（核能科学与工程专业论文）离子束改良生物修复富营养化水体的效果及机理研究.pdf

孛蓬释学茨等离子薄耪毽谚究琚游士论文孛文攘簧 摘要 水体富营养诧是全世雾所共同露临的水环境问题，丽湖泊水体富营养纯的治 理更是水污染治理中一个全球性的难题。本论文从污染湖泊水体的生物治理与资 源化利用的角度出发，以巢湖富营养化水体为主要修复对象，利用离子束生物工 程品种改良技术，建立完整系统的基予离子束改良生物( 植物与微生物) 修复的 水环境修复技术体系。分别开展了离子束改良植物( 水蕹菜与黑麦草) 生物修复 富营养化水体的效果与机理研究，离子束改良微生物( 光合细菌、聚磷菌) 生物 修复富营养化水体的实验及其资源纯利用等研究王作。主要研究结果报道如下： 1 在离子束改良植物修复方面的研究结果显示，不同能量剂量的矿离子注 入对浮床植物水蕹菜及黑麦草的生长及其净水能力有着不同程度的影响，适当能 量及剂量的村离子注入浮床植物水蕹菜及黑麦草存在甓显的当代生长刺激效 应，可以有效提高水蕹菜及黑麦草的生长及其净水能力，并从形态与生理水平对 其机理进行了初步的探讨。初步试验的结果表明：利用离子束改良浮床植物修复 富营养纯永体是可行覆有效的。 ( 1 ) 低能离子注入水生浮床植物水蕹菜及黑麦草具有明显的“当代生长刺 激 生物学诱变效应。对水蕹菜干种子注入能量剂量分别为2 5 k e v 3 9 x 1 0 1 6 i o n s c m 2 、2 0 k e v5 2 x i 0 1 6 i o n s c m 2 、3 0 k c v2 6 x i 0 6 i o n s c m 2 矿注入处理 对水蕹莱幼苗的生长特征参数等均有明显的当代刺激效应。对黑麦草干种子 注入能量剂量分别为2 5 k e v5 2 x 1 0 1 6 i o n s c m 2 、2 0 k e v5 2 1 0 1 6 i o 蒯、3 0 k e v 4 。1 6 x 1 0 1 6 i o n s c m 2 矿注入处理j l 霪黑麦草幼苗的生长特征参数等均有明显的 当代刺激效应。该参数可以作为富营养化水体浮床植物修复发挥离予束注 入当代效应的n + 辐照能量剂量的参考参数。 ( 2 ) 浮床栽培种植试验表明，经合适能耋及剂量矿离子束注入处理的浮床 植物水蕹菜与黑麦草向来进行离子柬处理的对照相比，在富营养化水体中生长的 更好，对富营养化水体中氮、磷等污染物有着较好的去除效果。在注入能量剂量 失2 5 k o v3 9x1 0 强i o m c m 2 的醇往入处理水蕹菜对富营养化水体中n 、p 营养物 质的去除为最好，对t n 、t p 的去除率、净去除率分别高达8 6 9 6 、7 6 9 6 和 8 8 5 5 、8 4 5 5 ，而未经离子束处理的水蕹菜对照对t n 、t p 的去除率、净去 除率分别为8 1 。3 0 、7 1 3 0 和8 2 9 l 、7 8 。9 1 。对黑麦草注入能量刹量为2 5 k e v 离子柬改良生物修复富营养化水体的效果及机理研究 5 2 1 0 1 6 i o n s c m 2 的矿注入处理对富营养化水体中n 、p 营养物质的去除为最好， 对t n 、t p 的去除率、净去除率分别高达8 8 7 0 、7 8 7 0 和9 1 6 4 、8 7 6 4 ， 而未经离子束处理的黑麦草对照对t n 、t p 的去除率、净去除率分别为8 2 3 9 、 7 2 3 9 和8 5 0 9 、8 1 0 9 。其初步机理研究显示，水蕹菜与黑麦草浮床栽培于 富营养化污水中，对n 、p 营养盐等污染物的净化，主要是植物通过在其生长过 程中需要吸收利用n 、p 的生理功能来达到去除水体中过多营养物质的目的，还 有部分原因是植物通过调节根系的p o d ( 过氧化物酶) 、n r ( 硝酸还原酶) 和 a c p ( 酸性磷酸酶) 活性的变化来适应水污染环境的胁迫，促进n 、p 营养盐等 污染物的净化。在本试验中，三种能量剂量离子束处理水蕹菜与黑麦草浮床栽培 于富营养化污水中，对n 、p 营养盐等污染物的净化，相比较于对照能够更有效 地通过调节根系的p o d 、n r 和a c p 活性的变化来适应污染水环境的胁迫，有 效地促进了n 、p 营养盐等污染物的净化。在富营养化污水试验中，n r 和a c p 活性的变化与污水中t n 和t p 变化趋势基本一致。 2 在离子束改良微生物生物修复研究方面，探索了不同剂量低能矿离子注 入资源微生物聚磷菌与光合细菌的生物学效应及其修复富营养化水体的效果与 资源化利用研究：在离子束改良微生物修复方面的研究结果表明： ( 1 ) 通过矿注入反复诱变，获得两株聚磷效果最好的假单胞菌 p s e u d o m o n a s s p 突变菌株k l 菌与k 2 菌，其在含2 m g l 的磷培养液中好氧培养 4 8 h 后对磷的去除率分别为9 2 9 、9 8 2 0 ，而出发菌株g 菌仅为6 5 1 0 。 ( 2 ) 经过反复离子注入诱变选育，筛选到2 株高效固氮除磷沼泽红假单胞 菌r h o d o p s e u d o m o n a s p a l u s t r i s 突变株p s b 3 9 1 与p s b 6 9 8 ，其对富营养化污水中 氮、磷最高去除率分别达到7 6 4 、6 5 3 ，7 7 7 、6 4 1 ：同时筛选到1 株高 效固氮除磷产氢r p a l u s t r i s 突变株p s b 2 9 7 ，其最高产氢能力比出发菌株提高 1 5 ，可连续产氢约4 0 r n l l h ，对富营养化污水中氮、磷去除率分别达到7 8 1 、 6 2 9 关键词：离子束生物工程；富营养化水体；生物修复；植物修复；微生物修复 n 中国科学院等离子体物理研究所博士论文英文摘要 t h eb i o r e m e d i a t i o ne f f e c t sa n di t sm e c h a n i s m so fe u t r o p h i cw a t e r b o d i e sf o rf l o a t i n g b e dp l a n t sa n d m i c r o o r g a n i s m sb yl o we n e r g y i o nb e a m i m p l a n t a t i o n m i a ol i ( n u c l e a re n e r g ys c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z e n g l i a n gy u k e yl a b o r a t o r yo fi o nb e a mb i o e n g i n e e r i n g , i n s t i t u t eo fp l a s m a p h y s i c s ，c h i n e s ea c a d e m yo fs c i e n c e s a b s t r a c t e u t r o p h i c a t i o no fw a t e rb o d yo fl a k e sa n dw a t e r s h e d si s ag l o b a lp r o b l e m f u r t h e r m o r e ， e u t r o p h i c a t i o nc o n t r o la n dr e m e d i a t i o nh a sb e c o m eas e r i o u sw o r l d w i d ew a t e re n v i r o n m e n t a l p r o b l e ma n dd r a w ne x t e n s i v ea t t e n t i o n al o to fr e s e a r c h e sa n dp r a c t i c e sh a v eb e e nt a k e no nt h e m e c h a n i s ma n dc o u n t e r m e a s u r eo fe u t r o p h i c a t i o n h o w e v e r , t h e s ee f f o r t sh a v eh a dv e r yl i t t l ee x p e c t e d r e s u l to nc o n t r o l l i n ge u t r o p h i c a t i o ny e ti nt h el a t e3 0y e a r s n o wm a n y s c h o l a r sa n d ：d e p a r t m e n t s t o o ku pw i t ht h er e m e d i a t i o no fe u t r o p h i cw a t e rw i t hp h y s i c a l ，c h e m i c a l ，m a t e r i a l ，e n g i n e e r i n g ， m e c h a n i c a la n db i o l o g i c a lm e t h o d s b e c a u s ep h y s i c a la n dc h e m i c a lm e t h o d sc a u s e ds e c o n d a r y p o l l u t i o ne a s i l ya n dt h e c o s tw a sh i g h ，b i o r e m e d i a t i o na t t a c h e dm o s ti m p o r t a n c e ，a n d p h y t o r e m e d i a t i o na n dm i c r o o r g a n i s mb i o r e m e d i a t i o nb e c a m et h el e a d i n gm e t h o di nr e c e n ty e a r s h o w e v e r b i o r e m e d i a t i o ne f f i c i e n c i e sa r el i m i t e du n d e rn a t u r a lc o n d i t i o n i np r i n c i p l e ，e u t r o p h i c a t i o n r a p i dc o n t r o la n dr e m e d i a t i o n 锄b ea c h i e v e dd u et ot h ev e r yh i g hb i o r e m e d i a t i o ne f f i c i e n c i e s s oi t i s c r u c i a lt oe n h a n c eo ri m p r o v eb i o r e m e d i a t i o ne f f i c i e n c i e sa n da b i l i t i e si na d v e r s i t y - r e s i s t a n c eo fo r g a n i s m s b yt h em e t h o d so fb r e e d i n ga n ds c r e e n i n g t h ei n t e r a c t i o nb e t w e f nl o w - e n e r g yi o nb e a ma n do r g a n i s m sh a s b e e ni g n o r e db yb i o l o g i s t sa n dp h y s i c i s t sf o ral o n gt i m e i n1 9 8 0 s ，r e s e a r c h e r sf o u n dt h a tt e n so fk e vi o n b e a m ( h e + ，a r + ，盯e l ；a 1 ) i r r a d i a t i o no np l a n td r ys e e d sp r o d u c e sr e m a r k a b l em u t a t i o ne f f e c t s a san e w s o u r c eo fm u t a t i o na n da ne f f i c i e n tp h y s i c a lm u t a g e ni nc r o p sa n dm i c r o b eb r e e d i n gm e t h o d , t h e l o w - e n e r g yi o nb e a mi r r a d i a t i o ns y s t e mh a sb e e nc h a r a c t e r i z e db yh i g h e rm u t a t i o nr a t ea n dw i d e r m u t a t i o n a ls p e c t r u mw i t hl o w e rd a m a g et ot h ei r r a d i a t e do r g a n i s mc o m p a r e dw i t ho t h e rc o n v e n t i o n a l m u t a t i o ns o u r c e s p l a n to rm i c r o o r g a n i s mm u t a t i o nb r e e d i n gb yi o nb e a mi r r a d i a t i o nh a sm a d eg r e a t p r o g r e s sa n dal a r g ea m o u n to fv a r i e t i e sh a v eb e e nb r e d b e s i d e sm u t a t i o nb r e e d i n gb yi o nb e a mi r r a d i a t i o n , 1 1 i 离子柬改良生物修复富营养化水体的效果及机理研究 i ti sf o u n dt h a ti o nb e a mi r r a d i a t i o nc a np r o d u c es i g n i f i c a n ts t i m u l a t i o ne f f e c t b a s e do nt h i s ，i o nb e a m i r r a d i a t i o nc o u l da l s op r o v i d ean e wa p p r o a c hf o ri m p r o v e m e n to fb i o r e m e d i a t i o ne f f i c i e n c i e sa n da b i l i t i e s i na d v e r s i t y - r e s i s t a n c eo fo r g a n i s m s i nt h i s p a p e r t h et e c h n o l o g yo fp h y t o r e m e d i a t i o na n dm i c r o o r g a n i s m sf o rb i o r e m e d i a t i o nw e r e s e l e c t e dt os t u d yt h ep h y t o r e m e d i a t i o ne f f e c t sa n dm e c h a n i s mt oe u t r o p h i cc h a o h ul a k ew a t e rb yl o w e n e r g yi o nb e a mi m p l a n t a t i o no nf l o a t i n g - b e d sp l a n t ss u c ha sw a t e rs p i n a c ha n dr y e g r a s s ，a n dt os t u d yo n m u t a t i o ns c r e e n i n g b r e e d i n gi n t r e a t m e n tf o r e u t r o p h i c l a k ew a t e ra n d b i o h y d r o g e np r o d u c i n g p h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a ( p s b ) b y 盯i o nb e a mi m p l a n t a t i o n , a n dt os t u d yo nm u t a t i o ns c r e e n i n gb r e e d i n g i n b i o r e m e d i a t i o nf o re u t r o p h i cl a k ew a t e rr e m o v i n gp h o s p h o r u sr e m o v a lb a c t e r i a ls t r a i n s ( p r b ) b y 矿i o n b e a mi m p l a n t a t i o n t h er e s e a r c hr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 m a k i n gu ! 潞o ft h et e c h n i q u eo fi o nb e a mb i o t e c l m o l o g y , c o m b i n i n gt h et e c h n i q u eo ff l o a t i n g - b e d s s o i l l e s sc u l t u r eo fp l a n t i n g , e x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u tb yu s i n gr i c ew a st r a n s p l a n t e do nf l o a t i n g - b e d so n t h es u r f a c eo fe u t r o p h i cw a t e rb o d i e si nc e m e n tp o n d s ，s t u d y i n gt h ep u r i f i c a t i o na n dr e m e d i a t i o ne f f i c i e n c y o fi o nb e a mi m p r o v i n gf l o a t i n g - b e d sr i c ea n dw a t e rs p i n a c ha sw e l la sr y e g r a s st oe u t r o p h i cw a t e rb o d i e s t h er e s u l ts h o w e dt i l a ld i f f e r e n tt y p e so fi o n sa n dd i f f e r e n te n e r g ya n dd o s ei o nb e a mi m p l a n t a t i o no nw a t e r s p i n a c h ( i p o m o e aa q u a a c a ) a n dr y e g r a s s ( l o l i u mm u l t i f l o r u m ) h a dd i f f e r e n ta b i l i t i e st og r o wa n dr e m o v e n u t r i e n t st na n dt p ；a n dp r o p e re n e r g ya n dd o s ei o nb e a mt r e a t m e n ti m p r o v e m e n tm u c hg r e a t e rt h a nt h e u n t r e a t e dc o n t r o l si ng r o w t ha b i l i t ya n dr e m o v a le f f i c i e n c y , a n dh a dam o r es i g n i f i c a n te f f e c to ni m p r o v i n g w a t e rq u a l i t y t h i si m p r o v e m e n tc o u l db ed u et ot h ec o n t e m p o r a r ys t i m u l a t i o ne f f e c t sr a t h e rt h a ng e n e t i c m u t a t i o n a n d , t h ec o r r e s p o n d i n gm e c h a n i s m sw e r ei n v e s t i g a t e dd e e p l y w a t e r s p i n a c h0 a q u a t i c a ) d r y s e e dw a s i m p l a n t e de n e r g y f o r2 5 k e v , d o s a g ef o r 3 9 xl0 1 6 i o n s c m 2 n + i tc a nm o r eo b v i o u s l yi m p r o v e t h eg r o w t hc h a r a c t e r i s t i c so fw a t e rs p i n a c h s e e d l i n g s 。a n ds i g n i f i c a n tp e r f o r m a n c e sf o rg r o w t ha n dr e m o v a lo f in ( t o t a ln i t r o g e n ) ， r p ( t o t a l p h o s p h o r o u s ) ，i nt h ea r t i f i c i a le u t r o p h i cw a t e rs y s t e m s i n d e e d , t na n dt pr e m o v a le f f i c i e n c i e sw e r e r e s p e c t i v e l y8 6 9 6 a n d8 8 5 5 f o rl a q u a t i c a , 8 1 3 0 a n d8 2 9 1 f o r a nu n t r e a t e dw a t e rs p i n a c hp l a n t p l a n t e ds y s t e m r y e g r a s s m u l t i f l o r u m ) d r ys e e dw a si m p l a n t e de n e r g yf o r2 5 k e v , d o s a g ef o r 5 2 x10 1 6 i o n s c m 2 n + , l tc a nm o r eo b v i o u s l yi m p r o v et h eg r o w t hc h a r a c t e r i s t i c so fr y e g r a s s s e e d l i n g s a n ds i g n i f i c a n tp e r f o r m a n c e sf o rg r o w t ha n dr e m o v a lo fn ，ra n dt na n d1 1 pr e m o v a l e f f i c i e n c i e sw e r er e s p e c t i v e l y8 8 7 0 a n d9 1 6 4 f o rl m u l t i f l o r u m 8 2 3 9 a n d8 5 0 9 f o ra nu n t r e a t e d r y e g r a s sp l a n tp l a n t e ds y s t e m f u r t h e r m o r e ，t h et e s t e d w a t e rs p i n a c hf t a q u a t i e a ) a n dr y e g r a s s 中固科学院等离子体物理研究所博士论文英文摘要 m u l t i f l o r u m ) p l a n t sb y 矿i o nb e a mi m p l a n t a t i o np r o b a b l yb e t t e rr e g u l a t e dt h ea c t i v i t i e so fs o m e r o o te n z y m e st h a nt h ec o r r e s p o n d i n gc o n t r o l su n t r e a t e db yi o nb e a mt oa d a p tt oe u t r o p h i c a t i o nc o n d i t i o n , s u c ha sp o d ，n ra n da c p d u r i n gp u r i f i e dt h ee u t r o p h i cw a t e r , p o d ，n ra n da c pa c t i v i t i e sh a dt h es a l n e c h a n g e sa st h et na n dt pc o n c e n t r a t i o ni ne u t r o p h i cw a t e r e s p e c i a l l y , t h en r a n da c pa c t i v i t i e si n c r e a s e d w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fn i t r o g e na n ds o l u b l ep h o s p h a t ed e c r e a s e di ne u t r o p h i cw a t e r b a s e do na b o v e r e s u l t s ，t h ep a r a m e t e r sc o u l db er e f e r e n c ep a r a m e t e ro fe n e r g ya n dd o s a g eo fn + i o nb e a m i m p l a n t a t i o nt h a tg i v ec o n t e m p o r a r yp l a yf o ru s i n gi nb u i l d i n gf l o a t i n gp l a n tp h y t o r e m e d i a t i o n s y s t e mi nw a t e re n v i r o n m e n tb i o r e m e d i a f i o n i tw a sm a d ec l e a rt h a t i o ni m p l a n t a t i o n0 n1 a q u a t i c a a n dl m u l t i f l o r u ma r cm o r ee f f e c t i v et h a nu n t r e a t e dp l a n t sf o rn t m - i e n t sn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a l f r o me u t r o p h i cw a t e rb o d i e s ，a n dh a v eam o l es i g n i f i c a n te f f e c to ni m p r o v i n gw a t e rq u a l i t y , a n di n c r e a s e d t h ea b i l i t yo fp u r i f i c a t i o na n dr e m e d i a t i o nt oe u t r o p h i cw a t e rb o d i e s a p p r o p r i a t ed o s ec o n d i t i o nc o u l d s t i m u l a t eg r o w t ha n dm e t a b o l i z a t i o n g r o w t hw a sd a m n i f i e da n dr e s t r a i n e db ye x o r b i t a n td o s ec o n d i t i o n t h er e s e a r c hr e s u l t sp r i m a r i l yp r o v e dt h a ti o nb e a m si m p r o v i n gf l o a t i n gp l a n t sc o u l db eu s e dt op u r i f yt h e e u t r o p h i cw a t e rb o d i e s ，a n ds u p p l i e dn e wa p p r o a c ha n ds c i e n c eg i s tf o rd e v e l o p i n ga n du s i n gi o nb e a m s i m p r o v i n gf l o a t i n g - b e d sp l a n t st op u f f ye u t r o p h i cw a t e rb o d i e sa n dp r o t e c tw a ：t e ：re c o l o g i c a le n v i r o n m e n t 2 尼p a l u s t r sp s b 3 9 1a n dp s b 6 9 8w e r es e l e c t e da sd o m i n a n tp s bs t r a i n sf o ri t sh i g h e rr e m o v a l a b i l i t yt on i t r o g e na n dp h o s p h o r u st h a nt h eo t h e rs t r a i n sa f a ri o nb e a mi m p l a n t a t i o n , a n dt h er e m o v a lr a t e t na n dt pw e r e7 6 4 ，6 5 3 a n d7 7 7 ，6 4 1 , r e s p e c t i v e l y r p a l u s t e sp s b 2 9 7w a ss e l e c t e d 鹋m a j o r p s bs t r a i n sf o ri t sh i g h e rb i o h y d r o g e np r o d u c i n ga b i l i t ya n dn i t r o g e nr e m o v a la b i l i t yt h a nt h eo t h e rs 位d i n s a f t e ri o nb e a mi m p l a n t a t i o n , t h eh y d o g e np r o d u c t i o nr a t ea b o u t4 0 m l l 1 1 , a n dt h er e m o v a lr a t et na n dt p w e r e7 8 1 a n d6 2 9 。r e s p e c t i v e l yp r bp s e u d o m o n a s s pk 1a n dk 2w e r es e l e c t e d 弱d o m i n a n t p h o s p h o r u sr e m o v a lb a t e r i a ls t r a i n sf o ri t sh i g h e rr e m o v a l a b i l i t yt op h o s p h o r u st h a nt h eo t h e rs t r a i n sa f k r i o nb e a mi m p l a n t a t i o n t h ep r o p e r t i e so fc o n t i n u a li n o c u l a t i o nw a ss t a b l e k e y w o r d s ：i o nb e a mb i o t e c h n o l o g y , e u t r o p h i cw a t e r , b i o r e m e d i a t i o n , p h y t o r e m e d i a t i o n , m i c r o o r g a n i s m sb i o r e m e d i a t i o n v 串鏊科学藏等离子俸锈蓬骚究掰博士论文第一章弓l 富 第一章引言 水是生命之源，安全洁净的水更是人类生存所必需的资源。同时，水资源 又是战略性的经济资源，是一个国家综合国力的有机组成部分。人类社会文明通 常是在优良水生态系统周边首先发展起来的。作为生态环境中最基本的自然资 源，水资源正日益影响着全球的环境与发展，甚至可能导致国家之间的冲突。探 讨2 l 世纪水资源环境保护、安全评价、可持续利用及水污染控制和水环境修复 相关闻趣，是新世纪全球共冠关注和各国政府必须长期面对的重大闻题之一。由 于地表水生态系统结构多种多样，用于水质评价的指标各异，判别孰优孰劣的标 准需要以人为本，坚持科学的发展观及人与自然和谐的理念，综合性地考虑对人 类和高等生物健康彼此相互有利的水生态系统可称谓诞康水生态系统。历史和现 实证明，山清水秀，人杰地灵，健康水生态系统是哺育人类文明的摇篮，是现代 社会持续发展的重要保障，也是人们向往和追求的美好目标。 近些年来，由于入蜀增加和工农业生产及城镇纯建设的快速发展，大量未 经处理的工业废水、城镇生活污水的肆意排放以及农业面源污染的日益加剧，导 致进入地表水体的污染物质比数十年前有了很大增加，人类赖以生存的淡水生态 系统鑫益退化，特别是富营养讫闯题，已严重威胁社会经济的可持续发展和人类 健康。我囡淡水湖泊及平原河网大多为浅水水体，历史上水体内有丰富的水生高 等植物及相应的鱼、虾、贝、蚌等高等水生动物。许多城镇的饮用水源区也大多 选择在这种生物多样性丰富的水体内。随着水体污染负荷的加重，历史上的这些 清洁水源区逐渐退化为缺少水生高等生物的以藻类和微生物为主的绿色“荒漠 化，水域【n 。 水体绿色“荒漠纯”其实就是水体富营养化，一直都是全球性水环境闯题研究 的热点【2 1 。自2 0 世纪5 0 年代以来，全世界的湖泊水体都开始不同程度地面临富 营养他的威胁。在我国，污染湖泊治理的难点与重点也是水体富营养化。我国是 个湖泊丰富的国家，现有湖泊2 7 0 0 余个，总面积达9 1 0 0 0 余平方公里，占国土面 积的0 9 5 。其中，约兰分之一为浅水湖泊，主要分布在东部沿海与长江中下游 地区。湖泊不仅是我国淡水资源的主要来源之一，而且是维护良好生态环境和促 进可持续发展的重要因素。僵是，近些年来因经济的快速发展、入口膨胀、资源 裹予寒改良生物掺复富荣养纯东体鲍效繁及梳理研究 利用强度加大以及不合理的开发利用，导致我国许多湖泊的生源要素急剧增加， 湖泊生态系统结构破坏，生态系统功能退化，表现为蓝藻水华的频繁暴发，湖泊 富营养化呈现迅猛发展的趋势，导致翻前我国处予不同富营养状态的湖泊达8 5 以上，湖泊富营养化尤其的蓝藻水华暴发加剧了我国水质性缺水的局面，威胁饮 用水供应安全，并造成巨大经济损失，严重制约了当她的经济建设和社会发震 【3 4 】。因此，湖泊富营养化已引起了从中央到地方各级政府的高度重视。国家在 十五期间计划治理的三湖( 滇池、太湖、巢湖) 均为浅水湖泊。浅水湖泊由于水 陵界线模糊，潮泊中水气、水赛面的物质、能量交换剧烈，是国际湖泊学研究 的热点。随着对浅水湖泊，特别是大裂浅水湖泊研究的深入，人们逐步认识到富 营养化浅水湖泊生态系统与环境治理的特殊性，包括沉积物荐悬浮与风浪的作 焉、沉积物的生物地球化学特征与营养盐循环、蘸藻水华形成与聚集、大型水生 植被的生态功能等。因此，开展这方面的相关研究，对于满足豳家在湖泊富营养 化治理方面的紧迫需求，丰富和发展湖沼学理论，加强水资源保护与水污染治理， 有着非常重要的科学理论意义与实际应用价值。藤且对于揭示湖泊富营养纯和藻 类水华暴发的机理，并阐释其防治的科学基础，研究湖泊富营养化的发生机制与 控制对策，为湖泊生态环境整治提供理论基础依据，已成为我豳基础研究领域亟 待解决的重大科学和技术闷题，也是当代资源环境科学研究酶热点疆l 。 l 。l 水体富营养化现状及危害 1 1 1 水体富营养化概念及现状 湖泊、江河、溪流、水库和海湾等等类型的地表水体在接纳过量的氮、磷 等营养物质后，会雩| 起藻类和浮游生物的异常繁殖，导致水体初级生产力的提高， 造成水体溶解氧减少、透明度下降，水质恶化，产生异味，加速水体老化，致使 鱼类和其他水生生物大量死亡，从而使健康的水生生态系统和水体功能受到影响 和破坏，严重时甚至发生“水华 或“赤潮”，这种现象就是水体富营养化 ( e u t r o p h i c a t i o n ) 1 6 1 。 目前，水体富营养化是一个非常严重的污染问题。国家环傈总局( 2 0 0 4 ) 公布 的数据表明，2 0 0 3 年全霉2 8 个重点湖库中，主要污染指标是总氮、总磷，满足 2 孛鋈科学院等离子僖物理研究掰撵士论文第一耄雩l 害 地表水类水质标准的湖库有1 个，占3 6 ；类水质湖库有6 个，占2 1 4 ； 类水质湖库有7 个，蛊2 5 嗽；v 类水质湖库有4 个，占1 4 。3 ；劣v 类水质湖 库有l o 个，占3 5 7 。从上面的数据可以看出，圈前我国水体富营养化形势严 峻，将严重影响工农业生产，危害人们的身体健康，制约经济发展和社会进步， 治理富营养化东体己刻不容缓。 1 1 2 水体甯营养化形成过程 水体从贫营养状态志富营养状态发震，是水体生态系统演交的自然规律， 只不过在自然条件下这一过程发展的非常缓慢。但由于某些原因，尤其是人类将 富含氮磷的工业废水、城镇生活污水与农业面源污染物排入湖泊、河流、海洋， 使受纳水体中豹氮磷等营养元素过剩，导致永体孛藻类过量生长，使淡水水体发 生“水华”，海洋水体发生“赤潮”，从而造成水体富营养化。具体来说，富营养化 是在湖泊、河流、水库以及海湾等缓流水体的水生生态系统中，藻类通过与其它 水生生物的生存竞争，逐渐取得优势地位并占据其它水生生物的生存空间，阕时 也使自身种属减少，少数有害藻类恶性增殖，进而造成水中溶解氧量的急剧减少， 使鱼类等其他水生生物因缺氧而死亡，最终导致水体老化和衰亡的一种自然现 象。通常认为，缓流水体中的自养型生物主要是藻类，通过光合作用以太阳光能 和无机物合成本身的原生质，这就是富营养化形成的过程t 2 , 6 1 。 l 。1 3 水体富营养能原因 水体富营养化一般是由自然和人为的因素综合造成的。由于江河、湖泊、水 库、溪流、近海和其他水流的物质交换、岩石的风化、水土的流失和风雨的输送 等自然过程，使水体中的营养物质逐渐累积，导致水体从贫营养状态淘富营养状 态转变。在自然条件下，这种转变需要几千年才能完成。但是，在人类活动的强 烈影响干预下，可能在短时期内就会使生物所需的氮、磷等营养物质大量输入水 体，从而大大加快了其富营养诧的进程。人类排放的各种工业废水与城镇生活污 水，以及大量使用化肥的农田用水，都含有大量有机和无机的氮磷，这些污染物 进入水体履，在微生物作用下形成硝酸盐和磷酸盐，为藻类的生长提供充足的营 养，从磊极大地加速水体的富营养化过程，这是当今富营养纯水体形成靛主要原 3 褰孑窳羧蹇生物修复寥营养纯瘩毒摹戆效袋及瓿莲磅究 因【2 一。 1 1 。4 水体寓营养亿豹危害 水体富营养化会恶化水质指标。在富营养化水体中，生长着以蓝绿藻为优 势种的大量藻类。这些水藻在水面上形成一层绿油油的“浮甸”，大大降低了水体 的透硬度，而水体的色度增加，水质也变得浑浊，从而直接导致湖水的感观性状 恶化，如果富营养化现象比较严重，还会在水底形成厌氧条件，造成水中的有机 质在厌氧细菌的作用下分解，产生大量的c 地、薹差2 s 、n h 3 等有害气体，散发难 闻的臭味。同时，有部分藻类能够散发腥昧异臭，也使水味难闻，使水质完全恶 化，水体生态结构被破坏，生物链断裂等水体功能退化，而且降低了水质质量， 弓l 起水体中溶解氧降低，影响鱼类及其它耗氧生物缒生存，使得藻类静类逐渐减 少，某些藻类代谢产生所释放的藻毒素，具有较强的毒理作用，不但会直接毒死 水中生物，而且随食物链转移富集引起动物及人类中毒或死亡，直接威胁着饮用 永安全，危害水环境质量与人类健康和整个生态系统的安全稼壤。 1 2 富营养化水体修复技术 1 2 1