人工湿地植物根系泌氧和分泌物影响污染物去除的机制研究

发布时间：2017-07-29 04:03

  本文关键词：人工湿地植物根系泌氧和分泌物影响污染物去除的机制研究

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【摘要】：人工湿地因其建造和运行费用低廉、管理维护方便等优点已经被广泛用于城乡生活污水的深度处理。但是在人工湿地的实际运行过程中,普遍存在氧气不足和碳源匮乏这两大问题。植物作为人工湿地系统的重要组成部分,在人工湿地污水处理和缓解这两大问题的过程中起着极其重要的作用。其中,植物根系的泌氧作用能够为根区提供氧气,满足好养微生物对氧气的需求,植物根系分泌的一系列有机物则能够作为碳源,供给微生物的反硝化过程。本文通过收割植物地上部分的方式研究了根系泌氧对人工湿地中污染物去除效果的影响,并从植物收割对氮元素迁移过程,微生物数量及种群变化的角度研究其作用机制；研究了芦苇、菖蒲和水葱这三种常见湿地植物的根系分泌物释放速率以及根系分泌物对硝态氮去除效果的影响,并从微生物数量及贡献率等角度解释其作用机制。研究结果表明：(1)夏季收割植物的地上部分有利于提高人工湿地系统中的溶解氧浓度,进而提高湿地系统污染物去除效率。收割组出水的溶解氧浓度为2.00±0.38mg/L,未收割组和对照组出水的溶解氧浓度分别为1.83±0.56 mg/L和1.63±0.38mg/L。收割组的出水COD浓度和NH4+-N最低,分别为18.35±5.23 mg/L和1.00±0.44 mg/L,未收割组次之,对照组最高。(2)夏季收割植物地上部分将有利于植物对氮元素的吸收,并且植物吸收的氮元素占到系统中总氮的40.63%。对照组湿地中通过微生物代谢转化所散失的氮元素所占比例最高,是未收割组湿地的1.66倍,是收割组湿地的3.72倍。(3)人工湿地中溶解氧的浓度对微生物数量影响显著。收割组湿地中amoA基因的丰度最高,为1.3×107 copies/g soil,分别是未收割组湿地和对照组湿地的1.95倍和3.48倍。收割组湿地中微生物丰度最高,为8.26±0.11×1010copies/g soil,其次为未收割组湿地(2.78±0.51×107copies/g soil),对照组湿地中微生物丰度最低,为1.90±0.33×107copies/g soil。不同组别人工湿地中微生物丰度的差异显著(p0.05)。(4)在不同组别的湿地系统中,微生物种类差异显著。其中,变形菌门所占比例最高,收割组湿地中变形菌门所占比例最高,为68.92%,其次为未收割组湿地,变形菌门所占比例为39.41%,收割组湿地中变形菌门所占比例最低,为29.92%。(5)不同种类植物的根系分泌物释放速率不同,并受植物种类和光照强度等的影响。湿地植物的根系分泌物浓度在白天呈现上升趋势,随者光照强度逐渐降低,植物根系分泌物浓度降低。芦苇、菖蒲和水葱的根系分泌物平均释放速率分别为5.40,11.04和10.09 ug g-1h-1。(6)在土壤模拟实验中,芦苇的N03-浓度最高,为3.90±0.25 mg.L-1,同时在所有湿地植物中其TOC浓度最低,为3.02±1.23 mg.L-1,而菖蒲的N03-浓度最低,为2.64±0.7TOC浓度最高,为5.27±1.24 mg·L-1。添加三氯甲基吡啶后,所有实验组的N03-和TOC的浓度均有所上升,微生物的反硝化作用被抑制。芦苇、菖蒲和水葱的根系分泌物分别可提供微生物反硝化过程中54.76%,29.19%和53.19%的碳源。(7)在未添加三氯甲基吡啶的实验组中,空白、芦苇、菖蒲和水葱的土壤样品中narG基因的丰度分别为2.72×109,1.62×109,2.18×109和2.15×109copies/g。在添加三氯甲基吡啶的实验组中,空白、芦苇、菖蒲和水葱的土壤样品中narG基因的丰度下降为2.58×109,1.38x109,1.95×109和2.07x109 copies/g。三氯甲基吡啶的添加抑制了narG基因的表达,进而抑制了反硝化过程。
【关键词】：人工湿地 根系泌氧 根系分泌物 微生物 水质净化
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;X173
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 人工湿地系统概述12-14
• 1.1.1 人工湿地的定义及组成12
• 1.1.2 人工湿地的类型及特点12-13
• 1.1.3 人工湿地应用现状13
• 1.1.4 人工湿地对污染物的净化机理13-14
• 1.2 植物在人工湿地中的作用14-17
• 1.2.1 植物的作用14-16
• 1.2.2 影响植物作用的因素16
• 1.2.3 研究现状及存在的问题16-17
• 1.3 根系泌氧在湿地中的作用17-19
• 1.3.1 根系泌氧的定义17
• 1.3.2 影响根系泌氧的因素17-18
• 1.3.3 根系泌氧与污染物去除18-19
• 1.3.4 人工湿地中根系泌氧的研究现状19
• 1.4 根系分泌物在湿地中的作用19-22
• 1.4.1 根系分泌物的定义19
• 1.4.2 影响根系分泌物的因素19-21
• 1.4.3 根系分泌物与污染物去除21
• 1.4.4 人工湿地中根系分泌物的研究现状21-22
• 1.5 本课题的研究目的和研究内容22-23
• 1.5.1 研究目的22
• 1.5.2 研究内容22-23
• 1.6 技术路线图23-24
• 第二章 实验材料与分析方法24-31
• 2.1 实验装置24-25
• 2.2 实验材料25-26
• 2.2.1 植物材料25
• 2.2.2 基质材料25-26
• 2.3 检测项目与分析方法26-31
• 2.3.1 植物分析方法26-27
• 2.3.2 水质分析方法27-28
• 2.3.3 微生物数量的测定28-30
• 2.3.4 MiSeq测序30
• 2.3.5 数据分析30-31
• 第三章 植物根系泌氧对污染物去除效果的影响31-41
• 3.1 实验设计31-32
• 3.2 实验结果与讨论32-39
• 3.2.1 植物泌氧对湿地出水的影响32-35
• 3.2.2 植物泌氧对氮元素迁移的影响35-36
• 3.2.3 植物泌氧对微生物丰度的影响36-37
• 3.2.4 植物泌氧对微生物种群结构的影响37-39
• 3.3 本章小结39-41
• 第四章 植物根系分泌物对污染物去除效果的影响41-49
• 4.1 实验设计41-42
• 4.2 实验结果与讨论42-47
• 4.2.1 不同植物种类根系分泌物释放规律及速率42-44
• 4.2.2 不同植物种类根系分泌物对反硝化作用的影响及贡献44-46
• 4.2.3 不同植物种类根系分泌物对反硝化细菌丰度的影响46-47
• 4.3 本章小结47-49
• 第五章 结论与展望49-51
• 5.1 结论49
• 5.2 展望49-51
• 致谢51-52
• 参考文献52-60
• 攻读学位期间发表的学术论文60-61
• 学位论文评阅及答辩情况表61

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本文编号：587340