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大薸对污水中污染物净化作用和效果分析

农业资源与环境学报 2022年第5期39卷 903-912页

作者：刘鹤莹杨鹏支苏丽杜德林张克强东北农业大学资源与环境学院哈尔滨150036 农业农村部环境保护科研监测所天津300191 农业农村部环境保护科研监测所大理综合实验站云南大理671004

大薸被广泛应用于污水处理,是一种高效脱氮除磷和吸收重金属的水生植物。本文主要采用文献调研方法,系统总结大薸对污水中污染物的净化作用,重点讨论和分析了大薸对多种污染物的去除效果、影响因素及净水机制。结果表明,大薸具有较强的... 详细信息

大薸被广泛应用于污水处理,是一种高效脱氮除磷和吸收重金属的水生植物。本文主要采用文献调研方法,系统总结大薸对污水中污染物的净化作用,重点讨论和分析了大薸对多种污染物的去除效果、影响因素及净水机制。结果表明,大薸具有较强的营养传输能力、固碳增汇能力和多种污染物吸收能力,将其生物特性与系统环境整体及内部微生物的作用相结合,合理施用大薸对多类污水的治理均有较好的应用价值。此外,本文对大薸在除盐和抗生素方面的应用研究及建立水中养分的吸收转运模型等提出展望,旨在为大薸在污水净化中的应用提供指导。

关键词：大薸氮磷抗生素污水净化处理

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镉胁迫下大薸生长的变化及镉积累、分布特征

农业环境科学学报 2022年第9期41卷 2033-2042页

作者：黄蕊辛建攀田如男南京林业大学风景园林学院南京210037

为探究镉胁迫对大薸(Pistia stratiotes)生长的影响及其体内镉积累与分布特征,用不同镉浓度(0、10、25、50、75、100μmol·L^(-1))的营养液处理大薸18 d,测定植株生物量、生长形态及其体内镉含量,并分析叶片中镉的亚细胞分布和化学形... 详细信息

为探究镉胁迫对大薸(Pistia stratiotes)生长的影响及其体内镉积累与分布特征,用不同镉浓度(0、10、25、50、75、100μmol·L^(-1))的营养液处理大薸18 d,测定植株生物量、生长形态及其体内镉含量,并分析叶片中镉的亚细胞分布和化学形态。结果表明:随着镉浓度的增加,大薸生物量、冠径、叶片数、分株数和镉富集系数均呈降低趋势,地上部镉含量和镉转移系数呈上升趋势,地下部镉含量、总镉含量、单株富集量呈先上升后降低的趋势。在各处理下,大薸地下部镉含量均大于地上部。当镉浓度>10μmol·L^(-1)时,大薸叶片细胞壁组分镉的占比最大(42.61%~46.91%),其次是细胞器组分(27.04%~39.72%)和可溶性组分(17.68%~26.06%)。细胞壁和可溶性组分镉的占比随着镉浓度的增加呈上升趋势,细胞器组分则呈下降趋势。大薸叶片中镉主要以醋酸提取态为主(35.00%~59.06%),其次是氯化钠提取态(16.72%~26.45%)和水提取态(7.77%~33.22%)。研究表明:大薸通过根系固持、细胞壁固定和液泡区室化避免严重镉胁迫损伤,通过醋酸提取态贮藏降低镉毒性和移动性;10~100μmol·L^(-1)镉处理18 d后,大薸可维持较高的镉富集量和较低的生物量,在进行镉污染水体生态修复的同时避免因其快速生长而引起水体二次污染。

关键词：镉大薸亚细胞分布化学形态

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大薸对规模化奶牛场污水的耐受性和净化效果

农业资源与环境学报 2023年第4期40卷 893-905页

作者：杜德林王涵刘生博赵润杨鹏张克强支苏丽农业农村部环境保护科研监测所天津300191 东北农业大学资源与环境学院哈尔滨150036

为考察大薸对高浓度畜禽污水净化的可行性,通过室内模拟大薸处理奶牛场污水试验,明确大薸在不同类型污水中的生长状况和生理响应,研究大薸对氮、磷和有机物等的净化效果,并通过高通量测序分析微生物群落变化,揭示微生物群落与常规污染... 详细信息

为考察大薸对高浓度畜禽污水净化的可行性,通过室内模拟大薸处理奶牛场污水试验,明确大薸在不同类型污水中的生长状况和生理响应,研究大薸对氮、磷和有机物等的净化效果,并通过高通量测序分析微生物群落变化,揭示微生物群落与常规污染物去除之间的关系。结果显示,大薸能够耐受的污水浓度[以化学需氧量(CODCr)计]为0~2000 mg·L^(-1)原水、0~750 mg·L^(-1)厌氧池和氧化塘污水。当大薸受到高浓度污水胁迫时,叶绿素含量明显减少,过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性明显升高。在耐受范围内,大薸对奶牛场3种污水具有良好的净化效果:0~10 d内对污染物去除较快,10~20 d内去除率上升缓慢;大薸对原水中总氮、氨氮、总磷和CODCr的去除率分别为84.7%~92.7%、90.6%~96.7%、30.0%~93.1%、67.3%~77.2%,而对厌氧池和氧化塘污水的净化效果略差。从微生物角度分析得出,奶牛场污水微生物以变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为主,且大薸处理组内的微生物群落结构与无植物对照组明显不同,其中蓝藻菌门相对丰度差异最为明显。微生物群落与水体多项指标显著相关(P大薸处理高浓度畜禽污水的可行性,为奶牛场污水处理提供了理论基础和技术支撑。

关键词：大薸奶牛场污水净化效果微生物群落

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铜胁迫下大薸对铜的吸收特征与生理响应

环境科学与技术 2022年第8期45卷 61-68页

作者：刘家华陈克诚程娟刘鹤莹支苏丽杨鹏农业农村部环境保护科研监测所天津300191 东北农业大学资源与环境学院黑龙江哈尔滨150036

畜禽养殖废水中的Cu污染问题已经严重威胁到农业环境,限制了养殖废水的安全循环利用。该研究通过模拟试验分析不同浓度Cu胁迫下大薸的吸收特征,测定活性氧含量、抗氧化酶含量、膜脂氧化程度以及光合色素含量等生理生化指标后发现,7 d内... 详细信息

畜禽养殖废水中的Cu污染问题已经严重威胁到农业环境,限制了养殖废水的安全循环利用。该研究通过模拟试验分析不同浓度Cu胁迫下大薸的吸收特征,测定活性氧含量、抗氧化酶含量、膜脂氧化程度以及光合色素含量等生理生化指标后发现,7 d内大薸对Cu的最大去除率可达90.16%;4 mg/L处理中富集与转运系数最大,分别为187.34、0.166 5;抗氧化酶活方面,4 mg/L处理中SOD、CAT活性最强,8 mg/L处理中POD活性最大;丙二醛含量随Cu浓度升高呈先增后降再增的趋势,12 mg/L处理最高,为69.59 nmol/g;叶绿素含量在1 mg/L处理达最大值5.196 mg/g,后持续降低。研究表明,大薸在低浓度(≤4 mg/L)Cu污染水体中适应能力较强,修复效果较好。经7 d处理后,1 mg/L与2 mg/L试验组溶液中的Cu浓度在1 mg/L以下。大薸根系对Cu的蓄积减少了向叶片的转运,与较高的抗氧化酶响应水平对活性氧的清除一同维持了植株的生理功能,保证了对Cu的吸收。

关键词：铜大薸吸收特征生理响应

聚合氯化铝修饰改性大薸对中性红吸附性能的影响

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福建农林大学学报:自然科学版 2023年第5期52卷 709-716页

作者：张浩齐慧云苏雅琪任云宁王厚锋曾建雄福建农林大学资源与环境学院福建福州350002

基于NaOH对大薸进行改性的吸附剂(MPS),以聚合氯化铝(PAC)为复配剂制备吸附剂(MPSP)。采用材料表征技术分析了大薸复配前后的理化特征,并以中性红模拟染料废水,测试了大薸复配前后上述两种吸附剂对中性红废水的吸附能力,并探究了染料初... 详细信息

基于NaOH对大薸进行改性的吸附剂(MPS),以聚合氯化铝(PAC)为复配剂制备吸附剂(MPSP)。采用材料表征技术分析了大薸复配前后的理化特征,并以中性红模拟染料废水,测试了大薸复配前后上述两种吸附剂对中性红废水的吸附能力,并探究了染料初始pH值、染料浓度、吸附剂投加量、反应温度等参数对中性红吸附性能的影响。结果表明:在相同条件下,与MPS相比,MPSP的比表面积更大,孔隙结构更发达,对中性红的吸附、去除能力更强;MPS和MPSP对中性红的吸附性能均与溶液初始质量浓度、反应时间和反应温度呈正比,与溶液pH值和吸附剂投加量呈反比。准二级动力学模型和Langmuir等温模型能较好地拟合MPS和MPSP对中性红染料的吸附、去除过程,表明吸附过程是以单层化学吸附为主,也存在物理吸附和静电引力作用。

关键词：大薸聚合氯化铝 NaOH 中性红染料吸附脱色性能

大薸生物炭的制备及其对水体中邻苯二甲酸二乙酯的吸附研究

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大薸生物炭的制备及其对水体中邻苯二甲酸二乙酯的吸附研究

作者：张柳梦南京林业大学

学位级别：硕士

邻苯二甲酸酯(PAEs)作为一种新兴污染物已普遍存在于环境中,尤其是水环境,因其易通过食物链进入人体,且具有致畸、致癌和致突变作用而被重点关注。因此,去除水环境中的PAEs成为当前研究的热点。吸附技术具有操作简单、高效且对环境友好... 详细信息

邻苯二甲酸酯(PAEs)作为一种新兴污染物已普遍存在于环境中,尤其是水环境,因其易通过食物链进入人体,且具有致畸、致癌和致突变作用而被重点关注。因此,去除水环境中的PAEs成为当前研究的热点。吸附技术具有操作简单、高效且对环境友好的优点而被广泛应用于污染物的去除。生物炭是生物质在限氧的条件下经热裂解生成的富碳产物,具有比表面积大、孔隙多和官能团丰富等特点,已被广泛应用于多种领域,特别是在吸附固定污染物方面展现良好的应用前景。然而,生物炭的性能一定程度于生物质原料的选择。大薸,作为一种入侵植物,疯狂繁殖的特点已严重危害生态环境,作为一种的生物质,高值化利用符合可持续发展理念。因此,本文选取大薸作为制备生物炭的原材料,通过不同温度、KOH与不同前驱体共炭化以及同Fe/Fe共沉淀制备生物炭、多孔生物炭和磁性多孔生物炭,以广泛存在于水环境中的邻苯二甲酸二乙酯(DEP)模拟PAEs污染物,通过研究大薸生物炭对DEP吸附的性能和机理,给当前面临的两大水环境难题:大薸泛滥和水体PAEs污染,提供新的解决途径,也为入侵植物的资源化利用提供新思路。主要的研究结果如下:(1)大薸生物质直接在400℃、500℃、600℃和700℃热裂解成氮杂化大薸生物炭,通过SEM、N-吸附/解吸、元素分析、XPS、拉曼光谱和FTIR等测试对氮杂化大薸生物炭进行表征,结果表明随着热裂解温度的升高,氮杂化大薸生物炭的比表面积和孔容显著升高(2.2 m g至126.7 m g和0.011 cm g至0.042 cm g),为污染物提供更多的吸附位点。并且,氮杂化大薸生物炭具有较高的氮含量(2.02%～2.66%)、丰富的表面官能团、疏水性和石墨烯结构。此外,氮杂化大薸生物炭具有高的灰分含量(24.7%–34.1%)。氮杂化大薸生物炭具有较强的对DEP的吸附能力,特别是在700℃条件下热裂解衍生的NB700,对DEP高达161.7 mg g,其吸附性能优于许多报道的吸附剂。通过吸附动力学和等温线结果,Pseudo-second-order模型和Freundlich模型很好地拟合了吸附试验数据,说明氮杂化大薸生物炭吸附DEP是多层多步骤的吸附过程,颗粒内扩散和Dubinin-Radushkevich模型表明,多孔填充和分配主导DEP吸附到氮杂化大薸生物炭上的过程。氢键、路易斯酸碱相互作用、官能团相互作用、阳离子-π相互作用和π-π堆积相互作用作为可能的化学吸附限速步骤。这项研究将入侵植物生物质转化为生物炭以进行有效的环境修复,为入侵植物的资源化利用提供新方法。(2)优化孔隙结构有助于提高生物炭对DEP的吸附性能。通过将大薸衍生的前驱体(生物质、水热炭和生物炭)与KOH共炭化制备三种多孔大薸生物炭(RPB、HPB和BPB),并用于从水溶液中吸附DEP。通过N-吸附/解吸、SEM、元素分析和拉曼光谱表征发现RPB、HPB和BPB具有高比表面积和孔体积,且具备高疏水性和石墨烯结构,促进多孔生物炭对DEP的吸附,尤其是以大薸水热炭为前驱体制备的多孔生物炭在比表面积(2284.4 m g)孔体积(0.683 cm g)、疏水性和含氧表面官能团方面表现出更好的性能,并表现出最高的吸附能力813 mg g(DEP平衡浓度为25 mg L),且经过4次循环利用后对DEP的吸附去除率乃高达95.34%(DEP的初始的浓度为20 mg L)。吸附动力学和等温线试验表明,孔隙填充和分配主导了吸附容量,传质、氢键和π-π堆积限制了吸附速率。本研究有助于提出一种有效利用入侵植物的可行方法,并为选择制备多孔生物炭的前体提供新的见解。(3)为了实现生物炭的快速回收利用,基于多孔大薸生物炭为背景材料,通过与Fe/Fe混合盐共沉淀方法快速制备磁性多孔大薸生物炭,EDX、XRD、FTIR、XPS和磁滞回线表明FeO成功负载在生物炭上。随着Fe/Fe混合盐的含量升高,磁性多孔大薸生物炭的比表面积逐渐下降,尤其是MB0.5,其比表面积显著降低(718.01 m g),但远高于其他磁性吸附剂,为吸附DEP提供更多的吸附点位。通过对DEP的吸附动力学和等温线试验,结果表明,Pseudo-second-order模型能更好的拟合吸附动力学,表明化学吸附为限速步骤的过程。Sips模型能更好的拟合吸附等温线过程,表明吸附过程是多重的且能量不均匀,在低浓度阶段符合Freundlich模型,然后随着DEP浓度的增加,遵循Langmuir过程。利用磁铁能快速的对磁性多孔大薸生物炭进行回收,经过4次循环应用,发现磁性多孔大薸生物炭仍具有磁性,且对吸附DEP具有良好的稳定性(MB0.5、MB1、MB2和MB4的吸附量分别为261.95、324.45、351.69和356.89 mg g,DEP的初始浓度为15 mg L)。本研究实现对合成材料的快速回收和再次利用,减少资源浪费,有望应用于实际的污水处理。

关键词：大薸生物炭共炭化邻苯二甲酸二乙酯吸附

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大薸对奶厅废水的净化效果及生物学响应

大薸对奶厅废水的净化效果及生物学响应

作者：刘鹤莹东北农业大学

学位级别：硕士

我国已成为第三大产奶国,然而,作为一个高耗水的朝阳产业,我国奶牛养殖面临着高排污的巨大压力。其中,作为奶牛养殖场的重要区域,挤奶厅耗水问题极为严重,不仅排放量大,而且废水成分特殊,是一种高盐、高有机物的特殊养殖废水,致使其治... 详细信息

我国已成为第三大产奶国,然而,作为一个高耗水的朝阳产业,我国奶牛养殖面临着高排污的巨大压力。其中,作为奶牛养殖场的重要区域,挤奶厅耗水问题极为严重,不仅排放量大,而且废水成分特殊,是一种高盐、高有机物的特殊养殖废水,致使其治理成本高、难度大等一系列问题,当前已成为养殖废水治理领域的重点和难点。如今,基于浮游植物净化的大薸处理技术已作为一种极具潜力和竞争力的生态技术逐渐崭露头角。该技术高效、低成本且工艺简单。然而,目前大薸净化技术多应用于富营养化水体的深度处理,而对于其在低养分养殖废水中的相关研究较为匮乏。因此,本研究选择天津市一家规模化奶牛养殖场的奶厅废水作为研究对象,对不同奶厅废水浓度及盐胁迫下大薸的生理生化特征响应进行了分析,并对水体中主要污染物含量进行了检测,系统研究出大薸对奶厅废水的耐受及净化能力,并解析了不同净水阶段污染物含量变化的可能原因,研究为大薸深度净化奶厅废水的防控提供理论依据,为低成本高效率的奶厅废水治理技术提供支撑。研究结果如下:(1)大薸对奶厅废水浓度的适应性:高浓度的奶厅废水为大薸生长和繁殖提供充足养分,碳氮污染物对单株植物的鲜重、根长、叶表面积、SPAD值以及整体生物量的增加均有正向作用,但与此同时,较高含量的HCO、SO和Cl等阴离子盐加剧了大薸叶片膜脂损伤程度,使得POD酶活较高。奶厅废水原液使大薸生物量在30 d增长926.41%。虽然稀释5～10倍的低浓度奶厅废水使大薸繁殖,但是单株大薸的鲜重却平均降低了35.56%～67.58%,且根系呈贫瘠状态。综合来看,大薸的生理生化响应在奶厅废水原液中表现最佳,其适应能力随奶厅废水稀释程度的增加而变弱。(2)大薸对盐度盐分的耐受性:大薸对Na Cl、KCl和KSO的耐受浓度分别为20 m M、15 m M和5 m M。当水体可溶性盐增加致使溶液电导率超过2193～2527μs·cm时,大薸幼苗的抗氧化酶活性、光合色素和叶片保水性能均受到强烈抑制,植物因无法抵御渗透胁迫带来的危害而降低耐盐能力。(3)大薸对奶厅原废水的净化效果:大薸对奶厅原废水处理11 d可使奶厅废水达到城镇污水三级排放标准;处理23 d可使奶厅废水达到城镇污水二级排放标准,届时奶厅废水中碳氮磷污染物TOC、TN、TP分别降低87.72%、87.07%、41.49%,阴离子盐污染物NO、NO、HCO、SO、Cl分别降低91.03%、10.14%、19.69%、31.68%、18.29%;但处理时间超过23 d,植物衰败明显并向水体释放盐分,说明植物的生长状况和水体污染物含量相互影响。(4)大薸对不同阶段奶厅废水的深度净化效果:大薸对厌氧处理后的奶厅废水处理23 d时净化效果最好。虽然大薸的生物量呈现下降趋势,但是与原废水相比,植物的消耗效应对TN、TOC、EC、SO和Cl等污染物的去除效果分别提升了9.60%、40.94%、3.27%、2.00%和13.81%,处理后效果同样达到城镇污水二级排放标准。好氧处理后奶厅废水经大薸作用31 d未能满足污水排放标准。污染物的去除效果低于原水和厌氧处理后废水,植物作用对废水TN、TP、COD、TOC、EC、SO、Cl的去除率分别为14.84%、12.31%、26.70%、29.23%、20.41%、16.37%、23.05%。由于废水经好氧处理后电导率升至2757.67μs·cm,超过大薸的耐盐阈值,因此大薸不适合深度净化好氧处理后废水。

关键词：奶厅废水大薸盐胁迫污染物去除处理工艺

大薸对奶牛场废水中抗生素抗性基因的去除效果研究

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大薸对奶牛场废水中抗生素抗性基因的去除效果研究

作者：杜德林东北农业大学

学位级别：硕士

随着我国奶牛养殖业的规模化发展,养殖过程产生的粪污给环境带来了巨大压力,尤其是奶牛场废水存在排放量大、成分复杂、处理利用难等问题,而且废水中含有的抗生素抗性基因(ARGs)会对环境造成潜在的危害。虽然奶牛场设置了厌氧、好氧等... 详细信息

随着我国奶牛养殖业的规模化发展,养殖过程产生的粪污给环境带来了巨大压力,尤其是奶牛场废水存在排放量大、成分复杂、处理利用难等问题,而且废水中含有的抗生素抗性基因(ARGs)会对环境造成潜在的危害。虽然奶牛场设置了厌氧、好氧等废水处理工艺,但是这些工艺设备成本和能耗非常高,而且依赖于微生物增殖的传统处理方法可能导致ARGs富集。因此,低成本高效率的植物处理技术受到人们广泛关注。漂浮植物“大薸”具有强大的吸收力和繁殖速度,因此被广泛的应用于净化多种污染水体。然而目前关于大薸对高浓度畜禽废水耐受性和净化效果的研究十分缺乏,因此,本文以大薸为研究对象,通过模拟试验研究了大薸对废水中氮磷营养元素及有机物的耐受性及其净化效果;阐明不同种类ARGs在大薸处理牛场废水过程中的消长规律,解析不同因子对ARGs变化的驱动作用。主要结论如下:(1)随着氮磷和有机物胁迫浓度的增高,大薸生物量呈现先升高后降低的趋势,大薸体内的3种抗氧化酶活性和叶绿素含量在胁迫下呈现先上升后降低的趋势,其对氮、磷、化学需氧量(COD)的耐受浓度分别为50、35和2500 mg/L,且氮和磷两种元素的急性致死浓度(培养3 d内死亡)均为200 mg/L。对于奶牛场3种实际废水中的常规污染物,大薸整体呈现良好的净化效果。在原水(调节池废水)中的生长效率最高,其对总氮(TN)、氨氮、总磷(TP)和COD的去除率分别为84～92%、90～96%、30～93%、67～77%,而对于厌氧和氧化塘出水净化效果略有下降。(2)本研究选定的六大类16种ARGs以及3种MGEs在3种奶牛场废水中普遍存在,相对丰度占比从大到小为MGEs(70.98%)>str-ARGs(12.96%)>sul-ARGs(8.99%)>te t-ARGs(4.11%)>bla-ARGs(2.30%)。在大薸处理不同牛场废水过程中,大部分ARGs的绝对丰度呈现正去除效果。在原水和氧化塘废水中大薸对16种ARGs均呈现正去除效果,绝对丰度(lg值)分别下降0.25(erm A和fex A)～3.66(bla )和0.61(ISCR1)～3.51(str B);在大薸处理低浓度厌氧废水时,16种ARGs及MGEs均呈现正去除效果,绝对丰度(lg值)下降0.09(fex A)～4.07(str B),而在大薸处理高浓度厌氧废水时,仅有9/16的ARGs呈现正去除。(3)利用高通量测序技术分析大薸处理前后废水中微生物群落的变化规律,结果表明,3种废水经20 d处理后,其OTU单元个数以及特有OTU单元个数明显高于无植物处理组,通过Alpha多样性表明经大薸处理的废水中微生物的多样性及丰度均升高,且Beta多样性显示大薸处理与无植物处理的废水中微生物群落差异性显著;在门水平上,微生物以Prote obacteria(32.01～73.78%)、Firmicutes(9.63～33.48%)、Bacteroidetes(5.93～20.03%)和Actinobacteriota(0.72～5.80%)为主,在属水平上,微生物以uncultured、Acinetobacter、unidentified和Rombsia为主。经大薸处理后Proteobacteria和Firmicutes相对丰度下降,而Bacteroidetes和Actinobacteriota相对丰度上升,且无植物处理中Cyanobacteria的相对丰度有所上升(上升幅度可达50.52%),在属水平上,经大薸处理后未知菌属uncultured和u nidentified的相对丰度可分别提高11.65%和17.85%,而Acinetobacter和Rombsia的相对丰度下降,值得注意的是大薸处理低浓度原水和氧化塘废水后Flavobacterium菌属上升12.9～13.9%。(4)对ARGs变化的主要驱动因子分析结果表明,优势菌门和菌属结合环境因子(氮磷含量、COD、p H和EC)对ARGs变化的解释率分别为77.67%和78.57%,通过网络分析得出ARGs的相对丰度的变化与环境因子中TP和微生物群落中变形杆菌对ARGs变化的解释率最大,由此可以得出,大薸对ARGs的去除是通过微生物变化和环境因子改变等多种作用共同驱动的。

关键词：大薸生理响应奶牛场废水 ARGs去除驱动因子

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一氧化氮对大薸去除猪场废水中铜的影响研究

一氧化氮对大薸去除猪场废水中铜的影响研究

作者：刘家华中国农业科学院

学位级别：硕士

猪场废水中的铜含量超标对周边环境和人类健康构成严重威胁,而植物修复技术是资源化利用猪场废水氮磷养分,同步吸收重金属的有效方法。大薸作为一种多年生漂浮植物,在生长繁殖、耐受猪场废水胁迫方面有突出优势。然而由于废水中铜对植... 详细信息

猪场废水中的铜含量超标对周边环境和人类健康构成严重威胁,而植物修复技术是资源化利用猪场废水氮磷养分,同步吸收重金属的有效方法。大薸作为一种多年生漂浮植物,在生长繁殖、耐受猪场废水胁迫方面有突出优势。然而由于废水中铜对植物生长的胁迫,大薸的吸收潜力受到限制。在人工湿地处理猪场废水的实验中观察到了一氧化氮(NO)的排放,作为信号分子,NO可有效缓解重金属对大薸的胁迫。探明一氧化氮在植物修复猪场废水中发挥的作用是强化植物修复效率,提升资源化利用水平的重要基础。本研究以大薸为实验对象,先后设置单因素铜胁迫,考察了铜胁迫下大薸的生理响应情况;开展模拟猪场废水胁迫实验,探究了一氧化氮对大薸生理以及水体铜有效态的调控机制;最后,开展猪场养殖废水培养实验,验证适宜浓度的一氧化氮可有效提升大薸对铜的耐受性和吸收潜力的假设。主要研究结果如下:(1)在铜单因素胁迫下,7d内大薸对Cu的最大去除率可达90.16%;4mg·L处理中富集与转运系数最大,分别为187.34、0.1665;同时4mg·L处理中SOD、CAT活性最强;大薸在低浓度(≤4mg·L)Cu污染水体中修复效果较好。7d处理后,1mg·L与2mg·L试验组溶液中的Cu浓度低于《农田灌溉水质标准》的安全限值。大薸根系对Cu的蓄积减少了向叶片的转运,与较高的抗氧化酶响应水平对活性氧的清除一同维持了植株的生理功能,保证了对Cu的吸收。(2)在模拟猪场废水铜胁迫下,0.05mg·L一氧化氮供体硝普钠(SNP)处理可缓解2～4 mg·LCu时的铜胁迫,而在1mg/L Cu时氧化应激加重。生理响应情况和铜含量分析表明,铜耐受性的提高与超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、脯氨酸(Pro)等抗氧化剂水平和转运系数的提高密切相关。铜形态和PCA分析表明,NO处理促进了溶解性有机物腐殖化程度的提高。NO处理下,大薸对NH-N、NO-N和TP的去除率分别提高到95.76%、88.72%和91.89%,且与相对生长率和溶解氧均呈正相关(p大薸生长的影响呈二次曲面关系,NO作用的临界Cu浓度为2.03 mg·L。铜形态和PCA分析表明,适宜NO水平可促进大薸对Cu的富集,降低铜有效态进而降低对大薸的胁迫。NO影响下高铜处理中优势种群为水雷氏菌属(Reyranella)和突柄杆菌属(Prosthecobacter)。Emticicia属细菌的丰度与大薸相对生长率关联紧密,还与铜、氨氮和总磷的去除率相关性较强。本研究发现与铜浓度协调的一氧化氮浓度可有效提升大薸对猪场废水中铜的耐受性,同时对废水中常规污染物的去除有积极作用,对于提升植物修复效率和猪场废水资源化水平具有理论意义和应用前景。

关键词：一氧化氮大薸铜生理响应植物修复