蓝藻生长的氮磷影响及控制机理研究
近年来，随着人口的增加和人类活动的加剧，我国湖泊水体受到严重的污染，富营养化程度不断加剧，生态环境极其脆弱。本文依托“滇池内负荷控制与水质综合改善技术研究及工程示范课题(国家水体污染控制与治理科技重大专项2012ZX07102-004)”，围绕“蓝藻生长的氮磷影响及控制”这一主题，开展了一系列研究，以期为富营养化水体修复及蓝藻控制提供一定的参考依据。 本文主要研究内容及结果如下: (1)以铜绿微囊藻为研究对象，考察一系列氮磷营养盐条件对铜绿微囊藻生长和生理特性的影响。不同磷源对铜绿微囊藻的生长及生理特性影响存在较大差异，与β-甘油磷酸钠(β-GP)、三磷酸腺苷二钠盐(ATP-P)两种有机磷相比，无机磷形态的KH2PO4对藻的生长促进作用最大;培养14天后，以KH2PO4、β-GP、ATP-P为唯一磷源的培养基中的藻生物量分别为2.42×107 cell ml-1、6.93×106 cell ml-1、6.32×106 cell ml-1。试验开始前5天，各组培养基中藻细胞内碱性磷酸酶活性均呈上升趋势，随后呈现不同程度的下降;碱性磷酸酶活性与水体中的PO43-浓度呈负相关关系，但在β-GP、ATP-P组中不明显。 铜绿微囊藻可利用较低浓度的NO3--N进行自身生命活动，而低浓度的NO2--N及Urea-N，高浓度的NH4+-N均会抑制铜绿微囊藻的生长。N/P为30时，利于铜绿微囊藻的生长。过氧化氢酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶活性与水体中氮的浓度及藻生长状况相关。 以上结论可以为富营养化水体藻华控制提供一定的依据，同时也反映出，水体中总氮、总磷含量大小并不能作为藻华发生及控制的判别依据，氮磷的存在形态也起着关键作用。 (2)通过改性活性炭的制备、表征及对无机磷的吸附试验，研究不同温度、初始浓度、吸附时间等条件对吸附效果的影响。活性炭的改性为富营养化水体中无机磷的削减控制提供了可能，通过预氧化-载铁改性处理，对无机磷的去除效果大大增加;一方面因为改性后活性炭表面的活性位点增加，Fe-O官能团对无机磷的结合力增强;另一方面，改性处理改善了无机磷在活性炭表面的传质状况，利于无机磷的吸附。在试验条件范围内，AC/O-Fe对无机磷的最大吸附量均高于AC-Fe，AC/O-Fe对无机磷的去除效率比AC-Fe高22.91％～38.99％，表明预氧化处理对活性炭的除磷性能有着重要作用。 通过改性陶粒砂的制备、表征及对无机及有机磷的吸附试验，研究不同pH、初始浓度、吸附时间及不同化学结构的磷分子(KH2PO4、β-GP、ATP-P)对吸附效果的影响。受空间位阻效应的影响，改性陶粒砂对无机磷的去除效果优于有机磷，去除效果为KH2PO4＞β-GP＞ATP-P。材料T/N-Fe，由于其较好的颗粒内扩散性质及较多的活性位点，其对无机及有机磷均表现出较高的吸附容量。静态吸附数据较好的符合Langmuir模型，动态吸附数据符合准一级及准二级动力学方程。最大吸附容量及初始吸附速率受磷化合物相对分子量大小、化学结构以及吸附质性质的影响。 (3)以富营养化水体为对象，研究水芹、美人蕉、黄菖蒲、菹草4种水生植物对氮磷的削减。四种水生植物对NH4+的吸收能力均大于NO3-，其中水芹、美人蕉适宜于水体中高浓度NH4+的去除。对于NO3-口PO43-，水芹的去除效果好于其他三种植物。氮磷污染物的去除与植物根系基质酶活性有一定关系，其中TN、NH4+-N的去除效率与脲酶活性有较好的相关性，PO43-的去除与磷酸酶活性有较好的相关性。水生植物系统对富营养化水体中氮磷的削减控制是以水生植物为主体的整个水生态系统共同作用的结果，其中包括植物的吸收作用、基质的吸附作用以及微生物作用等。 对水芹、美人蕉、黄菖蒲、菹草4种水生植物对铜绿微囊藻的化感特征进行了研究。不同的植物组织器官及不同的植物处理方式下，抑藻效果不同，最具抑藻潜力的植物为黄菖蒲和美人蕉。经黄菖蒲和美人蕉种植水培养5天后，铜绿微囊藻的抑制率达70.12％～77.25％。质量分数为0.53％的黄菖蒲叶提取物，经11天的培养后，对铜绿微囊藻的抑制率为65.30％。抑藻机理可能在于化感物质的胁迫使微囊藻细胞内活性氧自由基过量堆积，进而引起对藻细胞的伤害和影响藻类正常的光合作用。SOD酶活性与藻的比增长率均呈现较好的负相关关系。可以利用植物的协同作用合理搭配水生植物种类，发挥它们之间的协同抑藻作用，同时利用植物的搭配营造好的景观环境。
富营养化;水生植物修复;化感抑藻;水体污染;蓝藻生长
复旦大学
博士
环境科学
郑正
2014
中文
X524
121
2016-03-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）