论文部分内容阅读
碳纳米管被越来越广泛地使用,其生产和消费过程中会被释放到环境中。当碳纳米管进入到水环境中时,会通过各种途径进入到污水处理设施,影响其正常运行。与此同时,人工湿地已被广泛用于处理各类污水。植物多样性会影响人工湿地功能,包括植物生物量生产、污染物去除和氨挥发等。有研究表明碳纳米管会降低包含单种植物的人工湿地的污水净化能力,如氮去除。但是碳纳米管干扰对多物种混种的高多样性人工湿地的功能的影响尚不清楚。碳纳米管干扰下,物种多样性对人工湿地功能的影响也缺少研究。
本研究使用模拟人工湿地微宇宙,选取4种植物,设置3个物种丰富度梯度和所有可能的9个物种组合,6次重复。在模拟污水中添加碳纳米管作为碳纳米管干扰处理,并对应设置无碳纳米管干扰对照。对照组和处理组各有54个微宇宙,一共108个微宇宙。探究碳纳米管干扰对人工湿地功能,包括植物生物量生产、氮去除、氨挥发、单位氮去除氨挥发的影响,和碳纳米管干扰下植物物种多样性对这些功能和功能稳定性的影响。主要结果:
(1)在碳纳米管干扰下,54个模拟人工湿地微宇宙的总生物量生产与无干扰对照组相比平均降低了13%;芦竹单种总生物量比无干扰对照组显著降低19%(P<0.05),白花紫露草、吉祥草和水芹单种的总生物量分别降低29%、16%或增加1%,但是不显著(P>0.05);物种丰富度保持了对总生物量生产的促进效应,但效应减弱(回归斜率降低14%);群落中芦竹或水芹的存在显著增加总生物量生产,但对总生物量生产的促进作用从无干扰对照组的增加309%和47%分别降低为增加286%和42%。
(2)在碳纳米管干扰下,54个模拟人工湿地微宇宙的总氮去除速率与无干扰对照组相比平均降低了1%;物种丰富度保持了对铵态氮去除的促进效应,但效应减弱(回归斜率降低9%);物种丰富度对总氮去除的促进效应丧失;芦竹的存在显著增加总氮去除,且对总氮去除的促进作用从无干扰对照组的增加1%提高到增加2%。
(3)在碳纳米管干扰下,54个模拟人工湿地微宇宙的NH3挥发与无干扰对照组相比平均降低了81%;物种丰富度保持了对NH3挥发的降低效应,但效应减弱(回归斜率降低87%);芦竹或水芹的存在显著降低NH3挥发,但对NH3挥发的抑制作用从无干扰对照组的降低85%和83%分别减小到降低72%和61%。
(4)在碳纳米管干扰下,移除单位氮排放的NH3平均降低了77%;物种丰富度保持了对单位氮去除NH3挥发的降低效应,但效应减弱(回归斜率降低84%);群落中芦竹或水芹的存在可以降低单位氮去除NH3挥发,但从无干扰对照组的降低84%和81%分别减小到降低73%和61%。
(5)在碳纳米管干扰下,提高物种丰富度显著增加地上生物量生产的稳定性(以1/Ω衡量),但是不影响总生物量生产的稳定性;群落中水芹的存在显著增加33%的总生物量生产稳定性。物种丰富度不影响氮去除的稳定性;群落中芦竹的存在显著增加35%总氮去除的稳定性。提高物种丰富度显著增加NH3挥发稳定性和单位氮去除NH3挥发的稳定性;水芹的存在显著增加15%的NH3挥发稳定性和15%单位氮去除NH3挥发的稳定性。
综上所述,在碳纳米管干扰下,物种丰富度仍能提高植物总生物量生产,并增强地上生物量生产稳定性;降低氨挥发和单位氮去除氨挥发,并增强其稳定性。水芹可以保持高效和稳定的总生物量生产、氨气减排;芦竹可以保持高效和稳定的污水氮去除。在多样性配置中同时关注丰富度和特定物种,有利于抵抗碳纳米管干扰。
本研究使用模拟人工湿地微宇宙,选取4种植物,设置3个物种丰富度梯度和所有可能的9个物种组合,6次重复。在模拟污水中添加碳纳米管作为碳纳米管干扰处理,并对应设置无碳纳米管干扰对照。对照组和处理组各有54个微宇宙,一共108个微宇宙。探究碳纳米管干扰对人工湿地功能,包括植物生物量生产、氮去除、氨挥发、单位氮去除氨挥发的影响,和碳纳米管干扰下植物物种多样性对这些功能和功能稳定性的影响。主要结果:
(1)在碳纳米管干扰下,54个模拟人工湿地微宇宙的总生物量生产与无干扰对照组相比平均降低了13%;芦竹单种总生物量比无干扰对照组显著降低19%(P<0.05),白花紫露草、吉祥草和水芹单种的总生物量分别降低29%、16%或增加1%,但是不显著(P>0.05);物种丰富度保持了对总生物量生产的促进效应,但效应减弱(回归斜率降低14%);群落中芦竹或水芹的存在显著增加总生物量生产,但对总生物量生产的促进作用从无干扰对照组的增加309%和47%分别降低为增加286%和42%。
(2)在碳纳米管干扰下,54个模拟人工湿地微宇宙的总氮去除速率与无干扰对照组相比平均降低了1%;物种丰富度保持了对铵态氮去除的促进效应,但效应减弱(回归斜率降低9%);物种丰富度对总氮去除的促进效应丧失;芦竹的存在显著增加总氮去除,且对总氮去除的促进作用从无干扰对照组的增加1%提高到增加2%。
(3)在碳纳米管干扰下,54个模拟人工湿地微宇宙的NH3挥发与无干扰对照组相比平均降低了81%;物种丰富度保持了对NH3挥发的降低效应,但效应减弱(回归斜率降低87%);芦竹或水芹的存在显著降低NH3挥发,但对NH3挥发的抑制作用从无干扰对照组的降低85%和83%分别减小到降低72%和61%。
(4)在碳纳米管干扰下,移除单位氮排放的NH3平均降低了77%;物种丰富度保持了对单位氮去除NH3挥发的降低效应,但效应减弱(回归斜率降低84%);群落中芦竹或水芹的存在可以降低单位氮去除NH3挥发,但从无干扰对照组的降低84%和81%分别减小到降低73%和61%。
(5)在碳纳米管干扰下,提高物种丰富度显著增加地上生物量生产的稳定性(以1/Ω衡量),但是不影响总生物量生产的稳定性;群落中水芹的存在显著增加33%的总生物量生产稳定性。物种丰富度不影响氮去除的稳定性;群落中芦竹的存在显著增加35%总氮去除的稳定性。提高物种丰富度显著增加NH3挥发稳定性和单位氮去除NH3挥发的稳定性;水芹的存在显著增加15%的NH3挥发稳定性和15%单位氮去除NH3挥发的稳定性。
综上所述,在碳纳米管干扰下,物种丰富度仍能提高植物总生物量生产,并增强地上生物量生产稳定性;降低氨挥发和单位氮去除氨挥发,并增强其稳定性。水芹可以保持高效和稳定的总生物量生产、氨气减排;芦竹可以保持高效和稳定的污水氮去除。在多样性配置中同时关注丰富度和特定物种,有利于抵抗碳纳米管干扰。