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水生植物对污染物的清除及其应用

人类的活动会使大量的工业、农业和生活废弃物排入水中,使水受到污染。水污染可根据污染杂质的不同而主要分为化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类,基本上以化学性污染为主。具体污染杂质有无机污染物质、无机有毒物质、有机有毒物质、植物营养物质等。而对于这些污染物中,水生植物起着非常重要的作用。水生植物指生理上依附于水环境、至少部分生殖周期发生在水中或水表面的植物类群。水生植物大致可区分为四类:挺水植物、沉水植物、浮叶植物与漂浮植物。而大型水生植物是除小型藻类以外所有水生植物类群。水生植物是水生态系统的重要组成部分和主要的初级生产者,对生态系统物质和能量的循环和传递起调控作用。它还可固定水中的悬浮物,并可起到潜在的去毒作用。水生植物在环境化学物质的积累、代谢、归趋中的作用也是不可忽视的。用水生植物来监测水生污染、对污染物进行生态毒理学评价及其进入生物链以后的生物积累、修饰,对植物生态的保护和人畜健康方面有非常重要的意义。


  1水生植物对污染物


  1.1水生植物对氮磷湖泊富营养化已成为一个世界性的环境问题。利用水生大型植物富集氮磷是治理、调节和抑制湖泊富营养化的有效途径之一。湖泊水环境包括水体和底质两部分,水体中的氮磷可由生物残体沉降、底泥吸附、沉积等迁移到底质中。对过去的营养状况的追踪表明,水生植物可调节温度适中的浅水湖中水体的营养浓度。而大型沉水植物则通过根部吸收底质中的氮磷,从而具有比浮水植物更强的富集氮磷的能力。沉水植物有着巨大的生物量,与环境进行着大量的物质和能量的交换,形成了十分庞大的环境容量和强有力的自净能力。在沉水植物分布区内,COD、BOD,总磷、铵氮的含量都普遍远低于其外无沉水植物的分布区。而漂浮植物的致密生长使湖水复氧受阻,水中溶解氧大大降低,水体的自净能力并未提高,且造成二次污染,影响航运。挺水植物则在湿地、浅滩,湖岸等处生长,即合适深度的繁衍场所,具有很大的局限性。


  1.2水生植物对重金属的水生植物对重金属Zn、Cr、Pb、Cd、Co、Ni、Cu等有很强的吸收积累能力。众多的研究表明,环境中的重金属含量与植物组织中的重金属含量成正相关,因此可以通过分析植物体内的重金属来指示环境中的重金属水平。戴全裕在20世纪80年代初从水生植物的角度对太湖进行了监测和评价,认为水生植物对湖泊重金属具有监测能力。水生大型植物以其生长快速、吸收大量营养物的特点为降低水中重金属含量提供了一个经济可行的方法,例如可以通过控制浮萍的浓度使有机和金属工业废物的含量降低到最小。在室内实验中,浮萍可大幅度降低废水中的铁和锌,对锰的去除效率达100%。浮萍对重金属的富集程度超过了藻类和被子植物Azollafilliculoides,尤其是锌的富集系数很高,植株内的浓度比外面培养基内高2700倍。


  1.3水生植物对有毒有机污染物的植物的存在有利于有机污染物质的降解。水生植物可能吸收和富集某些小分子有机污染物,更多的是通过物质的沉淀和微生物的分解作用来净化水体。农业污染是一种"非点状源"的污染,大多数农业污染物包括来自作物施肥或动物饲养地的氮磷以及农药等。对除草剂莠去津来说,它在环境中大量存在,小溪中一般为1~5μg/L,含量较高时为20μg/L,而靠近农田的区域达500μg/L,甚至1mg/L[18]。水生大型植物常生长在施用点附近,农药浓度很高,暴露时间很长,所以水生大型植物和浮游植物对于莠去津比无脊椎动物、浮游动物和鱼类更敏感。高等植物虽不能矿化莠去津,但可以用不同的途径来修饰。Zablotowics等[19]在研究藻类对伏草隆的降解中发现,纤维藻和月芽藻能使阿特拉津去烃基。衣、绿藻属也能降解阿特拉津。一种高忍耐性地衣的藻层比率的变化可显示出当地空气污染的变化。毒死蜱在伊乐藻和水体中的分布表明,水生植物可吸收有机成分并有将其从水生环境中去除的能力。金鱼藻对灭害威的吸着能力的研究中,生长活跃的小枝是老枝吸收的5倍。膜构造及其完整性好象是重要的决定因子。水生植物对RHC,DDT,PCBs残留的吸收和积累中,果实比植株,叶比根贮存更多。


  1.4水生植物与其他生物的协同作用对污染物根系微生物与凤眼莲等植物有明显的协同净化作用。一些水生植物还可以通过通气组织把氧气自叶输送到根部,然后扩散到周围水中,供水中微生物,尤其是根际微生物呼吸和分解污染物之用。在凤眼莲、水浮莲等植物根部,吸附有大量的微生物和浮游生物,大大增加了生物的多样性,使不同种类污染物逐次得以净化。利用固定化氮循环细菌技术,可使氮循环细菌从载体中不断向水体释放,并在水域中扩散,影响了水生高等植物根部的菌数,从而通过硝化-反硝化作用。


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