随着人口增长和经济社会的快速发展,水污染问题已经成为现代社会亟待解决的问题。沉水植物为水生生态系统的三要素(沉水植物、水体和沉积物)之一,它能够提供初级生产力,促进物质循环,且在水质净化方面起着重要的作用。本文即以水生生态系统中的沉水植物为研究对象,主要研究沉水植物光合放氧对水体的影响,进而探究其影响水体中氮、磷循环与转化机制,揭示沉水植物降低水体中氮磷水平的效应与机制。同时在实验室、小试研究的基础上,将沉水植物应用于复合型人工湿地模型中的沉水植物氧化塘,进一步证实沉水植物对水体的净化作用的贡献。通过一系列的实验,最终得出以下结论:　　 1.在昼夜12 h/12 h、温度20℃/15℃和光照10000Lx/0Lx的条件下,以稀释10倍的Hogland营养液培养伊乐藻、穗花狐尾藻、金鱼藻和菹草,结果表明四种沉水植物目光合放氧作用由强到弱依次为伊乐藻(27.96mg·℃L-1)>穗花狐尾藻(26.00mg·L-1)>金鱼藻(23.71mg·L-1)>菹草(21.64mg·L-1)；经过12 h沉水植物及微生物对DO的呼吸消耗,水体中的DO从大到小依次为穗花狐尾藻(17.40mg·L-1)>金鱼藻(16.96mg·L-1)>伊乐藻(16.91mg·L-1)>菹草(14.56mg·L-1)。且除菹草之外,水体中DO含量越高,降低量也越大。而通过采用不同营养液培养金鱼藻发现水体营养盐含量高有利于沉水植物的光合作用。最后在25℃、10000Lx、处理自来水(NH4+-N为0.15mg·L-1,NO3--N为2.3mg·L-1,PO43--P为0.03mg·L-1)培养和实验系统封闭的条件下,伊乐藻光合放氧的最高水平为17.75mg·L-1,且伊乐藻日光合放氧作用分为四个阶段,即快速增长期Ⅰ、慢速增长期、快速增长期Ⅱ和稳定期。　　 2.对连续的四级沉水植物氧化塘的水温、DO、pH和ORP日变化进行测定,结果表明,水温、DO和ORP都表现出先升高后降低的趋势,水温和DO呈单峰曲线,ORP则为双峰,分别在17:00、15:00和11:00/15:00达到峰值。pH变化不大,只在12:00～14:00期间略低。另外,太阳辐射使水体的水温、pH、DO和ORP在垂直方向上出现分层,但生物气的产生、水体流动和对流造成分层不明显。水温和DO为上层高于下层,而pH和ORP则为下层略高于上层。沿着氧化塘水流方向,水温和ORP逐渐降低,前者前两级氧化塘降幅较大,后者各级之间降幅均匀,而DO和pH则逐渐升高,且均为前两级氧化塘增幅最大。　　 3.实验室内利用聚乙烯容器于25℃、10000Lx的光照恒温培养箱内开展了伊乐藻光合放氧水体及空气中氧气溶入的水体对氮磷净化效果与机制的对比研究。伊乐藻光合放氧的水体对氨氮及磷酸赫的去除效果明显高于空气中氧气溶入的水体,且氨氮的去除作用随着水体氨氮含量(2和5mg·L-1)的增加而增加。在此实验结果的基础上,再对两种水体进行开放和封闭处理,结果表明伊乐藻的光合作用提高了水体的DO(最大值为12.36mg·L-1)和pH(最大值为10.0)水平,促进了开放系统氨氮的挥发及磷酸盐与水体中阳离子的协同沉淀作用,但却抑制了硝化细菌及反硝化细菌的活性。而封闭系统通过阻止氨氮的挥发降低了总氮的去除作用,但并不影响氨氮向硝氮的转化。对于空气中氧气溶入的水体,DO和pH的最大值分别为8.63mg·L-1和7.81,氨氮主要以转化为硝氮的形式而去除,对磷酸盐没有去除作用。　　 4.沉水植物体表的附着生物膜有助于水体中污染物质的去除,因此于太湖采集不同采样点各种沉水植物体表附着生物膜,进行脱氢酶活性的测定,发现水体SS、TN和TP高的采样点,沉水植物体表附着的生物膜量较多,单位重量的沉水植物表面生物膜脱氢酶的活性较强。另外,由于不同种类沉水植物的表面结构、体表面积及分泌物的数量和种类不同,其附着生物膜脱氢酶的活性亦不相同。　　 5.室外采用玻璃缸装置研究了抚仙湖常见的9种沉水植物氧化塘对澄江县污水厂尾水营养盐的去除效果及机制。结果表明:氧化塘中沉水植物的光合作用导致水体较高的DO和pH值,从而提高了氧化塘总氮和总磷的去除率,但同时沉水植物叶片的腐烂分解则提高了水体氮磷的含量。当换水周期为39天时,沉水植物氧化塘对总氮和总磷的去除率分别介于19.44～64.71％和28.13～98.33％。沉水植物的直接吸收对总氮和总磷量去除的贡献比较低,占沉水植物氧化塘总氮和总磷量的0.26～1.54％和0.47～1.77％。沉水植物氧化塘内DO、pH变化,促进了氮的降解及氧化还原分解,使其对氮的去除占氧化塘总氮量的30.71～65.25％；而磷的去除则主要通过化学沉淀和基质吸附,占氧化塘总磷量的73.37～93.34％。最终,选出蓖齿眼子菜、苦草、黑藻、金鱼藻和光叶眼子菜对氧化塘中氮磷具有较高的去除率。　　 6.复合型人工湿地模型由一级垂直流湿地、连续的四级沉水植物氧化塘和二级垂直流湿地组成,沉水植物氧化塘的加入为二级垂直流湿地的反硝化细菌的反硝化作用提供了充足的碳源。复合型人工湿地对变化幅度较大的CODCr和SS具有较强的抗冲击负荷能力。0.13 m3/m2·d的水力负荷条件下,模型出水CODCr、氨氮和总磷(当进水满足城镇污处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级B标准)达到地表Ⅲ类水标准(GB3838-2002)。在二级垂直流湿地水力负荷调整为O.06m3/m2·d,水力停留时间增加,且复合型人工湿地已经完全成熟稳定,模型出水CODCr、总氮、氨氮和总磷均达到了地表Ⅲ类水标准。模型中的总氮主要是通过一级垂直流湿地石灰石的过滤吸附和二级垂直流湿地的反硝化作用去除,而总磷则主要以一级垂直流湿地中石灰石的吸附沉降而去除。沉水植物氧化塘中氮的去除主要受与氮转化相关的细菌控制,而磷则主要通过化学沉淀和沉降吸附的方式而去除,所以模型生物膜的成熟程度对氮去除的影响较大。模型运行的两个阶段,沉水植物氧化塘对沉水植物氧化塘进出水中总氮、硝氮及氨氮的去除率分别为0.60～69.31％和20.19～91.13％、22.33～45.82％和50.70～98.83％及4.55～78.95％和14.29～88.89％；而总磷及磷酸盐在模型运行的两个阶段去除率相差不大,分别为5.08～71.43％和10～77.09％及36.67～92.86％和42.86～94.11％。