沉水植物水槽对农村水体净化效果与机制的模拟

实验设计中试水槽装置,模拟研究2种沉水植物轮叶黑藻(Hydrilla nerticillata)和苦草(Vallisneria natans)对农村水体的净化效果,并探讨沉水植物在水体氮、磷去除中的作用.结果显示,沉水植物系统均能显著降低水体中总氮、铵态氮、硝态氮和磷酸盐浓度,去除率分别达到50.5%、84.4%、41.9%和64.6%,且轮叶黑藻组选择20 g/m2,苦草组选择40 g/m2为适种密度.水体流经各串联单元时氮、磷去除负荷存在显著差异,其中总氮、硝态氮、磷酸盐浓度在有植物单元高于无植物单元,铵态氮浓度相反,结合单元内溶解氧浓度、硝化与反硝化细菌总数表明,有植物单元可显著发生反硝化作用,无植物单元可显著发生硝化作用,有无植物串联单元更有利于氮的去除.     

不同水体营养盐浓度下沉积物添加镧改性膨润土(Phoslock®)对轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)生长的影响

轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)是我国浅水湖泊常见的沉水植物,经常用于湖泊生态修复工程.然而在生态修复中后期,轮叶黑藻又往往会过度繁殖,影响其他湖泊功能的发挥.镧改性膨润土(锁磷剂)可以有效地降低沉积物中生物可利用磷含量,近年来被用于控制湖泊沉积物磷释放,其对轮叶黑藻生长和形态的影响还有待阐明.本研究在2种不同上覆水营养盐浓度条件下,设置添加和不添加锁磷剂2种处理,探究沉积物添加锁磷剂对轮叶黑藻生长及形态特征的影响.结果表明:1)沉积物添加锁磷剂之后,铁锰结合态磷、有机磷、铝结合态磷等生物可利用磷浓度显著降低,而生物不可用磷,如钙结合态磷浓度显著升高; 2)沉积物添加锁磷剂显著降低了轮叶黑藻的生物量和生长率.添加锁磷剂的处理组植物的株高、地上部分生物量均明显低于无锁磷剂组;相反,添加锁磷剂显著增加了植物的根长和地下部分生物量,进而提高了植物的根冠比; 3)锁磷剂对轮叶黑藻生长的影响程度与水体营养盐浓度有关,在低营养盐浓度水体中锁磷剂对植物生长和形态特征的影响更为显著.本研究表明,锁磷剂的添加能降低沉积物中生物可利用磷浓度,抑制轮叶黑藻的生长,同时这种影响程度与在水体营养盐浓度有关.     

轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)对沉积物-水界面微观剖面理化参数的影响

水生植物是湖泊生态系统的重要组成部分,沉积物-水界面是湖泊生态系统中营养盐循环的重要界面,因而研究水生植物对沉积物-水界面微观剖面的影响具有重要意义.本文利用轮叶黑藻作为研究对象,研究了来自于香溪河、太湖和东湖3个样点的沉积物及上覆水中N、P等理化性质,并利用微电极研究轮叶黑藻对3种沉积物-水界面微观剖面是否有影响.实验结果表明:轮叶黑藻生长迅速.增长率因沉积物不同而不同,有一定的耐污能力;轮叶黑藻使水体和沉积物中总氮、总磷含量减少,对水体和底泥有一定的净化作用;轮叶黑藻可使水体溶解氧升高,并使沉积物有氧层厚度增加,改变沉积物的氧化还原电位;轮叶黑藻可能改变了根际微环境中微生物的数量和种类,而使沉积物和上覆水中的pH、N₂O和H2S等发生变化.     

滇池沉水植物的分布格局及其水环境影响因子识别

研究滇池沉水植物的分布及其与水环境因子的关系,对于滇池沉水植物的恢复具有重要的指导意义.2016年4-11月对滇池24个典型点位沉水植物群落特征进行调查,共发现16个调查区存在9种沉水植物,以篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus)、微齿眼子菜(P.maackianus)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、马来眼子菜(P.wrightii)等为主,沉水植物主要分布在近岸3 m以内水域,盖度在10%左右.主成分分析结果表明,总氮、总磷、悬浮物、化学需氧量和叶绿素a浓度是影响沉水植物种类和生物量的主要因素,透明度是影响沉水植物盖度的主要因素;典范对应分析结果显示,滇池沉水植物的分布主要受水体中营养盐含量和化学需氧量的影响,穗花狐尾藻和轮叶黑藻对有机物和藻类的耐受能力较强,马来眼子菜和篦齿眼子菜适于生长在高营养盐的环境.滇池沉水植物恢复初级阶段的关键是降低水体中化学需氧量、抑制藻类的生长,其次是控制水体营养盐浓度.按照"一区一策"的原则,草海东风坝内和外海南部适于进行沉水植物恢复,外海北部实行控藻治理,外海东部需改善水体有机物浓度和营养盐条件,外海西部以沉水植物自然保育为主.     

外来种福寿螺(Pomacea canaliculata)对3种沉水植物的牧食偏好及水体理化因子的响应

外来种福寿螺(Pomacea canaliculata)相较我国本土螺类其牧食量更大且繁殖速度更快,对栖息地水生植物的现存量和实施水生植被恢复的生态治理工程的成功性可能构成威胁,目前对福寿螺影响浅水湖泊沉水植物的重建缺乏足够的研究.本文通过设置不同沉水植物种类组合系统,研究福寿螺对3种常用于浅水富营养化湖泊治理的沉水植物密刺苦草(Vallisneria denseserrulata)、轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)的牧食偏好以及不同植物配置系统理化因子的响应变化,结果表明福寿螺对沉水植物植株附着偏好为密刺苦草轮叶黑藻穗花狐尾藻,而牧食破坏强度为轮叶黑藻穗花狐尾藻密刺苦草,轮叶黑藻最容易受到福寿螺牧食影响而快速消亡,穗花狐尾藻叶片也会被全部牧食仅剩下茎,而苦草存活受到的影响较小.福寿螺会导致轮叶黑藻+密刺苦草组合系统中总氮、氨氮、总磷、正磷酸盐浓度显著升高,而密刺苦草+穗花狐尾藻组合中总磷、正磷酸盐浓度显著升高,但是在轮叶黑藻+穗花狐尾藻组合中仅总氮浓度显著升高.研究表明福寿螺能够影响沉水植物间的竞争关系,但是3种沉水植物均不能阻止福寿螺的牧食;福寿螺牧食会显著降低沉水植物生物量,最终会影响草型清水态系统的稳定性.     

太湖环棱螺对两种常见沉水植物生长的影响

环棱螺(Bellamya sp.)是太湖常见的一类软体动物.本研究通过室内实验,探讨环棱螺对轮叶黑藻(Hydrilla verticillata Royle)和伊乐藻(Elodea nuttalli ST John)生长的影响及水体营养盐含量的变化.结果表明,三种处理情况下,单位质量伊乐藻增加的数量分别为:H组0.475 g,L组0.106 g,C组0.021 g,单位质量轮叶黑藻增加的数量分别为:H组0.704 g,L组0.663 g,C组0.478 g.从实验前后两种沉水植物的长度和分蘖数变化来看,H组最高,L组与C组分别次之,所以不论生物量、长度还是分蘖数的变化量,与环棱螺共存的伊乐藻和轮叶黑藻的变化都高于对照组中两种沉水植物的变化.环棱螺新陈代谢促进水体中溶解态氮磷含量增加,三种情况下水生植物的初级生产力都相当,由此可推测环棱螺通过新陈代谢,一定程度上促进了两种沉水植物的生长.     

城区河流中沉水植物分布特征及其影响因素分析——以宁波城区内河为例

以宁波城区内河为研究对象,调研沉水植物在154条河中的分布情况,实测63个代表样点的水环境指标,分析秋、冬季沉水植物群落变化及生理变化.研究发现：宁波城区内仅有8条河流单一地生长有沉水植物轮叶黑藻（Hydrilla verticillata）、苦草（Vallisneria natans）和金鱼藻（Ceratophyllum demersum）中的1种;3种沉水植物分布与溶解氧、氧化还原电位和pH均呈显著正相关,与水深、氨氮（NH₃-N）和总磷（TP）浓度均呈显著负相关;有沉水植物分布的河道水深较浅（约0.9 m）、水质更优（普遍优于V类）;与秋季相比,冬季3种植物的群落盖度均下降,轮叶黑藻和苦草体内丙二醛、过氧化氢含量升高,暗示植物细胞受损;而3种沉水植物均具有一定耐低温胁迫能力,主要表现为体内抗氧化酶活性、可溶性蛋白和可溶性糖含量升高.结果表明,水深、NH₃-N、TP、溶解氧以及低温可能会影响城区内河沉水植物的生长与分布.     

利用不同物候期水生植物配置提高浮床人工湿地的除氮效果

为验证利用不同物候期水生植物配置提高碳氮比失衡湿地脱氮能力的可行性,设计了向水芹菜(Oenanthe javanica)浮床人工湿地系统中添加轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)的实验,研究了在秋、冬季低温条件下,暖季型植物分解释碳对系统氮去除效果的影响.结果表明,添加轮叶黑藻显著提高了系统水体碳氮比,促进反硝化作用,提高总氮和硝态氮的去除率.在4个周期中,与对照组相比,物候期组合型浮床人工湿地系统的总氮去除率分别提升23.03%、10.90%、18.55%和22.93%,硝态氮去除率分别提升38.28%、20.74%、17.87%和17.06%.由此可见,利用暖季型和冷季型植物配置提高碳氮比失衡湿地氮去除率是可行的.     

滇池沉水植物生长过程对间隙水氮、磷时空变化的影响

2015年6-10月通过原位采集滇池沉水植物分布区和无植物对照区柱状沉积物间隙水,分析其溶解性总氮(DTN)和溶解性总磷(DTP)、溶解性无机氮(DIN)和溶解性无机磷(DIP)及溶解性有机氮(DON)和溶解性有机磷(DOP)浓度的时空变化,探讨沉水植物分布对间隙水氮、磷浓度、形态贡献及氮磷比的影响.结果表明:滇池沉水植物生长过程显著影响间隙水氮、磷浓度.与无植物对照区相比,沉水植物生长过程对间隙水氮浓度的削减主要发生在6、8月,而对间隙水磷浓度的削减主要发生在7月,反映了沉水植物对氮、磷两种元素的生物地球化学循环作用机制不同;间隙水氮形态贡献受季节性影响较大,6-7月以DON贡献为主,沉水植物分布区和无植物对照区分别达到61%和84%;而8-10月以DIN贡献为主,沉水植物分布区和无植物对照区分别为76%和75%;沉水植物分布区磷形态贡献随季节波动变化,沉水植物分布区以DOP贡献为主(63%),无植物对照区以DIP贡献为主(62%);沉水植物生长对沉积物间隙水各形态氮磷比影响显著.沉水植物生长显著增加间隙水DTN/DTP比,尤其是DIN/DIP比,相反降低DON/DOP比.沉水植物对间隙水氮、磷吸收及转化过程改变了沉积物氮、磷释放机制,从而影响上覆水氮、磷组成及氮磷比,很可能会影响到浮游植物生长及藻类水华过程,这对于湖泊水质管理具有重要意义.     

冬、春季芦苇(Phragmites australis)和狭叶香蒲(Typha angustifolia)的腐解过程及其对水质的影响

水生植物修复已经成为水体富营养化修复的重要手段,但其周期性的衰亡也给水体带来不容忽视的负效应.以府河流域丘陵地带农业区小水系自然生长的芦苇(Phragmites australis)和狭叶香蒲(Typha angustifolia)为研究对象,通过模拟实验,研究其冬季和春季腐烂分解过程的差异以及对水体营养盐水平的影响.结果表明,2种挺水植物的剩余干物质量整体上都呈现先快速下降再缓慢下降的趋势,芦苇和狭叶香蒲春季的分解速率分别为0.0251和0.0169 d~(-1),分别明显高于冬季分解速率(0.0027和0.0052 d~(-1));且腐烂分解速率与植物初始氮磷含量和氮磷比都有一定相关性.2种植物在冬季和春季磷的矿化速率都明显高于氮的矿化速率.实验水体的总氮和总磷浓度在腐解过程呈现初期迅速上升、中期迅速下降、后期缓慢下降的趋势.总体来看,芦苇和狭叶香蒲的腐烂分解受季节和初始氮磷浓度的影响较大,芦苇反应较香蒲更敏感且对水质的影响具有时效性.     

轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)根系泌氧对沉积物中典型铁氧化菌和铁还原菌的影响

铁作为地壳中丰度最高的氧化还原敏感元素,对湖泊沉积物的氧化还原作用具有重要的指示意义.水生植物根系泌氧在根际形成微域的氧化圈,根际是氧化、还原同时发生的生物活跃区.以轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)为研究对象,利用微电极和荧光定量PCR探讨根系泌氧作用对沉积物中典型铁氧化菌(嘉利翁氏菌)和典型铁还原菌(地杆菌)的影响.结果表明,轮叶黑藻生长迅速,通过根系泌氧作用影响沉积物中铁的价态和形态,是根际铁循环的重要参数,并对根际微区微生物有一定的影响.根系泌氧使根际嘉利翁氏菌和地杆菌数量增加,进一步影响根际微生物铁循环.实验结果可为微生物对根际铁循环的研究提供一定的理论基础.     

不同生长型沉水植物配置对生物量积累和水质净化效果的影响

种植水生植物,尤其是沉水植物,是目前广泛应用于受损水体的最主要的生态修复方法之一. 研究不同生长型沉水植物组合对水体理化因子的影响及营养物质的去除效率可为受损水生生态系统修复提供重要的科学依据. 本研究以我国水体修复中常用的3种不同生长型沉水植物苦草(Vallisneria natans)、黑藻(Hydrilla verticillata)和穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)为研究对象,采用1种生长型种植和2种生长型及3种生长型混种模式,研究不同生长型沉水植物组合及其不同生长阶段对实验系统水质指标及氮、磷等营养物质去除率的影响. 结果表明,所有植物组合处理均显著提高了系统中总氮、总磷和氨氮去除率; 在实验前中期总氮、总磷和氨氮去除率最高. 从本实验受试物种组合来看,1种和2种生长型组合比3种生长型组合具有更高的生物量累积量和总氮去除率. Pearson相关性分析显示,实验系统中的pH、DO浓度与植物总生物量呈显著正相关,总氮、总磷、氨氮浓度均与植物总生物量呈显著负相关. 建议在受损浅水水生态系统修复过程中,根据生态修复不同阶段考虑不同生活型、生长型和功能群的水生植物组合; 在生态修复过程中需加强管理,如水生植物收割等,才能达到最好的修复效果.     

太湖梅梁湾藻蓝蛋白转录间隔区基因和伪空胞基因表达及其影响因子

以室内铜绿微囊藻7806(Microcystis aeruginosa 7806)为对照,运用反转录定量PCR技术研究太湖梅梁湾水体蓝藻藻蓝蛋白转录间隔区基因(PC-IGS)和伪空胞基因(gvp C)在2013年1月至2014年1月的相对表达量,并分析它们与环境因子的关系.结果表明,PC-IGS相对表达量在2013年1—5月逐渐上升,并在5月达到最大值;gvp C相对表达量从2013年1月开始持续上升并在3月达到最大值;gvp C的表达早于PC-IGS.相关分析表明,PC-IGS的相对表达量与硝态氮、溶解氧浓度均呈极显著正相关,与亚硝态氮、铵态氮以及正磷酸盐浓度均呈显著正相关,与p H值呈显著负相关,与温度、总氮和总磷浓度均无显著相关性;gvp C的相对表达量与硝态氮、铵态氮以及正磷酸盐浓度均呈极显著正相关,与总氮和亚硝态氮浓度呈显著正相关,与温度和p H值均呈显著负相关,与溶解氧和总磷浓度均无显著相关性.     

富营养化湖泊蓝藻-芦苇碎屑堆积分解过程及其潜在的共代谢效应

为探究富营养化浅水湖泊所富集的有机物对湖泊碳循环和水质的影响,本研究构建微宇宙系统,模拟蓝藻和芦苇碎屑单独分解及混合分解过程.通过测定各组上覆水营养盐浓度、有机质含量及结构的变化,揭示富营养化湖泊藻草残体混合分解过程中养分和有机碳的释放特征.结果表明,在实验0～88 h内,在添加相同的碳源条件下,蓝藻和芦苇混合处理组总碳(TC)释放量显著高于理论值,表明藻草碎屑混合分解存在共代谢效应.在培养初期,沉积物通过共代谢效应对水质产生了较大的影响,加速向水体中释放氮、磷物质.相较单独的植物分解,混合处理组中总氮(TN)、总磷(TP)的最大释放量分别提高了13.49%和26.84%;通过三维荧光光谱表征的类富里酸荧光强度变化也表明:较芦苇处理组,混合处理组中芦苇的分解速率更快.在培养开始后,各处理组均快速转变为厌氧状态,TC、TN、TP浓度随时间变化总体上呈先快速上升再逐渐平缓的趋势,分别在第228、108和324小时达最大值(372.4±2.98)、(138.45±2.97)和(7.95±1.11) mg/L.细菌特异性脂肪酸含量变化表明,将蓝藻碎屑添加到芦苇碎屑中,会增加芦苇碎屑中细菌的丰度,从而提高分解速率,激发共代谢效应.在全球气候变暖的背景下,随着富营养化湖泊藻类暴发频次增加,共代谢效应可能还会进一步加强,对富营养化湖泊水质将会持续产生影响.