植物生态学汇报---水体营养化发生原因分析及植物修复机理的研究

水体营养化发生原因分析及植物修复机理的研究一、水体营养化及其控制1城市景观水体富营养化的原因1.1外源性营养物质的输入水体过量营养物负荷的输入和积累是造成水体富营养化的主要原因。一般城市景观水体外源营养物质的输入主要有两种途经:水源水质差和雨水径流污染。1.1.1水源水质差1.1.2雨水径流污染1.2内源性营养物的污染内源营养物质的污染主要有两种途经:底泥污染和人为污染。1.2.1底泥污染1.2.2人为污染1.3水体流动性的影响俗话说:流水不腐。水体流动,能够增加水中的溶解氧,为其它微生物生存提供有利条件,进一步增加水体的自净能力,形成良好的水生态系统。相反,流动缓慢的水体,生态条件差,为藻类的生长、迅速繁殖提供了条件。可见,水体静止、缺乏流动交换加剧了水体的富营养化程度。1.4维护与管理力度不足景观水环境的管理是一项系统工程,除在技术方面保障水质的同时,日常对景观水体的维护和管理也不容忽视。如禁止在园区绿地养护中施用化肥,尽量减少农药的用量,禁止游客向湖内投食喂鱼,同时加强对湖水水质的监测、监督、预测和评价工作等2景观水体富营养化的控制措施2.1外部控制外界营养性物质的输入是导致景观水体产生富营养化的根本原因。如果减少或截断外部输入的营养物质,将使景观水体失去营养物质富集的可能性,这是从根本上控制景观水体富营养化的有效途径。要控制水体富营养化,必须先控制富营养化的极限物质,如氮、磷。2.1.1补水水源控制2.1.2雨水污染控制2.2内部控制控制外源污染物大量输入是治理景观水体富营养化污染的主要措施,同时也是治理内源污染的一个前提。但仅依赖于严格控制外源污染物的输入是远远不够的,水体富营养化治理是一个复杂而漫长的过程,需要综合性的治理,因此内部控制在整个过程中具有非常重要的作用。2.2.1强化水体的自然净化2.2.2建立生物净化生态系统2.2.3其它内部措施二、污染水体的生物学修复概况随着我国工农业的快速发展以及人口的不断增长,城市化进程的加剧和人民生活水平的逐步提高,用水量急剧增加,污水排放量相应增加,导致淡水资源短缺和水环境污染问题日益突出。水体污染致使水体生态系统遭受严重破坏,自净能力减弱,甚至消亡,同时,景观水体水质恶化亦对该地区居民的日常生活造成极大影响。水污染的种类1.有机物污染2.重金属污染3.氮磷富营养化1.水体的生物修复概况生物修复指生物对环境中的污染物进行吸收或氧化降解,从而减少或最终消除环境污染的受控制或自发的过程。广义的生物修复：指一切以利用生物为主体的环境污染的治理技术。它包括利用植物、动物和微生物吸收、降解、转化土壤和水体中的污染物，使污染物的浓度降低到可接受的水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质，也包括将污染物稳定化，以减少其向周边环境的扩散。狭义的生物修复：是指通过微生物的作用清除土壤和水体中的污染物，或是使污染物无害化的过程。它包括自然的和人为控制条件下的污染物降解或无害化过程。水体的生物修复主要分为:1.微生物修复2.植物修复（讲ppt是请补充：这里着重讲植物修复，雷哥看到请删除）3.动物修复原位微生物修复：指对受污染的介质不作搬运或输送而在原位污染地进行的生物修复处理，其修复过程主要依赖于被污染地自身微生物的自然降解能力和人为创造的合适降解条件。异位生物修复：指植被污染介质搬动或输送到它处进行生物修复处理。但这里的搬动和输送是低限底的，而且更强调人为控制和创造更加优化的降解环境。联合生物修复:是一种结合原位生物修复和异位生物修复能够扬长避短,是在当今环境修复中应用较广泛的生物修复措施。对于修复受体，生物修复技术被划分为：生物修复技术的优点•①污染物在原地被降解；•②修复时间较短；•③就地处理操作简便，对周围环境干扰少；•④较少的修复金费，仅为传统化学、物理修复金费的30%—50%；•⑤人类直接暴露在这些污染物下的机会减少；•⑥不产生二次污染，遗留问题少。生物修复的局限性•不能降解所有进入环境的污染物•需对污染区的状况和存在的污染物进行详细而昂贵的现场调查•特定的微生物只降解特定类型的化学物质•微生物活性受温度和其他环境条件影响•生物修复不能将污染物全部去处2.植物修复的研究进展植物修复技术概述植物修复技术就是利用绿色植物及其根际的微生物共同作用,以清除环境污染物的一种新的原位治理技术。水生植物对污染水体的修复净化是在适宜的条件下水生植物通过吸附、吸收、富集和降解几个环节来进行修复的,植物可通过根系吸收,也可直接通过茎、叶等器官的体表吸收,吸收到体内的有机物。植物修复的种类挺水植物：荷花、美人蕉、芦苇、石菖蒲等对污水处理效果好,可使悬移质沉降,并与共生的生物群落共同吸收降解污染物,甚至一些重金属,从而净化水质。浮叶植物：浮叶植物种植和收获较容易,有较高的经济价值和观赏价值,同时又有良好的净化水质效果,故其在污水修复中有着美好的前景。飘浮植物：该类植物的根部在水体中,有利于吸收水中营养物质,比浮叶植物更能吸收水中污染物。沉水植物水草等沉水植物对污染物的吸收及水体的修复也起到一定的作用。藻类藻类在生长过程中有净化水质作用,而且藻类的取用方便,便于培养与监测。植物修复的功能1.改善和净化水质2.去除N、P,控制水体富营养化3.吸收、富集重金属1.植物对富营养化水体的修复：水生植物对富营养化水体具有良好的修复效果,它对水体中的氮、磷可起到吸附、沉淀、吸收代谢和富集浓缩等各种作用。2.植物对重金属污染水体的修复：对重金属污染水体的修复与有机物的不同,有机物污染可由生物降解而清除,重金属污染的修复只能从一种形态转化为另一种形态,或通过扩散迁移等作用,使污染物浓度逐步降低。3.植物对含有机污染物的水体的修复：水生植物能够吸收水体中的酚类和氰类污染物且吸收后并不都积聚在体内,而是通过酶系的作用和生化作用进行转化和分解,使其失去毒性,而根系吸附的那部分酚和氰,由于根际微生物的作用而逐步的分解转化。植物修复技术在污染水体修复中的研究及应用植物修复的应用非常广泛,有物理工程、生态工程、生物工程以及这些工程的相结合。通常是指通过物理的或生态(包括生物)的方法或这些方法的综合运用对污染水体进行处理,从而实现污水净化的工程技术。3.国外生物—生态修复应用工程案例日本坂川古崎净化场位于日本江户川支流坂川古崎净化场,是采用生态一生物方法对河道大水体进行修复的典型工程，观测结果表明,河道污染水体的水质有了明显改善古崎净化场是利用卵石接触氧化法对水体进行净化。古崎净化场建在江户川的河滩地下,充分节省了土地,是地下廊道式的治污设施。净化场结构十分简单,主体结构是高4.5m、长28m的地下矩形廊道,内部放置直径15一40cm不等的卵石。用水泵将河水泵入栅形进水口,经导水结构后水流均匀平顺流入廊道。另外有若干进气管将空气通入廊道内。净化作用主要由以下三方面组成:1.接触沉淀作用:污水经过卵石与卵石间的间隙,水中的漂浮物触到卵石即沉淀;2.吸附作用:由于污染物自身的电子性质,或由于卵石表面生物膜的微生物群产生的豁性而产生吸附作用;3.氧化分解作用:卵石表面形成一种生物膜,生物膜的微生物把污染物作为食物吞噬,然后分解成水和二氧化碳。通过净化场后,水质明显提高,效果十分显著。日本渡良懒蓄水池的人工湿地渡良獭蓄水池位于日本杨木县,是一座人工挖掘的平原水库。随着近年来上游用水造成生活污水以及含氮、磷的水流入,渡良懒蓄水池出现霉臭等水质问题。为保护蓄水池的水质,自1993年起在蓄水池一侧滞洪洼地上建人工湿地,这是一座设有人工设施的芦苇荡。将蓄水池的水引到芦苇荡,通过吸附、沉淀及吸收作用,去除水中的氮、磷及浮游植物,达到对水体进行自然净化的目的。芦苇具有很好的净化功能,污染物与其茎部接触产生沉淀作用,芦苇的根部与茎部可吸收某些污染物。另外,附着在茎部上的微生物可对污染物产生吸附分解作用。韩国良才川水质生物学修复设施良才川是汉江的一条支流,位于汉城的江南区。由于河流地处住宅区,加之治理不善,良才川的水质受到较大污染,也影响了汉江的水质。1995年起主要采用生态生物方法治理良才川。水质净化设施主体是设于河流一侧的地下生态一生物净化装置。采用卵石接触氧化法,即强化自然状态下河流中的沉淀、吸附及氧化分解现象,利用微生物的活动将污染物转化为二氧化碳和水。除接触氧化槽以外,良才川的环境治理工程还包括恢复河流自然生态的方法,即用石块、木桩、芦苇、柳树等天然材料进行护岸,形成类似野生的自然环境,同时种植葛蒲等植物,恢复鱼类栖息环境,适于鳅鱼等鱼类生长,也为白鹭、野鸭等禽类群落生存创造条件,又开辟散步、骑自行车小路和木桥等,为居民提供与水亲近的自然环境。三、湖泊水生植被的恢复技术湖泊水生植物具有重要的生态功能,水草茂盛则水质清澈、水产丰盛、湖泊生态稳定,水草缺乏则水质浑浊、水产贫乏、湖泊生态脆弱。湖泊水生植被的重要功能以及功能被人们所认识,保护和恢复水生植被已作为保护和治理湖泊环境的重要生态措施。湖泊水生植被：由生长在湖泊浅水区和湖周滩地上的沉水植物群落、浮叶植物群落、漂浮植物群落、挺水植物群落及湿生植物群落共同组成。这几类群落均由大型水生植物组成,俗称水草。大型水生植物是湖泊生态系统的重要组成部分,他们共同构成湖泊水生植被,具有显著的到处机生产功能和环境生态功能。还能在一定程度上改善湖泊环境和其他生物的生存环境。利用水草对浮游藻类的克制效应来控制藻类增长,提高水体的自净能力,己成为控制和治理湖泊富营养化的一种重要生物措施。水生植被恢复包括人工强化自然修复与人工重建水生植被两条途径。前者是指通过对湖泊环境的调控来促进湖泊水生植被的自然恢复。后者则是对已经丧失了白动恢复水生植被能力的湖泊,通过生态工程途径重建水生植被。重建水生植被绝非简单的“栽种水草”,也并非要恢复遭受破坏前的原始水生植被,而是在己经改变了的湖泊环境条件基础上,根据湖泊生态功能的现实需要,根据系统生态学和群落生态学理论,重新设计和建设全新的能够稳定生存的水生植被和以水生植被为中心的湖泊良性生态。尽管水生高等植物对湖泊生态系统有重要的调节作用,但是其自身也受到多方面的压力。富营养化湖泊水体透明度低是水生高等植物生存的主要压力之一,由于水体透明度低,水下光照不足,水生高等植物尤其是沉水植物无法获得足够的光能生长。此外也有研究指出,藻类亦可抑制水生高等植物生长，特别是富营养化水体中的蓝藻藻华对水生高等植物往往有致命伤害作用。水生植被恢复的条件及其创建：制约水生植物生长的环境因子包括水温、光照、pH、水中营养盐含量、溶解氧和底质条件等。进行水生植被恢复时,要重点考虑光照和底质条件。在已经严重退化的水域内恢复历史景观是可能的,在原来历史上没有沉水植物的水域上重建水生植被要分析其可能性。其关键是提高透明度、消除沉水植物重建时的破坏因子,如风浪、食草鱼类等。水生植被的恢复：I、锋物种的选择先锋物种的选择是在对水生植物生物学特性、耐污性、对N、P去除能力及光补偿点的研究的基础上,筛选出一些具有一定耐受性、能适应湖泊水质现状的物种作为恢复的先锋物种,同时为水生植物群落的恢复提供建群物种。一般来说,水生植物群落的配置应以湖泊历史上存在过的某营养水平阶段卜的植物群落的结构为模板,适当地引入经济价值高、有特殊用途、适应能力强、生态效益好的物种,配置多种、多曾、高效、稳定的植物群落。人工植物群落的构建包括两方面的内容:水平空间的配置和垂直空间的配置。在湖泊水生植被恢复群落配置时,应同时考虑生态学和经济学原则,将生态型群落和经济型群落的配置有机结合起来。2、群落配置3、水生植物的恢复恢复挺水植物一般无须任何演替过程。在确定目标植被的空间分布和种类组成后可以直接进行种植。浮叶植物对水质有比较强的适应能力,对湖水水质和透明度要求不严,可以直接进行目标种的种植或移栽。可以采取营养体移栽、撒播种子或繁殖芽、扦插根状茎等多种方式。沉水植物对水深和水下光照条件的要求都很严,因此沉水植物的恢复是湖泊水生植被恢复的重点和难点。沉水植物恢复时,应根据湖区沉水植被分布现状、地质、水质现状等因素,选择不同生物学、生态学特性的