人工湿地植物根系泌氧影响污染物去除的机制研究

发布时间：2017-10-09 04:18

  本文关键词：人工湿地植物根系泌氧影响污染物去除的机制研究

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【摘要】：人工湿地因低能耗、易管理等优点而被广泛用于城市及农村生活污水的处理。人工湿地系统内复氧效率的高低是耗氧类污染物去除效果的重要影响因素。植物根系泌氧作用是人工湿地的重要复氧途径,其能够为根系微环境提供氧气,满足各种物理、化学和生物反应对氧的需求。本文研究了植物根系泌氧的变化规律,评价了植物生理指标、植物种类及植物收割管理方式对根系泌氧作用的影响；验证了植物根系泌氧与湿地污染物去除的相关性,明确了植物根系泌氧影响污染物去除的微生物机制；通过对比不同植物湿地中微生物的变化,解析了植物种类影响污染物去除的作用机制；通过对比收割与未收割湿地水质指标及微生物变化的差异,研究了植物收割方式对污染物去除的影响,并探究了其微生物机制。取得的主要研究结论如下：1、植物根系泌氧速率具有明显的季节变化特征,植物种类及收割方式可对其产生影响。泌氧速率夏季秋季春季冬季,其中7月份最高可达4.91±0.30μmol/h/plant,2月份最低为0.001±0.02 μmol/h/plant;植物根系泌氧速率受植物自身生理特性的影响,与根系孔隙度呈显著正相关；不同季节下不同植物种类泌氧速率具有差异,夏季为芦苇香蒲芦竹,冬季为芦苇芦竹香蒲；而冬季和夏季收割均能降低根系泌氧速率。2、植物根系泌氧与污染物去除呈显著正相关,植物的存在能够降低季节变化对污染物去除效果的影响。植物根系泌氧与湿地中COD、NH4+-N去除率的相关性系数分别为0.786和0.758,显著正相关；夏季,植物湿地与空白湿地均保持较高的污染物去除率,微生物数量无显著差异00.05)；冬季,植物湿地污染物去除率及微生物数量均明显高于空白湿地00.05),但无论夏季还是冬季植物根系表面微生物数量均显著高于基质；植物湿地在两个季节中均含有较高比例变形菌门,而空白湿地在夏季含有更为丰富的蓝细菌和光合细菌,冬季则显著减少,因此,季节变化对空白湿地中微生物的种类影响较植物湿地更为明显。3、不同植物湿地间污染物去除效果夏季差异均不显著,冬季差异显著,与湿地中微生物数量及种类变化有关。不同植物湿地在夏季均保持较高的污染物去除效率,冬季香蒲湿地明显低于芦苇及芦竹湿地,差异显著；湿地系统中氨氧化菌(AOB)的数量与根系泌氧变化一致,全菌数量夏季差异不显著,冬季芦苇湿地最高,芦竹湿地与香蒲湿地差异不显著；湿地系统中微生物种类及组成均有显著差异：夏季,各组湿地均含有较高比例的变形菌门,芦苇湿地最多,其次为芦竹湿地,香蒲湿地最少,但香蒲湿地中蓝细菌的比例明显高于芦苇及芦竹湿地；冬季,芦苇湿地和芦竹湿地中所含变形菌门细菌的比例明显高于香蒲湿地,且香蒲湿地中蓝细菌比例明显下降。4、夏季收割能明显改善人工湿地污染物去除效果,而冬季收割却对湿地污染物去除带来负面影响。夏季和冬季收割均会降低植物根系泌氧作用,但夏季收割能够改善湿地通风,增加湿地的大气复氧,减少植物对湿地表面的遮光作用,有利于基质中各种好氧微生物及光合细菌的繁殖,从而提高湿地的去除效率。而冬季收割后湿地出水污染物浓度明显上升,湿地系统内微生物的数量及活性显著下降,对湿地中污染物的去除产生负面影响。最终,基于污染物去除效率的分析,提出了夏季可以进行植物收割,而冬季温度降低至4℃以下时再进行植物收割的策略。
【关键词】：人工湿地 水质净化 根系泌氧 微生物 植物种类 收割
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要10-12
• Abstract12-15
• 符号说明15-16
• 第一章 绪论16-34
• 1.1 人工湿地系统概述16-23
• 1.1.1 人工湿地的发展概况及组成16-17
• 1.1.2 人工湿地的类型及特点17-18
• 1.1.3 人工湿地应用现状18-19
• 1.1.4 人工湿地的净化机理19-23
• 1.2 植物在湿地中的作用23-28
• 1.2.1 植物的作用23-25
• 1.2.2 影响植物的因素25-27
• 1.2.3 研究现状及存在问题27-28
• 1.3 根系泌氧在湿地中的作用28-32
• 1.3.1 根系泌氧的定义及原理28-29
• 1.3.2 影响根系泌氧的因素29-30
• 1.3.3 根系泌氧与污染物去除30-32
• 1.3.4 根系泌氧研究现状32
• 1.4 本课题的研究目的和研究内容32-34
• 1.4.1 研究目的32-33
• 1.4.2 研究内容33-34
• 第二章 根系泌氧变化规律及影响因素34-50
• 2.1 材料及方法34-39
• 2.1.1 实验装置及材料34-36
• 2.1.2 实验设计及方法36
• 2.1.3 测试项目及方法36-39
• 2.2 实验结果与讨论39-49
• 2.2.1 不同季节植物根系泌氧的规律39-44
• 2.2.2 不同植物种类根系泌氧速率44-46
• 2.2.3 收割对植物根系泌氧的影响46-49
• 2.3 本章小结49-50
• 第三章 基于季节变化研究根系泌氧影响污染物去除的作用机制50-72
• 3.1 材料及方法50-59
• 3.1.1 实验装置及材料50-51
• 3.1.2 实验设计及方法51
• 3.1.3 测试项目及方法51-59
• 3.2 实验结果与讨论59-71
• 3.2.1 根系泌氧与污染物去除相关性分析59-62
• 3.2.2 植物泌氧速率及根系呼吸速率62-63
• 3.2.3 湿地中COD和NH4~+-N去除率63-64
• 3.2.4 湿地中微生物数量分析64-66
• 3.2.5 湿地中微生物种类分析66-71
• 3.3 本章小结71-72
• 第四章 基于植物种类研究根系泌氧影响污染物去除的作用机制72-90
• 4.1 材料及方法72-73
• 4.1.1 实验装置及材料72-73
• 4.1.2 实验设计及方法73
• 4.1.3 测试项目及方法73
• 4.2 实验结果与讨论73-87
• 4.2.1 夏季不同植物湿地污染物去除效果及机制研究73-82
• 4.2.2 冬季不同植物湿地污染物去除效果及机制研究82-87
• 4.3 本章小结87-90
• 第五章 基于植物管理方式研究根系泌氧影响污染物去除的作用机制90-108
• 5.1 材料及方法90-93
• 5.1.1 实验装置及材料90
• 5.1.2 实验设计及方法90-91
• 5.1.3 测试项目及方法91-93
• 5.2 实验结果与讨论93-107
• 5.2.1 夏季收割对根系泌氧的影响及微生物作用机制93-101
• 5.2.2 冬季收割对根系泌氧的影响及微生物作用机制101-107
• 5.3 本章小结107-108
• 第六章 结论与展望108-112
• 6.1 结论108-110
• 6.2 创新之处110
• 6.3 研究展望110-112
• 参考文献112-126
• 致谢126-128
• 攻读学位期间发表的学术论文128-129
• 学位论文评阅及答辩情况表129-130
• 附录130-148

【参考文献】

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本文编号：998123