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几种水生植物根际微生物的数量动态及其协同去污能力的初步研究

作　者: 胡智勇
导　师: 陆开宏
学　校: 宁波大学
专　业: 渔业资源
关键词: 植物修复粉绿狐尾藻凤眼莲根际微生物数量动态协同去污
分类号: X173
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着经济的发展和人民生活水平的提高,我国的水资源越来越紧张,水污染问题也越来越严重,其中因氮磷过剩引发的水体富营养化是最为普遍的水污染问题之一,也是国内外水环境领域的重要难题。近年来,随着对污水净化植物的研究逐渐深入,植物修复作为改善水质的一种高效低耗的方法日益受到重视,已逐渐成为环境领域的研究热点之一。本文以两种常见水生净化植物为研究对象,主要从水生植物氮吸收生理机制和根际微生物数量与植物间的关系等两个方面开展研究,以期为构建植物、微生物耦合降解系统,强化水生植物的净水功能提供理论依据。本研究选择宁波市卧彩江、日湖两个不同营养类型水体,通过跟踪调查两个水体内粉绿狐尾藻（Myriophyllum aquaticum）、喜旱莲子草（Alternanthera philoxeroides）两种水生植物根际微生物的数量动态,并结合主要水化学指标的监测,研究不同富营养类型水体植物根际微生物的群落特征及其变化;通过高浓度氮、有机物吸收实验,研究粉绿狐尾藻、凤眼莲（Eichhornia crassipes）在抑菌和非抑菌两种处理中对N（NO₃^--N、NH₄⁺-N）、COD的去除效果,并通过跟踪监测植物根际细菌、放线菌及真菌的数量动态,探讨微生物数量与污染物去除间的相关性,评价水生植物及根际微生物在不同富营养水平下的协同去污能力。主要结果如下:1采用改进常规耗竭法,研究了粉绿狐尾藻、凤眼莲在抑菌和非抑菌两种处理中对NO₃^--N、NH₄⁺-N吸收的动力学特征。结果表明:两种植物对NO₃^--N、NH₄⁺-N的最大吸收速率（Imax）和亲和力（1/ Km）有显著差异,凤眼莲对NO₃^--N、NH₄⁺-N有较大的吸收速率,说明凤眼莲更适宜用于污染水体养分的吸收;在抑菌条件下,狐尾藻对NO₃^--N、NH₄⁺-N的最大吸收速率增加15.34%、36.50%,Km分别减小21.54%、增加34.74%;凤眼莲对NH₄⁺-N最大吸收速率增加86.46%,而对NO₃^--N最大吸收速率减小47.37%;两种植物对NH₄⁺-N的亲和力减小,对NO₃^--N的亲和力增加,表明微生物可以通过改变植物根际环境影响了植物对NO₃^--N、NH₄⁺-N的吸收速率和亲和力。2在宁波市内河选取两个不同营养类型水体-日湖、卧彩江,于2008年8月-11月,利用微生物快速鉴定（MIDI Sherlock MIS）系统和其他传统方法,跟踪监测了两个水体内两种常见水生净化植物粉绿狐尾藻、喜旱莲子草根际微生物的种类和数量变化,分析了水体主要理化指标、水体微生物、植物根际微生物之间的相关关系。结果表明:水生植物根际效应显著;植物种类和水体富营养化程度均对植物根际微生物影响显著,日湖中,狐尾藻根际微生物数量要显著高于喜旱莲子草,在卧彩江中,两种植物根际细菌数量无显著差异,放线菌、真菌数量差异显著;植物根际微生物数量与环境因子间具有一定的相关性,日湖中,TN与植物根际微生物数量存在正相关,卧彩江中TN与植物根际微生物数量相关性呈负相关;两个水体中,水中微生物数量与植物根际微生物数量均存在正相关;TP、COD与植物根际微生物数量均存在负相关;水温、Chla与植物根际微生物数量相关性不显著。植物根际微生物群落结构存在季节变化,根际微生物多样性受到水体富营养化程度、气候、植物种类等多重因素的影响,夏季,日湖、卧彩江中粉绿狐尾藻根际微生物多样性指数分别为1.52、1.10,秋季则分别为1.01、2.17;喜旱莲子草根际微生物多样性指数在日湖、卧彩江中夏季为1.43、1.48,秋季为1.07、1.66。植物根际优势菌种以假单胞菌（Pseudomonas）、微球菌（Micrococcus）、黄杆菌（Chryseobacterium）、不动杆菌（Acinetobacter）等主要的有机物降解微生物为主,环境因素的多变和植物根系的不同也导致了葡萄球菌（Staphylococcus）,食酸菌（Acidovorax）、节杆菌（Arthrobacter）等特有菌种出现。3以凤眼莲为研究对象,在相同光照和温度条件下,研究了不同N、COD水平及抑菌和常规两种处理对硝氮、氨氮、有机物去除效果的影响,并分析了根际细菌、放线菌和真菌的数量动态,探讨了凤眼莲及其根际微生物对污染物的协同去污效果。结果表明:凤眼莲对NH₄⁺-N的去除效率要低于对NO₃^--N的去除效率,凤眼莲对NO₃^--N的去除没有受到抑菌处理的显著影响,而抑菌处理对凤眼莲去除NH₄⁺-N有显著影响,说明凤眼莲根际微生物在NH₄⁺-N的去除过程中发挥了重要作用;抑菌处理能显著降低凤眼莲对COD的去除效果,在COD浓度为60mg/L、120mg/L尤为显著;在中、低N环境条件下,微生物数量与NH₄⁺-N去除速率有显著正相关,而与NO₃^--N去除速率呈负相关,说明在中、低N环境中根际微生物活动对NH₄⁺-N的去除有一定的影响;微生物活动对COD的去除起重要作用,并且在不同COD浓度条件下,发挥主要作用的微生物类群有所差异。4以粉绿狐尾藻为研究对象,在相同光照和温度条件下,研究了不同N、COD水平及抑菌和常规两种处理对NO₃^--N、NH₄⁺-N、COD去除效果的影响,并分析了植物根际细菌、放线菌和真菌的数量动态,探讨了粉绿狐尾藻及其根际微生物对污染物的协同去污效果。结果表明:在中、低N浓度下,抑菌和非抑菌组狐尾藻对NO₃^--N、NH₄⁺-N的去除没有显著差异;高N浓度下,抑菌和非抑菌狐尾藻对NO₃^--N的去除率分别为31.30%、37.57%,有显著差异,对NH₄⁺-N的去除率仍无显著差异;在COD浓度为60mg/L时,抑菌和非抑菌组无显著差异,水溶液COD浓度为120mg/L、180mg/L时,非抑菌组狐尾藻对有机物的降解速率要显著高于抑菌处理组;无论是抑菌组还是非抑菌组,植物根际的微生物数量与NO₃^--N去除速率无显著相关,抑菌组中,植物根际细菌数量与NH₄⁺-N、COD去除速率显著相关,说明在狐尾藻根际细菌参与了NH₄⁺-N、COD的去除,而NO₃^--N的去除与微生物活动无密切联系。

全文目录

摘要  4-7
Abstract  7-13
引言  13-15
1 根际微生物在污染水体植物修复中的作用研究现状  15-22
  1.1 植物修复机理  15-16
  1.2 根际环境特征  16-18
    1.2.1 植物-微生物-环境的交互作用  16-17
    1.2.2 根际微生物与植物的关系  17-18
  1.3 植物修复中根际微生物的作用  18-20
    1.3.1 氮的去除  18-19
    1.3.2 磷的去除  19-20
    1.3.3 有机物、重金属的去除  20
  1.4 本项研究的意义  20-22
2 粉绿狐尾藻、凤眼莲对不同形态氮吸收动力学研究  22-27
  2.1 材料与方法  22-23
    2.1.1 试验材料  22
    2.1.2 试验方法  22-23
    2.1.3 数据统计  23
  2.2 结果与分析  23-24
    2.2.1 两种植物对N0_3--N 的吸收动力学特征  23-24
    2.2.2 两种植物对NH_4~+-N 的吸收动力学特征  24
  2.3 讨论  24-27
3 富营养水体中2 种水生植物的根际微生物群落特征  27-38
  3.1 材料与方法  27-29
    3.1.1 水生植物根样采集  27
    3.1.2 理化因子的测定与分析  27-28
    3.1.3 微生物数量测定  28
    3.1.4 微生物鉴定方法  28-29
    3.1.5 数据处理  29
  3.2 结果与分析  29-34
    3.2.1 根际微生物数量及其动态  29-30
    3.2.2 植物根际微生物数量动态与环境变化相关性  30-34
    3.2.3 根际微生物群落特征  34
  3.3 讨论  34-38
    3.3.1 水生植物根际微生物与环境的相互关系  34-35
    3.3.2 水生植物根际微生物群落特征  35-38
4 凤眼莲及其根际微生物在不同富营养条件下协同去污能力研究  38-48
  4.1 材料和方法  38-40
    4.1.1 试验材料  38
    4.1.2 试验方法  38-39
    4.1.3 微生物数量及水质指标的测定  39
    4.1.4 数据处理  39-40
  4.2 结果  40-45
    4.2.1 不同N 水平下N0_3~--N 的去除情况  40-41
    4.2.2 不同N 水平下NH_4~+-N 的去除情况  41-42
    4.2.3 不同COD 浓度下有机物去除情况  42-43
    4.2.4 不同N 水平下根际微生物数量动态  43-44
    4.2.5 不同COD 浓度下根际微生物数量动态  44-45
  4.3 讨论  45-48
    4.3.1 不同营养水平下凤眼莲及其根际微生物对污染物的共同代谢  45-46
    4.3.2 凤眼莲根际微生物数量与污染物去除效率的关系  46-48
5 粉绿狐尾藻及其根际微生物在不同富营养条件下协同去污能力研究  48-56
  5.1 材料和方法  48
    5.1.1 试验材料  48
    5.1.2 试验方法  48
    5.1.3 微生物数量及水质指标的测定  48
    5.1.4 数据处理  48
  5.2 结果  48-53
    5.2.1 不同N 水平下N0_3~--N 的去除情况  48-50
    5.2.2 不同N 水平下NH_4~+-N 的去除情况  50
    5.2.3 不同COD 浓度下有机物去除情况  50-51
    5.2.4 不同N 水平下根际微生物数量动态  51-52
    5.2.5 不同COD 浓度下根际微生物数量动态  52-53
  5.3 讨论  53-56
    5.3.1 不同营养水平下狐尾藻及其根际微生物对污染物的共同代谢  53-54
    5.3.2 狐尾藻根际微生物数量与去污能力间的关系  54-56
6 总结与展望  56-57
  6.1 本研究的创新之处  56
  6.2 研究展望  56-57
参考文献  57-67
在学研究成果  67-68
致谢  68

几种水生植物根际微生物的数量动态及其协同去污能力的初步研究

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