發(fā)布時(shí)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(shí)際應(yīng)用條件下的根系發(fā)育差異特點(diǎn),研究探討水芹浮床水質(zhì)凈化機(jī)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(xué)計(jì)量學(xué)特征及內(nèi)穩(wěn)性特征,為水芹生態(tài)浮床的實(shí)際應(yīng)用及研究提供理論支持和參考,本文針對(duì)水芹浮床在富營(yíng)養(yǎng)化河道應(yīng)用研究中的實(shí)際問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)得到的數(shù)據(jù)綜合運(yùn)用方差分析、因子分析、灰色關(guān)聯(lián)分析、回歸分析等多種方法進(jìn)行處理,得到以下結(jié)論： (1)通過對(duì)水芹根系指標(biāo)和根系發(fā)育特點(diǎn)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(biāo)均以指數(shù)方式增長(zhǎng),隨著水芹的生長(zhǎng)發(fā)育,須根越來越多,導(dǎo)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(zhǎng)速度方面大于河道中水芹,但在植物總長(zhǎng)度、莖長(zhǎng)、根直徑、總重量、莖重、根重方面小于河道中水芹菜；通過對(duì)異速生長(zhǎng)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(zhǎng)則相對(duì)緩慢。由于水箱浮床實(shí)驗(yàn)中水芹根系要比實(shí)際河道中發(fā)達(dá),因此我們用浮床模擬實(shí)驗(yàn)來研究浮床植物根系部位的凈化作用時(shí),可能會(huì)高估了浮床植物根系部位實(shí)際的凈化作用,而低估了浮床植物地上部分的實(shí)際凈化作用。 (2)通過對(duì)百達(dá)工業(yè)園河道和浮床水箱富營(yíng)養(yǎng)化影響因素指標(biāo)的連續(xù)監(jiān)測(cè)研究,我們發(fā)現(xiàn)：在百達(dá)工業(yè)園河道連續(xù)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)中,河道中浮床生物量相對(duì)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(shì),通過因子分析發(fā)現(xiàn),在我們監(jiān)測(cè)的水體環(huán)境指標(biāo)中,水體富營(yíng)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(yàn)中,通過線性模擬發(fā)現(xiàn)葉綠素a含量與溫度的相關(guān)性最強(qiáng)。在浮床水箱連續(xù)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)中,浮床生物量相對(duì)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(duì)水箱中水體富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)影響最大的可能是浮床水芹。 (3)通過對(duì)水箱浮床水質(zhì)凈化實(shí)驗(yàn)的研究,我們發(fā)現(xiàn)：在我們的試驗(yàn)中,與空白對(duì)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(dǎo)率,加速去除水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素,但在去除COD方面,浮床與空白對(duì)照系統(tǒng)差異不大。試驗(yàn)中,不同留茬處理對(duì)水芹生物量、根系指標(biāo)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(yíng)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(guān)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(shí)還受到溫度、pH值、溶解氧等的影響。對(duì)磷元素的去除主要依靠植物的吸收作用,對(duì)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(duì)銨態(tài)氮和磷的去除主要發(fā)生在前中期,對(duì)硝態(tài)氮的去除需要比較長(zhǎng)的時(shí)間,因此在水芹浮床實(shí)際應(yīng)用過程中,為了提高水芹浮床的運(yùn)行效率,需要根據(jù)富營(yíng)養(yǎng)化水質(zhì)的不同設(shè)定不同的運(yùn)行時(shí)間。 (4)通過對(duì)水芹在在不同氮磷濃度條件下的生態(tài)化學(xué)計(jì)量特點(diǎn)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(guān)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?yàn)榈�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(yíng)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(yàn)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(zhǎng)。其磷元素內(nèi)穩(wěn)性、氮磷比內(nèi)穩(wěn)性大小排序?yàn)楦�部最�?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(zhǎng),導(dǎo)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(yíng)養(yǎng)元素含量變化相對(duì)較小,其內(nèi)穩(wěn)性就大;磷元素對(duì)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(zhǎng)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(shì),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(xué)及內(nèi)穩(wěn)性特性、浮床凈化過程中的影響因素出發(fā)進(jìn)行研究,為實(shí)際應(yīng)用過程中浮床植物的篩選、浮床系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的調(diào)控及正確評(píng)估浮床系統(tǒng)的作用提供了科學(xué)依據(jù)。
【學(xué)位單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 浮床模擬實(shí)驗(yàn)研究
        1.2.2 濕地植物根系研究
        1.2.3 生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究
        1.2.4 生態(tài)內(nèi)穩(wěn)性研究
    1.3 研究?jī)?nèi)容、研究意義及擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題
        1.3.1 研究?jī)?nèi)容
        1.3.2 研究意義
        1.3.3 擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題
        1.3.4 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)
    1.4 研究思路及技術(shù)路線
第二章 實(shí)驗(yàn)區(qū)與實(shí)驗(yàn)設(shè)施條件
    2.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)概況
        2.1.1 野外河道實(shí)驗(yàn)區(qū)
        2.1.2 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)區(qū)
    2.2 浮床設(shè)計(jì)
        2.2.1 野外河道實(shí)驗(yàn)大浮床
        2.2.2 水箱模擬實(shí)驗(yàn)小浮床
    2.3 實(shí)驗(yàn)水箱
    2.4 實(shí)驗(yàn)植物
        2.4.1 實(shí)驗(yàn)植物選擇
        2.4.2 水芹簡(jiǎn)介
第三章 水箱與河道浮床植物根系生長(zhǎng)發(fā)育狀況對(duì)比
    3.1 引言
    3.2 材料及方法
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置
        3.2.2 數(shù)據(jù)獲取
        3.2.3 異速生長(zhǎng)指數(shù)的計(jì)算
        3.2.4 數(shù)據(jù)處理
    3.3 結(jié)果與分析
        3.3.1 浮床植物采收結(jié)果及差異性
        3.3.2 主要根系指標(biāo)及差異性
        3.3.3 主要根系指標(biāo)隨著時(shí)間的變化
        3.3.4 河道水箱中水芹異速生長(zhǎng)指數(shù)的對(duì)比
        3.3.5 主要根系指標(biāo)與溫度之間的關(guān)系
    3.4 討論
        3.4.1 水芹異速生長(zhǎng)指數(shù)
        3.4.2 營(yíng)養(yǎng)脅迫影響水芹生物量分配
    3.5 結(jié)論
第四章 連續(xù)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)條件下生態(tài)浮床水環(huán)境因子之間的關(guān)系
    4.1 引言
    4.2 材料與方法
        4.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置
        4.2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取
        4.2.3 數(shù)據(jù)處理
    4.3 結(jié)果與分析
        4.3.1 百達(dá)工業(yè)園河道環(huán)境因子及其相互關(guān)系
            4.3.1.1 百達(dá)工業(yè)園河道連續(xù)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)水體理化指標(biāo)變化
            4.3.1.2 百達(dá)工業(yè)園河道連續(xù)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)水體理化指標(biāo)之間的關(guān)系
            4.3.1.3 百達(dá)工業(yè)園河道連續(xù)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)水體理化指標(biāo)中的主要控制因子
            4.3.1.4 百達(dá)工業(yè)園河道連續(xù)監(jiān)測(cè)水體富營(yíng)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(guān)系
            4.3.2.1 浮床水箱連續(xù)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)水體理化指標(biāo)變化
            4.3.2.2 浮床水箱連續(xù)監(jiān)測(cè)線性理化指標(biāo)回歸參數(shù)參數(shù)
    4.4 討論
        4.4.1 水體富營(yíng)養(yǎng)化鏈條
        4.4.2 溫度因素對(duì)浮床水體富營(yíng)養(yǎng)化的影響
    4.5 結(jié)論
第五章 不同留茬處理對(duì)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(shí)驗(yàn)河水選擇及水質(zhì)狀況
        5.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)置
        5.2.3 樣品采集及測(cè)定
        5.2.4 實(shí)驗(yàn)儀器
        5.2.5 去除率及綜合營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)計(jì)算
            （1） 去除率的計(jì)算
            （2） 綜合營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的計(jì)算
        5.2.6 數(shù)據(jù)處理
    5.3 結(jié)果與分析
        5.3.1 浮床實(shí)驗(yàn)采收結(jié)果
        5.3.2 不同留茬處理對(duì)浮床水芹生長(zhǎng)的影響
        5.3.3 水芹浮床系統(tǒng)水質(zhì)理化指標(biāo)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(yíng)養(yǎng)化指數(shù)
    5.4 討論
        5.4.1 留茬處理對(duì)水芹浮床凈化效果的影響
        5.4.2 浮床系統(tǒng)對(duì)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(shí)間
    5.5 結(jié)論
第六章 浮床植物水芹的生態(tài)化學(xué)及內(nèi)穩(wěn)性研究
    6.1 引言
    6.2 材料及方法
        6.2.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)域
        6.2.2 植物選擇
        6.2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
            6.2.3.1 室內(nèi)氮濃度梯度實(shí)驗(yàn)部分
            6.2.3.2 室內(nèi)磷濃度梯度實(shí)驗(yàn)部分
            6.2.3.3 野外河道氮濃度實(shí)驗(yàn)部分
            6.2.3.4 根系掃描實(shí)驗(yàn)生態(tài)化學(xué)實(shí)驗(yàn)部分
        6.2.4 實(shí)驗(yàn)儀器
        6.2.5 數(shù)據(jù)獲取
        6.2.6 內(nèi)穩(wěn)性指數(shù)計(jì)算
        6.2.7 數(shù)據(jù)處理
    6.3 結(jié)果與分析
        6.3.1 不同營(yíng)養(yǎng)水平野外河道條件下浮床水芹生態(tài)化學(xué)計(jì)量研究
            6.3.1.1 不同營(yíng)養(yǎng)水平河道中浮床水芹生態(tài)化學(xué)特點(diǎn)
            6.3.1.2 不同營(yíng)養(yǎng)水平河道浮床水芹生態(tài)化學(xué)計(jì)量比
        6.3.2 室內(nèi)控制條件下不同氮濃度對(duì)水芹主要元素生態(tài)化學(xué)計(jì)量的影響
            6.3.2.1 水芹生態(tài)化學(xué)特點(diǎn)
            6.3.2.2 不同氮濃度條件下水芹生態(tài)化學(xué)特點(diǎn)
            6.3.2.3 不同時(shí)間水芹不同部位生態(tài)化學(xué)特點(diǎn)
        6.3.3 室內(nèi)控制條件下不同磷濃度對(duì)水芹主要元素生態(tài)化學(xué)計(jì)量的影響
            6.3.3.1 水芹生態(tài)化學(xué)特點(diǎn)
            6.3.3.2 不同磷濃度條件下水芹生態(tài)化學(xué)特點(diǎn)
            6.3.3.3 不同時(shí)間水芹不同部位生態(tài)化學(xué)特點(diǎn)
            6.3.3.4 不同磷濃度條件下水芹生態(tài)化學(xué)計(jì)量比隨著時(shí)間的變化
            6.3.3.5 不同磷濃度條件下水芹生態(tài)化學(xué)計(jì)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(xué)計(jì)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(shí)間的變化
            6.3.4.3 水芹冠根比、干重率隨著時(shí)間的變化
            6.3.4.4 水芹冠根比、干重率與溫度的關(guān)系
    6.4 討論
        6.4.1 生物量和營(yíng)養(yǎng)分配
        6.4.2 水芹生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征
        6.4.3 內(nèi)穩(wěn)性
    6.5 結(jié)論
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 本研究主要結(jié)論
    7.2 需要改進(jìn)之處
    7.3 展望
附錄：水芹根系快速掃描實(shí)驗(yàn)
    研究方法
    結(jié)果及分析
    結(jié)論
附錄
參考文獻(xiàn)
博士就讀期間科研成果
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2856165