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本文将改性当地土壤除藻与沉水植物生态恢复技术相结合,利用改性当地土壤除藻技术改善水体的生境环境,为沉水植物生长提供条件,沉水植物的生长可固着沉积物,防止沉降藻的再悬浮和底泥的二次污染,最终实现“藻型湖”向“草型湖”的转化。
首先,本文利用室内和太湖实地试验研究了改性当地土壤除藻对水体生境条件的改善作用;在此基础上,在室内生态模拟系统中,研究了改性当地土壤除藻一生态恢复这一复合技术实施情况,并分析了在这一体系中影响沉水植物生长的主要影响因素;针对这些影响因素,提出了三种改进技术;研究了利用复合技术体系恢复沉水植物生态后对水质的改善效果,并分析了藻毒素在微生物作用下的降解途径。主要研究结果如下:
1)室内研究结果表明,改性当地土壤除藻能快速高效的去除水华,除藻率达到85%-95%,叶绿素去除率达到92%~95%,总氮、总磷去除率达到50%-70%,并在一定程度上改善水体的厌氧环境;通过太湖实地研究结果表明,改性当地土壤除藻能降低水体中藻毒素含量,除藻后水体透明度提高,促进了沉水植物的生态恢复。
2)在室内模拟试验中,除藻后沉降的藻细胞中氮磷具有释放的现象,藻细胞内的有机氮、磷分别以氨氮和正磷酸盐的形式释放,释放出的氨氮再被氧化成亚硝氮和硝态氮。除藻箱体中氮、磷释放率分别为45%-60%左右、24%-43%左右,而对照箱体中氮、磷释放率分别为76%、52%。氮磷的释放会导致水沉积物界面处的DO和ORP降低,产生厌氧环境。
3)室内模拟试验研究结果表明,利用改性当地土壤除藻一沉水植物生态恢复可成功的恢复苦草生态,而直接在富营养化水体中(不除藻箱体)则无法恢复苦草生态。沉水植物生态恢复后可有效的抑制沉降藻氮磷的释放,生态恢复后,磷的释放量为藻细胞内总磷的0-10%,氮的释放量为藻细胞内总氮的-2%--11%,而且这一过程具有时间-剂量效应,与沉水植物的生物量呈负相关关系,即与沉水植物的生长速度与定植密度有关。分析了温度、pH值、电导率、DO、ORP、TN、 TP、浊度等对苦草生长的影响,得出浊度、总磷、总氮、水一沉积物界面处的DO是影响苦草生长的重要因素。
4)氧缓释剂技术(这里采用投加增氧剂CaO2)能有效的缓解沉降藻细胞腐烂分解对水-沉积物界面处造成的厌氧环境,促进苦草幼苗的生长,它可与磷酸根反应生成磷酸钙,降低水体中的正磷酸盐含量,CaO2对水体造成的pH升高可在短期内(一般为5-10天)自动修复。
5)可利用改性当地土壤水质改善间隙恢复沉水植物,以减轻水-沉积物界面处造成的厌氧环境对其生长的影响。研究表明,苦草植株、苦草种子和菹草芽苞抗厌氧能力依次增加,菹草芽苞体大,抗厌氧能力强,而且生长速度快,这说明,在这一复合技术体系中,可选择生长速度快、抗厌氧能力强的植物作为复合技术中的先锋植物,在水质改善间隙达到恢复沉水植物生态的目的。
6)可利用增强沉水植物抗厌氧技术来提高沉水植物抗厌氧能力以降低水-沉积物界面处的厌氧环境对沉水植物恢复的影响。本文通过紫外、超声等预处理方式,对轮叶黑藻芽苞进行预处理,结果表明,紫外预处理方式能提高轮叶黑藻植株高度、生物量,并能提高植物体内的POD、可溶性糖含量。
7)利用这一复合技术实现沉水植物生态恢复后,可降低水体中DIN和DIP的含量,改善底质的厌氧环境,降低水体中的附着生物量和藻毒素含量,可有效的抑制水华的再次暴发。
8)藻毒素MC-LR和MC-RR在Sphingopyxis sp USTB-05菌的作用下表现出两种降解途径。在第一种降解途径中,MC-LR和MC-RR先开环,再通过脱水、脱甲基、脱氨基、形成具有小肽环的最终产物。在第二种降解途径中,MC-LR和MC-RR先开环,通过苯环、甲氧基和氨基的去除形成中间产物,最终被降解成小分子的氨基酸。