淡水驯化后桐花树幼苗对人工污水的生理响应及净化效果研究

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红树林(Mangrove forest)是以红树植物为主的水生或湿生木本植物群落,生长于热带海岸或河口潮间带,具有生产力高、归还率高和分解率高的“三高”特性,对高盐、水淹和高温等逆境具有较强的适应性,并对氮、磷、重金属等污染物适应性强,净化能力高。近年来,不少学者提出将红树植物引入淡水人工湿地加强淡水环境的净化效果,并开始对红树植物进行了淡水驯化试验。大多数种类能够在淡水环境中存活,其中,桐花树(Aegiceras corniculatum)成活率最高,可达95%,对淡水环境的适应能力较强,这为利用其进行淡水人工湿地构建提供了可能。但是有关淡水驯化后的红树植物对不同浓度污水的适应能力、生理响应以及净化效果目前未见报道。本文以淡水驯化后生长、发育、繁殖均表现极佳的桐花树作为实验材料,分别用1/4倍(W1/4)、1/2倍(W1/2)、正常(W1)、2倍(W2)、4倍(W4)、5倍(W5)和10倍(W10)浓度污水以及无污水(Wc)进行处理,从生理生态学角度揭示淡水驯化后的桐花树对不同浓度人工污水的耐受能力及生理响应;并利用水培种植法研究了植物自身对不同浓度人工污水中有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)的净化能力以及水体p H和浊度的变化情况,并将其净化能力与传统的典型去污植物芦苇的净化能力进行对比,结果表明:1.淡水驯化后的桐花树幼苗在十倍及以下浓度污水中均可存活,不同浓度污水处理下幼苗的相对生长速率排序为:W2>W4>W1/2>WC=W5>W1/4=W1>W10但差异不显著,其中在4倍、4倍浓度污水中幼苗的长势最佳,株高月增长量最高可达1.117cm,而10倍浓度污水对桐花树幼苗的生理代谢以及生长发育产生了严重的抑制作用;2.桐花树幼苗的光合生理因子均随人工污水浓度升高先增加后降低,4倍浓度污水处理组中幼苗的光合生理指标最高,净光合速率(Pn)为12.994-14.037μmol CO2 m-2 s-1、蒸腾速率(Tr)为7.261-8.724 mmol m-2 s-1、气孔导度(Gs)为0.310-0.379 mol H2O m-2 s-1,且Gs、Tr与Pn之间具有极显著的正相关关系;各组植物叶片叶绿素的总含量从高到低为:W4>W5>W2>W1>Wc>W1/2>W1/4>W10,且叶绿素含量与Pn之间具有极显著的正相关关系;3.低浓度污水处理对植物的伤害较小无显著的不良影响,但较高浓度的污水胁迫对其存在较大的伤害,10倍浓度污水处理组幼苗叶片及根中丙二醛的积累量最高,质膜透性最大,其次为5倍浓度污水处理组,其他实验组均低于或等于空白对照组,并且相同处理下污水对根的伤害程度要高于叶片;4.淡水驯化后桐花树幼苗对水体中TOC、TN、TP具有良好的净化效果,对水体p H和浊度改善效果明显,显著高于未栽种植物的空白组,且净化能力大小为:TOC>TN>TP,并且延长污水的停留时间能够提高植物对TOC、TN的净化效率以及对p H和浊度的改善;5.相同浓度污水处理下淡水驯化后Ac幼苗对水体TOC、TN、TP的净化效率均高于或等于传统的典型去污植物芦苇,理论上利用桐花树进行淡水环境净化这一设想基本可行;6.在4倍浓度污水中,淡水驯化后的Ac幼苗的净化能力表现最佳,每组植物对污染物的日去除量分别可达69.97 mg(TOC)、11.51 mg(TN)和1.89 mg(TP),因此在利用淡水驯化后的桐花树幼苗进行淡水环境净化时,建议适当调节污水浓度保证植物良好生长的同时发挥最大的净化能力,在实践中建议与芦苇等传统去污植物耦合,增强人工湿地对淡水环境的净化效果。
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