水葫蘆生態(tài)論文：水葫蘆的生態(tài)還原技術(shù)實(shí)踐探討范文

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作者：張發(fā)闊邵曉龍孫貽超劉紅磊袁敏謝華生李莉于丹劉旭單位：天津工業(yè)大學(xué)天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院

目前，應(yīng)用最廣的是生態(tài)修復(fù)法。水體生態(tài)修復(fù)是利用生態(tài)系統(tǒng)原理，采取各種方法修復(fù)受損傷的水體生態(tài)系統(tǒng)的生物群體及結(jié)構(gòu)，重建健康的水生態(tài)系統(tǒng)，修復(fù)和強(qiáng)化水體生態(tài)系統(tǒng)的主要功能，并能使生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體協(xié)調(diào)、自我維持、自我演替的良性循環(huán)。

水生態(tài)修復(fù)技術(shù)在發(fā)達(dá)國家已得到較為成功的應(yīng)用，但在我國僅有少量應(yīng)用，總體上處于試驗(yàn)研究階段，其主要的制約因素包括氣候條件、生物種類和物種引入、土地利用及運(yùn)行維護(hù)等。高等水生植物對藻類的克制作用具有一定的普遍性，不僅可以減少水面風(fēng)速，從而減少沉積物質(zhì)再次懸浮的可能性，增強(qiáng)底質(zhì)穩(wěn)定性，降低水體濁度，吸附有機(jī)碎屑，而且與微生物有協(xié)同作用，促進(jìn)水體礦質(zhì)元素生物地球化學(xué)循環(huán)，有明顯去除氮、磷的效果。對水生植物與藻類間生長競爭關(guān)系的研究不僅有助于生態(tài)修復(fù)相關(guān)理論的完善，對實(shí)際工程也有指導(dǎo)意義。因此，筆者通過模擬富營養(yǎng)化水體環(huán)境，研究水葫蘆放養(yǎng)密度對水體葉綠素的影響，從而確定浮水植物控制水體藻華的最佳生物量，以期為富飼養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)的理論與實(shí)踐研究提供借簽和參考。

材料與方法

1材料由于水葫蘆是公認(rèn)的去除氮磷效果最好的水生植物之一，因此選擇水葫蘆作為水生態(tài)修復(fù)模擬試驗(yàn)中藻類生長的競爭者。天津地區(qū)藻類組成均為綠藻和硅藻，并以綠藻為主，因此該試驗(yàn)選擇綠藻。

2試驗(yàn)設(shè)計(jì)考慮到綠藻的生命周期及試驗(yàn)條件，試驗(yàn)時(shí)間為2011年8～9月份。又因?yàn)樗w底泥對水體富營養(yǎng)化發(fā)展可能帶來影響，該研究設(shè)計(jì)了有/無底泥2組試驗(yàn)。

2．1無底泥試驗(yàn)。該試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)處理，采用6個(gè)玻璃水槽(390mm×230mm×260mm)，并編號A、B、C、D、E、F(表1)，模擬天津地區(qū)富營養(yǎng)化靜止水體，試驗(yàn)平均溫度為30℃。試驗(yàn)用中水TN、NH3-N、NO－3-N含量分別為2.49、0.067、2.10mg/L，TP和PO3－4-P含量均小于0.01mg/L。前期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，市政中水在加入氮、磷后極易發(fā)生綠藻水華，因此該研究用中水與50ml氮磷溶液(氮、磷濃度分別為2000、200mg/L)配置成20L水溶液，每槽加20滴水培花卉馴養(yǎng)液并攪拌，槽壁水面以下涂黑做遮光處理。選擇生長健康且生長狀況相似的水葫蘆(平均株重約14g)，用超純水沖洗干凈后進(jìn)行無土栽植。試驗(yàn)期間，用超純水補(bǔ)充每天蒸發(fā)損失的水分。每隔7d攪動(dòng)試驗(yàn)水體，并取水樣500ml，檢測總氮(TN)、總磷(TP)及葉綠素濃度3項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)。

2．2有底泥試驗(yàn)。試驗(yàn)土壤為天津大港區(qū)河道底泥(質(zhì)量均為1kg)，底泥pH為8.02，其中全鹽量、鈉、鎂、全氮、全磷含量分別為6210、2210、1320、801568mg/kg。該試驗(yàn)操作、采樣處理以及測定指標(biāo)基本同無底泥試驗(yàn)，設(shè)置2個(gè)處理，采用2個(gè)玻璃水槽，編號G、H(表2)。

3數(shù)據(jù)處理采用Origin7．5制圖軟件繪圖，相關(guān)性分析采用SPSS17．0數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。

結(jié)果與分析

1無底泥試驗(yàn)

1．1葉綠素濃度變化。由圖1可見，無水葫蘆投放的對照系統(tǒng)中，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，藻類急劇生長，葉綠素水平相應(yīng)驟升。第1天葉綠素水平為0mg/m3(低于實(shí)驗(yàn)室丙酮萃取分光光度法最低檢測限10.0mg/m3)，第28天則達(dá)到434.6mg/m3;以后逐漸下降，第42天降到388．7mg/m3。相對于對照系統(tǒng)，有水葫蘆生長的系統(tǒng)中葉綠素水平大幅降低，而且呈現(xiàn)出水葫蘆數(shù)量越多，降低幅度越大的趨勢。生長1棵水葫蘆的模擬系統(tǒng)B中，葉綠素濃度最高水平達(dá)285.0mg/m3;而生長4棵水葫蘆的模擬系統(tǒng)D中，葉綠素最大濃度僅為119.0mg/m3。此后，水葫蘆數(shù)目的繼續(xù)增加對葉綠素濃度影響不大，葉綠素水平僅有略微上升。這是因?yàn)樗J栽植密度過大，同種之間的生長競爭變得明顯［18－19］，致使水葫蘆的增加對藻類生長的抑制效果不顯著。

1．2相關(guān)性分析。無底泥模擬試驗(yàn)中，水葫蘆數(shù)量與葉綠素濃度呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為－0．541＊＊;而TP、TN與葉綠素濃度的相關(guān)系數(shù)分別為－0.358*、－0.436＊＊，說明水葫蘆相比其他環(huán)境水質(zhì)因子對葉綠素水平有更強(qiáng)的限制作用(表3)。

2有底泥試驗(yàn)在模擬系統(tǒng)中加入底泥進(jìn)一步模擬富營養(yǎng)化水體水質(zhì)環(huán)境，不僅可以驗(yàn)證有/無底泥試驗(yàn)結(jié)論是否相同，水葫蘆在實(shí)際水體中存在富含大量富營養(yǎng)物質(zhì)的底泥的更為復(fù)雜情況下是否可以顯著抑制富營養(yǎng)化藻類的生長，而且還可以驗(yàn)證得出的閾值是否合理，水生植物與藻類之間的生長競爭關(guān)系在實(shí)際生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用和推廣是否可行等一系列問題。

2．1葉綠素濃度變化。由圖2可知，同無底泥試驗(yàn)類似，葉綠素濃度在第28天后開始明顯下降，其葉綠素濃度明顯低于無底泥試驗(yàn)，但有水葫蘆生長時(shí)葉綠素濃度顯著低于無水葫蘆時(shí)。投放4棵水葫蘆的系統(tǒng)G中，葉綠素濃度最高為32．2mg/m3，明顯低于未投放水葫蘆的最高濃度76．9mg/m3。另外，無水葫蘆模擬系統(tǒng)G中葉綠素最高濃度維持在65.0～80.0mg/m3之間，投放4棵水葫蘆的模擬系統(tǒng)H中葉綠素最高濃度維持在25.0～35.0mg/m3之間，二者均在較長時(shí)間維持相對穩(wěn)定的水平。對于有底泥試驗(yàn)中的葉綠素濃度明顯低于無底泥試驗(yàn)的，且較長時(shí)間維持在相對穩(wěn)定的水平，主要有2個(gè)原因:一是底質(zhì)吸附培養(yǎng)液中的部分營養(yǎng)物質(zhì)，在一定條件下緩慢釋放;二是由于富營養(yǎng)化水體本身以及取樣時(shí)人為攪動(dòng)導(dǎo)致底質(zhì)擴(kuò)散，不易沉降的懸浮物增加了水體濁度，水體透光率明顯減小，導(dǎo)致水生植物光合作用效率降低，從而使得葉綠素含量明顯減少。

2．2相關(guān)性分析。有底泥模擬試驗(yàn)中，水葫蘆數(shù)量與葉綠素濃度呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為－0．634*，而TP、TN與葉綠素濃度的相關(guān)系數(shù)分別為－0.419、－0.278，同樣說明水葫蘆相比其他環(huán)境水質(zhì)因子對葉綠素水平有更強(qiáng)的限制作用(表4)。

結(jié)論

研究結(jié)果表明，浮水植物與藻類之間的生長競爭關(guān)系明顯，浮水植物的存在可以顯著抑制水體藻類發(fā)展。當(dāng)水面水葫蘆覆蓋率達(dá)到51%(種植4棵水葫蘆)時(shí)，能夠顯著抑制藻類生長，葉綠素濃度降低58%。