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        蘆竹對富營養(yǎng)化水體中磷及微生物的影響

        2014-07-18 03:54:45楊志紅田前進吳詩謠何夢瑩廖玉萍俞麗莎韓志萍
        江蘇農(nóng)業(yè)科學 2014年1期
        關(guān)鍵詞:蘆竹微生物富營養(yǎng)化

        楊志紅 田前進 吳詩謠 何夢瑩 廖玉萍 俞麗莎 韓志萍

        摘要:水體富營養(yǎng)化是我國水環(huán)境面臨的一個突出問題。本研究對太湖主要水源之一苕溪河水取樣,采用組培蘆竹苗定植于水體,在實驗室條件下研究了組培蘆竹對于富營養(yǎng)化水體中磷的去除和對水體微生物(細菌、真菌和放線菌)的影響。結(jié)果表明,水體中種植蘆竹使水體中磷含量顯著降低,磷濃度由0.123 mg/L降低到0.002 mg/L,除磷效果顯著;蘆竹的定植對微生物有一定的影響。

        關(guān)鍵詞:蘆竹;富營養(yǎng)化;磷;微生物

        中圖分類號:X52文獻標志碼:A文章編號:1002-1302(2014)01-0297-02

        收稿日期:2013-05-25

        基金項目:國家自然科學基金(編號:31070451)。

        作者簡介:楊志紅,男,博士,講師,從事植物分子生物學研究。E-mail:yangzhihong@hutc.zj.cn。水污染是全球十大環(huán)境問題之一[1]。我國目前很多水體污染都比較嚴重,水體污染問題日益受到廣泛關(guān)注。水污染中富營養(yǎng)化是一個突出的問題,通常認為氮、磷含量超標是水體富營養(yǎng)化的主要原因。富營養(yǎng)化水體中氮的有效去除有很多研究報道[2]。但磷污染的去除卻一直是研究的一個難點。在富營養(yǎng)化治理研究中,植物富集作用在富營養(yǎng)化水體的凈化與修復方面具有良好的效果[3]。目前認為,利用水生植物富集氮、磷是治理、調(diào)節(jié)和抑制湖泊富營養(yǎng)化的有效途徑[4]。水體中,除植物外,其他生物對于污染的修復也有著很重要的影響。研究結(jié)果表明,濕地對磷的截留主要是通過土壤吸附和沉淀、植物吸收、微生物固定、泥炭增長等作用來實現(xiàn)[5-6]。

        在污染修復的植物中,蘆竹是一種經(jīng)常被采用的材料。蘆竹(Arundo donax Linn.)為禾本科蘆竹屬一種多年生草本植物,原產(chǎn)我國,具有水陸兩生的特點。蘆竹在我國很多地區(qū)都有分布,應用蘆竹修復污染,不存在外來物種入侵的問題,是一種理想的富營養(yǎng)化修復材料。蘆竹在鎘、汞等重金屬污染修復,以及在污染水源的凈化等方面有很多研究報道[7-8]。數(shù)據(jù)顯示對于污染的修復,蘆竹有明顯的效果。但是,污染修復中蘆竹材料的來源卻是一個問題。蘆竹最有效繁殖方法是組織培養(yǎng)。但是,目前并沒有組培繁殖蘆竹應用于水體污染修復的相關(guān)研究報道。本研究在前期建立蘆竹組培體系的基礎上,利用組培苗進行蘆竹對富營養(yǎng)化水體中磷的去除和水體微生物影響的研究,為大規(guī)模利用蘆竹組培苗進行水體污染修復提供依據(jù)。

        1材料與方法

        1.1試驗材料和設計

        本研究以蘆竹為試驗材料,將實驗室通過組織培養(yǎng)獲得的蘆竹苗進行室外馴化移栽,培養(yǎng)60 d后,選擇長勢相近,株高為 20~30 cm的蘆竹清洗干凈后,定植于水箱中。試驗采用40 cm×40 cm×60 cm水箱。試驗富營養(yǎng)化水樣取自苕溪河(太湖主要河流),取水時間為2011年9月4日,取水方式:抽取河水(水面下60 cm處)。取河水后,立即運到實驗室,均勻放置于各水箱中,每水箱30 L。組培蘆竹苗在實驗水箱中定植方式采用塑料泡沫板打孔定植,在定植孔中用海綿固定植株,種植密度為每水箱30株,以不放置蘆竹為對照,每個處理3次重復。

        1.2水體中磷測定

        每隔4 d進行水箱水體采樣,水體中總磷采用鉬酸銨分光光度法測定。

        1.3微生物測定

        試驗水體中微生物(細菌、真菌、放線菌)分別采用牛肉膏蛋白胨、馬丁氏培養(yǎng)基、高氏一號培養(yǎng)基培養(yǎng),采取平板計數(shù)法計數(shù)分析,取樣時各個水箱中分別取1 mL水樣,稀釋10倍后,取100 μL,于超凈臺內(nèi)均勻涂布于培養(yǎng)基上,于 28 ℃ 條件下培養(yǎng)48 h后觀察計數(shù)。

        1.4數(shù)據(jù)處理

        磷含量變化采用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件對結(jié)果進行分析。微生物含量變化采用Sigmaplot 10 軟件進行作圖比較分析。

        2結(jié)果與分析

        2.1水體中磷含量變化

        水箱中水體磷含量表現(xiàn)為隨蘆竹定植時間的延長而逐漸減少,定植蘆竹試驗組水體中磷含量與對照組相比明顯降低(表1)。

        蘆竹定植后4、8、12 d水體中磷含量顯著減少。 12 d 和16 d比較,差異不顯著。16 d和20、24、28 d比較,差異顯著,表現(xiàn)為蘆竹定植前期水體中磷含量減少幅度較大,定植后期水體中磷含量減少幅度變小。

        2.2水體中微生物含量變化

        2.2.1細菌含量變化在試驗期間,水體中細菌含量呈現(xiàn)先高后低的變化趨勢。試驗組和對照組變化趨勢相同,在12 d時分別達到最大值14.6 CFU/μL和16.8 CFU/μL,隨后水體中細菌含量逐漸降低,28 d時分別達到最低值10.0 CFU/μL和 11.1 CFU/μL。試驗組和對照組相比,16 d時試驗組比對照組差值達到最大(3.2 CFU/μL)。蘆竹定植8 d后試驗組細菌含量一直低于對照組(圖1)。

        2.2.2真菌含量變化真菌含量表現(xiàn)為在試驗過程中試驗組和對照組水體中真菌含量與初始含量相比,都有降低,但變化趨勢試驗組和對照組相比有差異。水體中真菌含量對照組整體表現(xiàn)為下降趨勢,試驗組在8~24 d時和初始含量相比,表現(xiàn)為下降趨勢。但是28 d水體中真菌含量與8~24 d相比,表現(xiàn)為上升(圖2)。表明水體中種植蘆竹對真菌含量有明顯的影響,后期促進了真菌的生長繁殖。

        2.2.3放線菌含量變化試驗組和對照組相比,水體中放線菌含量24 d前整體變化趨勢相似,在4 d時升高最快,4~24 d 放線菌含量雖然整體呈升高趨勢,但是變化不大。28 d時,試驗組放線菌含量出現(xiàn)明顯下降,由4~24 d時的2.8~3.6 CFU/μL 降低為2.5 CFU/μL,而對照組下降不明顯(圖3)。

        3討論

        3.1水體中磷含量的變化

        本研究在應用蘆竹去除磷污染試驗中,磷的濃度從最初的0.123 mg/L降低到0.002 mg/L,降低了98.37%。和對照28 d后磷濃度0.073mg/L相比,降低97.26%。水體中磷的濃endprint

        度得到了顯著的降低。

        胡開林等在進行磷濃度和藻類關(guān)系的研究中得出,磷濃度為0.03 mg/L以上時,藻類會迅速繁殖而引發(fā)水體富營養(yǎng)化[9]。表明組培蘆竹使水體中磷的濃度得到了有效降低,組培蘆竹對于富營養(yǎng)化水體中磷污染的修復有很好的作用。

        3.2水體中細菌含量變化

        馮勝等對細菌含量和富營養(yǎng)化關(guān)系的研究中得出,細菌數(shù)量呈現(xiàn)隨水體營養(yǎng)水平增加而上升的趨勢[10],細菌數(shù)量和富營養(yǎng)化水平呈正相關(guān)。本研究細菌含量變化為先高后低。分析原因主要是和富營養(yǎng)化水平有關(guān)。前期富營養(yǎng)化水平等環(huán)境條件可以滿足細菌的增殖,表現(xiàn)為細菌含量的增加。后期磷含量降低,代表了富營養(yǎng)化水平的降低,隨著富營養(yǎng)化水平的降低,環(huán)境不利于細菌繁殖,表現(xiàn)為細菌含量出現(xiàn)下降。

        3.3水體中真菌含量的變化

        宋關(guān)玲等在富營養(yǎng)化水體中真菌含量變化的研究中,報道利用菌根真菌控制湖泊面源污染,指出真菌在污染修復中的作用[11]。本試驗結(jié)果顯示水體中真菌含量變化在蘆竹定植組表現(xiàn)為后期的上升。變化原因可能是植物和真菌的相互作用,植物在促進真菌生長方面起到了作用,引起水體真菌含量的變化。

        3.4水體中放線菌含量的變化

        紀榮平等指出富營養(yǎng)化水體中嗅味物質(zhì)的濃度與水體富營養(yǎng)化程度以及放線菌的生物量呈正相關(guān)[12]。本試驗后期種植蘆竹試驗組水體中放線菌量和對照組相比出現(xiàn)下降,可能是由于試驗組富營養(yǎng)化元素下降造成。

        微生物對于富營養(yǎng)化的影響,有研究結(jié)果表明微生物與水體污染物去除率密切相關(guān),對污染物的去除有良好的促進作用[13]。因此,微生物在整個富營養(yǎng)化修復中是不可忽視的影響因子。在對富營養(yǎng)化的研究過程中。生物操縱理論目前得到了很多研究人員的認可。該理論認為富營養(yǎng)化水體生態(tài)系統(tǒng)中植物、動物、微生物等物種在食物鏈中的地位以及它們之間的相互關(guān)系非常重要[14]。對于水體生態(tài)系統(tǒng),植物、動物、微生物都是整個生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。只有植物、動物和微生物形成了一個良好的生態(tài)系統(tǒng),整個水體生態(tài)才能不容易打破,藍藻等才不容易大量繁殖造成危害。因此,研究人員采取植物和動物組成的系統(tǒng)來進行富營養(yǎng)化水體的修復,如王彥玲等人利用植物與螺組合對富營養(yǎng)化水體進行凈化[15]。也有使用微生物來進行修復,如:王琳等報道了微生物菌劑修復富營養(yǎng)化水體的研究[16]。顯示出植物、動物、微生物在生態(tài)修復中都具有重要的作用。

        參考文獻:

        [1]黃巧娟,陳禮剛,蔣端生,等. 污水中解有機磷微生物的篩選[J]. 湖南人文科技學院學報,2012,4(2):80-82.

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        [4]胡萍,周青. 太湖水體富營養(yǎng)化的植物修復[J]. 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學與綜合研究,2008,24(4):447-451.

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        [11]宋關(guān)玲,侯文華,汪群慧,等. 菌根真菌在控制湖泊面源污染的應用前景[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學學報,2005,36(1):124-128.

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        [14]劉春光,邱金泉,王雯,等. 富營養(yǎng)化湖泊治理中的生物操縱理論[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2004,23(1):198-201.

        [15]王彥玲,韓士群,宋偉,等. 植物與螺組合浮床對富營養(yǎng)化水體的凈化效果[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學報,2011,27(2):295-300.

        [16]王琳,王迎春,李季,等. 微生物菌劑處理富營養(yǎng)化景觀水體的室內(nèi)試驗研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2007,26(1):88-91.姚麗,禹婷,秦剛,等. 轉(zhuǎn)雙抗蟲基因741楊樹對節(jié)肢動物群落食物網(wǎng)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學,2014,42(1):299-301.endprint

        度得到了顯著的降低。

        胡開林等在進行磷濃度和藻類關(guān)系的研究中得出,磷濃度為0.03 mg/L以上時,藻類會迅速繁殖而引發(fā)水體富營養(yǎng)化[9]。表明組培蘆竹使水體中磷的濃度得到了有效降低,組培蘆竹對于富營養(yǎng)化水體中磷污染的修復有很好的作用。

        3.2水體中細菌含量變化

        馮勝等對細菌含量和富營養(yǎng)化關(guān)系的研究中得出,細菌數(shù)量呈現(xiàn)隨水體營養(yǎng)水平增加而上升的趨勢[10],細菌數(shù)量和富營養(yǎng)化水平呈正相關(guān)。本研究細菌含量變化為先高后低。分析原因主要是和富營養(yǎng)化水平有關(guān)。前期富營養(yǎng)化水平等環(huán)境條件可以滿足細菌的增殖,表現(xiàn)為細菌含量的增加。后期磷含量降低,代表了富營養(yǎng)化水平的降低,隨著富營養(yǎng)化水平的降低,環(huán)境不利于細菌繁殖,表現(xiàn)為細菌含量出現(xiàn)下降。

        3.3水體中真菌含量的變化

        宋關(guān)玲等在富營養(yǎng)化水體中真菌含量變化的研究中,報道利用菌根真菌控制湖泊面源污染,指出真菌在污染修復中的作用[11]。本試驗結(jié)果顯示水體中真菌含量變化在蘆竹定植組表現(xiàn)為后期的上升。變化原因可能是植物和真菌的相互作用,植物在促進真菌生長方面起到了作用,引起水體真菌含量的變化。

        3.4水體中放線菌含量的變化

        紀榮平等指出富營養(yǎng)化水體中嗅味物質(zhì)的濃度與水體富營養(yǎng)化程度以及放線菌的生物量呈正相關(guān)[12]。本試驗后期種植蘆竹試驗組水體中放線菌量和對照組相比出現(xiàn)下降,可能是由于試驗組富營養(yǎng)化元素下降造成。

        微生物對于富營養(yǎng)化的影響,有研究結(jié)果表明微生物與水體污染物去除率密切相關(guān),對污染物的去除有良好的促進作用[13]。因此,微生物在整個富營養(yǎng)化修復中是不可忽視的影響因子。在對富營養(yǎng)化的研究過程中。生物操縱理論目前得到了很多研究人員的認可。該理論認為富營養(yǎng)化水體生態(tài)系統(tǒng)中植物、動物、微生物等物種在食物鏈中的地位以及它們之間的相互關(guān)系非常重要[14]。對于水體生態(tài)系統(tǒng),植物、動物、微生物都是整個生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。只有植物、動物和微生物形成了一個良好的生態(tài)系統(tǒng),整個水體生態(tài)才能不容易打破,藍藻等才不容易大量繁殖造成危害。因此,研究人員采取植物和動物組成的系統(tǒng)來進行富營養(yǎng)化水體的修復,如王彥玲等人利用植物與螺組合對富營養(yǎng)化水體進行凈化[15]。也有使用微生物來進行修復,如:王琳等報道了微生物菌劑修復富營養(yǎng)化水體的研究[16]。顯示出植物、動物、微生物在生態(tài)修復中都具有重要的作用。

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        度得到了顯著的降低。

        胡開林等在進行磷濃度和藻類關(guān)系的研究中得出,磷濃度為0.03 mg/L以上時,藻類會迅速繁殖而引發(fā)水體富營養(yǎng)化[9]。表明組培蘆竹使水體中磷的濃度得到了有效降低,組培蘆竹對于富營養(yǎng)化水體中磷污染的修復有很好的作用。

        3.2水體中細菌含量變化

        馮勝等對細菌含量和富營養(yǎng)化關(guān)系的研究中得出,細菌數(shù)量呈現(xiàn)隨水體營養(yǎng)水平增加而上升的趨勢[10],細菌數(shù)量和富營養(yǎng)化水平呈正相關(guān)。本研究細菌含量變化為先高后低。分析原因主要是和富營養(yǎng)化水平有關(guān)。前期富營養(yǎng)化水平等環(huán)境條件可以滿足細菌的增殖,表現(xiàn)為細菌含量的增加。后期磷含量降低,代表了富營養(yǎng)化水平的降低,隨著富營養(yǎng)化水平的降低,環(huán)境不利于細菌繁殖,表現(xiàn)為細菌含量出現(xiàn)下降。

        3.3水體中真菌含量的變化

        宋關(guān)玲等在富營養(yǎng)化水體中真菌含量變化的研究中,報道利用菌根真菌控制湖泊面源污染,指出真菌在污染修復中的作用[11]。本試驗結(jié)果顯示水體中真菌含量變化在蘆竹定植組表現(xiàn)為后期的上升。變化原因可能是植物和真菌的相互作用,植物在促進真菌生長方面起到了作用,引起水體真菌含量的變化。

        3.4水體中放線菌含量的變化

        紀榮平等指出富營養(yǎng)化水體中嗅味物質(zhì)的濃度與水體富營養(yǎng)化程度以及放線菌的生物量呈正相關(guān)[12]。本試驗后期種植蘆竹試驗組水體中放線菌量和對照組相比出現(xiàn)下降,可能是由于試驗組富營養(yǎng)化元素下降造成。

        微生物對于富營養(yǎng)化的影響,有研究結(jié)果表明微生物與水體污染物去除率密切相關(guān),對污染物的去除有良好的促進作用[13]。因此,微生物在整個富營養(yǎng)化修復中是不可忽視的影響因子。在對富營養(yǎng)化的研究過程中。生物操縱理論目前得到了很多研究人員的認可。該理論認為富營養(yǎng)化水體生態(tài)系統(tǒng)中植物、動物、微生物等物種在食物鏈中的地位以及它們之間的相互關(guān)系非常重要[14]。對于水體生態(tài)系統(tǒng),植物、動物、微生物都是整個生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。只有植物、動物和微生物形成了一個良好的生態(tài)系統(tǒng),整個水體生態(tài)才能不容易打破,藍藻等才不容易大量繁殖造成危害。因此,研究人員采取植物和動物組成的系統(tǒng)來進行富營養(yǎng)化水體的修復,如王彥玲等人利用植物與螺組合對富營養(yǎng)化水體進行凈化[15]。也有使用微生物來進行修復,如:王琳等報道了微生物菌劑修復富營養(yǎng)化水體的研究[16]。顯示出植物、動物、微生物在生態(tài)修復中都具有重要的作用。

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