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盐生 植物在提高盐碱 水体中氮磷污染物 净化能力中的应用

阅读：166发布：2024-01-12

专利汇可以提供盐生植物在提高盐碱水体中氮磷污染物净化能力中的应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提出一种盐生植物在提高盐碱水体中氮磷污染物净化能力中的应用，属于植物修复水体污染治理技术领域，能够解决盐碱环境中盐碱混合胁迫条件下植物生长受到抑制，进而降低净化污染水体能力的技术问题。该技术方案包括通过向盐生植物所生长的盐碱水体中添加外源物质Ca2+、外源物质K+或其混合物，以提高盐碱水体中氮磷污染物的净化能力。本发明能够应用于盐碱水体中氮磷污染物的净化中。，下面是盐生植物在提高盐碱水体中氮磷污染物净化能力中的应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.盐生植物在提高盐碱水体中氮磷污染物净化能力中的应用，其特征在于，通过向盐生植物所生长的盐碱水体中添加外源物质Ca2+、外源物质K+或其混合物，以提高盐碱水体中氮磷污染物的净化能力。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：
选择生长处于幼苗阶段的盐生植物，利用霍格兰营养液于20-28℃自然光照下水培，直至适应水培环境；
测定实际盐碱水体的氮、磷浓度，然后分别利用NaCl和NaHCO3-Na2CO3体系将盐碱水体
2+ +
的盐度和pH调节至盐碱水体的胁迫条件，并向盐碱水体中添加外源物质Ca 、外源物质K 或其混合物，然后将适应水培环境的盐生植物移植至上述体系中水培，直至净化盐碱水体中的氮磷污染物。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，霍格兰营养液由四水亚硝酸钙945mg/L，硝酸钾607mg/L，磷酸氢二铵115mg/L和七水硫酸镁493mg/L配制而成。
4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，盐生植物包括稀盐方式的真盐生植物和拒盐为生的假盐生植物，选自碱蓬、海蓬子和川蔓藻中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，盐碱水体的胁迫条件为盐度18‰-20‰、pH为7-9。
6.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，提供Ca2+的外源物质为CaCl2，提供K+的外源物质为KCl。
7.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所加入的外源物质Ca2+、外源物质K+的浓度范围为2-20mM，优选4-15mM。
8.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所加入的NaHCO3-Na2CO3体系的比例为0:0-
10:1。
9.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，盐生植物栽种时的水培密度为每升中植入
3-5株盐生植物，种植密度为50±5株/m2。

说明书全文

盐生植物在提高盐碱 水体中氮磷污染物 净化能力中的应用

技术领域

[0001] 本发明属于植物修复水体污染治理技术领域，尤其涉及一种盐生植物在提高盐碱水体中氮磷污染物净化能力中的应用。

背景技术

[0002] 滨海河口区水体具有含盐、呈碱性的特点，盐碱环境对大多数淡水植物的生存造成威胁，河口区水生态景观萧条；此外，由于人为活动生活污水等的排入，大量有机物、氮、磷等物质进入水体，造成水体溶解氧量大幅下降，进而导致河水水质恶化，而将植物应用于人工湿地或生态浮岛可对污染水体起到净化作用。

[0003] 滨海河口区利用植物净化污染水体时影响植物净化效率的首要因素在于水体具有盐碱混合胁迫性。盐碱混合胁迫下植物可受到渗透胁迫、离子毒害等不良影响，同时，盐碱混合胁迫还会引起植物体内营养亏缺、扰乱能量平衡，使盐敏感植物的生长受到抑制，从而降低净化污染水体的能力。因此，如何在具有盐碱胁迫性的氮磷污染水体中增强植物的污染净化能力是急需解决的问题。

发明内容

[0004] 本发明提出一种盐生植物在提高盐碱水体中氮磷污染物净化能力中的应用，该方法选择本土盐生植物，通过添加外源无机物质可有效降低盐碱混合胁迫不利影响，进而提高对具有盐碱胁迫性的氮磷污染水体的净化能力。

[0005] 为了达到上述目的，本发明提供了一种盐生植物在提高盐碱水体中氮磷污染物净化能力中的应用，通过向盐生植物所生长的盐碱水体中添加外源物质Ca2+、外源物质K+或其混合物，以提高盐碱水体中氮磷污染物的净化能力。

[0006] 作为优选，包括以下步骤：

[0007] 选择生长处于幼苗阶段的盐生植物，利用霍格兰营养液于20-28℃自然光照下水培，直至适应水培环境；

[0008] 测定实际盐碱水体的氮、磷浓度，然后分别利用NaCl和NaHCO3-Na2CO3体系将盐碱水体的盐度和pH调节至盐碱水体的胁迫条件，并向盐碱水体中添加外源物质Ca2+、外源物质K+或其混合物，然后将适应水培环境的盐生植物移植至上述体系中水培，直至净化盐碱水体中的氮磷污染物。

[0009] 作为优选，霍格兰营养液由四水亚硝酸钙945mg/L，硝酸钾607mg/L，磷酸氢二铵115mg/L和七水硫酸镁493mg/L配制而成。

[0010] 作为优选，盐生植物包括稀盐方式的真盐生植物和拒盐为生的假盐生植物，选自碱蓬、海蓬子和川蔓藻中的至少一种。

[0011] 作为优选，盐碱水体的胁迫条件为盐度18‰-20‰、pH为7-9。

[0012] 作为优选，提供Ca2+的外源物质为CaCl2，提供K+的外源物质为KCl。

[0013] 作为优选，所加入的外源物质Ca2+、外源物质K+的浓度范围为2-20mM，优选4-15mM。

[0014] 作为优选，所加入的NaHCO3-Na2CO3体系的比例为0:0-10:1。

[0015] 作为优选，盐生植物栽种时的水培密度为每升中植入3-5株盐生植物，种植密度为50±5株/m2。

[0016] 与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

[0017] 本发明选择本土盐生植物，通过添加外源无机物质降低盐碱混合胁迫不利影响，以缓解盐碱混合胁迫下植物发生的营养缺失，从而增强植物的耐受能力、促进植物生长，进而提高对具有盐碱胁迫性的氮磷污染水体的净化能力。附图说明

[0018] 图1为本发明实施例1所提供的外源Ca2+添加量对碱蓬在盐碱水体中氮磷的净化效果影响；

[0019] 图2为本发明实施例2所提供的外源K+添加量对碱蓬在盐碱水体中氮磷的净化效果影响；

[0020] 图3为本发明实施例所提供的分别添加外源Ca2+、K+的添加量与理论净化时间之间的关系。

具体实施方式

[0021] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0022] 本发明实施例提供了一种盐生植物在提高盐碱水体中氮磷污染物净化能力中的应用，其通过向盐生植物所生长的盐碱水体中添加外源物质Ca2+、外源物质K+或其混合物，以提高盐碱水体中氮磷污染物的净化能力。

[0023] 盐碱混合胁迫抑制植物生长的主要因素在于渗透胁迫和离子毒害，Norman、Bouzid等人的研究表明，Ca2+能维持质膜完整性，通过保护细胞膜抑制植物对Na+的吸收和K+的泄漏，可调节渗透平衡，而K+被认为有机体必不可少的阳离子，影响植物产量和质量。基于此，上述技术方案通过添加外源物质Ca2+、K+，提高盐生植物的耐盐碱性，从而增强植物修复盐碱水体氮磷污染的能力。

[0024] 在一可选实施例中，包括以下步骤：

[0025] S1：选择生长处于幼苗阶段的盐生植物，利用霍格兰营养液于20-28℃自然光照下水培，直至适应水培环境；

[0026] S2：测定实际盐碱水体的氮、磷浓度，然后分别利用NaCl和NaHCO3-Na2CO3体系将盐碱水体的盐度和pH调节至盐碱水体的胁迫条件，并向盐碱水体中添加外源物质Ca2+、外源物质K+或其混合物，然后将适应水培环境的盐生植物移植至上述体系中水培，直至净化盐碱水体中的氮磷污染物。

[0027] 上述技术方案中，先选择处于幼苗阶段的盐生植物进行水培，以适应后续的水培环境，利用霍格兰营养液对其进行水培时，优选的水培时间为1.5个月。在一可选实施例中，盐生植物包括稀盐方式的真盐生植物和拒盐为生的假盐生植物，选自碱蓬、海蓬子和川蔓藻中的至少一种。在另一可选实施例中，霍格兰营养液由四水亚硝酸钙945mg/L，硝酸钾607mg/L，磷酸氢二铵115mg/L和七水硫酸镁493mg/L配制而成。

[0028] 上述水培后的盐生植物在后续水培时，所采用的水体主要为实际区域水质的污染水体，由于当水体的盐度达到18‰-20‰、pH为7-9时，植物的生长、生理状况开始急剧变差，因此，本实施例中将其定为盐碱水体的胁迫条件。为了模拟胁迫条件，可分别利用NaCl和NaHCO3-Na2CO3体系调节盐碱水体的盐度和pH。可以理解的是，如果盐碱水体的盐度和pH已符合胁迫条件，那么就无需再额外加入NaCl或NaHCO3-Na2CO3体系。在一可选实施例中，所加入的NaHCO3-Na2CO3体系的比例为0:0-10:1。本领域技术人员可根据实际情况选用上述范围内的任意比例，例如1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1等等。

[0029] 在将污染水体调节至胁迫条件下后，最关键的技术点在于向盐碱水体中添加外源物质Ca2+、外源物质K+或其混合物。其中，外源物质主要为Ca2或K+的无机盐成分。在一可选实2+ +
施例中，提供Ca 的外源物质为CaCl2，提供K的外源物质为KCl。需要说明的是，所添加的外源无机物质的筛选需要满足以下条件：1)是植物的营养剂；2)不另外增加水体污染负荷。其中，作为植物的营养剂还可以选用氯酸钙、碳酸氢钙，但考虑到其对水体有害，且会改变水体pH，因此，所添加的外源无机物质Ca2+仅能为CaCl2，同理，外源无机物质K+仅能为KCl。

[0030] 所加入的外源物质Ca2+、外源物质K+或其混合物的浓度对于盐生植物的生长影响起关键作用。本实施例中主要从盐生植物的生长指标、生理指标和渗透调节指标进行观察，其中，生长指标包括RGR、新增叶片数；生理指标包括含水量、叶绿素含量、根系活力、叶片相对电导率、丙二醛含量；渗透调节指标Na+/K+、植物体内脯氨酸、可溶性糖含量等。在进一可选实施例中，还可包括同时添加Ca2+和K+进行处理的情况。

[0031] 在一可选实施例中，所加入的外源物质Ca2+、外源物质K+的浓度范围为2-20mM，优选4-15mM。其中，Ca2+、K+浓度在4-15mM范围内显著缓解水体盐碱混合胁迫对盐生植物生长的抑制作用，促进植物叶片新生，含水量维持在80％以上，提高植物根系活力与叶绿素含量，缓解盐碱胁迫对植物光合色素生成的抑制，提高盐生植物的耐受能力，增强植物对盐碱水体中氮磷污染的净化效果。

[0032] 在一可选实施例中，盐生植物栽种时的水培密度为每升中植入3-5株盐生植物，种植密度为50±5株/m2。为了有效发挥净化效果，对于植株的栽种需要符合上述要求，所选用的幼苗株高为(30±5)cm，初始鲜重为(7±0.5)g，在1升容纳体积中，可植入3-5株盐生植物，种植密度为50±5株/m2。

[0033] 为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的盐生植物在提高盐碱水体中氮磷污染物净化能力中的应用，下面将结合具体实施例进行描述。

[0034] 实施例1

[0035] 植被调查区域位于华北大平原东部边缘的滨海平原青岛市李村河下游至胶州湾地段的河口区，调查区域内，稀盐植物碱蓬分布较广，因此，本试验以本土耐盐植物碱蓬小苗为研究对象。

[0036] 通过从调查区移植至霍格兰营养液水培培养1.5个月，温度在20-28℃之间，让碱蓬适应无土水培环境，然后测定水培主体溶液李村河下游盐碱水体中的氮、磷的浓度，用NaCl调整污染水体盐度至20‰，用NaHCO3-Na2CO3按照1:0的比例调节pH至8，用CaCl2配制外源物质Ca2+的浓度梯度分为：2、4、6、8、10、15、20mM，对照组不添加外源物质Ca2+，将在霍格兰营养液中培养1.5月后的碱蓬，移植至污染水体水培液中水培；每组水培长势一致的盐生植物4株，种植密度为50株/m2，培育15d，对碱蓬生长指标RGR、新增叶片数、株高净增长数；生理指标含水量、叶绿素、根系活力、丙二醛、相对电导率，渗透调节物质脯氨酸、可溶性糖、Na+进行测定，观察碱蓬在外源物质Ca2+的作用下的耐盐碱能力变化和盐碱水体中的氮、磷净化效果，为提高碱蓬在滨海河口区修复盐碱水体中的氮磷污染能力提供理论依据。

[0037] 其中，各分析指标的测定方法见表1-2，各分析指标的测定结果见表3。

[0038] 表1各分析指标及其测定方法

[0039]

[0040] 表2各分析指标及其测定方法

[0041]序号分析指标测定方法
1 鲜重含水量烘干称重法
2 叶绿素含量乙醇提取法
3 根系活力氯化三苯基四氮唑法
4 叶片相对电导率浸泡法
5 丙二醛含量三氯乙酸提取分光光度法
6 Na+/K+ 离子色谱法
7 脯氨酸酸性茚三酮比色法
8 可溶性糖蒽酮比色法
9 相对生长速率(RGR) RGR＝[ln(W2)-ln(W1)]/(t2-t1)
10 新增叶片、株高计数、测量

[0042] 表3各分析指标的测定结果

[0043]

[0044] 结果表明，在外源Ca2+作用下，碱蓬生长指标RGR、新增叶片数、株高净增长数，与对2+ 2+
照组相比，Ca 浓度在2-20mM范围内促进碱蓬叶片的新生，其中，Ca 浓度增加至8mM时促进作用最强，新生叶片数提高32.33倍，株高增长77.27％，叶片含水量增加28.82％，达到显著性差异；Ca2+浓度在2-20mM范围内增加碱蓬叶绿素含量0.31-0.87mg/g，根系活力增加0.02-
0.65mg/(g·h)，丙二醛和相对电导率分别降低18.92％-72.97％，6.70％-54.83％，脯氨酸含量降幅31.36％-60.45％，可溶性糖增加76.20％-233.87％，Na+/K+降幅63.28％-
80.55％。

[0045] 由上可见，添加外源物质Ca2+能够提高碱蓬在水体中的耐盐碱胁迫能力，促进了碱蓬的生长；并且，在添加外源物质Ca2+提高盐碱污染水体中碱蓬耐盐碱胁迫的基础上，碱蓬对于水体中氮磷的净化效果如图1所示。

[0046] 由图1看出，添加外源物质Ca2+浓度在2-10mM范围内明显提高碱蓬对于氮磷的日去除效率，进而提高碱蓬对水体中氮磷污染的净化能力，添加量大于10mM时，日去除效率降低，但仍明显高于对照，这是因为Ca2+离子浓度过高，导致碱蓬离子稳态再次失衡，造成损伤，进一步，从图3中还可看出，添加Ca2+和理论净化时间之间的关系，即在2-20mM范围内，氮磷的理论净化时间呈显著性下降，其中2-8mM范围效果更佳。由此可见，本实施例所提供的方法能够对具有盐碱胁迫性的氮磷污染水体起到修复作用。

[0047] 实施例2

[0048] 本实施例采用实施例1所述方法，提高碱蓬去除滨海盐碱水体中氮磷污染能力，修复滨海河口区盐碱水体氮磷污染，不同之处在于：

[0049] (1)选用外源物质为K+，用KCl配制外源物质K+的浓度梯度；

[0050] (2)用NaCl调整污染水体盐度至18‰；

[0051] (3)用NaHCO3-Na2CO3按照0:0的比例调节pH至7；

[0052] 表4各分析指标的测定结果

[0053]

[0054]

[0055] 结果表明，在外源K+作用下，碱蓬生长指标RGR、新增叶片数、株高净增长数，与对照组相比，K+浓度在2-20mM范围内促进碱蓬叶片的新生，其中，K+浓度增加至10mM时促进作用最强，新生叶片数提高12.29倍，株高增长153.84％，达到显著性差异；K+浓度在2-20mM范围内增加碱蓬叶绿素含量0.28-0.59mg/g，根系活力增加0.03-0.36mg/(g·h)，脯氨酸含量降幅24.12％-49.75％，可溶性糖含量增加49.50％-117.67％，Na+/K+降幅44.55％-66.90％；4-15mM范围内，丙二醛和相对电导率分别降低6.67％-55.56％，3.91％-36.38％；

[0056] 以上数据说明，添加外源物质K+能够提高碱蓬在水体中的耐盐碱胁迫能力，而且+促进了碱蓬的生长；在添加外源物质K 提高盐碱污染水体中碱蓬耐盐碱胁迫的基础上，碱蓬对于水体中氮磷的净化效果如图2所示；

[0057] 由图2看出，添加外源物质K+浓度在2-15mM范围内明显提高碱蓬对于氮磷的日去除效率，进而提高碱蓬对水体中氮磷污染的净化能力，添加量大于15mM时，日去除效率降+低，但仍明显高于对照，这是因为K 离子浓度过高，导致碱蓬离子稳态再次失衡，造成损伤，进一步，从图3中还可看出，添加K+和理论净化时间之间的关系，即在2-20mM范围内，氮磷的理论净化时间呈显著性下降，其中2-10mM范围效果更佳。由此可见，本发明能够对具有盐碱胁迫性的氮磷污染水体起到修复作用。

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