长期灌溉造纸废水对湿地芦苇根系吸收重金属的作用研究

发布时间：2018-11-15 07:09

【摘要】：近年来,湿地系统因其具有基质微生物植物三重协调净化作用被广泛应用于工业废水治理领域。芦苇湿地天然种群主要依赖根状茎繁殖,其根状茎具有明显的节和节间,每节上轮生须根,根上再生细根,土壤中延伸交错,完成种群的繁衍更替。已有研究表明湿地芦苇对重金属的净化作用主要通过根系吸收完成,而关于长期造纸废水灌溉对芦苇根系重金属吸收的作用特征尚不明确。为深入探讨造纸废水灌溉下芦苇根系对重金属的吸收及其对根系生长和生理特性的响应,本研究分别以造纸废水灌溉下的多年生和当年生芦苇根系为研究对象,在发芽、展叶、快速生长、抽穗和成熟期浇灌CODCr浓度0、50、175、300mg·L-1的造纸废水,测定不同灌溉时期下4种CODCr浓度处理芦苇根系的生长、生理特性和重金属吸收含量,并讨论根系重金属吸收对根系生长和生理特性的响应,以期进一步考察湿地芦苇对重金属的吸收和转运机理,为湿地生态系统恢复重建提供理论支持。主要研究结果如下:(1)多年生芦苇根系的生物量及根系形态指标均随废水CODCr浓度的升高先增加后减少,均在175mg·L-1达最大值;当年生芦苇根系的生物量及根系形态指标均随废水CODCr浓度的增加而增加,均在300mg·L-1达最大值,且造纸废水处理组的生物量及根系形态指标均高于对照组。各处理组(包括废水处理组+对照组),多年生芦苇根系的生物量均高于当年生芦苇根系的生物量;多年生芦苇根系的长度、面积和体积均高于当年生芦苇根系的相应指标。在快速生长期、抽穗期和成熟期灌溉废水时,多年生芦苇根系的平均直径均低于当年生芦苇根系。除成熟期灌溉废水外,多年生芦苇根尖数均高于当年生芦苇。在展叶期灌溉废水时,多年生芦苇根系的长度、面积、体积和根尖数均达最大值,分别为1084.34cm,149.08cm2,150.37cm3,2186个;在成熟期灌溉废水时,当年生芦苇根系的长度、面积、体积和平均直径均达最大值,分别为948.30cm,83.19cm2,62.23cm3,1.97cm。(2)芦苇根状茎的02·-产生速率比须根高,须根的SOD、POD、CAT活性、根系活力均高于根状茎,随造纸废水CODCr浓度的增加,多年生芦苇根状茎和须根的O2·-产生速率先下降后上升,根状茎、须根的抗氧化酶活性和根系活力随造纸废水CODCr浓度的升高先上升后下降,均在175mg·L-1达最大值。当年生芦苇根状茎和须根O2·-产生速率随造纸废水CODCr浓度的增加而减小,SOD、POD、CAT活性、根系活力均随造纸废水CODCr浓度的增加而增加,均在300mm·L-1达最大值。当年生芦苇根系的O2·-产生速率均低于多年生芦苇根系,SOD、POD、CAT活性、根系活力均高于多年生芦苇根系。多年生与当年生芦苇根状茎、须根的O2·-产生速率均与抗氧化酶指标、根系活力呈负相关关系,SOD、POD、CAT活性、根系活力之间呈正相关关系。(3)随造纸废水CODCr浓度的增加,多年生根状茎、须根的铜、锰、锌、钛、铬的单位质量含量及含量均先增加后减少,在175mg·L-1处理达最大值,最大含量依次为2434.75g·hm-2、6706.20g·hm-2、5253.10g·hm-2、5819.60g·hm-2、865g·hm-2;多年生芦苇须根的铜、锰、锌、钛、铬的单位质量含量最大值占根系的比例依次为85%、66%、73%、60%、69%。当年生芦苇根状茎、须根的铜、锰、锌、钛、铬的单位质量含量及含量均随造纸废水CODCr浓度的增加而增加,在300mg·L-1处理达最大值,最大含量依次为2240.30g·hm-2、15586.30g·hm-2、5062.50g·hm-2、6097.30g·hm-2、2560.80g·hm-2。当年生芦苇须根的铜、锰、锌、钛、铬的单位质量含量最大值占根系的比例依次为67%、78%、70%、66%、67%。芦苇根系可在一定程度上吸收造纸废水中的铜、锰、锌、钛、铬,须根对铜、锰、锌、钛、铬的单位吸收能力强于根状茎,且当年生芦苇根系的吸收能力强于多年生芦苇根系,废水处理组芦苇根系的铜、锰、锌、钛、铬含量均高于对照组。(4)除O2`-产生速率外,其他4种生理指标均与重金属呈极显著正相关关系(p0.01)。其中过氧化氢酶活性与铬、锰含量的相关系数均达0.92以上,其与铜含量的相关系数为0.85;过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性、根系活力与锰含量的相关系数均达0.8以上;过氧化物酶活性与5种重金属含量的相关系数均在0.7以上。
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【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X173;X793

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