植物根部对高有机质沉积物的削减作用

1学号：20141226557南京信息工程大学研究生学位论文开题报告及论文工作实施计划所在院（所）应用气象学院学科专业生态学研究生周茂飞学位级别硕士导师郑建伟开题报告日期2015.12.23入学年月2014年9月南京信息工程大学研究生院2015年12月23日2说明1、论文开题报告由研究生向院（所）报告后，听取意见并整理成文后填写；2、论文工作实施计划由指导教师填写；3、博士生在第六学期结束前完成，硕士生在第三学期结束前完成；4、本表一式一份，提交研究生院审核盖章后，由学院留存整理归档。3一、论文开题报告论文题目植物根部对高有机质沉积物的削减作用研究方向水生植物根部放氧促进微生物菌剂对高有机质沉积物的降解题目来源国家部委省市厂、矿自选有无合同经费数水专项题目类型工程技术应用研究理论研究跨学科研究其它应用研究√4开题报告内容：一、研究背景河流在城市发展过程中有着十分重要的意义。河流为城市提供着水源，同时也是城市对外交通的重要渠道，对城市居民的工作、生活都有着重要而深远的影响。然而，经济的迅速发展和人口的快速膨胀导致城市河道受到越来越多的污染。河流本身的自净作用无法承受各类污染物的大量涌入，从而导致城市河道水质恶化严重，并呈现严重的黑臭现象，对居民工作、生活和城市的发展造成不利影响，对城市景观和城市形象造成恶劣影响。无论发展中国家还是发达国家都有受到城市内河黑臭污染的困扰，如英国的泰晤士河早在19世纪便遭到严重的人为污染，经过长期的修复有所好转，成为一个成功的河道整治案例。根据检测，泰国Thachin河、美国上特拉华河、欧洲多瑙河等诸多河流都存在不同程度的污染现象，备受世界各国的关注，治理城市内河污染问题成为研究热点。我国城市当前水体污染也相当严重，在我国沿海经济发达地区，如上海苏州河、宁波内河、南京秦淮河、苏州外城河、常州大通河、无锡冷读港、广州白海面等，几乎也面临改善河涌污染状况的难题，鱼待治理、解决水环境问题。河流“黑臭”是水体中的有机物被厌氧分解的一种生物化学现象。城市黑臭河道形成的原因很多，主要因素可以归结为以下几点:（1）水体有机污染负荷过大；(2)底泥污染及底质的再悬浮作用；(3)水体重金属污染；（4）城市河流热污染；(5)城市河道建设不完善。高效微生物在对受污染底泥的原位修复中应用广泛，例如光合细菌、硝化细菌、反硝化细菌、复合细菌等可以有效去除氮、磷等营养盐，消耗大量有机污染物，恢复增加水体溶解氧，从而净化一上覆水水质。其中，反硝化细菌(Denitrifyingbacteria)是一类兼性厌氧微生物，多为异养，可利用一系列还原酶将硝酸盐氮或亚硝酸盐氮转变成N20或N2。其具有繁殖快、环境适应性好、反硝化能力强等优势，在反硝化过程中以硝态氮和亚硝态氮为氮源，消耗水体和底泥中的有机质(包括碳水化合物、醇类、有机酸类等)，用以作为电子供体及碳源，进而实现降低水体黑臭风险的目的。自然界中普遍存在的反硝化细菌有无色杆菌属(Achromobacter)、不动杆菌属(Acinetobaeter)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、芽抱杆菌属(Bacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)等55个属。另外，还有许多放线菌也具有一定反硝化能力，包括链霉菌属(Streptomyces),费兰克氏菌属(Frankia)等。二、国内外研究进展我国的大部分湖泊都属于内陆湖泊。而氮素加快了湖泊富营养化的进程。磷素被认为是引起湖泊富营养化的限制性因因此，理论上讲，通过减少磷素的输入(包括内源和外源的输入)来控制富营养化是更有道理的。但在我国的大部分湖泊，无论是磷素水平还是氮素水平都己经远远超出了使其达到富营养化状态的临界值。单纯通过减少任何一种营养欲的量都很难达到降低富营养化水平的良好效果。氮、磷进入湖泊水体有两种途径，一种是通过工厂和农田等输入的，称之为外源污染;另外一种就是湖泊底泥中氮、磷的内源释放。湖泊底泥作为氮、磷的库和源，在一定的条件下会向水体释放氮素和磷素。外源污染相对易于控制—只需要切断进入水体的污染源并合理使用肥料就可以在很大程度上控制进入湖泊水体的营养.量;但控制内源氮、磷的输入则较难。研究表明，即便在截断外源污染的前提下，内源污染也足以维持湖泊的富营养化状态。湖泊反硝化作用大多发生在底泥，而且氮素循环相对磷素循环更为活跃，因此对湖泊底泥中氮素反硝化作用的研究可能为富营养化的机制和治理研究提供更为有效的思路。湖泊中反硝化作用还和其它许多影响氮素循环的物理、化学等环境因素有关。因此，对湖泊反硝化作用的认识和研究应该建立在对湖泊大量的相关研究的基础上。我国己对富营养化湖泊开展了多方面研究，包括富营养化的成因、评价、机理、危害、控制与治理等，取得了一些宝贵经验。5当前国外已开发出多种微生物菌剂用于水体修复，并进入产业化应用阶段，如日本的EM菌和美国的MicrobeLift菌等，而国内针对黑臭河道治理的微生物菌剂却较少，单纯引进国外微生物菌剂的生态安全性难以保证，对我国城一市河道生态系统可能具有一些不利影响，因而有必要开发适合我国城市河道水体修复的微生物菌剂。三、实验目的1、比较曝气、添加微生物菌剂和水生植物，对高有机质沉积物底泥的消减作用。2、曝气、添加微生物菌剂和植物联合消减沉积物有机质的作用。四、实验设计及实验方案（一）、预实验：筛选出根部泌氧最好的植物（二）、底泥碳、氮、磷有机质及微生物活性的测量1、氮的测定（1）氨氮含量的测定（2）凯氏氮的测定2、磷的测定（1）各形态无机磷（2）总磷3、有机质的测定（碳含量）5、微生物活性的测定（三）、底泥修复1、实验材料微生物菌剂（反硝化细菌制剂，属于芽孢杆菌属）植物A植株采集处理植株数据测量取植物A44株，每株植物生物量和高度相差不大即可。将植物A，沥干多余水分测量所有植物A的株高、茎长、根长，植株湿重，取出四株根茎叶分开，称量湿重后烘干再称其干重。6（注：干重测量方法为烘箱内40℃烘干至恒重。）实验底泥：取于东山站附近黑臭河道底淤泥。实验用水：取于东山站附近黑臭河道。2、实验分组分为10组只有底泥(半水水位），4个重复只有底泥(全水水位），4个重复只曝气，4个重复微生物菌剂，4个重复曝气+微生物菌剂，4个重复粉绿狐尾藻（半水水位），8个重复粉绿狐尾藻（全水水位），8个重复粉绿狐尾藻+曝气，8个重复粉绿狐尾藻+微生物菌剂，8个重复粉绿狐尾藻+曝气+微生物菌剂,8个重复3、实验步骤（1）、取56个实验桶（直径30cm，高100cm圆桶），洗净，晾干。（2）、取有机质含量丰富的淤泥，过筛，去掉大块杂质，搅拌均匀，均匀铺于圆柱桶底部，每桶铺30厘米。（3）、将植株均匀种植在桶中央，每桶1株。桶外用锡纸包裹30cm,按照要求给实验桶加水。（4）、加菌剂组每周投加一次反硝化细菌制剂0.25g/m3（沉积物体积)的量注射到沉积物表层5cm处,以后每一次都按照设定好的位置进行投菌操作。需要曝气组每天进行三小时的曝气，曝气头放置沉积物下5cm。（5）、放置室外阳光充裕且通风处，每周及时添水，保持水量不变，实验周期为四周。（6）、每隔3天测量底泥的厚度变化；取水样，测COD，TN,TP和氨氮。（7）、实验结束，取出每组4株植物，测量株高、茎长、根长，植株湿重、干重计算其根冠比。（8）、上面取出植物的桶以及对照组的桶内的底泥均用小型柱状采泥器采集，按照0~5cm、5~10cm、10~15cm、15~20cm、20cm以上分层来做有机质碳、氮、磷、溶解氧和微生物群落分析。（9）、其余4桶植物，排干水，收割地上部分分茎叶保存；待沉积物处于半干时，用锯子做根部纵剖，测量根冠高度和宽度，计算根冠体积；按照0~5cm、5~10cm、10~15cm、15~20cm、20cm以上分层等分取根，称量各层根重和根长度，并采集各分层的底泥做机质碳、氮、磷、溶解氧和微生物群落分析。74、采样时间安排5、技术路线图第0天加泥加水，种植物，植物留样检测第2天挨个测量底泥厚度第5天，挨个测量底泥厚度第8天挨个测量底泥厚度每隔3天挨个测量底泥厚度。。。。。。。第30天挨个测量底泥厚度第1天加入调配好的反硝化菌剂开始曝氧86、创新6、创新方面阅读文献设计实验预实验：筛选出根部泌阳最好的植物实验分组半水水位底泥全水水位底泥曝氧微生物菌剂曝气+微生物菌剂半水水位植物A全水水位植物A曝气+植物A微生物菌剂+植物A曝气+微生物菌剂+植物A9注：本页栏目内容填写可另加附页10审查情况记录（博士审查小组成员应为5-7人；硕士审查小组成员应为3-5人）：1、审查小组意见：2、投票结果：审查小组出席人通过人不通过人3、审查小组组长（签名）审查小组成员（签名）4、审查时间年月日指导教师对开题报告的综合意见：指导教师（签名）年月日11二、论文工作实施计划（一）论文的理论、硬件要求、应达到的程度和结果1、理论要求2、硬件要求高性能的运行计算机、惰性气体操作箱等试验需要的大量仪器设备等。3、应达到的程度和结果（二）论文工作的具体进度与安排起讫日期工作内容和要求备注2015.09---2015.12查阅文献、确定研究方向、准备开题；2015.12---2016.02准备预实验、完成预实验；2016.03---2016.10完成植物根部对高有机质沉积物的削减作用实验；2016.10---2016.12数据分析处理；2017.01---2017.03撰写毕业论文；2017.04---2017.05毕业论文修改、定稿；2016.06论文总结工作，毕业论文审核、答辩。12院（所）意见：院（所）负责人（签章）年月日研究生院意见：负责人（签章）年月日