[發(fā)明專(zhuān)利]一種采用納米氣泡促進(jìn)濕地植物生長(zhǎng)的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011351903.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112616484A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李攀;樓逸銘;王碩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): A01G7/00
• 分類(lèi)號(hào): A01G7/00;A01G31/00
• 代理公司: 北京挺立專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 11265
• 代理人: 余瑩

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N采用納米氣泡促進(jìn)濕地植物生長(zhǎng)的方法，所述納米泡濃度為1～4×10⁷個(gè)/mL；所述濕地植物包括黃菖蒲和皇冠草。對(duì)于促進(jìn)黃菖蒲生長(zhǎng)，所述納米泡濃度不大于3.45×10⁷個(gè)/mL；對(duì)于促進(jìn)皇冠草生長(zhǎng)，所述納米泡濃度不大于1.23×10⁷個(gè)/mL。產(chǎn)生納米氣泡的方法包括加壓法和氣旋剪切法。在該閾值以下，納米氣泡濃度的增加增強(qiáng)植物有氧呼吸和活性氧世代，使植物生長(zhǎng)得更好；在該閾值以上，高濃度的納米氣泡會(huì)引起高氧脅迫，特別是在沉水植物中，導(dǎo)致抗氧化系統(tǒng)的崩潰和植物生理活性的抑制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水生植物生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種采用納米氣泡促進(jìn)濕地植物生長(zhǎng)的方法。

背景技術(shù)

作為水生生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，水生植被提供多種重要的生態(tài)服務(wù)，包括改善水透明度、穩(wěn)定沉積物、為水生動(dòng)物提供食物和棲息地。然而，人為活動(dòng)引起的過(guò)量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的排放，導(dǎo)致自然水體富營(yíng)養(yǎng)化。這種富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)導(dǎo)致赤潮及有害藻華，并引發(fā)從清晰的大型植物主導(dǎo)狀態(tài)向渾濁的藻類(lèi)主導(dǎo)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，以及導(dǎo)致城市水體黑臭問(wèn)題。

全球定量評(píng)估表明，全球范圍內(nèi)水生植被的損失正在加速，從面積或覆蓋面積的13.5％/年(1900-1980年)到21.8％/年(1980-2000年)和33.6％/年(2000年后)。水生植被的喪失導(dǎo)致水生生物棲息地的退化，并可能導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的減少，這也對(duì)水質(zhì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展(如漁業(yè))和人類(lèi)健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

去除(赤潮/有害藻華)HABs和控制外部和內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷可以重新創(chuàng)造自然水域的清水狀態(tài)，這將為水生植被的恢復(fù)提供一個(gè)機(jī)會(huì)。納米氣泡技術(shù)代表了一種新的、可持續(xù)的方法，并且在富營(yíng)養(yǎng)化的現(xiàn)場(chǎng)控制方面的研究和部署日益增加。

納米氣泡的定義是直徑小于1000nm，與普通氣泡相比具有壽命長(zhǎng)、浮力小等特殊特性的氣泡，可以顯著增加氧氣/空氣向周?chē)w的傳遞速率。納米氣泡的自然崩潰產(chǎn)生活性氧(ROS)，包括羥基自由基(^·OH)、超氧化物自由基(^·O₂^-) 和單線態(tài)氧(¹O₂)。

納米氣泡的后一特性已被直接用于去除耗氧降解污染物，如有機(jī)污染物 (BOD)和污水中的氨氮。此前的研究也表明，納米氣泡可以改善對(duì)有害藻類(lèi)細(xì)胞的分解和微囊藻毒素的降解，亞洲、美國(guó)和歐洲的公司越來(lái)越多地參與使用納米氣泡技術(shù)緩解HAB的項(xiàng)目。

除了大量納米氣泡的使用之外，2018年還開(kāi)發(fā)了一種涉及界面納米氣泡的新改進(jìn)技術(shù)，使用含氧的天然礦物將氧納米氣泡輸送到沉積物表面。該方法成功地逆轉(zhuǎn)了沉積物缺氧，減少了沉積物中氮和磷的通量達(dá)四個(gè)多月之久。

然而，體積納米泡和界面納米泡處理主要集中在水修復(fù)的第一步，即污染物去除和缺氧修復(fù)。隨著水質(zhì)的改善，納米氣泡對(duì)水生植被生長(zhǎng)和穩(wěn)定的后期過(guò)程的潛在影響尚不清楚。

與陸生植物不同，水生植物，特別是在完全淹沒(méi)水中時(shí)，更有可能面臨缺氧的問(wèn)題。細(xì)胞呼吸所需氧氣供應(yīng)的減少可能會(huì)限制能量生產(chǎn)，并對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響。納米氣泡具有優(yōu)越的氧氣/空氣傳遞效率，有望幫助水生植物克服這種氧氣短缺；事實(shí)上，它們已被用于改善植物種子萌發(fā)、生物量生長(zhǎng)(如生菜和菠菜)和作物產(chǎn)量(如番茄)。

此外，有報(bào)道稱(chēng)，水中的納米氣泡可以刺激植物內(nèi)部?jī)?nèi)源性ROS生成。植物需要適當(dāng)?shù)腞OS水平以激活植物的增殖途徑，因此可以認(rèn)為它們可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

然而，納米氣泡技術(shù)應(yīng)用于水恢復(fù)時(shí)，其適宜的操作時(shí)間和納米氣泡濃度等參數(shù)并沒(méi)有得到準(zhǔn)確的確定。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)檫^(guò)量的氧和ROS水平可能會(huì)導(dǎo)致氧化損傷，從而壓倒植物的氧化應(yīng)激反應(yīng)，并對(duì)其代謝產(chǎn)生負(fù)面影響。事實(shí)上，間歇的微/納米氣泡通氣已被證明會(huì)對(duì)根尖細(xì)胞造成氧化損傷，從而抑制菠菜植株的生長(zhǎng)。