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潜流人工湿地环境中木本植物的筛选与诱导及其适应性研究

  摘要:   植物是人工湿地系统的重要组成部分,为了能够增加亚热带地区人工湿地植物的抗寒种类和生物多样性,本研究以亚热带地区常见木本植物为试验材料,在人工湿地污水处理系统进行试验。对24种木本植物进行了筛选与评价;采用正交试验设计得出4种木本植物根系诱导的最适生长环境;最后进行了潜流湿地木本植物适应性研究。研究主要结果如下: 1.本文引入24种木本植物进入潜流人工湿地进行了成活率初步筛选,经过1年初筛后再把能够成活的16种植物进行1年的适应形态特性、生理特性、生长量和氮磷积累量、聚类分析与净化潜力的评价研究。结果表明:测试植物的适应形态特性(成活率、株高增幅、根长增幅),适应生理特性(根系活力、叶绿素含量、超氧化歧化酶、丙二醛、脯氨酸、过氧化物酶),去污能力(生长量、氮平均浓度、磷平均浓度、对氮的积累能力、对磷的积累能力)均存在显著差异。根据木本植物适应形态特性、生理特性和去污能力的三方面14项指标建立的亚热带地区潜流型人工湿地应用的木本植物净化潜力的综合评价体系对16种植物进行聚类分析,结果可以将植物的净化潜力分为三大类:较强的有夹竹桃、木槿,中等的有:棕榈、小叶迎春、栀子、六月雪、龟甲冬青,较弱的有:大叶冬青、常春藤、金森女贞、金叶女贞、金边七里香、七里香、桂花、十大功劳、红叶石楠。 2.为了让木本植物更广泛的应用于潜流人工湿地,本文以筛选得出净化潜力较强、根系发达、生长状况较好的4种筛选植物进行试验。采用单因子与正交设计2种方法对影响夹竹桃、木槿、栀子、女贞4种木本植物在潜流人工湿地环境下诱导根系生长的4个因素(切根程度,基质类型,激素浓度和曝气时间)在5种水平上进行优化试验。结果表明:正交设计采用直观分析法获得影响因素最佳反应水平与单因子试验找出影响因素最佳反应水平有一定差异,通过综合比较分析,夹竹桃最适合的切根方式是切根1/4,木槿、栀子最适合的切根方式是切根1/8,女贞最适合的切根方式是切根1/2;夹竹桃最适宜的基质是泥炭土,木槿、栀子最适宜的基质是蛭石,女贞最适宜的基质是珍珠岩;夹竹桃、木槿最合适的生根剂浓度为1000mg/kg,栀子、女贞不适宜添加过高浓度的生根剂;夹竹桃最合适的曝气时间是每日8h,木槿、女贞最合适的曝气时间是每日16h,栀子最合适的曝气时间是每日12h。 3.为解决冬季植物问题,本研究将4种木本植物引入潜流人工湿地环境,通过测定植物光合特性,叶绿素含量、丙二醛含量、植物的氮磷富集能力、根际脲酶和磷酸酶活性,根系外部形态与内部结构变化来分析木本植物的适应性,然后测定4种木本植物在潜流人工湿地环境下去污效果,结果表明:(1)4种木本植物的光合特性:4种木本植物在潜流人工湿地环境下的净光合速率日变化规律为夹竹桃、栀子、女贞变化规律为“双峰”型,木槿则为“单峰”型;叶片气孔导度日变化规律木槿为“单峰”型,其他3个品种没有明显规律,且最高峰出现的时间也不一致。4种植物胞间CO2浓度的日变化规律与净光合速率日变化规律相反对应。蒸腾速率日变化规律为都出现“单峰”型规律,高峰出现在11:00-13:00之间。(2)除女贞外较低外,其余三种植物叶绿素含量相异不大;丙二醛含量比较高的是木槿与栀子,女真最低;氮磷积累量是4种植物中最高是夹竹桃,最低的是木槿,这与生物量有关,其中栀子的总磷积累量偏低;基质脲酶活性夹竹桃、木槿高于栀子、女贞,4种植物的基质磷酸酶活性比较接近。(3)木本植物根系外部形态与内部结构变化:外部形态上4种木本植物引入湿地后长出了白色的水生根系,并且明显须根增多,根系数量甚至明显多于陆地土壤栽培条件,这说明这4种植物根系可以适应人工湿地潜流人工湿地环境。内部结构上4种植物土培根系与水培根系在内部结构上有较大差异,土培根系的组织非常致密,但是在引入湿地种植后,根系有发达的通气组织。(4)种木本植物潜流人工湿地系统的去污效果研究:在整个试验期间TN平均去除率为40.2%。TP平均去除率达到80.8%。CODCr的平均去除率较低为15.4%,NH4+-N的平均去除率为61.8%,各月份间的变化规律一般都会出现随着季节温度的变化而变化的规律,温度越高处理效率也高,低温低处理效果较差。因此,本研究的4种木本植物可以较好地应用于潜流人工湿地系统。   展开

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