【正文】 蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）植物對不同污染水體的凈化作用研究畢業(yè)論文目 錄第1章 緒論 6 引言 6 水生植物介紹 7 污染水體介紹 8 浮床養(yǎng)殖現(xiàn)狀介紹 9 關(guān)于本實驗 10第2章 材料與方法 11 材料 11 水芹 11 不同污染水體的配制 11 13 水體、植物樣本采集方法 13 浮床種植水芹及分組方法 13 植物指標(biāo)測定方法 14 水體指標(biāo)測定方法 18 統(tǒng)計分析 20 本章小結(jié) 21第3章 結(jié)果與分析 22 22 根系活力的變化與分析 22 硝酸還原酶活性變化與分析 24 硝態(tài)氮含量變化與分析 25 總磷含量變化與分析 27 水體指標(biāo)變化與分析 29 總氮含量變化與分析 29 31 32 34第4章 討論 36結(jié) 論 38致 謝 39附錄X 譯文 41 沉水植物對大型實驗池塘水質(zhì)和生物群落的影響 41附錄Y 外文原文 57附錄Z 原始數(shù)據(jù) 65第1章 緒論 引言隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展以及人口的不斷增長，用水量急劇增加，污水排放量也相應(yīng)增加，從而導(dǎo)致我國淡水資源的短缺和水環(huán)境污染日益加劇，并嚴重制約了我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，影響了人民的身體健康，因此，對受污染水體進行綜合治理與修復(fù)已刻不容緩。各國的環(huán)境工作者和生態(tài)學(xué)家逐漸認識到水質(zhì)問題是水生態(tài)問題，水體污染和富營養(yǎng)化的生物學(xué)修復(fù)理論和技術(shù)成為當(dāng)前國內(nèi)外研究的焦點[1]。在目前的養(yǎng)殖條件下，我國大范圍的養(yǎng)殖池塘生產(chǎn)操作缺乏嚴格規(guī)范，養(yǎng)殖廢水未經(jīng)處理隨意排放，殘剩餌料和排泄物形成的污染物對水體、沉積環(huán)境等造成嚴重污染，使得水體營養(yǎng)鹽升高，引起淺水湖泊的退化，加劇養(yǎng)殖池老化，造成局部海域發(fā)生赤潮，給水產(chǎn)養(yǎng)殖造成了巨大損失，甚至加劇了我國的飲水危機。物理修復(fù)物主要是利用物理作用除去養(yǎng)殖用水和養(yǎng)殖廢水中的懸浮物或其他水生生物，其處理過程不改變污染物的化學(xué)性質(zhì)。處理方法包括柵欄、篩網(wǎng)、沉淀、氣浮、過濾等。物理方法的缺點是投資較大、所需成本較高?；瘜W(xué)修復(fù)養(yǎng)殖用水的化學(xué)處理是利用化學(xué)作用，以除去水中的污染物。通常在水體中加入化學(xué)藥劑，促使污染物配位、沉淀、中和以及氧化還原等。但往往一種藥劑可以和多種元素反應(yīng)，所形成的產(chǎn)物難以控制和去除。生物修復(fù)廣義上包括生物膜法、有益微生物法、水生動物及水生植物修復(fù)法等。水生植物修復(fù)主要是利用植物光合作用吸收氮、磷等無機物轉(zhuǎn)化為有機物，水生植物離開水體后，便將過多的營養(yǎng)物質(zhì)從水體中去除，達到零污染狀態(tài)，實現(xiàn)經(jīng)濟利益和環(huán)境效益的“雙贏”。對于修復(fù)植物來說，除本身的生長特性如植株大小、生長速率等外，植物對重金屬的富集系數(shù)(Enrichment Factor)、轉(zhuǎn)運系數(shù)(Translocation Factor)和忍耐能力是決定植物能否適用于植物修復(fù)技術(shù)的主要因素。[2]。水生植物對養(yǎng)殖水環(huán)境修復(fù)的機理在于：在水生植物生長的過程中，根據(jù)其自身的特點，將水體或底泥中的氮、磷等無機營養(yǎng)物質(zhì)及重金屬等污染物吸收，合成自身物質(zhì)儲存在植物體內(nèi)，降低了水體或底泥中無機鹽的含量,植物修復(fù)對去除氮磷具有明顯效果[3]。可用于控制水體富營養(yǎng)化與微藻形成競爭和抑制關(guān)系，抑制其過度繁殖；某些種類可以作為養(yǎng)殖對象的飼料，減少了餌料等外來有機物的投入；通過光合作用向水體中釋放氧氣，加快有機物分解，防止有害物質(zhì)產(chǎn)生，從而使水體的各項理化因子趨于穩(wěn)定。當(dāng)水生植物離開水體時，其體內(nèi)所吸收的原水體污染物質(zhì)便被帶出水域，水體生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能逐步得到恢復(fù)，養(yǎng)殖水環(huán)境得到修復(fù)。水生植物修復(fù)技術(shù)具有低投資、低耗能、效果明顯的優(yōu)點，對于養(yǎng)殖環(huán)境的生態(tài)修復(fù)起著重要的作用，可促進我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展， 是一項具有巨大潛能的修復(fù)技術(shù)。生活污水處理采用資源化綠色工藝的研究已成為我國環(huán)保領(lǐng)域面臨的重要課題[4]。通過水基浮床栽培植物,建立起植物強化生長體系,把污水處理、污水利用和環(huán)境美化結(jié)合起來是污水處理方向之一。 水生植物介紹生植物對富營養(yǎng)化水體具有良好的修復(fù)效果，它對水體中的氮、磷可起到吸附、沉淀、吸收代謝和富集濃縮等各種作用。Ready等借鑒廢水處理中工藝原理，構(gòu)建成水體中水花生、菱、水鱉、鳳眼蓮的植物群落，通過植物根系附近的微生物代謝作用，消耗水體中的溶解氧，使之呈現(xiàn)厭氧狀態(tài)，而這種厭氧狀態(tài)有利于反硝化過程，從而能最大限度地除去水體中的N03一。在進水口處的水花生群叢緊密交織在一起，構(gòu)成堅強的防護帶，能將“水華”擋在群落之外，群落自身保持旺盛生長，其下水中的反硝化和氨化細菌的數(shù)目較大，但水中溶解氧卻很低。菱對藻類及水中懸浮物有良好的過濾作用。由于水花生和菱的作用，使群落系統(tǒng)內(nèi)部的水體透明度得到明顯提高，從而有利于沉水植物和浮葉植物的生長。這一方面可抑制藻類的生長，另一方面又不斷地吸收、分解水中的營養(yǎng)鹽和污染物，使整個系統(tǒng)處于良性循環(huán)狀態(tài)。許多學(xué)者認為，在富營養(yǎng)化水域表面以浮床技術(shù)種植糧油、蔬菜和花卉等各種適宜的陸生植物，在收獲農(nóng)產(chǎn)品和美化水域景觀的同時，通過其吸收和吸附作用，西洋菜是一種從國外引進的水生蔬菜, 具有重要的藥用和食用價值, 在富營養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)和廢水的資源化利用方面具有廣闊的應(yīng)用前景。[5]富集去除水體中過多的氮和磷元素，以達到變害為寶、化害為利和凈化水質(zhì)的效果，使水體產(chǎn)生良性循環(huán)。南京莫愁湖種植蓮藕，年產(chǎn)蓮藕25萬kg，去除的氮有60t之多，磷有1t多，經(jīng)過3年時間，水色由原來的14級上升到11級。劉淑媛等人進行人工基質(zhì)無土栽培經(jīng)濟植物的凈化富營養(yǎng)化水體試驗，結(jié)果顯示，多花黑麥革、水蕹菜對氮和磷的去除率分別達到80％和90％以上，水芹對氮、磷的去除率可達到75％以上。水生植物修復(fù)具備的優(yōu)點有可以在養(yǎng)殖場所進行減少了運 輸費設(shè)施費對水體的富營養(yǎng)化物質(zhì)有機污染物重金屬污染物有良好的處理效果能實現(xiàn)水體營養(yǎng)平衡 改善水體的自凈能力 造價相對較低不需耗能或低耗能能高效穩(wěn)定便宜地解決養(yǎng)殖環(huán)境退化的問題[6]。利用經(jīng)濟植物凈化富營養(yǎng)化水體，既改善了富營養(yǎng)化水體水質(zhì)，獲得環(huán)境效益，又有利于經(jīng)濟作物的生長，客觀的經(jīng)濟效益相當(dāng)可觀。[7]在太湖典型富營養(yǎng)化水域所進行的種植美人蕉輔以空心菜和旱傘草的試驗表明，通過三季收獲，通過植物去除的氮和磷總量遠遠超過其基礎(chǔ)總量，磷的最高去除量高出近40倍，水質(zhì)均由原來的劣V類上升到Ⅲ類，透明度從原來的45cm增加到180cm以上。隨著種植時間的延長，藻類大幅度減少，區(qū)域中出現(xiàn)了多年不見的水生生物，初步具備了自然恢復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境條件[8]。人們在海水養(yǎng)殖富營養(yǎng)化的治理研究過程中發(fā)現(xiàn)，大型海藻是海洋環(huán)境中非常有效的生物過濾器，將海藻與魚蝦貝類共養(yǎng)，不僅可以提供資源，而且還有助于解決魚蝦貝類養(yǎng)殖中產(chǎn)生的富營養(yǎng)化問題，這一結(jié)果引起了全世界科研人員的關(guān)注并開展了很多相關(guān)研究。 污染水體介紹主要是由于人類活動排放的污染物進入河流、湖泊、海洋或地下水等水體，使水和水體底泥的物理、化學(xué)性質(zhì)或生物群落組成發(fā)生變化，從而降低了水體的使用價值，這種現(xiàn)象稱為水體污染。早期的水體污染主要是人口稠密的大城市的生活污水造成的。產(chǎn)業(yè)革命以后，工業(yè)排放的廢水和廢物成為水體污染物的主要來源。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，水污染范圍不斷擴大，污染程度日益嚴重。20世紀50年代以后，在一些水域和地區(qū)，由于水體嚴重污染而危及人類的生產(chǎn)和生活。70年代以來，人們采取了一些防治污染措施，部分水體的污染程度雖有所減輕，但全球性的水污染狀況還在發(fā)展，尤其工業(yè)廢棄物對水體的污染還具有潛在的危險性。若干水資源因受到污染而降低或喪失了使用價值，使水資源更加短缺[9]。植物營養(yǎng)物質(zhì)污染:生活污水和某些工業(yè)廢水中, 經(jīng)常含有一定量的磷和氮等植物營養(yǎng)物質(zhì)。施用磷肥、氮肥的農(nóng)田水中，也含有磷或氮。含洗滌劑的污水也有不少的磷。這些物質(zhì)都可引起水體富營養(yǎng)化，使水質(zhì)惡化。 浮床養(yǎng)殖現(xiàn)狀介紹植物修復(fù)技術(shù)是新近發(fā)展起的生物修復(fù)技術(shù)的一個分支。所謂生物修復(fù)技術(shù)是指利用生物生命代謝活動對水體中污染物的吸收、轉(zhuǎn)化和降解，達到減緩或最終消除水體污染、恢復(fù)水體生態(tài)功能的生物措施，這一過程是受控或自發(fā)的。而植物修復(fù)技術(shù)就是利用綠色植物及其根際的微生物共同作用，以清除環(huán)境污染物的一種新的原位治理技術(shù)。水生植物對污染水體的修復(fù)凈化是在適宜的條件下水生植物通過吸附、吸收、富集和降解幾個環(huán)節(jié)來進行修復(fù)的，植物可通過根系吸收，也可直接通過莖、葉等器官的體表吸收，吸收到體內(nèi)的有機物。一些屬于難降解的種類，如重金屬及DDT、六六六等有機氯農(nóng)藥，可貯存于植物體內(nèi)的某些部位，其蓄積量甚至達到很高時植物仍不會受害。如將蓄積大量污染物的植物體適時地從水體中移出，則水體即可達到較好的凈化效果。也有一些有機污染物，如酚和氰等進入植物體內(nèi)，可被降解為其它無毒的化合物，甚至降解為CO2和H20，這是更為徹底的凈化途徑[10]。植物修復(fù)技術(shù)與傳統(tǒng)的物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：①費用省，植物修復(fù)技術(shù)可以現(xiàn)場進行，減少了運輸費用。避免了人類直接與污染物接觸；②環(huán)境影響小，不會形成二次污染或?qū)е挛廴疚锏霓D(zhuǎn)移；③可以最大限度地減低污染物濃度；④工程造價相對較低，不需要耗能或耗能很低；⑤能實現(xiàn)水體營養(yǎng)平衡，改善水體的自凈能力，并具有一定的生態(tài)景觀效應(yīng)。 關(guān)于本實驗 目前我國水體污染程度嚴重，含N、P等元素的污水使河水富營養(yǎng)化，導(dǎo)致水體出現(xiàn)水華或赤潮。而浮床養(yǎng)殖凈化水體相對傳統(tǒng)的物理和化學(xué)凈化法有低成本、無二次污染、獲得經(jīng)濟效益等不可替代的優(yōu)勢。[11]近年來國內(nèi)外學(xué)者在此方面的研究也比較廣泛和成熟，獲得了很多研究成果。而對水芹的浮床種植最適宜的凈化水體類型研究相對來說較少。本實驗就選用水芹為實驗材料，分別凈化N過量，P過量，N、P同時過量的水體和空白對照組河水進行比較，找出對各種水體凈化作用的優(yōu)缺點，以期找出水芹浮床養(yǎng)殖的適宜水體，對池塘浮床養(yǎng)殖具有一定的指導(dǎo)意義。本實驗選用的實驗材料——水芹，屬于傘形科、水芹菜屬。多年水生宿根草本植物。水生宿根植物。根莖于秋季自倒伏的地上莖節(jié)部萌芽，形成新株，節(jié)間短，似根出葉，并自新根的莖部節(jié)上向四周抽生匍匐枝，再繼續(xù)萌動生苗，上部葉片冬季凍枯，基部莖葉依靠水層越冬，第2年再繼續(xù)萌芽繁殖，株高70～80 cm；二回羽狀復(fù)葉，葉細長，互生，莖具棱，上部白綠色，下部白色；傘形花序，花小，白色；不結(jié)實或種子空癟。 性喜涼爽，忌炎熱干旱，25℃以下，母莖開始萌芽生長，15～20℃生長最快，5℃以下停止生長，能耐10℃低溫；以生活在河溝、水田旁，以土質(zhì)松軟、土層深厚肥沃、富含有機質(zhì)保肥保水力強的粘質(zhì)土壤為宜；長日照有利匍匐莖生長和開花結(jié)實，短日照有利根出葉生長[12]。選用的水體為校園內(nèi)九曲橋池塘的河水，池塘內(nèi)的水體已富營養(yǎng)化，其中水生植物優(yōu)勢物種是水花生。本實驗的植物指標(biāo)分別有：根系活力、硝酸還原酶活性、硝態(tài)氮和總磷。可以觀察植物對水中離子的吸收、還原和富集能力。相對應(yīng)的水體指標(biāo)有：總氮、總磷、亞硝酸鹽和氨氮含量，可以觀察水體中氮磷含量的移除率。通過不同水體間植物與水體的指標(biāo)比較，發(fā)現(xiàn)水芹對不同污染水體凈化作用的優(yōu)缺點，找出水芹最適宜的凈化水體種類。第2章 材料與方法 材料 水芹本實驗選用的植物是水芹，采購于蘇州太倉市雙鳳鎮(zhèn)生態(tài)種植園。為了減小誤差，實驗的水芹選擇生長情況相似的植株。 不同污染水體的配制 ：先按如下方式配制貯備液： 表1 配制完全培養(yǎng)液的貯備液 Table 1 Preparation pletely reserve liquid culture medium藥品名稱Ca(NO3)2KNO3MgSO47H2OKH2PO4FeEDTA用量/（g/L），F(xiàn)eSO47H2O 微量元素H3BO3MnSO4CuSO45H2OZnSO47H2OH2MoO4用量/（g/L） 表 2 完全培養(yǎng)液 Table 2 plete medium貯備液名稱Ca(NO3)2KNO3MgSO47H2OKH2PO4FeEDTA微量元素貯備液/ml1010101011適用于：水芹買回來之后放入其中做恢復(fù)培養(yǎng)。 空白對照：在容積約為50L的水箱中加15L校園河水。 水質(zhì)標(biāo)準:,。 N過量：在15L的校園河水中加13mgNH3NO3。 水質(zhì)標(biāo)準：總氮含量超過國家標(biāo)準20%。 P過量：在15L的校園河水中加5mgK2HPO4。水質(zhì)標(biāo)準：總磷含量超過國家標(biāo)準20%。 N、P都過量：在15L的校園河水中加13mgNH3NO3和5mgK2HPO4。水質(zhì)標(biāo)準：總氮總磷含量都超過國家標(biāo)準20%。 河水：取校園九曲橋池塘河水。 主要器材可見分光光度計（722N，上海佑科儀器儀表有限公司），紫外分光光度計（UV2450，島津儀器（蘇州）有限公司），離心機（GL12B，上海安亭科學(xué)儀器廠），電子天平（FA2004，上海恒平科學(xué)儀器有限公司），臺式天平（YP502N，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司），電熱恒溫水浴鍋（DKS6，上海山連實驗設(shè)備有限公司），磁力恒溫攪拌器（CHJ1型，上海南匯電訊器材廠），智能型光照培養(yǎng)箱（GXZ260B，寧波江南儀器廠），調(diào)溫萬用電爐（上海錦屏儀器儀表有限公司），電導(dǎo)率儀（DDS307，上海雷磁儀器廠），數(shù)顯pH儀（PHS3TC，上海天達儀器有限公司）。容量瓶，量筒，試管，玻璃棒，燒杯，刻度試管，錐形瓶，噴瓶，注射器，微量進樣器，玻璃比色皿，石英比色皿，秒表，小漏斗，濾紙，吸水紙，擦鏡紙，膠頭滴管，藥勺，洗瓶，洗耳球等。 主要藥品磷酸二氫鈉（NaH2PO4，），十二水磷酸氫二鈉（Na2HPO4）磷酸氫二鈉（Na2HPO4，），磷酸二氫鉀（KH2PO4，），30%過氧化氫（H2O2，），），七水硫酸鎂（MgSO47H2O，），乙酸乙酯（CH3COOC2H5，）