發(fā)布時間：2020-10-26 00:01

　　 為了研究探討浮床植物水芹根系在水箱模擬和實際應用條件下的根系發(fā)育差異特點,研究探討水芹浮床水質(zhì)凈化機理和水質(zhì)凈化過程中的影響因素,研究探討浮床水芹菜的生態(tài)化學計量學特征及內(nèi)穩(wěn)性特征,為水芹生態(tài)浮床的實際應用及研究提供理論支持和參考,本文針對水芹浮床在富營養(yǎng)化河道應用研究中的實際問題進行實驗研究,對得到的數(shù)據(jù)綜合運用方差分析、因子分析、灰色關聯(lián)分析、回歸分析等多種方法進行處理,得到以下結論： (1)通過對水芹根系指標和根系發(fā)育特點的比較研究,我們發(fā)現(xiàn)：河道和水箱中的水芹菜主要根系指標均以指數(shù)方式增長,隨著水芹的生長發(fā)育,須根越來越多,導致平均根直徑變小,平均根直徑在一定程度上反映了水芹須根數(shù)量的變化。水箱浮床中水芹在根系表面積、根系總體積、根尖數(shù)、分叉數(shù)、交疊數(shù)及其增長速度方面大于河道中水芹,但在植物總長度、莖長、根直徑、總重量、莖重、根重方面小于河道中水芹菜；通過對異速生長指數(shù)的研究發(fā)現(xiàn),水箱中的水芹菜根部得到較好的發(fā)育,而地上部分生長則相對緩慢。由于水箱浮床實驗中水芹根系要比實際河道中發(fā)達,因此我們用浮床模擬實驗來研究浮床植物根系部位的凈化作用時,可能會高估了浮床植物根系部位實際的凈化作用,而低估了浮床植物地上部分的實際凈化作用。 (2)通過對百達工業(yè)園河道和浮床水箱富營養(yǎng)化影響因素指標的連續(xù)監(jiān)測研究,我們發(fā)現(xiàn)：在百達工業(yè)園河道連續(xù)監(jiān)測試驗中,河道中浮床生物量相對于河道水體總量很小,河道中氧化還原電位呈現(xiàn)出上升的趨勢,通過因子分析發(fā)現(xiàn),在我們監(jiān)測的水體環(huán)境指標中,水體富營養(yǎng)化狀況主要受到溫度這一環(huán)境因子的影響；在我們的試驗中,通過線性模擬發(fā)現(xiàn)葉綠素a含量與溫度的相關性最強。在浮床水箱連續(xù)監(jiān)測實驗中,浮床生物量相對于水箱水體比較大,水箱中水體pH值受到浮床作用的影響比較大,基本維持不變,而溶解氧和氧化還原電位則隨著溫度、光照和水芹浮床的綜合作用而變化；對水箱中水體富營養(yǎng)化狀態(tài)影響最大的可能是浮床水芹。 (3)通過對水箱浮床水質(zhì)凈化實驗的研究,我們發(fā)現(xiàn)：在我們的試驗中,與空白對照相比,浮床系統(tǒng)能夠提高水體的氧化還原電位,降低水體溫度、濁度、葉綠素a的含量和水體電導率,加速去除水體中氮、磷等營養(yǎng)元素,但在去除COD方面,浮床與空白對照系統(tǒng)差異不大。試驗中,不同留茬處理對水芹生物量、根系指標沒有明顯影響,不同留茬處理的浮床之間,在水體環(huán)境的改善和營養(yǎng)物質(zhì)的去除方面,差異不顯著。浮床系統(tǒng)水中,pH值、溶解氧含量與水溫關系密切；浮床系統(tǒng)中氮、磷元素的去除率不僅受到浮床的影響,同時還受到溫度、pH值、溶解氧等的影響。對磷元素的去除主要依靠植物的吸收作用,對氮元素的去除主要依靠硝化、反硝化作用及植物的吸收作用。水芹浮床系統(tǒng)對銨態(tài)氮和磷的去除主要發(fā)生在前中期,對硝態(tài)氮的去除需要比較長的時間,因此在水芹浮床實際應用過程中,為了提高水芹浮床的運行效率,需要根據(jù)富營養(yǎng)化水質(zhì)的不同設定不同的運行時間。 (4)通過對水芹在在不同氮磷濃度條件下的生態(tài)化學計量特點及其內(nèi)穩(wěn)性的研究,我們發(fā)現(xiàn)：水芹根、莖、葉部位的氮元素、磷元素含量隨著外界環(huán)境中磷元素濃度增大而增大,碳元素含量與外界環(huán)境中磷元素濃度關系不大；水芹根、莖、葉部位的氮磷比、碳磷比隨著磷元素濃度增大而減小,主要是因為氮磷元素與碳元素的吸收途徑不同,氮磷元素主要通過吸收外界環(huán)境中的氮磷元素獲得,其過程受到外界環(huán)境營養(yǎng)元素含量的影響,而碳元素的固定則幾乎不受外界碳氮磷元素含量的影響。試驗中,水芹吸收的氮磷元素更多的分配到莖和葉部位,用于其生殖生長。其磷元素內(nèi)穩(wěn)性、氮磷比內(nèi)穩(wěn)性大小排序為根部最大,莖部次之,葉部最小。水芹吸收的氮磷元素優(yōu)先分配到葉片部位用于生殖生長,導致水芹葉片部位氮磷元素含量變化比較大,其內(nèi)穩(wěn)性��；而根部營養(yǎng)元素含量變化相對較小,其內(nèi)穩(wěn)性就大;磷元素對氮元素的影響指數(shù)以葉部最大,莖部次之,根部最小,可能是由于葉片部位合成大量生長所需的蛋白質(zhì)、氨基酸等氮磷比率比較恒定的物質(zhì)。不論是水箱還是河道中,溫度顯著影響水芹的冠根比。水芹冠根比隨著溫度的變化呈現(xiàn)出先下降后上升趨勢,但是水箱中水芹的變化速率要慢一些,主要是由于河道和水箱中水芹菜生物量分配策略不同造成的。 本論文從浮床植物的生態(tài)化學及內(nèi)穩(wěn)性特性、浮床凈化過程中的影響因素出發(fā)進行研究,為實際應用過程中浮床植物的篩選、浮床系統(tǒng)運行時間的調(diào)控及正確評估浮床系統(tǒng)的作用提供了科學依據(jù)。
【學位單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2013
【中圖分類】：X173;X703
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 浮床模擬實驗研究
        1.2.2 濕地植物根系研究
        1.2.3 生態(tài)化學計量學研究
        1.2.4 生態(tài)內(nèi)穩(wěn)性研究
    1.3 研究內(nèi)容、研究意義及擬解決的關鍵科學問題
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 研究意義
        1.3.3 擬解決的關鍵科學問題
        1.3.4 本論文的創(chuàng)新點
    1.4 研究思路及技術路線
第二章 實驗區(qū)與實驗設施條件
    2.1 實驗區(qū)概況
        2.1.1 野外河道實驗區(qū)
        2.1.2 室內(nèi)實驗區(qū)
    2.2 浮床設計
        2.2.1 野外河道實驗大浮床
        2.2.2 水箱模擬實驗小浮床
    2.3 實驗水箱
    2.4 實驗植物
        2.4.1 實驗植物選擇
        2.4.2 水芹簡介
第三章 水箱與河道浮床植物根系生長發(fā)育狀況對比
    3.1 引言
    3.2 材料及方法
        3.2.1 實驗設置
        3.2.2 數(shù)據(jù)獲取
        3.2.3 異速生長指數(shù)的計算
        3.2.4 數(shù)據(jù)處理
    3.3 結果與分析
        3.3.1 浮床植物采收結果及差異性
        3.3.2 主要根系指標及差異性
        3.3.3 主要根系指標隨著時間的變化
        3.3.4 河道水箱中水芹異速生長指數(shù)的對比
        3.3.5 主要根系指標與溫度之間的關系
    3.4 討論
        3.4.1 水芹異速生長指數(shù)
        3.4.2 營養(yǎng)脅迫影響水芹生物量分配
    3.5 結論
第四章 連續(xù)監(jiān)測實驗條件下生態(tài)浮床水環(huán)境因子之間的關系
    4.1 引言
    4.2 材料與方法
        4.2.1 實驗設置
        4.2.2 實驗數(shù)據(jù)獲取
        4.2.3 數(shù)據(jù)處理
    4.3 結果與分析
        4.3.1 百達工業(yè)園河道環(huán)境因子及其相互關系
            4.3.1.1 百達工業(yè)園河道連續(xù)監(jiān)測實驗水體理化指標變化
            4.3.1.2 百達工業(yè)園河道連續(xù)監(jiān)測實驗水體理化指標之間的關系
            4.3.1.3 百達工業(yè)園河道連續(xù)監(jiān)測實驗水體理化指標中的主要控制因子
            4.3.1.4 百達工業(yè)園河道連續(xù)監(jiān)測水體富營養(yǎng)化回歸參數(shù)
        4.3.2 浮床水箱環(huán)境因子及其相互關系
            4.3.2.1 浮床水箱連續(xù)監(jiān)測實驗水體理化指標變化
            4.3.2.2 浮床水箱連續(xù)監(jiān)測線性理化指標回歸參數(shù)參數(shù)
    4.4 討論
        4.4.1 水體富營養(yǎng)化鏈條
        4.4.2 溫度因素對浮床水體富營養(yǎng)化的影響
    4.5 結論
第五章 不同留茬處理對水芹浮床凈化能力的影響
    5.1 引言
    5.2 材料及方法
        5.2.1 實驗河水選擇及水質(zhì)狀況
        5.2.2 實驗設置
        5.2.3 樣品采集及測定
        5.2.4 實驗儀器
        5.2.5 去除率及綜合營養(yǎng)化指數(shù)計算
            （1） 去除率的計算
            （2） 綜合營養(yǎng)化指數(shù)的計算
        5.2.6 數(shù)據(jù)處理
    5.3 結果與分析
        5.3.1 浮床實驗采收結果
        5.3.2 不同留茬處理對浮床水芹生長的影響
        5.3.3 水芹浮床系統(tǒng)水質(zhì)理化指標的變化
        5.3.4 不同留茬處理水芹浮床凈化效果差異
        5.3.5 不同留茬處理水芹浮床凈化過程中的差異分析
        5.3.6 綜合營養(yǎng)化指數(shù)
    5.4 討論
        5.4.1 留茬處理對水芹浮床凈化效果的影響
        5.4.2 浮床系統(tǒng)對水體理化性質(zhì)的影響
        5.4.3 氮元素的去除
        5.4.4 磷元素的去除
        5.4.5 浮床處理時間
    5.5 結論
第六章 浮床植物水芹的生態(tài)化學及內(nèi)穩(wěn)性研究
    6.1 引言
    6.2 材料及方法
        6.2.1 實驗區(qū)域
        6.2.2 植物選擇
        6.2.3 實驗設計
            6.2.3.1 室內(nèi)氮濃度梯度實驗部分
            6.2.3.2 室內(nèi)磷濃度梯度實驗部分
            6.2.3.3 野外河道氮濃度實驗部分
            6.2.3.4 根系掃描實驗生態(tài)化學實驗部分
        6.2.4 實驗儀器
        6.2.5 數(shù)據(jù)獲取
        6.2.6 內(nèi)穩(wěn)性指數(shù)計算
        6.2.7 數(shù)據(jù)處理
    6.3 結果與分析
        6.3.1 不同營養(yǎng)水平野外河道條件下浮床水芹生態(tài)化學計量研究
            6.3.1.1 不同營養(yǎng)水平河道中浮床水芹生態(tài)化學特點
            6.3.1.2 不同營養(yǎng)水平河道浮床水芹生態(tài)化學計量比
        6.3.2 室內(nèi)控制條件下不同氮濃度對水芹主要元素生態(tài)化學計量的影響
            6.3.2.1 水芹生態(tài)化學特點
            6.3.2.2 不同氮濃度條件下水芹生態(tài)化學特點
            6.3.2.3 不同時間水芹不同部位生態(tài)化學特點
        6.3.3 室內(nèi)控制條件下不同磷濃度對水芹主要元素生態(tài)化學計量的影響
            6.3.3.1 水芹生態(tài)化學特點
            6.3.3.2 不同磷濃度條件下水芹生態(tài)化學特點
            6.3.3.3 不同時間水芹不同部位生態(tài)化學特點
            6.3.3.4 不同磷濃度條件下水芹生態(tài)化學計量比隨著時間的變化
            6.3.3.5 不同磷濃度條件下水芹生態(tài)化學計量比
            6.3.3.6 水芹生態(tài)內(nèi)穩(wěn)性
        6.3.4 河道、水箱中浮床水芹根系生態(tài)化學計量研究
            6.3.4.1 水芹地上地下部分碳、氮、磷含量及差異性
            6.3.4.2 水芹地上地下部分碳、氮、磷含量隨著時間的變化
            6.3.4.3 水芹冠根比、干重率隨著時間的變化
            6.3.4.4 水芹冠根比、干重率與溫度的關系
    6.4 討論
        6.4.1 生物量和營養(yǎng)分配
        6.4.2 水芹生態(tài)化學計量特征
        6.4.3 內(nèi)穩(wěn)性
    6.5 結論
第七章 結論與展望
    7.1 本研究主要結論
    7.2 需要改進之處
    7.3 展望
附錄：水芹根系快速掃描實驗
    研究方法
    結果及分析
    結論
附錄
參考文獻
博士就讀期間科研成果
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2856165