【摘要】：人工濕地具有投資低、能耗少、生態(tài)效益好的特點,近年來被越來越多地用于天津濱海地區(qū)富營養(yǎng)化水體修復(fù)和污水深度處理工程。但是實際工程運行中發(fā)現(xiàn),由于濱海地區(qū)地表水體和污水的含鹽量較高,建設(shè)的人工濕地在某些情況下難以達到理想的效果。本論文依據(jù)水利部行業(yè)公益科研項目“咸化水體水生植物生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究”的要求,篩選適用于天津濱海人工濕地建設(shè)的挺水植物和浮葉植物,研究水中含鹽量對植物生理生化特性和氮(N)、磷(P)降解過程的影響機制,探討濕地植物根際氨氧化微生物分布特征,為濱海地區(qū)人工濕地凈化含鹽富營養(yǎng)化水體和污水深度處理工程建設(shè)提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。通過文獻資料分析和實地調(diào)研,選擇出適用于天津濱海地區(qū)的常見的7種挺水植物和2種浮葉植物。采用無底泥水培法,根據(jù)植物的耐鹽存活閾值評估這9種植物的耐鹽性。(鹽濃度以水中NaCl含量(%)表示,耐鹽存活閾值為存活率超50%以上的水中鹽濃度)。通過試驗得出,蘆葦、千屈菜和香蒲為最耐鹽植物,它們的耐鹽存活閾值可達到1.0%的鹽濃度;水蔥、荇菜、黃花鳶尾和黑三棱的耐鹽存活閾值為0.5%鹽濃度,存活率均為70%以上;而梭魚草和睡蓮的耐鹽能力最差,它們的耐鹽存活閾值低于0.5%鹽濃度。通過4種植物的靜態(tài)水培降解試驗得出,在較高鹽濃度條件下,植物對N和P的降解能力與耐鹽能力成正比,在含鹽水中,挺水植物比浮葉植物的N和P降解能力好。選擇千屈菜、香蒲和黃花鳶尾三種挺水植物,考察其對不同鹽濃度(0.05%、0.5%和1.0%)的脅迫響應(yīng)。通過分析植物在鹽脅迫下的兩種主要敏感性指標(biāo),發(fā)現(xiàn)這兩個指標(biāo)不僅與植物的生長健康狀況密切相關(guān),而且在高鹽濃度下1周左右,脯氨酸(Pro)和丙二醛(MAD)的激增與營養(yǎng)物質(zhì)的降解速率呈負(fù)相關(guān)。所以可將生理指標(biāo)Pro和MAD用于植物受鹽脅迫的預(yù)警監(jiān)測因子。試驗還得出植物的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)活性隨鹽濃度的增加而不同程度的增高,但是不同植物間酶的活性相差較大。采用水培試驗,研究了不同鹽濃度條件下,千屈菜、水中微生物和根系微生物微生態(tài)體系中N、P的去除機制。結(jié)果表明,在淡水條件下(0.05%鹽濃度),千屈菜對N的吸收是最主要的除N方式,根系微生物對N的降解作用次之,水中微生物對N的降解作用最小;淡水條件下水中的P主要被根系微生物降解,千屈菜吸收次之,水中微生物的除P能力最小。在咸水中(0.5%鹽濃度),根系微生物對N的降解作用成為最主要的除N方式,千屈菜對N的吸收和水中微生物的除N能力均較淡水條件下有所降低;水中微生物對P的去除成為主要的除P方式,千屈菜對P的吸收、水中微生物和根系微生物對P的去除均較淡水條件下有所降低。采用模擬人工濕地試驗,研究了不同鹽濃度條件下(0.05%、0.5%和1.0%),濕地系統(tǒng)N和P的降解、植物生長和填料表面性能的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明,鹽濃度的提高對TN去除的抑制作用不明顯;0.5%鹽濃度對NH4+-N、NO3--N和TP的去除影響較小,1.0%鹽濃度對NH4+-N、NO3--N和TP的去除則表現(xiàn)為很強的抑制作用。濕地系統(tǒng)運行過程中,千屈菜的高度和分枝數(shù)隨鹽濃度的增加而逐漸降低,千屈菜的根表面積、根尖數(shù)和根分叉數(shù)對鹽濃度最敏感;千屈菜植株地上部分的Na~+含量隨鹽濃度的增加而顯著增加,表明千屈菜有一定的聚鹽能力。檢測結(jié)果顯示,在不同鹽濃度下,千屈菜植株地上部分的N、P和Na~+含量均大于地下部分,隨水中鹽濃度增加,植株地上部分N、P含量和地下部分N含量均顯著下降。千屈菜對N的吸收速率大于對P的吸收。隨著鹽濃度的增加,植株地上部分體內(nèi)Na~+的濃度上升,而N、P的吸收速率降低,進而分析得出千屈菜植株體內(nèi)Na~+的累積會抑制千屈菜對N、P的吸收。濕地系統(tǒng)中陶粒填料表面Na元素的重量百分比與進水鹽濃度呈正比,水中的鹽會在填料表面沉積,從而對填料的表面性能及微生物附著及其凈化能力產(chǎn)生影響。利用分子生物學(xué)的方法,以amoA基因作為特異的分子標(biāo)記,對濕地中的氨氧化微生物進行分析。試驗共構(gòu)建18個amoA基因克隆文庫,以2%的核苷酸組成差異進行OTU(分類操作單元,Operational taxonomic unit)分類,其中有18個氨氧化細(xì)菌(AOB)amoA和47個氨氧化古菌(AOA)amoA OTUs。AOB amoA基因文庫中的OTUs主要分布在亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)、亞硝化螺菌屬(Nitrosospira)和未知菌屬中,其中亞硝化單胞菌屬為優(yōu)勢菌屬。AOA amoA基因文庫中的OTUs主要分布在Nitrosopumilaceae-like、Nitrososphaera-like和未知菌屬中。鹽濃度和根際環(huán)境對AOB和AOA amoA基因文庫中OTUs種類的影響較小。根際環(huán)境中的AOB和AOA amoA基因拷貝數(shù)較非根際環(huán)境中受鹽濃度影響較小,非根際環(huán)境中AOB和AOA amoA基因拷貝數(shù)均隨鹽濃度的增加而顯著降低。根際環(huán)境中AOB和AOA amoA基因拷貝數(shù)在0.5%和1.0%鹽濃度下均高于0.05%鹽濃度(淡水),但在0.5%鹽濃度下最多。此外,土壤基質(zhì)氨氧化潛勢(PNR)與AOB和AOA amoA基因拷貝數(shù)均極顯著相關(guān)(P0.01)。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：X173;X52;X703


本文編號：2725716