CN117147253A - 一种美人蕉湿地系统中高氯酸盐降解的研究方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高氯酸盐修复技术领域,提供了一种美人蕉湿地系统中高氯酸盐降解的研究方法。该方法包含下列步骤:将美人蕉在培养基质中进行预培养,得到美人蕉湿地系统;在系统中注入高氯酸盐溶液,停留后排出溶液,进行测定;重复并分别对排出的溶液进行测定;结束后对得到的土壤中进行取样测定,同时将美人蕉取出进行测定。本发明选择美人蕉构建垂直流人工湿地系统,主要研究了三种培养基质和四种入水硝酸盐浓度对系统中高氯酸盐降解的影响规律,追踪长期动态影响。同时本发明还全面阐析了植物对高氯酸盐的吸收及根际对高氯酸盐的降解,并分析了高氯酸盐在美人蕉湿地系统中的迁移与分布。本发明为高氯酸盐的原位修复提供了一定的理论和数据支持。
Description
技术领域
本发明涉及高氯酸盐修复技术领域,尤其涉及一种美人蕉湿地系统中高氯酸盐降解的研究方法。
背景技术
高氯酸盐在水中的溶解性强,几乎不挥发,不易被土壤矿物质吸附,易随水流动扩大污染范围,在还原条件不适合的情况下可稳定存在数十年。高氯酸盐在随水扩散的同时,也会积累在暴露于污染环境中的动、植物体内,会有随食物链被人体摄入的风险。鉴于高氯酸盐对人体带来的潜在危害,近年来人们对环境中高氯酸盐的修复方法不断改进,目前主要的修复技术包括:物理方法、化学方法和生物方法。物理法去除高氯酸盐并不能实现对高氯酸盐的彻底去除,还会带来后续处理等问题,化学法成本较高。研究证明,生物法具备处理效率高、成本小、二次污染少的优点,被认为是修复高氯酸盐污染的主导途径。但是,目前的生物修复研究,主要在微生物所需的理想生活环境下对微生物进行驯化,模拟自然环境对高氯酸盐的去除较少,在实际应用中存在局限性。
因此,研究自然环境下高氯酸盐修复具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题,提供一种美人蕉湿地系统中高氯酸盐降解的研究方法。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了一种美人蕉湿地系统中高氯酸盐降解的研究方法,包含下列步骤:
(1)将美人蕉在培养基质中进行预培养,得到美人蕉湿地系统;
(2)在美人蕉湿地系统中注入高氯酸盐溶液,停留后排出溶液,进行测定;
(3)重复步骤(2),分别对排出的溶液进行测定;
(4)在步骤(3)结束后对得到的土壤中进行取样测定,同时将美人蕉取出进行测定。
作为优选,步骤(1)所述培养基质为土壤基质、土壤基质皇竹草生物炭混合物或土壤基质皇竹草秸秆混合物;
所述土壤基质皇竹草生物炭混合物中土壤基质与皇竹草生物炭的质量比为4.5~5.5:0.1~0.2;
所述土壤基质皇竹草秸秆混合物中土壤基质与皇竹草秸秆的质量比为4.5~5.5:0.1~0.2。
作为优选,步骤(1)所述预培养的时间≥45天。
作为优选,步骤(2)所述高氯酸盐溶液中高氯酸盐的浓度为45~55mg/L,所述高氯酸盐溶液中硝酸盐的浓度为1~25mg/L。
作为优选,步骤(1)所述培养基质与步骤(2)所述高氯酸盐溶液的质量体积比为5~5.2kg:3.8~4.2L;
所述停留的时间≥7天。
作为优选,步骤(3)重复的间隔时间≥2天,重复的次数≥9次;
最后一次重复时,分别对停留单数日水样和排水水样进行检测。
本发明的有益效果是:
本发明中的美人蕉湿地系统对水体中的高氯酸盐具有较好的去除效果,土壤基质中添加皇竹草秸秆可改变湿地系统的根际微环境条件,进而显著提高湿地系统对高氯酸盐的去除率;基质中添加皇竹草生物炭和皇竹草秸秆可显著降低美人蕉体内的高氯酸盐含量;美人蕉湿地系统中高氯酸盐的主要归趋为生物降解,基质中添加皇竹草生物炭和皇竹草秸秆可促进该系统中高氯酸盐的生物降解,同时降低系统基质残留和植物吸收高氯酸盐。
本发明选择美人蕉作为植物主体构建垂直流人工湿地系统,模拟自然人工湿地对高氯酸盐的降解,主要研究了三种培养基质和四种入水硝酸盐浓度对系统中高氯酸盐降解的影响规律,追踪长期动态影响。同时,本发明还全面阐析了植物对高氯酸盐的吸收及根际对高氯酸盐的降解,并分析了高氯酸盐在美人蕉湿地系统中的迁移与分布。本发明为高氯酸盐的原位修复提供了一定的理论和数据支持。
附图说明
图1为实施例1~12中湿地系统出水高氯酸盐的浓度变化曲线图(其中图1a为实施例1、5、9中湿地系统出水高氯酸盐的浓度变化曲线图,图1b为实施例2、6、10中湿地系统出水高氯酸盐的浓度变化曲线图,图1c为实施例3、7、11中湿地系统出水高氯酸盐的浓度变化曲线图,图1d为实施例4、8、12中湿地系统出水高氯酸盐的浓度变化曲线图);
图2为实施例1~12中湿地系统出水体积的变化曲线图(其中图2a为实施例1、5、9中湿地系统出水体积的变化曲线图,图2b为实施例2、6、10中湿地系统出水体积的变化曲线图,图2c为实施例3、7、11中湿地系统出水体积的变化曲线图,图2d为实施例4、8、12中湿地系统出水体积的变化曲线图);
图3为实施例1~12中湿地系统出水中高氯酸盐含量的变化曲线图(其中图3a为实施例1、5、9中湿地系统出水中高氯酸盐含量的变化曲线图,图3b为实施例2、6、10中湿地系统出水中高氯酸盐含量的变化曲线图,图3c为实施例3、7、11中湿地系统出水中高氯酸盐含量的变化曲线图,图3d为实施例4、8、12中湿地系统出水中高氯酸盐含量的变化曲线图);
图4为实施例1~12中周期内系统内部高氯酸盐的浓度变化曲线图(图4a为实施例1、5、9中周期内系统内部高氯酸盐的浓度变化曲线图,图4b为实施例2、6、10中周期内系统内部高氯酸盐的浓度变化曲线图,图4c为实施例3、7、11中周期内系统内部高氯酸盐的浓度变化曲线图,图4d为实施例4、8、12中周期内系统内部高氯酸盐的浓度变化曲线图);
图5为实施例1~12中土样中高氯酸盐的残留情况图;
图6为实施例1~12中美人蕉各器官对高氯酸盐的积累量比较图。
具体实施方式
本发明提供了一种美人蕉湿地系统中高氯酸盐降解的研究方法,包含下列步骤:
(1)将美人蕉在培养基质中进行预培养,得到美人蕉湿地系统;
(2)在美人蕉湿地系统中注入高氯酸盐溶液,停留后排出溶液,进行测定;
(3)重复步骤(2),分别对排出的溶液进行测定;
(4)在步骤(3)结束后对得到的土壤中进行取样测定,同时将美人蕉取出进行测定。
在本发明中,步骤(1)所述培养基质优选为土壤基质、土壤基质皇竹草生物炭混合物或土壤基质皇竹草秸秆混合物。
在本发明中,所述土壤基质皇竹草生物炭混合物中土壤基质与皇竹草生物炭的质量比优选为4.5~5.5:0.1~0.2,进一步优选为4.7~5.3:0.12~0.18,更优选为5~5.2:0.15~0.17。
在本发明中,所述土壤基质皇竹草秸秆混合物中土壤基质与皇竹草秸秆的质量比优选为4.5~5.5:0.1~0.2,进一步优选为4.7~5.3:0.12~0.18,更优选为5~5.2:0.15~0.17。
在本发明中,土壤基质在使用前优选先进行前处理,所述前处理包含下列步骤:采集华南农业大学生态农场表面0~20cm的土壤,将采集的土壤晾干后,进行破碎、过筛,然后去除杂质,混合均匀后得到处理后的土壤基质。
在本发明中,过筛的孔径优选为7~12mm,进一步优选为8~11mm,更优选为9~10mm。
在本发明中,土壤的性质参数如表1所示。
表1土壤的性质参数
项目 | 含量 | 项目 | 含量 |
pH | 5.86 | 氨态氮(mg/kg) | 27.46 |
Eh(mv) | 77.4 | 有效磷(mg/kg) | 20.59 |
有机质(g/kg) | 44.62 | 速效钾(mg/kg) | 56.81 |
全氮(g/kg) | 2.12 | Cl-含量(mg/kg) | 57.32 |
全磷(g/kg) | 1.15 | ClO3 -含量(mg/kg) | nd |
全钾(g/kg) | 15.46 | ClO4 -含量(mg/kg) | nd |
在本发明中,将皇竹草去叶、水洗,水洗干净后进行干燥,然后用铡刀铡成小段,顺次进行粉碎、过筛,得到皇竹草秸秆。
在本发明中,所述干燥的温度优选为70~80℃,进一步优选为72~78℃,更优选为73~75℃;干燥至恒重后停止。
在本发明中,所述小段的长度优选为3~7cm,进一步优选为4~6cm,更优选为5~5.5cm;过筛的孔径优选为0.5~1.5mm,进一步优选为0.7~1.3mm,更优选为0.8~1mm。
在本发明中,将皇竹草去叶、水洗,水洗干净后进行干燥,然后用铡刀铡成小段,顺次进行烧制、粉碎、过筛,得到皇竹草生物炭。
在本发明中,所述干燥的温度优选为70~80℃,进一步优选为72~78℃,更优选为73~75℃;干燥至恒重后停止。
在本发明中,所述小段的长度优选为3~7cm,进一步优选为4~6cm,更优选为5~5.5cm;所述烧制在厌氧条件下进行,所述烧制的升温速率优选为3~7℃/min,进一步优选为4~6℃/min,更优选为5~5.5℃/min;所述烧制的目标温度优选为450~550℃,进一步优选为470~530℃,更优选为500~510℃;到达目标温度后的保温时间优选为1.5~2.5h,进一步优选为1.7~2.3h,更优选为1.9~2h;过筛的孔径优选为0.5~1.5mm,进一步优选为0.7~1.3mm,更优选为0.8~1mm。
在本发明中,步骤(1)所述预培养的反应器采用圆柱形聚氯乙烯(PVC)材质,所述反应器的上口直径为28cm,下口直径为25cm,高为28cm,有效容积为14L;在距离反应器底部3cm处打孔,设置取样口,安装聚乙烯塑料管,并用防水胶进行粘合,在水力停留期间,用止水夹对底端聚乙烯塑料管进行止水,确保运行期间底端不漏水。
在本发明中,步骤(1)预培养的反应器中结构设置为在反应器底部填充砾石,砾石上层填充培养基质,然后注水。
在本发明中,砾石的填充质量优选为2.5~3.5kg/盆,进一步优选为2.7~3.3kg/盆,更优选为3~3.1kg/盆。
在本发明中,培养基质的填充质量优选为4.5~5.5kg/盆,进一步优选为4.7~5.3kg/盆,更优选为5~5.15kg/盆。
在本发明中,注水结束后水面距离反应器顶部的高度优选为6.5~7.5cm,进一步优选为6.7~7.3cm,更优选为6.8~7cm。
在本发明中,预培养的目的为给植物(美人蕉)和微生物(培养基质)一个适应时间;在预培养的期间,反应器只进水不出水。
在本发明中,水质参数如表2所示。
表2水质参数
水质指标 | 含量 | 水质指标 | 含量 |
pH | 6.78 | TP(mg/L) | 0.02 |
电导率(μs/cm) | 162.9 | TN(mg/L) | 0.22 |
TDS(mg/L) | 81.22 | SO4 2-含量(mg/L) | 484.80 |
DO(mg/L) | 7.20 | Cl-含量(mg/L) | 13.21 |
BOD5(mg/L) | 0.67 | ClO3 -含量(mg/L) | nd |
COD(mg/L) | 0.72 | ClO4 -含量(mg/L) | nd |
在本发明中,步骤(1)所述预培养的时间优选≥45天,进一步优选≥46天,更优选≥47天。
在本发明中,步骤(2)所述高氯酸盐溶液中高氯酸盐优选为高氯酸钾,硝酸盐优选为硝酸钾;所述高氯酸盐溶液中高氯酸盐的浓度优选为45~55mg/L,进一步优选为47~53mg/L,更优选为50~51mg/L;所述高氯酸盐溶液中硝酸盐的浓度优选为1~25mg/L,进一步优选为5~15mg/L,更优选为7~10mg/L。
在本发明中,步骤(1)所述培养基质与步骤(2)所述高氯酸盐溶液的质量体积比优选为5~5.2kg:3.8~4.2L,进一步优选为5.05~5.15kg:3.9~4.1L,更优选为5.1~5.12kg:4~4.05L。
在本发明中,步骤(2)所述停留的时间优选≥7天,进一步优选≥8天,更优选≥9天。
在本发明中,步骤(2)注入高氯酸盐溶液的方式为间歇式,从美人蕉湿地系统上端一次性加入高氯酸盐溶液,停留结束后,将止水夹打开,让水一次性从湿地底端排出。
在本发明中,步骤(3)重复的间隔时间优选≥2天,进一步优选≥3天,更优选≥4天,这种运行方式利于湿地微生物的有氧呼吸和硝化作用;重复的次数优选≥9次,进一步优选≥10次,更优选≥11次。
在本发明中,步骤(2)记为一个周期,每次重复都为一个周期。
在本发明中,整个运行期间不补充因植物吸收和环境蒸发而损失掉的水分;除最后一个周期外,在每个周期结束当天的上午9点进行水样采集,将水全部排出到收集容器中,混匀,进行检测。
在本发明中,最后一次重复时,分别对停留单数日水样和排水水样进行检测,在取样时,先排出排水管中部分液体,然后再取样进行后续研究。
在本发明中,所述排出的体积优选为3~7mL,进一步优选为3.5~6.5mL,更优选为5~5.5mL;所述取样的体积优选为3~7mL,进一步优选为3.5~6.5mL,更优选为5~5.5mL。
在本发明中,步骤(4)中,采用五点取样法进行取土,然后把土混匀,进行保存,及时测定,所述保存的温度优选为2~6℃,进一步优选为3~5℃,更优选为4~4.5℃。
在本发明中,步骤(4)中,将整株美人蕉从培养基质中挖出,尽量保持根系完整,用水将根系冲洗干净后,进行后续测试。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明,但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
采集华南农业大学生态农场表面0~20cm的土壤,将采集的土壤晾干后,进行破碎、过10mm筛,然后去除杂质,混合均匀后,得到处理后的土壤基质;将皇竹草去叶、水洗,水洗干净后75℃下干燥至恒重,然后用铡刀铡成长度为5cm的小段,顺次进行粉碎、过1mm筛,得到皇竹草秸秆;预培养的反应器采用圆柱形PVC材质,反应器的上口直径为28cm,下口直径为25cm,高为28cm,有效容积为14L,在距离反应器底部3cm处打孔,设置取样口,安装聚乙烯塑料管,并用防水胶进行粘合,在水力停留期间,用止水夹对底端聚乙烯塑料管进行止水,确保运行期间底端不漏水;预培养的反应器中结构设置为在反应器底部填充3kg/盆砾石,砾石上层填充5.15kg的培养基质(5kg土壤基质和0.15kg皇竹草秸秆)然后注水,注水结束后水面距离反应器顶部的高度为7cm;将美人蕉在培养基质中进行预培养(只进水不出水),预培养时间控制为45天,得到美人蕉湿地系统;在美人蕉湿地系统中一次性注入4L高氯酸盐溶液(高氯酸盐溶液中高氯酸盐为高氯酸钾,高氯酸盐的浓度为50mg/L,高氯酸盐溶液中硝酸盐为硝酸钾,硝酸盐的浓度为1mg/L),停留7天后,将止水夹打开,让水一次性从湿地底端排出,进行测定;间隔2天后进行下一次的测定步骤,共重复9次上述测定步骤,分别对排出的溶液进行测定(除最后一个周期外,在每个周期结束当天的上午9点进行水样采集,将水全部排出到收集容器中,混匀,进行检测,最后一次重复时,分别对第1、3、5、7天的水样进行检测,在取样时,先排出排水管中5mL液体,然后再取样5mL进行后续研究);结束后采用五点取样法进行取土,然后把土混匀,4℃下保存,及时测定,同时将整株美人蕉从培养基质中挖出,尽量保持根系完整,用水将根系冲洗干净后,进行后续测试。
实施例2
控制实施例1中其它条件不变,将高氯酸盐溶液中硝酸盐的浓度设置为5mg/L。
实施例3
控制实施例1中其它条件不变,将高氯酸盐溶液中硝酸盐的浓度设置为10mg/L。
实施例4
控制实施例1中其它条件不变,将高氯酸盐溶液中硝酸盐的浓度设置为25mg/L。
实施例5
控制实施例1中其它条件不变,将培养基质替换为5kg土壤基质。
实施例6
控制实施例5中其它条件不变,将高氯酸盐溶液中硝酸盐的浓度设置为5mg/L。
实施例7
控制实施例5中其它条件不变,将高氯酸盐溶液中硝酸盐的浓度设置为10mg/L。
实施例8
控制实施例5中其它条件不变,将高氯酸盐溶液中硝酸盐的浓度设置为25mg/L。
实施例9
控制实施例1中其它条件不变,将培养基质替换为5kg土壤基质和0.15kg皇竹草生物炭的混合物,其中皇竹草生物炭的制备方法为将皇竹草去叶、水洗,水洗干净后75℃下干燥至恒重,然后用铡刀铡成长度为5cm的小段,在厌氧条件下,以5℃/min的升温速率升温至500℃,保温2h,然后顺次进行粉碎、过1mm筛,得到皇竹草生物炭。
实施例10
控制实施例9中其它条件不变,将高氯酸盐溶液中硝酸盐的浓度设置为5mg/L。
实施例11
控制实施例9中其它条件不变,将高氯酸盐溶液中硝酸盐的浓度设置为10mg/L。
实施例12
控制实施例9中其它条件不变,将高氯酸盐溶液中硝酸盐的浓度设置为25mg/L。
对实施例1~12中不同周期最后一天取样得到的溶液进行测定,得到实施例1~12中湿地系统出水高氯酸盐的浓度变化曲线图,如图1所示;其中图1a为实施例1、5、9中湿地系统出水高氯酸盐的浓度变化曲线图,图1b为实施例2、6、10中湿地系统出水高氯酸盐的浓度变化曲线图,图1c为实施例3、7、11中湿地系统出水高氯酸盐的浓度变化曲线图,图1d为实施例4、8、12中湿地系统出水高氯酸盐的浓度变化曲线图。从图1中可以看出,第1~5周期出水高氯酸盐浓度都较低,第6~10周期随出水周期的增加,出水高氯酸盐的浓度逐渐增加,在最后一个周期,部分处理组的出水高氯酸盐浓度高于起始值,主要原因是后期湿地去除高氯酸盐能力下降,植物生长和环境蒸发带走了大部分水分,致使出水高氯酸盐浓度高于起始值。在相同入水硝酸盐浓度下,皇竹草秸秆处理组出水的高氯酸盐浓度显著低于土壤处理组和皇竹草生物炭处理组,皇竹草生物炭处理组与土壤处理组相比,两者差异不显著。在同一培养基质中,不同浓度的入水硝酸盐对湿地系统出水的高氯酸盐浓度无显著性影响。
对实施例1~12中不同周期取样得到的溶液进行测定,得到实施例1~12中湿地系统出水体积的变化曲线图,如图2所示;其中图2a为实施例1、5、9中湿地系统出水体积的变化曲线图,图2b为实施例2、6、10中湿地系统出水体积的变化曲线图,图2c为实施例3、7、11中湿地系统出水体积的变化曲线图,图2d为实施例4、8、12中湿地系统出水体积的变化曲线图。从图2中可以看出,第7个周期出水体积极低,因为在第7个周期内,高气温使水分大量蒸发,高气温也会增加叶面的蒸腾作用,增加植物对水体的吸收。在相同入水硝酸盐浓度下,皇竹草秸秆处理组的出水体积显著高于土壤处理组和皇竹草生物炭处理组,因为向基质中添加秸秆会使植物生长情况变弱,植物吸收水分减少,造成出水体积增多。皇竹草生物炭处理组与土壤处理组差异不显著。在同种培养基质中,不同浓度的入水硝酸盐对出水体积的影响不显著。
综合图1和图2,得到实施例1~12中湿地系统出水中高氯酸盐含量的变化曲线图,如图3所示;其中图3a为实施例1、5、9中湿地系统出水中高氯酸盐含量的变化曲线图,图3b为实施例2、6、10中湿地系统出水中高氯酸盐含量的变化曲线图,图3c为实施例3、7、11中湿地系统出水中高氯酸盐含量的变化曲线图,图3d为实施例4、8、12中湿地系统出水中高氯酸盐含量的变化曲线图。从图3中可以看出,在前5个周期,各处理组的出水高氯酸盐含量都低于20mg,在第6个周期出水高氯酸盐含量有增加趋势,第7个周期出水的高氯酸盐含量降低,可能的原因是第7个周期的高温增加了微生物对高氯酸盐的降解。后期随时间增加,出水的高氯酸盐含量呈增加趋势。在同一入水硝酸盐浓度下,与土壤处理组和皇竹草生物炭处理组相比,皇竹草秸秆处理组出水的高氯酸盐含量显著降低。在同种培养基质中,不同浓度的入水硝酸盐对出水高氯酸盐含量的影响不显著。
追踪实施例1~12中湿地系统对高氯酸盐净化的动态效果,得到实施例1~12中前5个周期湿地系统对高氯酸盐净化的动态效果,如表3所示;实施例1~12中后5个周期湿地系统对高氯酸盐净化的动态效果,如表4所示。从表3和4中可以看出,美人蕉湿地系统可对高氯酸盐进行有效的去除,前期湿地系统对高氯酸盐的去除率可达90%以上,在最后一个周期,土壤处理组和皇竹草生物炭处理组对高氯酸盐的去除率分别下降至49.65%-66.01%和45.54%-72.08%,而皇竹草秸秆处理组对高氯酸盐的去除率仍维持在83.01%-88.39%。说明添加皇竹草秸秆能显著提高湿地系统对高氯酸盐的去除。在同种培养基质中,不同浓度的入水硝酸盐对高氯酸盐净化效果的影响不显著。
表3实施例1~12中前5个周期湿地系统对高氯酸盐净化的动态效果
表4实施例1~12中后5个周期湿地系统对高氯酸盐净化的动态效果
注:表3和4中,数据为平均值±标准误(n=3),同一周期同一入水硝酸盐浓度下,不同小写字母表示差异显著(Duncan检验法,P<0.05)。去除率为100%表示湿地系统出水的高氯酸盐低于检测限。
对实施例1~12中最后一个周期停留1、3、5、7天取样得到的溶液分别进行测定,得到实施例1~12中周期内系统内部高氯酸盐的浓度变化曲线图,如图4所示;其中图4a为实施例1、5、9中周期内系统内部高氯酸盐的浓度变化曲线图,图4b为实施例2、6、10中周期内系统内部高氯酸盐的浓度变化曲线图,图4c为实施例3、7、11中周期内系统内部高氯酸盐的浓度变化曲线图,图4d为实施例4、8、12中周期内系统内部高氯酸盐的浓度变化曲线图。从图4中可以得到,仅一天时间,添加皇竹草秸秆处理组湿地系统内部的高氯酸盐从50mg/L降至10mg/L。在相同入水硝酸盐浓度下,与土壤处理组和皇竹草生物炭处理组相比,皇竹草秸秆处理组显著降低了湿地系统内部的高氯酸盐浓度。在入水硝酸盐浓度为5mg/L时,与土壤组相比,皇竹草生物炭处理组显著降低了出水的高氯酸盐浓度。在其他入水硝酸盐浓度下,土壤处理组和皇竹草生物炭处理组对高氯酸盐的降解无显著差异。
测试实施例1~12中土样中高氯酸盐的残留情况,得到实施例1~12中土样中高氯酸盐的残留情况图,如图5所示。从图5中可以看出,当入水硝酸盐浓度相同时,与土壤处理组相比,皇竹草生物炭处理组和皇竹草秸秆处理组显著降低湿地系统土壤的高氯酸盐含量。与土壤处理组和皇竹草生物炭处理组相比,向土壤基质添加皇竹草秸秆进一步显著降低基质中高氯酸盐含量。不同浓度的入水硝酸盐对土壤中高氯酸盐的残留无显著影响,增加入水硝酸盐浓度,土壤中的高氯酸盐浓度有降低趋势。
测试实施例1~12中美人蕉各器官对高氯酸盐的积累量,得到实施例1~12中美人蕉各器官对高氯酸盐的积累量比较图,如图6所示。从图6中可以看出,除硝酸盐浓度为5mg/L的叶片,添加皇竹草生物炭和皇竹草秸秆到湿地基质中,显著降低了每盆美人蕉叶片、茎、须根、根状茎各器官对高氯酸盐的积累量。叶片是美人蕉吸收高氯酸盐的主要器官,植物各器官吸收高氯酸盐能力为:叶>茎>根。叶片的高氯酸盐含量是须根的几百倍。当硝酸盐浓度为1、5、10、25mg/L,土壤处理组叶片的高氯酸盐积累量是皇竹草生物炭处理组的2.05、1.45、1.59、1.7倍,是皇竹草秸秆处理的9.6、10.47、5.37、5.68倍。添加皇竹草生物炭、皇竹草秸秆至湿地系统的基质中,显著降低了美人蕉对高氯酸盐的积累,降低了生物安全风险。
以加入到系统中高氯酸盐总量为100%,可以计算出高氯酸盐在各个子系统之间的分配比率,得到实施例1~12中高氯酸盐在湿地系统中的分布比率,如表5所示。从表5中可以看出,加入到湿地系统的高氯酸盐最主要的去向是生物降解,占加入系统总量的66.48%~97.27%,植物吸收的高氯酸盐占加入系统高氯酸盐的0.15%~1.56%,在入水硝酸盐浓度相同的情况下,与土壤处理组相比,皇竹草秸秆处理组显著降低了植物吸收、随水排出、基质残留的比率,显著增加了生物降解的比率。
表5实施例1~12中高氯酸盐在湿地系统中的分布比率
植物吸收 | 随水排出 | 系统残留 | 生物降解 | |
实施例1 | 0.15±0.01c | 3.45±0.31c | 1.78±0.16c | 94.58±0.21a |
实施例2 | 0.12±0.01c | 3.27±0.22c | 1.54±0.34c | 94.97±0.56a |
实施例3 | 0.21±0c | 2.11±0.19c | 0.45±0.05b | 97.27±0.24a |
实施例4 | 0.19±0.02c | 2.60±0.09b | 1.30±0.09b | 96.17±0.17a |
实施例5 | 1.56±0.09a | 9.75±0.25b | 21.07±0.95a | 68.26±0.79c |
实施例6 | 1.17±0.09a | 11.12±0.06a | 17.99±0.74a | 70.48±0.75c |
实施例7 | 1.12±0.04a | 8.28±0.22b | 17.13±1.65a | 78.39±1.47b |
实施例8 | 1.22±0.04a | 15.49±2.17a | 12.37±2.57a | 66.48±4.70b |
实施例9 | 0.77±0b | 12.86±0.68a | 5.08±0.99b | 77.93±1.44b |
实施例10 | 0.73±0.05b | 7.10±0.40b | 7.27±0.52b | 85.02±0.84b |
实施例11 | 0.68±0.05b | 12.53±0.36a | 9.95±1.23ab | 81.08±1.54b |
实施例12 | 0.65±0.08b | 10.10±0.51a | 2.92±1.00b | 82.91±0.86a |
注:表5中,表中数据为平均数±标准误(n=3),同一行中不同小写字母代表差异显著(Duncan检验法,P<0.05)。
由以上实施例可知,本发明提供了一种美人蕉湿地系统中高氯酸盐降解的研究方法:将美人蕉在培养基质中进行预培养,得到美人蕉湿地系统;在系统中注入高氯酸盐溶液,停留后排出溶液,进行测定;重复并分别对排出的溶液进行测定;结束后对得到的土壤中进行取样测定,同时将美人蕉取出进行测定。本发明选择美人蕉构建垂直流人工湿地系统,主要研究了三种培养基质和四种入水硝酸盐浓度对系统中高氯酸盐降解的影响规律,追踪长期动态影响。同时本发明还全面阐析了植物对高氯酸盐的吸收及根际对高氯酸盐的降解,并分析了高氯酸盐在美人蕉湿地系统中的迁移与分布。本发明为高氯酸盐的原位修复提供了一定的理论和数据支持。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种美人蕉湿地系统中高氯酸盐降解的研究方法,其特征在于,包含下列步骤:
(1)将美人蕉在培养基质中进行预培养,得到美人蕉湿地系统;
(2)在美人蕉湿地系统中注入高氯酸盐溶液,停留后排出溶液,进行测定;
(3)重复步骤(2),分别对排出的溶液进行测定;
(4)在步骤(3)结束后对得到的土壤中进行取样测定,同时将美人蕉取出进行测定。
2.如权利要求1所述的研究方法,其特征在于,步骤(1)所述培养基质为土壤基质、土壤基质皇竹草生物炭混合物或土壤基质皇竹草秸秆混合物;
所述土壤基质皇竹草生物炭混合物中土壤基质与皇竹草生物炭的质量比为4.5~5.5:0.1~0.2;
所述土壤基质皇竹草秸秆混合物中土壤基质与皇竹草秸秆的质量比为4.5~5.5:0.1~0.2。
3.如权利要求1或2所述的研究方法,其特征在于,步骤(1)所述预培养的时间≥45天。
4.如权利要求3所述的研究方法,其特征在于,步骤(2)所述高氯酸盐溶液中高氯酸盐的浓度为45~55mg/L,所述高氯酸盐溶液中硝酸盐的浓度为1~25mg/L。
5.如权利要求4所述的研究方法,其特征在于,步骤(1)所述培养基质与步骤(2)所述高氯酸盐溶液的质量体积比为5~5.2kg:3.8~4.2L;
所述停留的时间≥7天。
6.如权利要求5所述的研究方法,其特征在于,步骤(3)重复的间隔时间≥2天,重复的次数≥9次;
最后一次重复时,分别对停留单数日水样和排水水样进行检测。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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