《植物吸收污染底泥中重金屬的動力學分析及最優調節》是依託天津大學，由李紅霞擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：植物吸收污染底泥中重金屬的動力學分析及最優調節
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李紅霞
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
河道底泥中的重金屬污染已成為各國面臨的重要環境問題。植物修復技術能有效利用植物及其共存的微生物體系吸收底泥中的重金屬，受到廣泛關注。目前對植物吸收底泥中重金屬過程的定量分析較少，因而不能準確地把握其機理。如何對植物吸收重金屬的動態過程進行精確的動力學分析和調節，是研究植物修復底泥中重金屬污染問題的關鍵所在。本項目擬將控制科學中處理動態系統的魯棒控制理論和最優控制理論套用於植物吸收重金屬動態過程的動力學分析及最優調節中，基於微分方程方法及分段線性化技術對植物吸收重金屬的動態過程進行建模，從而利用分段線性系統理論對其進行動力學分析和調節。考慮化學助劑對植物吸收重金屬動態過程的影響，將植物吸收重金屬動態過程的最優調節問題轉化成動態系統的最優控制問題，設計智慧型最佳化算法求解最優控制器，從而得到一種最優的調節機制使植物在生長周期內最有效地吸收底泥中的重金屬，為植物修復重金屬污染問題的研究提供新方法。
結題摘要
從植物種植前後和投加雙氧水前後沉積物中重金屬總量和存在形態的種類和數量的變化、根際環境對植物吸收和累積重金屬的影響、根際微生物種群的變化、植物以及植物根際與非根際重金屬累積重金屬的情況對比、酶活性的變化等幾個方面對植物修復的效果進行了分析，首次表明雙氧水可以促進植物對沉積物中鉛、鎘、銅、鋅、錳和鎳等重金屬總量和各種形態重金屬數量的吸收累積，還可以改變不同形態重金屬的種類，根際環境和微生物以及酶活性的變化表明沉積物中的重金屬被有效活化，植物吸收、運移重金屬的能力明顯增強。 通過對植物的根、莖和葉等各個部位吸收和累積重金屬的情況看出，植物各個部位對重金屬的吸收和累積機制各不相同，種植時間的延長可以使植物中累積的重金屬數量增加，而修復效率下降。種植時間較長時植物中累積重金屬的數量不同，沉積物中的有機物種類在植物種植前後有較大變化。根際分泌物的增多、沉積物中微生物種群的變化以及酶活性的變化均說明植物可有效修復沉積物中的重金屬，特別是針對多酚氧化酶活性恢復較快這一點，本文首次提出將沉積物中多酚氧化酶活性的恢復作為判斷植物修復沉積物效果的一個重要指標，從而為植物修復沉積物的研究工作提供新的參考。 在分析植物吸收和累積沉積物中重金屬機理的基礎上，以植物吸收累積重金屬的四個過程為模型依據，將植物吸收重金屬的動態過程的數學模型表述成非線性動態系統的形式，並首次結合Lyapunov穩定性理論對植物吸收和累積重金屬的非線性動態過程進行了嚴格的穩定性分析。穩定性結論可表達成線性矩陣不等式(Linear matrix inequality, LMI)的形式，求解方便。數值仿真和試驗驗證表明了所選模型的合理性及理論分析方法的有效性，該理論分析方法將為受重金屬污染的河道沉積物的植物修復技術提供重要的參考作用。
