[发明专利]一种采用纳米气泡促进湿地植物生长的方法

说明书

本申请提供了一种采用纳米气泡促进湿地植物生长的方法，所述纳米泡浓度为1～4×10⁷个/mL；所述湿地植物包括黄菖蒲和皇冠草。对于促进黄菖蒲生长，所述纳米泡浓度不大于3.45×10⁷个/mL；对于促进皇冠草生长，所述纳米泡浓度不大于1.23×10⁷个/mL。产生纳米气泡的方法包括加压法和气旋剪切法。在该阈值以下，纳米气泡浓度的增加增强植物有氧呼吸和活性氧世代，使植物生长得更好；在该阈值以上，高浓度的纳米气泡会引起高氧胁迫，特别是在沉水植物中，导致抗氧化系统的崩溃和植物生理活性的抑制。

技术领域

本发明涉及水生植物生长技术领域，尤其是一种采用纳米气泡促进湿地植物生长的方法。

背景技术

作为水生生态系统的重要组成部分，水生植被提供多种重要的生态服务，包括改善水透明度、稳定沉积物、为水生动物提供食物和栖息地。然而，人为活动引起的过量营养物质的排放，导致自然水体富营养化。这种富营养化会导致赤潮及有害藻华，并引发从清晰的大型植物主导状态向浑浊的藻类主导状态的转变，以及导致城市水体黑臭问题。

全球定量评估表明，全球范围内水生植被的损失正在加速，从面积或覆盖面积的13.5％/年(1900-1980年)到21.8％/年(1980-2000年)和33.6％/年(2000年后)。水生植被的丧失导致水生生物栖息地的退化，并可能导致生态系统服务功能的减少，这也对水质、经济发展(如渔业)和人类健康构成严重威胁。

去除(赤潮/有害藻华)HABs和控制外部和内部营养负荷可以重新创造自然水域的清水状态，这将为水生植被的恢复提供一个机会。纳米气泡技术代表了一种新的、可持续的方法，并且在富营养化的现场控制方面的研究和部署日益增加。

纳米气泡的定义是直径小于1000nm，与普通气泡相比具有寿命长、浮力小等特殊特性的气泡，可以显著增加氧气/空气向周围水体的传递速率。纳米气泡的自然崩溃产生活性氧(ROS)，包括羟基自由基(^·OH)、超氧化物自由基(^·O₂^-) 和单线态氧(¹O₂)。

纳米气泡的后一特性已被直接用于去除耗氧降解污染物，如有机污染物 (BOD)和污水中的氨氮。此前的研究也表明，纳米气泡可以改善对有害藻类细胞的分解和微囊藻毒素的降解，亚洲、美国和欧洲的公司越来越多地参与使用纳米气泡技术缓解HAB的项目。

除了大量纳米气泡的使用之外，2018年还开发了一种涉及界面纳米气泡的新改进技术，使用含氧的天然矿物将氧纳米气泡输送到沉积物表面。该方法成功地逆转了沉积物缺氧，减少了沉积物中氮和磷的通量达四个多月之久。

然而，体积纳米泡和界面纳米泡处理主要集中在水修复的第一步，即污染物去除和缺氧修复。随着水质的改善，纳米气泡对水生植被生长和稳定的后期过程的潜在影响尚不清楚。

与陆生植物不同，水生植物，特别是在完全淹没水中时，更有可能面临缺氧的问题。细胞呼吸所需氧气供应的减少可能会限制能量生产，并对植物生长产生负面影响。纳米气泡具有优越的氧气/空气传递效率，有望帮助水生植物克服这种氧气短缺；事实上，它们已被用于改善植物种子萌发、生物量生长(如生菜和菠菜)和作物产量(如番茄)。

此外，有报道称，水中的纳米气泡可以刺激植物内部内源性ROS生成。植物需要适当的ROS水平以激活植物的增殖途径，因此可以认为它们可以促进植物生长。

然而，纳米气泡技术应用于水恢复时，其适宜的操作时间和纳米气泡浓度等参数并没有得到准确的确定。这一点很重要，因为过量的氧和ROS水平可能会导致氧化损伤，从而压倒植物的氧化应激反应，并对其代谢产生负面影响。事实上，间歇的微/纳米气泡通气已被证明会对根尖细胞造成氧化损伤，从而抑制菠菜植株的生长。