两种野生植物对富营养化水体的净化效应分析.pdf

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1、西南科技大学硕士研究生学位论文第l v 页 31 2 巴天酸模的生长状况 32 水体各指标物与时间关系分析， 321 p 屿时间关系 322D o 与时间关系 323C O D 与时间关系 3 24T N 与时间关系 325T P 与时间关系 33 各主要指标问的P e a r s o n 相关性分析 331 系统内各主指标间的皮尔森相关性分析 332 系统间同指标的皮尔森相关性分析 34 系统内的植物水样的物料平衡分析 341 系统内州的物料平衡分析 342 系统内T P 的物料平衡分析 结论 致 谢 参考文献 附录 攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文及研究成果弛si弘鹋蚰蛆们蛎

2、们蛆砷丑Hfj娃 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 1 绪论 1 1 研究背景 111世界湖泊及水环境污染现状 根据联合国水资源世界评估报告的结果表明”，目前随着全球经济一体化进 程的加快，全球范围内排入湖泊、河流的生活污水和工业废水约有4j 1 0 ”m 3 a1 ，并直接污染了5 j 1 0 m 的宝贵淡水资源，与全球径流总量相比，占 其比例的1 4 以上。水资源已经成为当前全球最重要的必须资源之一而包括工 业、农业、生活等产生的水体污染却在不断增加，但可利用的淡水资源在逐步减 少且人类需水量在不断上升的情况下，极大的挑战了供水与需水之间的矛盾。 由于人类生产生活产生的大量的植物性营

3、养源( 氮、磷等) 排入江河湖泊，造成 了全球范围内大量的湖泊等水体发生富营养化现象，且伴随着蓝藻的季节性爆发、 水华或赤潮等大面积发生的现象时有发生“。 例如，美国佛罗里达州中部的大型湖泊A p o p k a 湖n 其首次在1 9 7 4 年爆 发大面积的蓝藻水华，极大的破坏了该湖泊的水体水质和生态环境。在泰国东北 的沙功那空府内的农汉湖受到该府的生活污水污染“，导致了湖水的富营养化， 并伴随着蓝藻的大量爆发对该地区产生了很大的生态环境破坏和经济损失。在 菲律宾马尼拉湾东部的内湖是该国的最大湖泊，受到分别来自农业、工业、生活 污水比例为4 ：3 ：3 的的污染，目前该湖泊已达到重富营养化程

4、度严重影响周边 居民的正常生产生活。以及印度尼西亚的之塔龙河流、世界第二大淡水湖一非洲维 多利亚湖、意大利的萨尔诺河流、阿根廷里亚丘埃洛河流等世界范围内的众多河 流都受到来自生产生活的污染“，使得水体营养过剩，导致不同程度的富营养化 现象普遍存在。世界各国以及联合国组织也在积极采取应对措施治理和修复受 污染水体。 11 2 我国湖泊及水环境污染现状 自改革开放以来，我国经济高速发展，在很大程度上提高了国家经济水平， 切实提高了人民群众的生活质量。但是我国环境保护方面起步较晚，早期的发展 是“先污染后治理”，以牺牲环境为代价获得不平衡的发展，粗放型利用自然资源 和过渡的消耗，使得目前我国在环境保

5、护方面留下了“历史债”。根据国家环保部 最新发布的2 叭0 年中国环境质量公告显示，如下表1 1 所示，2 叭0 年，我国废 水排放总量达到61 7 x 1 0 “t ，C O D 排放量为12 4 X l O t ，氨氢排放量为12 1 0 t ， 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 页 其中废水的排坡总量连续三年都在保持增加的趋势，C O D 和氨氮排放量呈现下降态 势。受国家政策和科学技术进步的影响，水体污染物的某些单一指标有下降的趋 势，但是由于我国现阶段处于快速发展的时期，工业、农业、轻工业等发展所产 生的废水总量有增高的态势。 表1 1全国废水和主要污染物排垃量年际变化 T a b

6、1 1T h ea m o u n to f n t e r a n n u a Ic h a n g e so fn a t i o n a lw a s t e w a t e ra n dd Is c h a r g e o fm a j o rp o II u t a n t s 如下图卜l 所示在2 0 1 0 年的全国七大水系的水质比较中，总体呈现轻度污 染。长江、珠江流域水质整体呈现皂好态势( 7 0 以上为I I 类) ，西南西北地区 河流水质较为良好。在京津塘地区以及辽宁地区的湖泊、海洋，水体污染较为严 重。在一定程度上显示水域污染程度与区域经济发展状况有着直接的联系，同 时

7、也受水体的水文地质等自身因素的影响。 F Ig I I I n I 女口n 、女女、* 固卜12 0 1 0 年七大水系水质类别比例 S e v e nt h ep r o p o r t i o no fR lv e tW a t e rQ u a fi t y1 n2 0 1 0 图片来谭2 0 1 0 中国环境状况。报 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 页 如下表1 2 所示，2 0 1 0 年，环保部在全国重点监控的2 6 个湖泊水库中，I I 类水质的湖泊占38 ：I l l 类占1 92 ：I V 类占1 5 4 ：V 类占2 31 ：劣V 类占 3 85 。且湖泊水库的主要污染

8、物是磷( P ) 、氮( 、) 。其中以三湖的污染最为严重， 三大湖泊水质均在V 类以上，其主要受当地的生活污水、工业废水、农业面源污 染等的影响，整体的水质污染严重。 表卜2 2 0 1 0 年重点湖泊水库水质类别 T a b1 2 W a t e r 口u a I i t yc a t e g or yo f t h ek e yI a k e s a n dr e s e r v o irSO2 0 1 0 + 三湖是指太湖、滇池和巢湖 如下图卜2 所示，2 0 1 0 年，全国重点监控的2 6 个湖泊水库中，重度富营养 化占38 ，尤以云南滇池；中度富营养化占77 ，主要包括达赉湖、白

9、洋淀湖泊： 轻度富营养化占4 2 3 ，上述分析显示，总体上我国湖泊富营养化现象依然比较 严重，反应了湖泊富营养化己成为我国水体生态环境中的一个突出问题，对该类 型的污染进行治理修复将是一个重要而长期的环境任务，为建设“资源节约型社 会”做出应有的贡献。 西南科技大学硕士研究生学位论文第4 页 图1 22 0 1 0 年重点湖泊水库综合营养状态指数 F 。g 卜2 T h et r o p h lcs t a t en d e xo fk e ya k e sa n dr e s e r v o ir sm2 0 1 0 图片来源：2 0 1 0 中国境状况0 报 1 2 水体富营养化 121

10、 富营养化水体的形成 由于人类社会的发展，人们的生产、生活日益增多，包括工业、农业、生活 污水的排放，使得大量含氮、含磷等植物性营养物质以点源和面源的方式进入缓 慢流动或相对封闭的水体“，在江河、湖泊、水库或近海域等水体的植物营养成 分( 氨、磷、碳等) 不断增长，并过量积聚“。由于其营养源大量排故到水体中， 超出了水体自身的自净容量，破坏了水体的自然生态系统平衡。致使水体营养过 剩的现象称为水体“富营养化”一。水体发生富营养化主要的影响因素有： ( 1 ) 、总氮总磷等营养盐相对比较充足， ( 2 ) 、铁、硅等含量比较适度；适宜的温度，光照条件和溶解氧含量， ( 3 ) 、缓慢的水流流态，

11、水体更新周期长。 这种现象在江河湖泊中称为“水华”在海洋中则叫做“赤潮”。在外界条件 ( 营养、光照、温度等) 适合的前提下，水体系统内的藻类和浮游生物快速繁殖， 尤以藻类的恶性增殖，它的新域代谢作用消耗大量的溶解氧，水体的p H 异常高 ( 81 0 ) ，使得该水体系统处于严重低氧状态，极大破坏了水生生态系统的结构和 功能引起水体的鱼类及其他生物大量死亡和水体质量的下降。经过长时间的恶 性演变，湖泊等逐渐成为湿地，进而消失成为陆地“，严重影响到经济建设( 农 十 H u $ $ i $ $ i $ g m $ i * m $f * $ $ * ” 目 d 女q E R * * * # *

12、* 月E 自日自# 日m 自# 镕t 女m m * 西南科技大学硕士研究生学位论文第5 页 业、渔业、旅游业等) 和社会进步( 资源供给、科技发展等) m t 。因此，水体富 营养化现象已经成为水质恶化的主要水环境问题之一。 122 富营养化水体的控制因子 在自然界中，由于地壳的运动等外来干扰破坏，湖泊也有着其自身的产生、 进化、消失的过程，这是属于地球自身的范畴w 。江河湖泊富营养化是一个长久、 复杂的自然演变过程，是由于湖泊的营养源不断积累并爆发的结果。在现在，世 界范围内的富营养化绝大部分是由于人类的污染所致以至于将自然过程的富营 养化进程大大加快了。对其控制因子的探索是对湖泊富营养化问

13、题源头的根本认 识。湖泊富营养化一直都是世界各国的研究热点，目前的研究成果显示，植物性 营养源氯、磷、碳、湖泊的所在地以及构造都能直接影响到湖泊富营养化的进程。 通过在微观上认清控制富营养化湖泊的主要影响因子，以便于我们更好的从根本 上对富营养化潮泊的治理、修复提出更为有效的方法。 ( 1 ) 植物性营养源 富营养化水体中生长的藻类通过光合作用，以太阳光能和营养物质( N 、P 、 c 等) 为介质大量合成自身所必需的原生质，以下就是富营养化过程的基本化学 反应过程。： 1 0 6 C 0 一1 6 N O + H P O 。+ 1 2 2 H 2 0 + 1 8 H + + 能量+ 微量元素

14、c 。H 0 。N ，。P ( 藻类原 生质) + 1 3 8 0 ： 由上式反应式所形成的机理可知藻类原生质的恶性增殖标志着湖泊富营养 化的形成，而碳、氮、磷是藻类繁殖的控制因素“”，容易从合成的藻类原生质化 学式中看出，氮、磷作为支配性园子”“，其作用显得更为突出m ”，。 ( 2 ) 溶解氧、p H 湖泊中有着充足的溶解氧，有利于藻类的恶性增殖而藻类的生长又促进了 水体中溶解氧的增加，在一定程度上促进蓝藻的繁殖。而由于藻类的生长，p H 在 一定程度范围内上升并维持在8 一1 0 左右”。上述的过程直到水体中鱼类和其他水 生生物由于蓝藻大量生长缺氧而导致大量死亡，在不断恶性循环发展条件下

15、大 面积爆发蓝藻，使得水体的结构和功能遭到破坏。 ( 3 ) 光照、温度 每年夏天，是各大江河、湖泊、水库的蓝藻爆发集中时间点。藻类存在着季 节性爆发的特征，说明其对气候有着一定的依赖，足够的光照( 3 0 0 0 5 0 0 0 1 x ) ， 适宜的水温( 1 8 3 0 ) ，这将是蓝藻大量生长的良好条件。这也是藻类生长必不 可少的要素之一。 西南科技大学硕士研究生学位论文第6 页 123 富营养化水体的评价指标 目前。学术界各研究小组对富营养化评价指标还存在一定的差异，但是根据 富营养化水体中营养盐的多少，可大致将富营养化水体分为高、中、低等不同类 别。我国以金相灿研究员为代表的课题组

16、将富营养化水体分为贫营养型( 0 T ) 、中 营养型( M T ) 、富营养型( E T ) 、重富营养型( H T ) ，”，富营养化水体指标主要包 括物理、化学、生物三大指标体系“，必须对上述因子进行综合评价才能准确判 断水体富营养化程度。三大指标体系各具体因子如下所示： ( 1 ) 物理指标：生物量、生物类型、透明度( S D ) 、溶解氧( D 0 ) 、p H 等。 ( 2 ) 化学指标：总氮( T N ) 、总磷( T P ) 、化学需氧量( C 0 1 ) ) 、生化需氧量 ( B O D ，) 等。 ( 3 ) 生物指标：叶绿素a ( C h la ) 、初级生产率( 仉)

17、等。 根据上述水质指标类型，金相灿研究员课题组提出了湖泊营养类型标准。见 下表卜3 所示： 表I 一3 湖泊营养类型标准 T a b 卜3 T r o p h iBt y p eo fs t a n d a r d 124 富营养化水体的影响和危害 富营养化水体是由于水体中积累了过量的植物性营养源，并且超出了水体自 身的自净能力，引起藻类恶性增殖，从而使得该水体的结构和功能遭到破坏，并 对生态环境和人类社会有着很大危害，进一步影响该水体的环境可持续性、经济 收益和社会效应。 ( i ) 环境生态方面：富营养化水体在适宜条件下，藻类以指数形式恶性快 速的生长，爆发大面积的蓝藻，并散发出鱼腥味，极

18、大的降低了水体的透明度( S D ) 、 溶解氧，增高了水体的p H 等，并明显影响了水体的水质。导致鱼类和其他水生生 物的大量死亡，直接减少了该系统的生物数量和种类，生物多样性也迅速减少， 西南科技大学硕士研究生学位论文第7 页 使得湖泊的群落结构过于简单* 、，最后导致生态系统失去自我平衡。进而系统崩 溃。 ( 2 ) 人类社会方面：由于富营养化水体的水质明显下降，例如，直接影响 了人类正常的取水，并破坏了水域旅游景点的景观线4 1 ，降低了湖泊的游玩娱乐 的作用。因此，湖泊富营养化在大范围内，直接对人类正常的净水、引水、渔业、 农业等基本生产生活和经济效益方面造成更大的损失。同时，由于部

19、分藻类还将 分泌藻毒素，其毒性对人体和动物的神经系统、肝胰、消化道、皮肤等组织造成 更直接的健康危害“。 1 3 富营养化水体的控制措施 131 富营养化水体的自净 水体自净能力是指水体自身净化的环境容量，其主要机理是经过一段时间 后，污染物在水体的相互作用下通过水体的稀释作用和污染物的自身降解作用 ( 包括物理、化学、生物作用) 使得污染物的总量和浓度呈现一定的下降趋势。 水体自净作用既要取决于水体自身的水文情况，同时还要受到污染物的特性、 总量和浓度等因素的影响。 当大量的外来氨磷营养源排放到水体中，湖泊的自净作用会自我调节并发挥 到最大承载能力，包括将蛋白质分解为氨在硝化细菌的作用下，转

20、换为N O ：、 、0 ，等。磷与钙镁离子等形成难溶物并沉降在底泥中，而后通过缓慢的释放，被 水生生物所吸收。氯磷再经过有限的自净作用，将难以直接利用的营养源转换 为水生生物所生长利用，从而实现水体的自净过程。但是当外来氮磷营养源超过 了湖泊的自净能力，过剩的营养源将会给蓝藻带来恶性增殖的必要条件在适宜 的外部条件作用下，进而就会发生湖泊富营养化的现象。1 。 132 富营养化水体的净化方法 目前，针对富营养化湖泊的治理，国内外众多的理论研究成果和实际案例表 明m 1 ，依据其处理原理和过程的不同，富营养化水体的净化方法主要有物理、化 学、生物方法三大类”。在实际治理方案中，这三种方法相辅相成

21、，交叉利用， 且控制外源污染物进入水体是最基础和最优先的方法，从根本上有效控制并减少 湖泊的内源营养物和外源污染物，从而到达湖泊富营养化的修复，还原生态系统 的稳定形态。如下图卜3 所示富营养化水体的基本治理方法归纳如下： 西南科技大学硕士研究生学位论文第8 页 图1 3富营养化水体净化技术 F g1 3 P u t I f Ic a t I o nt e c h n 。q u e sf o re u t r o p h l c a t ew a t e rb o d e 5 1321 物理方法 物理方法是最基本、简单的机械操作方法，通过借助物理工具，对湖泊内过 量营养源实施截留、打捞等，从而

22、实现减少外源污染物和内源营养物，富营养化 水体的净化。这类方法具有易于操作，效果快等特点，但是其工作强度大，不能 从根本上解决营养源的吸收，往往一段时间后，水体又会面临着富营养化的危害。 ( 1 ) 截污 是通过截断外来性植物营养源的方法来减轻湖泊的承受能力，从而达到对富 营养化水体的治理，是城市内湖治理的一个重要手段。但是其往往不能长效的治 理湖泊的富营养化。因为湖泊水体中还存在很多的营养源，底泥中也有大量的营 养盐。在国内滇池、西湖、巢湖等大型潮泊均有应用“1 。 ( 2 ) 底泥疏浚 底泥疏浚是将湖泊底部的淤泥打捞出来，通过减少内源性营养源，对于浅水 湖泊来说，这是一个可行的方法，但是其

23、耗资巨大，且结果存在一定的不确定性， 底泥的打捞可能会激活更多的营养盐，使得湖泊水质的恶化“。 ( 3 ) 换水工程 换水工程是将外部水源引入到富营养化湖泊里，通过稀释水体的营养盐达到 治理的目的。但是该工程同样很大，且只能在短时间内起到有限的作用。该法在 园吾匿 困 困 一 西南科技大学硕士研究生学位论文第9 页 湖北省黄石市城区的磁湖m 有着实际案例的应用 1322 化学方法 ( 1 ) 凝聚沉降 凝聚沉降是通过投加化学凝聚剂，例如石灰、铁盐、铝盐等，使藻类大量 沉降到底泥中，获得较好的水质，具有见效快、容易操作等特点m - 。但是该方法 并没有从根本上将营养盐移除水体，且化学凝聚剂容易产

24、生二次污染”。 ( 2 ) 化学剂杀藻 通过向富营养化水体中投加杀藻剂将藻类细胞结构破坏，导致藻类的死亡。 该方法将藻类系死后，应将死亡的藻类及时移除水体，以避免藻类分解后再次释 放营养盐w 。 13 23 生物方法 在富营养化湖泊的治理中，生物方法是一个极其重要的措施，利用生物的生 长期来吸收营养盐，到达降低水体的氮磷营养源1 。该法是生态系统中的食物链 在环境治理中的典型应用，能有效的解决富营养化湖泊营养过多的问题“。 ( 1 ) 水生植物修复 水生植物是世界各国研究人员在富营养化湖泊治理中应用最多最广泛的方 法。植物作为生态系统内的初级生产者，利用种类和数量上的优势，能尽堆大可 能的吸收

25、氮磷营养盐并转化为自身组织，从而降低水体中的氮磷营养盐。多用沉 水植物、挺水植物以及漂浮植物“，根据湖泊的富营养化程度以及水文条件，选 择合适的水生植物“l ”。如常用的芦苇、香蒲、金鱼藻、美人蕉、黑麦草、风眼 莲等高等水生植物来去除水体中的氮磷等营养源m ”“，从而达到净化水质，修复 湖泊的富营养化现象。 ( 2 ) 水生动物控制 水生动物对富营养化湖泊的治理是利用高等动物在食物链中的一环，通过摄 取低等生物，从而间接去除过多植物营养源。这是典型的生物操纵机制。对系统 内食物链加以适当的调节和控制，到达减少水体中营养源。以谢平为代表的在武 汉东湖的富营养化治理中采用鲢、鳃控制池塘养殖系统，有

26、效的控制并修复了东 湖的富营养化m 。 ( 3 ) 微生物菌吸收 在适宜的条件下，通过利用细菌、放线菌等微生物菌团，对富营养化水体进 行净化，其本质也是通过微生物苗吸收宫营养化水体营养盐，从而到达治理和修 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 0 页 复富营养化水体- - 。在固定化微生物、微生物菌剂等均有很多的研究成果m m ： 1 4 国内外研究现状 141 国外研究现状 由于全球经济一体化的高速发展，人类的生产生活所产生的污染，导致在世 界各国中的水体富营养化普遍存在。目前，水体富营养是世界环境治理的一个重 要分支，也是各国研究者的热点研究方向。在欧美日本等发达国家，经济发展比 发展中国家

27、早，所以水体富营养化现象出现的更早。于此同时，控制蓝藻，治理、 修复富营养化水体的技术和法律法规也比发展中国家早。综舍来说，在治理富营 养化湖泊的方法上，主要有以下几种：立法管理水体流域、水体流域分段治理、 减少内源和控制外源营养盐、生物食物链操纵以及应急处理处置。美国佛罗里达 州的A p o p k a 潮、日本霞浦湖1 “。和琵琶湖2 、瑞典F J n j a s j o n 潮等，均采用上述几 种方法。大量研究表明，水生植物在修复富营养化水体的应用中，其茎、叶是吸 收氮磷的主要组织部位“。植物组织在营养盐的吸收和利用方面起到一个很好 的营养池的作用“m - 。在低浓度的水体中，这些营养盐

28、又会限制植物的进一步生 长1 ”。同时水生植物在外部营养盐浓度高的情况下在胁迫作用下，会更多的 吸收氯磷营养物质”。但是异常高浓度的氮磷营养盐会威胁植物的生长，使得去 除效果不佳“。国外研究人员试图利用沉水植物应用于富营养化水体的修复治 理中“一。由于其组织部位都在水面以下”“，所以对水体的氮磷浓度的响应非常 敏感一州。G u m b r i c h t 等实验以永生植物不收割的前提下，主要通过提供良好的生 长环境给微生物菌，利用硝化和反硝化机制转化氮，达到降低氮营养盐1 “”1 。 142 国内研究现状 我国对富营养化水体的治理修复早在上世纪八十年代，相比于发达国家，起 步较晚。目前我国富营

29、养化湖泊主要有滇池、太湖、巢湖、太湖等，其中以滇池 污染最为严重，国家在政策、基金等方面投入巨大，全国各高校、研究所等单位 在其治理修复方面做了大量的工作，并取得了一定的成果。我国富营养化水体的 治理主要采取政策扶持、基金支持、技术应用。以金相灿院士为代表的研究人员 对富营养化水体指标、调查、治理修复等作出很多研究成果”。 在沉水植物应用方面，任长久、陈艳卿等对几种不同沉水植物应用在修复富 营养化水体中作出了比较，并选择伊乐藻、范草等高教去除的植物。“。朱伟等对 伊乐藻进行了深度实验研究，并有其在低温下还有明显的生长优势，并对主要污 西南科技大学硕士研究生学位论文第11 页 染物指标有着良好的

30、去除效果- - “，陈清锦“，、付春平”、苏胜齐”等人研究成果表 明，沉水植物对氮磷的去除有着较好的去除效果，选择面太且应用广泛。常会庆 等通过联合水生植物和微生物治理富营养化水体表明”“，其共生体能很好的吸收 去除氮磷营养源。在大型水生植物应用方面，有邱东茹“、种云霄“、周小红“ 等人的研究表明，大型永生植物因其植株大，根系发达，能高效快速利用氮磷， 并能再利用，作为家禽动物的食料和能源。同时有研究显示，生物多样性对富营 养化水体的修复有着明显的影响，王国祥利用漂浮植物和沉水植物组建的联合 植物生态群落去除水体的营养源有着很好的效果，结果显示，蓝藻生物量减少 j 7 7 ，蓝藻数量显著下降，

31、水体总氢去除率高达6 0O 。多种植物可以在生长期 的实际上能得到很好的互补配合，植物与微生物形成的共生体对击除营养盐有着 很好的效应。在应用介质方面，通过围隔试验区、浮床、人工湿地“、生物塘“ 等对富营养化水体营养源进行更为有效的吸收去除。濮培民舳；在江苏五里湖的围 隔实验、邱东茹w 在武汉东湖的沉水植物实验，结果表明，水生植物能有效吸收 氢磷等植物营养源，增加水中溶解氧( D O ) ，提高水体透明度( S D ) ，降低水体中 的叶绿素a ( c h 卜a ) ，返为富营养化湖泊的治理提供了很好的技术支撑。 水生植物的优势具有很多，在利用方面有着很好的实践。但是永生植物在修 复富营养化水

32、体中也有着其劣势，如注意虫害，低温等影响，而且其系统一般来 说占地比较大，易受到外部干扰，同时植物要及时打捞，避免枯枝败叶腐烂等方 面，处理好弊端，尽晟大可能带来积极的效果。 15 立题依据及主要研究内容 1 51 立题依据 水体发生富营养化主要的影响因素有： ( 1 ) 总氮总磷等营养盐相对比较充足； ( 2 ) 铁、硅等含量比较适度：适宜的温度，光照条件和溶解氧含量； ( 3 ) 缓慢的水流流态，水体更新周期长。 1 0 6 c 耽十1 矾O ，+ H P q + 1 2 2 H 2 0 + 1 8 H + 能量十微量元素c 枷0 。抖。P ( 藻类原 生质) + 1 3 8 0 ： 由上

33、式可知，无机的氯、磷是藻类繁殖的控制因素，尤其是磷的作用更为突 出。 水生植物在环境污染治理和生态修复中，是生物治理方法的一个重要技术。 它是生态圈中的一部分具有低能耗、效果佳且适宜大规模推广等特点的一种技 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 2 页 术。在富营养化水体治理中，植物利用自身生长需要，通过植物组织富集、吸收 并转化水体中的氮磷等营养盐，其主要包括有：富集作用、吸收作用、转化作用 等。植物组织通过根、茎、叶将氮磷等营养盐富集在比表，进而慢慢被自身所吸 收利用，促进植物的生物量以及株体的生长，到达降低营养盐的作用。植物在水 体内，与蓝藻等藻类形成营养竞争的局面，通过释放排他因子，能有

34、效抑制蓝藻 的增殖和爆发。同时植物自身分泌物质能有效抑制蓝藻的恶性繁殖，减少水体中 的蓝藻数量，增加溶解氧( 0 0 ) ，提高水体透明度，有效净化富营养化水体的水质， 是一种非常有效的生态修复方法。此外，植物还将参与对污染物的固定、分解， 间接参与环境的净化过程。作为生态系统中的子系统，水生植物是食物链中的一 个重要部分。 在水体中，微生物作为极其重要的分解者，是物质循环和能量循环的重要参 与者，具有不可替代的作用。水生植物与微生物菌落形成一个共生体，能有效地 将氮磷“吞噬”掉并转化为自身组织部分。对污染物质起到一个良好的分解作用 和去除作用。同时植物也为微生物菌体提供了承载体，为氮磷循环提

35、供的良好条 件。氧化、硝化、反硝化是组成富营养化水体的氮循环的重要组成，磷酸盐细菌 对磷的分解、富集极其矿化作用是构成磷循环的重要组成。 水生植物对富营养化水体的净化主要受植物的净化特性、单位面积的植物数 量( 植物密度) 、水质水文环境、水体的外部污染源等等因素的影响。但植物的自 身生长状况对净化效果有着更为重要的决定作用。 采用水生植物对富营养化水体的修复、治理的有效手段，也是富营养化水体 系统功能的重建和水体营养源的减少的重要措施，同时选择合适的植物，也可为 景观生态系统增添一份美景。 目前，在富营养化水体的生态修复治理中，植物北水苦荬( V e r o n i c a a n a g

36、a i sa q u a t i c a ) 和巴天酸模( R u m e xp a t i e n t i aL i n n ) 在该环境领域里没 有相关研究。本文试图充分利用土著部落物种，以本区域物侯期为依据，用两种 野生植物对两种不同浓度的富营养化水体进行了实验，且两种植物均为中药药材。 判断其对两种不同浓度富营养化水体的环境效应，为两种植物首次应用于富营养 化水体的治理提供一定的参考价值，进一步丰富植物类型的选择，同时也为两种 植物对不同浓度富营养化水体的净化作用做出初步的探索。 52 主要研究内容 5 21 研究目标 在不引进另一种外来生物污染的前提下，充分利用土著部落物种，因地制宜

37、 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 3 页 就地取材，从而达到节省成本，且有效避免外来生物入侵所带来的生态破坏。以 本土区域物侯期为依据，形成时问季节上的连续性，最大限度利用光热资源，在 富营养型水体中栽培野生植物，利用生物生长期吸收与富集水中的营养盐，起到 一种“营养池”的作用在时空上持续去除水体中的N 、P 等营养源，有效控制藻 类必需营养源，制约蓝藻恶性增殖，从而净化富营养化水体，达到治理、修复、 调节富营养化湖泊的目的，恢复生态系统功能。 本课题利用西南科技大学九社憾日、涪江为研究平台，通过的理论模型、实验 模型研究分析，以两种野生植物 北水苦荬( V e r o n i c aa

38、n a g a l l i s - a q u a t i c a ) 、巴 天酸模( R u M e xp a t i e n t i aL i n n ) 及其不同浓度的富营养化水样作为研究对象， 通过静态、动态的实验，研究两种野生植物对两种不同浓度富营养化水体的环境 效应，论文主要包括水体各指标物与时间关系分析、各主要指标问的P e a r s o n 相关 性分析、系统内的植物水样的物料平衡分析。具体如下： ( 1 ) 水体各指标物与时间关系分析： D H 与时间关系、D 0 与时间关系、C O D 与时间关系、T N 与时间关系、T P 与时间 关系。 ( 2 ) 各主要指标问的P

39、e a r s o n 相关性分析： 系统内各主指标间的皮尔森相关性分析、系统间同指标的皮尔森相关性分 析。 ( 3 ) 系统内的植物一水样的物料平衡分析： 系统内“ 的物料平衡分析、系统内T P 的物料平衡分析。 1522 拟解决的关键问题 1 、以本区域物侯期为依据，驯化、培育土著型野生植物。 2 、研究野生植物对富营养化水体各指标污染物的去除效果分析。 3 、研究系统内各主要指标问的P e a r s o n 相关性分析，以及系统内的植物一水 样的物料平衡分析。 153技术路线 如下图卜4 所示的实验技术路线，在富营养化水体治理中，植以本区域物侯 期为依据，培育土著野生植物，避免外来生物

40、入侵的污染。建立富营养化水体和 野生植物系统，充分利用植物自身的营养池吸收转化作用，有效的去除水体中的 营养源。同时由于该系统基本为封闭系统，更进一步的核算系统内的物料平衡。 经过实验培育后，达到净化富营养化水体的效果。 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 4 页 以本区域物侯期为依据， 驯化、培育土著野生植物 构建野生植物及其空白与 富营养化水体的实验系统 I 实验培育及各主要指标的 I 测定 I l 笋篇黧翟i 图1 4实验技术路线 F ig 卜4T h er o u t eo fe x p e r i 鹏n tt e c h n o I o g y 154 可行性分析 在不引进另一种外来

41、生物污染的前提下，充分利用土著部落物种，园地制宜， 就地取材，从而达到节省成本，并有效避免外来生物入侵所带来的生态破坏。，利 用植物自身生长的需要，通过植物组织富集、吸收并转化水体中的氨磷等营养盐， 植物组织通过根、茎、叶将氮磷等营养盐富集在比表，进而慢慢被自身所吸收利 用，促进植物的生物量以及株体的生长。到达降低营养盐的作用。以本土区域物 侯期为依据，形成时间季节上的连续性，最大限度利用光熟资源，通过构建适合 相应富营养化水体的野生生物及其共生的微环境，利用生物生长期吸收与富集水 中的营养盐，起到一种“营养池”的作用，在时空上持续去除水体中的N 、P 等营 养源，有效控制藻类必需营养源，制约

42、蓝藻恶性增殖，从而净化富营养化水体， 达到治理、修复、调节富营养化湖泊的目的。恢复生态系统功能。 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 5 页 同时依托西南科技大学水处理与污染控制中心、西南科技大学与游仙区农业 局联合实验室，满足本实验所需的各项仪器设备、药品试剂等条件，为方案的实 施作下良好的铺垫。 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 6 页 2 材料与方法 zl 刖舌 水生植物在类别上分为沉水植物、漂浮植物、挺水植物，针对不同地区和不 同程度富营养化水体，选择合适的植物到达去除水体中的氮磷等营养盐。众多 实验研究表明，不同植物有着不同的习性和去除效果，其植物的选取有着以下的 参考标准： (

43、1 ) 具有净化作用：必须具备虽基本的净化能力，是应用的关键目的所在。 ( 2 ) 本土、抗病害性：不引进外来污染，有良好的耐污抗病能力。 ( 3 ) 再利用价值：以便收割后能迸一步利用或资源化。 ( 4 ) 景观作用：具有良好的景观作用，可以助其大面积推广。 目前对北水苦荬( V e r o n i c aa n a g a l l i s _ a q u a t i c a ) 、巴天酸模( R u m e x p a i e n t i aL i n n ) 在环境领域里没有相关研究。本文通过对通过对两种野生植物 的实验，比较两种植物对不同浓度的富营养化水体的环境效应。填补其在环境领 域

44、的应用为富营养化水体修复的植物选型以及两种植物对不同浓度的富营养化 水体的净化作用提供一定的参考价值。 22 材料 22 1 实验材料 221 1 植物材料 ( 1 ) 北水苦荬( V e r o n i c aa n a g a l l i s - a q u a t i c a ) ：取自涪江西南科技大 学段 北水苦荬( 又名仙桃草) ，V e r o n i c aa n a g a l l i s - a q u a t i c a ，玄参科，婆婆纳 属，多年生草本挺水野生水生植物，茎粗枝斜，茎高在8 - 1 2 0 c m 之间，植物叶体 无柄，上半部分为半抱茎，形状主要为长卵形或椭

45、圆形卵状矩圆形和披针形较 为少见，叶长在15 1 0 c m 之间，叶宽在08 - 28 c m 之间，叶片四周为全缘或疏且 小的锯齿形状。苞片和花梗的长度大体一致，叶体较花序短；北水苦荬又为多花 型，花梗与花序轴的生长多为形成锐角，植物果期生长时向上且体型弯曲，使得 花序轴与蒴果较为接近；花序多为较小，一般来说其宽度小于l5 c m ，花萼裂片 多为急尖型且为卵形披针状，其长度在3 m m 左右花柱长度大约为2 m m 。北水苦荬 的果期多为叉丌型或直立型，与蒴果较为临近，花冠的颜色主要有浅蓝色、白色 西南科技大学硕士研究生学位论文第17 页 或浅紫色，其花冠直径大约在36 m m 左右，其

46、裂片多为宽卵形，花冠比雄蕊还长。 蒴果外形近似圆形，其大小与萼差不多，顶端为圆钝且略略微凹。 北水苦荬的生长期在2 - 6 月，花期多为5 - 8 月，常见于水边及沼泽地带，广 泛分布于长江以北以及大西南区域，在西南地区高达海拔4 0 0 0 米的地方依然可以 生长。其根和果实具有极高的药用价值 止血化瘀药用价值。广泛用于跌打损伤 示。 它的味为微苦、寒、辛，具有清热解毒， 清热利湿等医药原材料。如下固2l 所 图2 - I北水苦羹 F Ig2 - 1V e r o n ic aa n a g a | | ls a q u a t i ：a ( 2 ) 巴天酸模( R u m e x t i

47、e nr i aL i n n ) ：取自西南科技大学校园内 巴天酸模( 叉名牛舌头棵) ，俗称牛耳大黄，R u m e xp a t i e n i aL i n n ，多年 生草本水生野生挺水植物，蓼科，酸模属。其根肥厚，株体直立茎粗壮，存在 沟槽。具有分枝特性，其基生叶生长时存在粗柄，叶片形状多为矩圆状披针形， 一般高9 0 一i 5 0 c m ，长l O - 4 0 c m ，宽3 1 0 c m ，叶片的顶端多为圆钝或急尖形状，底 部为圆形或近圆形，叶片四周的全缘或部分边缘为波纹形状，叶上半部分比较小 且狭长，其托叶为鞘筒形状，巴天酸模的花序为腋生或者顶生圆锥型花序，且 较大。其花

48、为两性，其花为2 轮且被片数为6 ，在果实期，其内轮的花被片变大， 呈现为宽心形状，且存在网纹，整体或部分有瘤状突起的形状；雄蕊数为6 ，柱 头数为3 ，多为画笔状。果实为卵形，是光亮的褐色且有3 锐棱。 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 8 页 巴天酸模的生长期为9 月一次年6 月，常生于生于潮湿地和水沟边，喜湿润 的环境t 能耐严寒。广泛分布于我国四川、云南及西藏等大西南区域。作为一种 中药材，其药用部位主要为根，具有止血，清热利水等药用功能，同时其根含鞣 质，可作为提取栲胶的原材料。如下图22 所示。 骥 图2 - 2巴天酸模 F i g2 - 2 R u m e xp a t f e n t i aLJ 册 2212 水样 原水样如下囤2 3 所示，实验所需水样取自西南科技大学九洲湖( N 3 l 。3 2 7 1 43 2 ”，E1 0 4 。4 l j 2 7 7 ”：海拔7 5 0 M ) ，分别在A 区、B 区采取不 同浓度的富营养化水体。 为取得不同浓度的水质水样，如下图23 所示，分别在A 区、B 区进行多次 布点，并采取不同位置的水样，最后综合各点位的水质数据，取得最适水样。 西南科技大学硕士研究生学位论文第19 页 图2 - 3水样采样点 F ig2 - 3T h ep o I n t so fw a t e rs