太湖沉水植物残体理化性质和资源性分析.pdf

Journal of Agricultural Resources and Environment农业资源与环境学报 2023,40（4）:873-882http:/Characterization and valorization potential of submerged macrophyte residues from Taihu LakeZHANG Ning1,HE Pinjing1,ZHANG Hua1,ZONG Bingnian2,L Fan1*（1.Institute of Waste Treatment and Reclamation,Tongji University,Shanghai 200092,China;2.Institute of Agricultural Environment andEcology,Tongji University,Shanghai 200092,China）Abstract：To treat a large amount of harvested submerged macrophyte residues from the Taihu Lake area and address serious secondarypollution issues,there is an urgent need to solve problem of resource utilization.To that end,the biochemical composition,elementalcomposition,anaerobic and aerobic biostability,and thermal conversion process characteristics of five different submerged macrophytesfrom Taihu Lake area were studied and compared with one floating macrophyte.The results showed that the lignocellulose content of thesubmerged macrophytes was 17.1%31.7%（dry weight）,which was generally lower than that of emergent and floating macrophytes.Theprotein and lipids contents of the submerged macrophytes were 11.3%19.9%and 1.8%3.2%,respectively,which were lower than thoseof most floating macrophytes.With low lignocellulose contents,submerged macrophytes have good palatability;thus,they can to be furtherprocessed as feed.The results of the biochemical methane potential analysis showed that the cumulated methane production of roughlybroken submerged macrophytes was 106.2150.2 mLg-1,which was lower than the methane production of conventional feedstocks ofanaerobic digestion,which were not suitable as a single substrate for anaerobic digestion.The respiration activity of the submergedmacrophytes for seven days ranged from 534.5698.8 mgg-1,and the first-order degradation rate constant was 0.0510.097 d-1.The rapiddegradation characteristics of the submerged macrophytes showed their potential for composting treatment.The thermogravimetric analysisshowed that submerged macrophytes were suitable for the production of biochar,which is used as an adsorbent and soil conditioner,owingto their low thermal conversion temperatures.Keywords：submergedmacrophyteresidues;characteristics;biochemicalmethanepotential;aerobioficrespirationactivity;thermogravimetric analysis;resource utilization太湖沉水植物残体理化性质和资源性分析张宁1，何品晶1，章骅1，宗兵年2，吕凡1*（1.同济大学固体废物处理与资源化研究所，上海 200092；2.同济大学农业环境与生态研究所，上海 200092）收稿日期：2022-07-28录用日期：2022-10-14作者简介：张宁（1998），女，江苏常州人，硕士研究生，研究方向为固体废物处理与资源化利用。E-mail：*通信作者：吕凡E-mail：基金项目：国家重点研发计划项目（2018YFD1100600）Project supported：The National Key Research&Development Program of China（2018YFD1100600）摘要：太湖区域的沉水植物残体产生量大、二次污染严重，亟需解决其资源化利用问题。资源化利用技术的选择取决于生物质废物的理化性质。为此，本研究分析了太湖区域5种沉水植物和1种对照浮水植物的生物化学组成、元素组成、厌氧和好氧生物稳定性以及热转化过程特征。结果表明：沉水植物的木质纤维素含量（以干质量计）为17.1%31.7%，低于常见的挺水植物和浮水植物；蛋白质、脂肪含量（以干质量计）分别为11.3%19.9%和1.8%3.2%，低于大部分浮水植物；沉水植物具有木质纤维素含量低、适口性好的特点，可经过加工后用作饲料。生物化学甲烷潜力的分析结果显示，粗破碎沉水植物的累计甲烷产量（以有机质质量计）为106.2150.2 mLg-1，低于常规厌氧消化处理物料的产气量，不适合以单一底物方式进行厌氧消化。沉水植物的7日好氧呼吸量（O2，以干质量计）在534.5698.8 mgg-1范围内，一级降解速率常数为0.0510.097 d-1，快速降解的特性显示其适合采用堆肥技术进行处理。热重分析表明沉水植物的热转化温度低，更适合生产用作吸附剂、土壤调理剂的生物炭。关键词：沉水植物残体；性质；生物化学甲烷潜力；好氧呼吸量；热重分析；资源化利用中图分类号：X524；TV882.9文献标志码：A文章编号：2095-6819（2023）04-0873-10doi:10.13254/j.jare.2022.0505张宁，何品晶，章骅，等.太湖沉水植物残体理化性质和资源性分析J.农业资源与环境学报,2023,40（4）:873-882.ZHANG N,HE P J,ZHANG H,et al.Characterization and valorization potential of submerged macrophyte residues from Taihu LakeJ.Journal ofAgricultural Resources and Environment,2023,40（4）:873-882.http:/农业资源与环境学报 第40卷 第4期水生植物是湖泊生态系统的重要组成部分，具有净化水质1-2、稳定沉积物3、抑制藻类4等作用，在水体生态修复中得到广泛应用。其中，沉水植物具有以下优点：存在多类快速生长物种；能比漂浮植物更好地从水体中吸收养分，组织中具有比挺水植物更高的养分含量；大多数物种（如金鱼藻和穗花狐尾藻等）具有很强的抗逆性，生长受到人工收割的影响较小5。因此，沉水植物被认为是改善富营养化浅水湖泊水质的重要生态措施。但是，水生植物的生长具有一定周期性，若其枯萎残体未得到及时收割，腐烂后不仅会使吸收的N、P和有机物等重新释放，造成二次污染，而且微生物分解过程还会大量消耗水体中的溶解氧造成水质恶化6。同时，大量水生植物残体在湖底积累会造成淤积7。因此，收割水生植物组织被认为是缓解富营养化、解决二次污染问题直接且有效的方法8。对过度生长的水生植物进行收割，也可以显著减少其对土地灌溉、排涝、湖泊水质、航运、渔业和视觉景观的影响9。近年来，随着太湖治理工作的推进，在改善水质的同时，通过水位调控、精准收割等措施有效地促进了水生植物群落结构的恢复。根据水利部太湖流域管理局发布的 太湖健康状况报告（2018）10，2016年以来，太湖沉水植物逐渐恢复，分布面积呈稳定上升趋势。沉水植物分布密集的水域面积由2016年的26km2上升至2018年的105 km2。2019年春夏期间，太湖沉水植物分布面积超过155 km2，其中苏州市吴中区沉水植物面积达到了 122.4 km2；仅优势种狐尾藻一种，2019年7月的频度和分布范围就较2016年同期提升了233.8%和49.1%；2019年，苏州市吴中区全区共收割太湖水草和水体漂浮物约2.4万t11。因此，如何对每年大量收割的沉水植物进行科学的处理处置、实现资源化利用是需要解决的现实问题。有学者综述了大型水生植物的综合利用途径12，但是不同水生植物的性质差异较大，适合的资源化利用方式不同。已有研究报道了不同沉水植物的生物化学组成，以评价其作为饲料源13-14或者进行厌氧发酵15-16的潜力；或是分析沉水植物的营养成分，以评估其进行堆肥的可行性17；也有关于沉水植物热化学分析18的报道。但这些研究仅针对单一的利用方式进行性质表征，评价指标相对有限，未能全面反映沉水植物的性质，进而作出不同利用方式之间的对比分析。简而言之，目前针对沉水植物的研究仍然不足，其作为生物质资源的潜力尚缺乏系统的科学论证。鉴于此，本研究针对太湖典型沉水植物残体进行了全面的理化性质分析，以及厌氧、好氧、热化学转化潜力测试，据此判断其可行的资源化利用途径，以期为我国沉水植物残体的综合利用、实现减污降碳提供参考。1材料与方法1.1 试验材料根据 太湖健康状况报告（2018）10中水生植物多样性的调查结果，本研究在9种常见沉水植物中选取了5种（苦草、金鱼藻、伊乐藻、轮叶黑藻、穗花狐尾藻）作为研究对象，同时，在3种优势浮水植物中选取1种（菱角）作为对照。所有样品于2021年9月采自太湖区域。将新鲜样品剪碎至粒径约2 cm，部分用于含水率测试，部分保存于-20，用于后续厌氧和好氧资源化潜力分析。剩余样品在105 烘箱中杀青30 min，降温至65 烘干至恒质量后，破碎至粒径苦草金鱼藻伊乐藻穗花狐尾藻菱角，分别为 150.2、129.2、114.7、113.8、106.2 mLg-1和 90.6 mLg-1。浮水植物菱角的产气量最低，可能是因为其木质素含量高。轮叶黑藻的产甲烷量比陈晓娟16的试验值112.9 mLg-1略高，可能是由于本试验的接种物活性较高。郑苇等24基于多种物料的生物化学性质和甲烷产生潜力的试验值，建立了两者的线性关系公式，由于其在预处理中将物料冷冻干燥后破碎至1 mm以下，物料物理结构很大程度上被破坏，因此将其视为理想条件下的甲烷产量；将本试验的生物化学组成数据代入上述公式，计算得到理论甲烷产量。试验值与理论计算值的对比结果如图3（a）所示。沉水植物理论甲烷产量在129.6183.9 mLg-1范围内，可能是相对较高的蛋白质和木质素含量带来的负效应导致理论甲烷产量处于较低水平。试验值仅为理论值的61.7%99.7%，可能是本研究中约2 cm的物料尺寸限制了纤维物质的降解。Koyama等15测试的5种日本琵琶湖沉水植物甲烷产率为161.2360.8 mLg-1，高于本研究，可能有以下两方面的原因：一是植物采集地的环境特征和采样季节会带来水生植物营养素含量的差异，导致本研究与报道的伊乐藻和金鱼藻的木质纤维素值含量有差异；二是报道中试验物料的尺寸为0.51.5 cm，小于本研究中2 cm的物料尺寸。考虑到实际工程中破碎设备可达到的水平约为2 cm，更小的物料尺寸会大幅增加破碎能耗。因此，沉水植物残体若采用厌氧消化技术处理，则破碎预处理是应重点评估的技术参数，以平衡破碎能耗和厌氧产气效率。2.1.3 七日好氧呼吸量（RA7）好氧呼吸量是评价沉水植物的氧气消耗速率、生产甲烷速率CH4production rate/（mLg-1d-1）10时间Time/d907560453015002468（a）产甲烷速率CH4production rate累计甲烷产量Cumulated CH4yield/（mLg-1）10时间Time/d180150120906030002468（b）累计甲烷产量Cumulated CH4yield图2 6种水生植物厌氧产甲烷速率和累积甲烷产量Figure 2 CH4production rates and cumulated CH4yields of 6 macrophytes 8762023年7月http:/张宁，等：太湖沉水植物残体理化性质和资源性分析物稳定性和土地利用潜力的重要指标。本研究基于Li等25提出的生物化学组成的分子式计算水生植物在好氧条件下的理论耗氧量，与本试验得到的RA4和RA7值对比，以反映有机物的降解率和物种之间的差异，结果如图3（b）所示。沉水植物间的RA7值差异较小，在534.5698.8 mgg-1（O2，以干质量计）范围内，比浮水植物菱角的RA7值（959.7 mgg-1）小得多。由于部分木质素可被好氧微生物降解，所以与厌氧条件下不同的是，木质素对有机质的好氧降解影响较小。尽管木质素含量较高，总有机质含量最高的3种水生植物（菱角、苦草、穗花狐尾藻）的RA7值仍较大。木质素对其他有机物生物可及性的影响在伊乐藻和轮叶黑藻的降解过程中有所体现。伊乐藻的理论耗氧量较其他水生植物低得多，但是实际的RA7值与其他水生植物差距较小，主要因为其木质纤维素含量低，可降解物质生物可及性高。基于氧气消耗速率，本研究计算了6种水生植物的降解率，并对其好氧降解过程进行一级动力学拟合，参数拟合结果见表2。总体来说，一级降解速率常数（Kd）在 0.0510.116 d-1范围内，与陈活虎等26对蔬菜废物好氧降解速率常数范围具有可比性。陈活虎等27对蔬菜废物中不同生物质组分进行的一级动力学拟合结果显示，易降解组分的Kd为0.0900.147d-1，难降解组分为0.0250.035 d-1。苦草、金鱼藻、轮叶黑藻、穗花狐尾藻的 Kd分别为 0.061、0.051、0.055d-1和0.055 d-1，介于易降解组分和难降解组分降解速率常数之间，显示出总有机物的降解特性。伊乐藻的Kd较高（0.097 d-1），与其易降解有机组分含量高、难降解组分含量低有关，也因此具有最高的降解率（56.75%）。菱角的Kd最高（0.116 d-1），其易降解有机组分的含量也最高，而木质素、纤维素含量与沉水植物的差异并不显著；同时，本研究的好氧呼吸量试验在20 恒温下进行，适合放线菌增殖，有利于纤维素的降解。伊乐藻和穗花狐尾藻的拟合优度（R2）较低，可能是因为其易降解和难降解组分的降解速率差异明显，形成了明显的两个降解阶段。6种水生植物的RA4均远高于60 mgg-1，根据 湿垃圾处理残余物的生物稳定性评价方法（DB 31/T12082020），6种水生植物是极易腐烂的生物不稳定物质。6种水生植物好氧呼吸测试的迟滞期很短，快速进入生物反应阶段，说明其中有机物极易被好氧微生物利用。2.1.4 元素分析图4显示了6种水生植物的元素组成。6种水生植物的C含量与其有机质含量正相关。伊乐藻的C含量（以干质量计）最低（28.89%），与其生长快速的特性有关22，而浮水植物菱角的C含量最高38.89%）。较高的C含量有利于在燃烧时提供高热值，且高有机水生植物Macrophyte累计甲烷产量Cumulated CH4yield/（mLg-1）20018016014012010080理论计算值Theoretical calculation value试验值Experiment value（a）累计甲烷产量对比Comparison of values of cumulated CH4yield水生植物Macrophyte单位干基耗氧量Oxygen consumption per unit drybasis/（mgg-1）1 8001 5001 200900600300理论计算值Theoretical calculation value试验RA7值Experiment RA7value试验RA4值Experiment RA4value（b）好氧呼吸量对比Comparison of values of respiration activity苦草Vallisnerianatans穗花狐尾藻Myriophyllumspicatum L.轮叶黑藻Hydrillaverticillata菱角Trapanatans伊乐藻Elodeanuttallii金鱼藻Ceratophyllumdemersum苦草Vallisnerianatans穗花狐尾藻Myriophyllumspicatum L.轮叶黑藻Hydrillaverticillata菱角Trapanatans伊乐藻Elodeanuttallii金鱼藻Ceratophyllumdemersum图 3 生物稳定性试验值与理论值对比Figure 3 Comparison of experimental and theoretical values of biological stability水生植物Macrophyte苦草金鱼藻伊乐藻轮叶黑藻穗花狐尾藻菱角降解率Degradation rate/%39.2336.2156.7536.1340.4354.32一级降解速率常数（Kd）First order rate constant/d-10.0610.0200.0510.0020.0970.0050.0550.0020.0550.0030.1160.004R20.930.860.660.870.620.84表2 6种水生植物好氧降解率及一级动力学拟合结果Table 2 The aerobic degradation rate and the first order kineticfitting results of 6 macrophytes 877http:/农业资源与环境学报 第40卷 第4期质含量物料在热解过程中生成挥发性气体逸出，有利于生物炭形成更多孔隙和更大的比表面积28；同时，鉴于菱角的木质素含量更高（图1），而高木质素物料有利于提高热解炭的电子交换能力29，因此，从C含量来说，浮水植物菱角可能较5种沉水植物更适合采用热化学工艺进一步转化。每100 g鲜草含N 0.220.28 g，即每生长1 t鲜草可以吸收水中2.22.8 kg 的N素，进而转化为饲料蛋白质，或是通过土地利用转化为植物生长的营养物质。除了伊乐藻，其他4种沉水植物的TN含量均2.5%（以干质量计），符合 绿化用有机基质（GB/T 338912017）中不同用途的总养分质量的要求。5种沉水植物的 C/N（质量比）在 11.315.0范围内。堆肥和厌氧消化的理想C/N（质量比）范围是2040。因此，如果采用沉水植物作为堆肥原料，需要添加木质纤维素类辅料来调整C/N。6种水生植物的S含量（以干质量计）在0.28%1.06%范围内。N、S在还原和氧化环境下可能分别转化为NH3、H2S和NOx、SO2，使其在资源化利用中需要考虑有毒气体排放以及热转化过程中设备腐蚀的问题。2.1.5 热重分析热重分析（TGA）可以反映水生植物的热稳定性和热解过程中的转化行为。升温引起的质量损失曲线（TG）及其相应的导数曲线（DTG）如图5所示。热解过程可以分为3个阶段：阶段为室温至150 左右，DTG曲线出现一个较小失重峰，主要是6种水生植物结构中水分的蒸发。阶段大致为150550，是热解的主要反应阶段，6种水生植物挥发性组分的分解导致质量大幅下降，重叠的峰表明水生植物的成分复杂。第一个峰与半纤维素和可提取物（如蛋白质、淀粉、脂质和糖）的总体贡献有关，第二个峰与纤维素分解有关30。金鱼藻两个峰的区分不明显，可能是由于不同组分之间热稳定性的差异较小。在350450 出现一个微弱的峰，可能与木质素的降解有关31。阶段约在高于550 之后，这一阶段残余物分解后形成疏松多孔的固体物质。金鱼藻、伊乐藻、轮叶黑藻和穗花狐尾藻在600720 出现一个明显的峰，这可能是有机钙分解产生碳酸钙，随后进一步分解引起的18，32-34，这与Hu等18报道的黑藻的热解行为相似。轮叶黑藻和伊乐藻相应的峰值较高，其中伊乐藻的峰高甚至超过了挥发性物质分解的特征峰，由此可以推测二者具有较高的钙含量。表3总结了TG/DTG曲线的温度特性，挥发性组分的反应速率峰（Tp2）出现的温度从大到小排序为菱角穗花狐尾藻伊乐藻金鱼藻轮叶黑藻苦草，而6 种水生植物该峰出现的温度比陆生植物要低得多35。较高温度下的质量损失被认为是较高稳定性的标志。6种水生植物中，除了轮叶黑藻，其他4种沉水植物的最终质量损失比菱角低约10个百分点，这主要归因于其挥发性物质含量的差异。而轮叶黑藻与菱角的最终质量损失相当，主要是由高含量碳酸钙的分解引起。2.2 资源性分析2.2.1 饲料原料沉水植物通常性质柔软，是部分食草性鱼类的天水生植物Macrophyte元素组成Element composition（DW）/%100806040200C/N161514131211苦草Vallisnerianatans穗花狐尾藻Myriophyllumspicatum L.轮叶黑藻Hydrillaverticillata菱角Trapanatans伊乐藻Elodeanuttallii金鱼藻Ceratophyllumdemersum图4 6种水生植物元素组成Figure 4 Elemental composition of 6 macrophytesC/NCHNSO无机元素Inorganic elements0150300450600750900温度Temperature/TG/%10080604020DTG/（%-1）0.150-0.15-0.30-0.45阶段 阶段阶段图5 6种水生植物的TG和DTG曲线Figure 5 TG/DTG curves of 6 macrophytes 8782023年7月http:/张宁，等：太湖沉水植物残体理化性质和资源性分析然食物首选13。文献报道的沉水植物氨基酸构成比例优良、矿物质元素种类齐全，重金属含量符合渔用配合饲料行业标准的要求14，36。但是，若按罗非鱼和草鱼的日粮蛋白质需求量（32%40%）计算，沉水植物通常无法提供充足的营养物质13；另外，由于草鱼不消化纤维素37，表面的碳酸钙结壳会降低水生植物的可及性，很多仅用沉水植物喂养的草鱼生长试验显示出较差的生长反应13。随着围网拆除，沉水植物就地用作渔业饲料的消纳能力下降。因此，需要进一步提高产品附加值，拓宽沉水植物利用市场。已有报道将沉水植物自然风干后以干粉添加到基础饲料中，作为中华绒螯蟹14等杂食性水产品或是畜禽38的替代饲料。伊乐藻和微齿眼子菜粉碎压滤后的固体通过发酵可生产蛋白饲料39。可见，沉水植物是常规饲料的有益补充，但可持续的饲料生产以及对动物生长的影响仍需要进一步研究。2.2.2 厌氧消化高含水率的沉水植物作为厌氧消化的底物，能够产生沼气，富含养分的消化物也可用作肥料。本研究测试得到沉水植物的累计甲烷产量为 106.2150.2mLg-1，其直接进行厌氧消化的产甲烷潜力较低。尤其是在工业应用上，机械破碎的尺寸一般无法达到2 cm以下，较大的物料尺寸是纤维物料厌氧消化性能的限制因素40。同时，由于沉水植物的含水率较高，会降低单位容积的产甲烷量。因此，采用湿式还是干式厌氧消化技术还应进一步评估。根据ORWARE模型41计算水生植物厌氧消化后消化物中的C、有机氮（Norg）、氨氮（TAN）（表4），可评估消化物作为肥料的潜力。厌氧反应器配置假设采用全混合厌氧反应器，中温（35）、tHR=25 d，未加工艺水调节含水率。在模型中，有机氮以铵的形式释放出来，其速率与消化过程中蛋白质的净降解速率相同。消化液中氨氮浓度显著增加，有利于植物吸收；其含有的稳定有机碳有利于增加土壤中的稳定有机质含量；微生物也有可能降低植物的应激水平，促进生长，并提高土壤的弹性42。因此，沉水植物的厌氧消化物有很大的土地利用潜力，可以考虑将沉水植物作为厌氧消化的补充材料或部分替代材料，与其他生物质废物进行共消化。2.2.3 堆肥沉水植物可以直接用作绿肥，但是因其含水率较高，生长和收割具有季节性，所以大量的沉水植物废物表4 ORWARE模型计算消化液中C、Norg、TAN浓度Table 4 C，Norg，TAN concentrations of digestate calculated byORWARE model水生植物Macrophyte苦草金鱼藻伊乐藻轮叶黑藻穗花狐尾藻菱角C/%21.0019.4515.3019.5523.7024.27Norg/%1.241.160.700.990.921.08TAN/%2.222.071.251.741.682.00阶段Stage阶段 阶段 阶段 质量损失温度TemperatureTiTfTiTp1Tp2Tp3TfTiTp4Tf苦草Vallisneria natans25.7159.1159.1236.1273.7402.3536.6536.6850.563.04%金鱼藻Ceratophyllum demersum26.4155.1155.1285.7516.7516.7662.2850.162.94%伊乐藻Elodea nuttallii41.0145.8145.8251.3286.3523.6523.6693.7851.464.40%轮叶黑藻Hydrilla verticillata34.0151.0151.0243.8273.8543.5543.5688.7851.474.78%穗花狐尾藻Myriophyllum spicatum L.36.3158.6158.6268.8306.2548.6548.6646.1851.465.19%菱角Trapa natans24.9149.4149.4257.0308.1445.4562.2562.2850.574.55%表3 TG/DTG曲线的温度特性（）Table 3 Temperature characteristics of the TG/DTG curves of 6 macrophytes（）注：Ti为起始温度，Tf为结束温度，Tp1、Tp2、Tp3分别为阶段的3个峰出现的温度，Tp4为阶段出现峰的温度。Note：Tiand Tfare the initial temperatures and final temperatures of 3 stages，respectively；Tp1，Tp2and Tp3are the corresponding temperature of peak 1，peak 2 and peak 3 in the stage，respectively；Tp4is the corresponding temperature of the peak in the stage.879http:/农业资源与环境学报 第40卷 第4期需要经过进一步加工，以便运输、储存和施用。高含水率（87.26%92.48%）和低 C/N（1115）是水生植物堆肥的主要限制因素。一般需要添加木屑、庭院废物、农业废物等辅料，使总体物料的含水率降至40%60%，同时调节C/N至2040。木质纤维素含量较高的物种（穗花狐尾藻、苦草）有利于堆肥过程中的通风供氧，而质地相对柔软的物种（金鱼藻、伊乐藻、轮叶黑藻）更易快速降解。相较于其他水生植物，沉水植物的结构较为柔软疏松，是快速堆肥的潜在原料。从好氧呼吸测试结果来看，沉水植物和菱角均容易腐熟，其迟滞期很短，7 d内有机物降解程度较高。目前，已有研究表明伊乐藻和淤泥、稻草、秸秆等物料共同堆肥产物对作物生长有促进作用43。2.2.4 热解几乎所有类型的生物质都可以作为热化学转化的原料，但是水生植物的高含水率对于燃料应用来说是一个明确的限制因素，因而水生植物热解前需要经过干燥预处理。菱角的有机质、C含量和木质素含量最高，TGA中的高质量损失反映了木质素的降解程度。而木质素被视为生产苯酚的有利原料44，具有生产生物油的潜力。沉水植物中，穗花狐尾藻和菱角的组成和热转化行为较为接近，可能是热解产气产油的潜在原料。Li等45应用回归模型对346种生物质的预测结果表明，灰分可能增加所有类型原料的生物炭产量，4种无机物含量较高的沉水植物（苦草、金鱼藻、伊乐藻和穗花狐尾藻）在TGA中较低的质量损失可以说明这一点。同时，因为具有较差的热稳定性，若4种沉水植物采用热解处理，则可以在较低的热解温度下获得更多的生物炭产物。此外，掺杂多价金属元素（如钙、铁、镁、铝）的生物炭对P的吸附效率高46。根据TGA的结果推断，金鱼藻、伊乐藻、轮叶黑藻和穗花狐尾藻具有较高的钙含量；黑藻的高钙含量（6.67%）可在文献中得到印证18。而高钙含量也有助于在热解过程中减少NOx和SO2产生，因而沉水植物是一种生产生物炭的环境友好原料。综合来看，沉水植物更适合制备生物炭后作为吸附剂、土壤调理剂等。3结论（1）本研究调查了5种沉水植物和1种浮水植物的生物化学组成、元素组成、厌氧和好氧生物稳定性以及热转化过程特征。5种沉水植物具有高含水率、低木质纤维素、低C、高N的性质。木质纤维素含量较低的饲料适口性较好，但是无法为动物提供充足的日粮蛋白质。粗破碎沉水植物累计甲烷产量处于较低水平，但在好氧条件下能够快速降解；沉水植物的热转化温度较低，较高的无机物含量使其质量损失较小。（2）作为湖泊面源污染治理的后端，实现沉水植物的资源化利用有利于闭合面源污染控制循环链。高含水率、低C/N和有限的营养物质是沉水植物利用中的主要瓶颈。从性质来看，沉水植物混合其他木质纤维素含量高的农业废物进行堆肥，制备用作吸附剂和土壤调理剂的生物炭是更为合适的利用方式。但在不同场景下，制作饲料和进行厌氧消化可能更具资源化利用前景。在实际工程中，不同的工艺形式、前处理方法和技术组合需要进一步研究，应根据处理效率、技术成本和环境影响进行综合评估。参考文献：1 XU X G,ZHOU Y W,HAN R M,et al.Eutrophication triggers the 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