城市内河水中有机酚对工程植物修复效果影响及胁迫效应研究

摘要

随着城市化进程的加快，城市内河富营养化与有机污染问题已越来越明显，已成为我国水环境当前面临的主要问题之一。近几年来，人们开始从生态角度研究河道生态修复技术，致力于消除人类活动对河流系统的不利影响，并做了大量的研究工作。本文探讨了平原地区城市内河水体富营养化程度、有机酚及周边建筑物遮光等因素对工程植物的胁迫效应及其净化效果的影响规律，这对应用生物修复技术来恢复河流生态系统具有重要的理论指导意义，并能对城市河道周围的建筑布局提出合理化建议。 本文通过大量实验，得出以下重要结论： 在无酚类污染物的水体中，随着光照强度的减弱，水网藻最佳生长状态时的营养物需求会随之降低，从300001x的0.17mg/L降低到60001x的0.085mg/L。在同样的营养盐条件下，适当的增加光强有利于水网藻的生长且可提高对水体中氮磷的吸收与去除效率。300001x光强组氮磷去除率的最大值分别为69.8％和49.9％；而光强60001x组氮磷的去除率则最高仅有39.9％与30.8％。同时在其它条件相同的情况下，随着光照强度的减弱，藻体内总糖含量明显的下降。相同营养盐，提高光强有利于促进藻类生长、增加叶绿素的合成与积累，促进藻类吸收营养盐，因此有利于其对富营养化水体的修复，同时也会增加其生态适应性。 当水体中存在低浓度有机酚时，可以产生毒物刺激效应。在光照强度为300001x组中，无苯酚的实验组生长率最高为27％，而加入15mg/L苯酚的实验组最大生长率则为37％；在光强60001x组，无苯酚时生长率最高为21％，而加入15mg/L苯酚时的最大生长率是31％。同时苯酚也能提高水网藻对氮磷的去除能力，光强300001x组中，含有15mg/L苯酚的实验组氮磷的去除率最高达到了78.6％与52.8％，比无苯酚组高出6.8％和2.9％；而光强60001x组中氮磷的去除率最高为57.8％与41.6％，也高出无苯酚实验组25.8％和10.7％。 在光照充足的水体中，水网藻对苯酚的最大降解率达到了86％;而光照不足其最大降解率仅为64％。因此，光辐射也有利于修复植物对水体中有机酚污染的净化。所以，平原地区城市内河周围建筑物降低了河流生态系统的有效光照，对应用工程植物进行富营养化河道的修复效果产生了很大的负面影响，应当引起高度的重视。保持水网藻在最佳生长状态时的营养盐浓度，当加入不同浓度的苯酚时，实验发现，光照充足的实验组，藻能够承受的有机酚浓度可以达到50mg/L，且当苯酚浓度低于60mg/L时，对水网藻生长具有明显的促进作用。而光照强度较弱的实验组，水网藻可忍受苯酚的最大量仅有20mg/L。 丙二醛(MDA)常作为好氧生物细胞膜脂质氧化损伤的一种典型分子标志物(biomarkers)，这在本实验中也得到了很好体现，不仅表现在与修复植物的生长率、苯酚的胁迫强度上，而且还表现在与其多糖代谢与细胞膜透性的变化规律相一致等方面。在光强为30000lx时，水网藻MDA的代谢水平低于16000nmol/g(鲜重)。一旦检测到藻的MDA含量超过了19800nmol/g(鲜重)时，就可说明藻此时受到的苯酚胁迫作用，并有导致藻死亡的风险。而在光强为6000lx时，MDA在11000nmol/g(鲜重)以下时藻可以正常生长，当MDA含量到达13000nmol/g(鲜重)时，则藻会因苯酚的毒性效应而死亡。 大米草叶片在淹水期对水中的有机酚具有良好的吸附作用。在静水、避光条件下，大米草对苯酚的吸附过程符合Freundlich吸附规律，吸附方程为：q=1.3×10-8C0.08314。而其种群密度、水流紊动与光照条件等因素都会对苯酚的吸附降解作用产生明显的影响。光强的增加所产生的光敏化降解作用，在同等条件下，使得大米草在晴天比夜晚、阴天对苯酚的去除率得到大幅度的提高。所以应该从多个角度看待大米草的生态功能，但也要重视其外来物种的特性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1水体富营养化及其危害

1.1.1水体富营养化

1.1.2我国水体富营养化的现状

1.1.3水体富营养化的危害

1.2富营养化控制技术

1.2.1营养盐控制

1.2.2藻类的控制

1.2.3生物生态修复技术

1.3影响植物修复的生态因素

1.3.1光照强度

1.3.2温度

1.3.3营养盐

1.3.4有机酚的影响

1.4课题研究的主要内容与技术路线

第二章实验部分

2.1实验生物的选择与培养

2.1.1水网藻采集与培养

2.1.2大米草样品采集与保存

2.2修复植物生态因子的选择与实验方法

2.2.1营养盐浓度确定

2.2.2光照强度的设定

2.2.3环境因子对水网藻生态适应性的影响实验

2.3有机酚对修复植物胁迫实验

2.3.1苯酚浓度梯度

2.3.2低浓度酚对水网藻的影响实验

2.3.3高浓度酚对水网藻的毒性效应实验

2.3.4监测指标及分析方法

2.4修复植物对有机酚净化实验

2.4.1水网藻对苯酚的净化

2.4.2大米草对有机酚的净化实验

2.4.3苯酚的测定及分析方法

2.5数据处理

2.6实验仪器与试剂

2.6.1实验仪器

2.6.2试剂

第三章结果与讨论

1修复植物对水体的修复效果及其影响因素

1.1水网藻对富营养化水体的修复效果及影响因素

1.2大米草对富营养化水体的修复效果及影响因素

2有机酚对水体修复植物的胁迫效应及其影响因素

2.1水网藻对富营养化的生态适应性

2.2光照对水网藻生态适应性的影响规律

2.3苯酚对水网藻生态适应性的影响规律

第四章结论

参考文献

发表论文

致谢