而且凤眼莲的生命力旺盛，繁殖力强。凤眼莲作为水体氮磷生物富集的首选植物已得到研究者共识。
　　 本试验采取人工模拟方法，设置凤眼莲不同覆盖度、不同初始放养量和不同营养盐浓度水体3个因素，比较凤眼莲在不同条件下对水体水质的改善效果及氮磷的吸收能力，同时分析凤眼莲修复水体过程中水生生物的种群变化以及底泥中营养盐的释放规律。主要研究结论如下:
　　 (1)种养凤眼莲能明显改善富营养化水体的理化特性，表现为水体中溶解氧增加，pH值维持在7.0～8.0之间，COD浓度明显降低。凤眼莲不同覆盖度下，对水体Ⅱ中TN、TP、NH4+-N和NO3--N的去除率分别达到63.63％～90.00％、73.33％～91.11％、68.61％～86.96％和61.22％～85.11％，其中对TN、TP、NH4+-N和NO3--N的去除率最高的均为覆盖度60％的处理;凤眼莲不同初始放养量因素下，对水体Ⅱ中TN、TP、NH4+-N和NO3--N的去除率分别达到79.78％～90.00％、71.11％～91.11％、69.78％～86.96％和68.73％～85.11％，其中对TN、TP、NH4+-N和NO3--N的去除率最高的均为初始放养量4kg/m2处理;凤眼莲对不同富营养化水体TN、TP、NH4+-N和NO3--N的去除速率分别为0.069～0.289mg/L/d、0.005～0.041 mg/L/d、0.019～0.083mg/L/d和0.042～0.281mg/L/d，随着水体富营养化程度的加深凤眼莲对营养盐各指标的去除速率升高。
　　 (2)凤眼莲对富营养化水体中氮磷及其他污染物有较好的吸收和富集作用，从而使得凤眼莲植株体内氮磷等营养物质含量增加，而凤眼莲不同部位氮磷的含量也有较大差异，地上部N的含量相对较高，P的含量则根部较高。就凤眼莲不同覆盖度而言，凤眼莲地上部和根部的N含量净增量分别为5.37～5.85g/kg和2.62～2.85g/kg，对应P的含量净增量分别为0.37～0.50g/kg和0.73～0.90g/kg，凤眼莲植株N、P吸收总量分别为6.51～14.11g/m2和0.95～1.74g/m2;不同初始放养量下，地上部和根部N的含量净增量分别为5.72～6.44g/kg和2.49～3.43g/kg，对应P的含量净增量分别为0.43～0.46g/kg和0.73～0.94g/kg，凤眼莲植株N、P吸收总量分别为5.55～12.46g/m2和0.79～1.30g/m2;不同富营养化水体中，地上部和根部N的含量净增量分别为3.64～15.12g/kg和1.68～8.01 g/kg，对应P的含量净增量分别为0.24～1.51 g/kg和0.42～2.87g/kg，凤眼莲植株N、P吸收总量分别为4.21～30.47g/m2和0.44～4.39g/m2。
　　 (3)凤眼莲生物量与氮磷吸收总量呈极显著性正相关关系。
　　 (4)凤眼莲的种养能降低水体中叶绿素含量，去除率均达到80％以上，且随着凤眼莲覆盖度增大，叶绿素的去除率升高;凤眼莲初始放养量越多，对水体中叶绿素的去除率越高，但种养凤眼莲的各处理间差异不显著;水体中TP含量与叶绿素含量呈显著正相关关系r=0.765(P＜0.05);3种试验因素下，各处理之间底栖动物种类、生物量和密度存在较大差异，但优势物种均为水丝蚓，且出现率为100％，其它几种主要底栖动物中，摇蚊出现试验前期，巴蛭和泽蛭则在试验后期出现。
　　 (5)种养凤眼莲对底泥的底质会产生一定的影响，表现为底泥含水率增加，底泥中OM、TN、TP含量降低。凤眼莲不同覆盖度下，试验结束时底泥OM、TN和TP含量分别降至20.01～18.73g/kg、1.54～1.34 g/kg和0.34～0.29g/kg，对底泥OM去除率达16.32％～25.67％，而底泥TN、TP消减总量分别为13.04～32.01g、3.26～6.38g;凤眼莲不同初始放养量条件下，试验结束时含量分别为21.88～18.69g/kg、1.52～1.35g/kg和0.32～0.28g/kg，对底泥OM含量的去除率为12.13％～25.67％，而TN、TP的消减总量分别为14.73～25.12g、3.48～6.27g;4种不同富营养化水体中，实验结束时底泥中OM、TN和TP含量分别为20.32g～19.13g/kg、1.48～1.33g/kg和0.36～0.28g/kg，底泥中TN、TP消减量分别为17.50～35.64g和2.03～6.32g。
　　 (6)底泥中OM、TN、TP的消减量与凤眼莲干物质增加量均呈极显著正相关关系。
　　 综上所述，不同条件下，凤眼莲均能有效的改善富营养化水体的水质，通过凤眼莲的吸收和富集作用，不但能有效吸收水体中的营养盐及污染物，而且能有效降低底泥中有机质和氮磷营养盐的浓度。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 水体富营养化现状及其危害

1．1．2 课题的提出

1．2 研究内容及技术路线

1．2．1 研究内容

1．2．2 技术路线

1．3 研究目的及意义

第二章 文献综述

2．1 富营养化水体治理的国内外研究进展

2．2 水生植物修复富营养化水体

2．3 凤眼莲修复富营养化水体

2．4 凤眼莲放养对水体生态安全的影响

2．4．1 凤眼莲生长对水生生物的影响

2．4．2 凤眼莲残体对水体造成二次污染的研究

第三章 凤眼莲对水体理化特性的影响

3．1 材料与方法

3．1．1 材料

3．1．2 方法

3．2 结果与分析

3．2．1 水体溶解氧(DO)的变化

3．2．2 水体酸碱度(pH)的变化

3．2．3 水体中化学需氧量(COD)的变化

3．2．4 凤眼莲控养对水体中营养盐的去除效果

3．2．5 凤眼莲控养与氮磷去除的相关性分析

3．3 讨论

3．3．1 水体pH、DO和COD的变化及其相关性

3．3．2 凤眼莲控养对富营养化水体中营养盐的去除

3．4 本章小结

第四章 控养过程中凤眼莲对氮磷的吸收能力比较

4．1 材料与方法

4．1．1 材料

4．1．2 方法

4．2 结果与分析

4．2．1 凤眼莲生长特征的变化

4．2．2 凤眼莲植株的N、P含量变化及其分配

4．2．3 凤眼莲植株N、P吸收总量

4．2．4 凤眼莲吸收作用对富营养化水体N、P去除的贡献

4．2．5 凤眼莲控养与植株生长特性及氮磷吸收量的相关性分析

4．3 讨论

4．3．1 凤眼莲控养过程中植株生长特性的变化

4．3．2 凤眼莲控养过程中植株各部位氮磷含量的变化

4．3．3 凤眼莲控养过程中植株氮磷的吸收量变化

4．4 小结

第五章 凤眼莲控养对水生生物群落结构特征的影响

5．1 材料与方法

5．1．1 材料

5．1．2 方法

5．2 结果与分析

5．2．1 凤眼莲控养对水体中叶绿素含量的变化

5．2．2 凤眼莲控养对底栖动物群落结构特征的影响

5．3 讨论

5．3 小结

第六章 凤眼莲控养对底泥养分释放特征的影响

6．1 材料与方法

6．1．1 材料

6．1．2 方法

6．2 结果与分析

6．2．1 不同条件下底泥含水率的变化

6．2．2 不同条件下底泥有机质含量的变化

6．2．3 不同条件下底泥中TN、TP的变化

6．2．4 底泥中氮磷释放与凤眼莲生物量之间的相关性分析

6．3 讨论

6．4 小结

第七章 全文总结与研究展望

7．1 全文总结

7．2 研究创新点

7．3 研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢