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水体污染是当今世界面临的巨大问题和挑战。2016年中国水资源公报显示,七大流域水体主要为轻度污染,湖泊(水库)存在富营养化问题。水资源匮乏和水体富营养化加重了人类饮用水危机。当下,大多富营养湖泊水体属于微污染地表水,主要污染物质为氨氮和磷酸盐,该类水体经处理后可作为人类饮用水。然而对于水体中低浓度的氮磷物质的去除,所需要的技术及耗费的资金随水体中氮磷浓度的降低而增加。浮萍,世界上最小的单子叶开花植物,亦是一种新型环境及能源植物。本文主要研究了浮萍对微污染地表水的净化能力,同时,对其淀粉生产能力进行评价,获得如下结果。 (一)磷去除优势浮萍株系的筛选。本研究以中科院成都生物研究所浮萍保存中心的58株优质浮萍株系为研究材料,主要为绿萍属(Lemna)、少根紫萍属(Landoltia)、多根紫萍属(Spirodela),在高磷浓度(72.5mg L-1)下进行初筛获得10株优势浮萍株系,同时比较了不同属间浮萍去除水体中磷的能力:绿萍属>多根紫萍属>少根紫萍属。随后在不同磷浓度溶液(0.1、1、5和31mg L-1)中进行复筛。获得了一株磷吸收速度快、磷含量及生物量高的浮萍株系:绿萍D0028。为今后应用浮萍修复氮磷污染水体提供优质材料。 (二)不同浮萍株系对微污染水体中氮磷去除能力的比较。本研究根据氮、磷的分别筛选实验获得多根紫萍、少根紫萍和绿萍3个属共9个株系的优势浮萍,研究其生长情况及其对模拟微污染水体的处理能力。结果表明,浮萍对微污染水体具有较优的修复能力,能快速处理水体中的氨氮和总磷等物质。结合氮、磷去除能力及生物量分析,绿萍D0028和少根紫萍ZH0051具有较强的水体净化能力和生长速度。应用以上优势浮萍株系对微污染水体的批次处理能力进行探索,结果显示,在5L处理体系中,ZH0051可稳定处理Ⅳ类水12天,共计60L。D0028可稳定处理14天,共计70L。 (三)利用少根紫萍修复微污染水体及其淀粉生产的研究。水生植物浮萍在处理微污染水体及淀粉生产方面具有较大潜力。通过少根紫萍对微污染地表水的净化效果及其淀粉生产能力进行评价。结果显示,少根紫萍对微污染地表水体可以实现深度处理,经处理的Ⅳ、Ⅴ类水体中氨氮(NH4+-N)和总磷(TP)均在1天内提升一个水质级别,在3天内达到地表Ⅱ类水标准(NH4+-N<0.15mg L-1;TP<0.09mg L-1),且氮、磷去除率均达到98.5%和82.9%以上。此外,少根紫萍在快速修复水体的同时能大量积累淀粉。处理3天,Ⅳ和Ⅴ类水处理中的浮萍干重的淀粉含量分别为28.38%、21.57%,15天后达到52.15%、49.58%。另外研究发现,额外添加二氧化碳(CO2)对淀粉生产有进一步促进作用。处理3天时淀粉含量相比对照组提升了55.7%,平均淀粉积累速率提高了2.72倍。 (四)光质对浮萍修复微污染水体及其淀粉生产能力的影响。光作为植物的主要能量来源对植物的生长有着极其重要的影响。对不同光质下少根紫萍净化微污染地表水及淀粉生产能力进行探索,研究发现红蓝混合光(光量子通量密度为110μmol m-2s-1)能够实现浮萍对微污染地表水体的深度处理,且红蓝比为2∶1的混合光为微污染水体中磷去除及生物量积累的最优光质。此外,红蓝混合光对浮萍淀粉积累有明显促进作用,红蓝配比为4∶1的混合光为淀粉积累的最优光质。 本课题较为系统的利用高浓度到低浓度逐级筛选的方法进行磷去除优势浮萍株系的筛选,同时对不同浮萍株系修复微污染水体能力进行了比较并得到微污染水体修复的优势株系。最后探究了二氧化碳和光质对浮萍修复水体和淀粉积累能力的影响。本文为深入研究浮萍水体修复及淀粉积累提供理论基础,对浮萍大规模应用具有重要的理论意义和实际参考价值。