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水生知識
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水生植物對污染物的清除及其應用

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  人類的活動會使大量的工業、農業和生活廢棄物排入水中,使水受到污染。水污染可根據污染雜質的不同而主要分為化學性污染、物理性污染和生物性污染三大類,基本上以化學性污染為主。具體污染雜質有無機污染物質、無機有毒物質、有機有毒物質、植物營養物質等。而對于這些污染物的清除中,水生植物起著非常重要的作用。 水生植物指生理上依附于水環境、至少部分生殖周期發生在水中或水表面的植物類群。水生植物大致可區分為四類:挺水植物、沉水植物、浮葉植物與漂浮植物。而大型水生植物是除小型藻類以外所有水生植物類群。水生植物是水生態系統的重要組成部分和主要的初級生產者,對生態系統物質和能量的循環和傳遞起調控作用。它還可固定水中的懸浮物,并可起到潛在的去毒作用。水生植物在環境化學物質的積累、代謝、歸趨中的作用也是不可忽視的。用水生植物來監測水生污染、對污染物進行生態毒理學評價及其進入生物鏈以后的生物積累、修飾和轉運,對植物生態的保護和人畜健康方面有非常重要的意義。
  1 水生植物對污染物的清除
  1.1 水生植物對氮磷的清除 湖泊富營養化已成為一個世界性的環境問題。利用水生大型植物富集氮磷是治理、調節和抑制湖泊富營養化的有效途徑之一。湖泊水環境包括水體和底質兩部分,水體中的氮磷可由生物殘體沉降、底泥吸附、沉積等遷移到底質中。對過去的營養狀況的追蹤表明,水生植物可調節溫度適中的淺水湖中水體的營養濃度。而大型沉水植物則通過根部吸收底質中的氮磷,從而具有比浮水植物更強的富集氮磷的能力。沉水植物有著巨大的生物量,與環境進行著大量的物質和能量的交換,形成了十分龐大的環境容量和強有力的自凈能力。在沉水植物分布區內, COD、BOD,總磷、銨氮的含量都普遍遠低于其外無沉水植物的分布區 。而漂浮植物的致密生長使湖水復氧受阻,水中溶解氧大大降低,水體的自凈能力并未提高,且造成二次污染,影響航運。挺水植物則必須在濕地、淺灘,湖岸等處生長,即合適深度的繁衍場所,具有很大的局限性。
  1.2 水生植物對重金屬的清除 水生植物對重金屬Zn、Cr、Pb、Cd、Co、Ni、Cu等有很強的吸收積累能力。眾多的研究表明,環境中的重金屬含量與植物組織中的重金屬含量成正相關,因此可以通過分析植物體內的重金屬來指示環境中的重金屬水平。戴全裕在20世紀80年代初從水生植物的角度對太湖進行了監測和評價,認為水生植物對湖泊重金屬具有監測能力。水生大型植物以其生長快速、吸收大量營養物的特點為降低水中重金屬含量提供了一個經濟可行的方法,例如可以通過控制浮萍的濃度使有機和金屬工業廢物的含量降低到最小。在室內實驗中,浮萍可大幅度降低廢水中的鐵和鋅,對錳的去除效率達100%。浮萍對重金屬的富集程度超過了藻類和被子植物Azolla filliculoides,尤其是鋅的富集系數很高,植株內的濃度比外面培養基內高2700倍。
  1.3 水生植物對有毒有機污染物的清除 植物的存在有利于有機污染物質的降解。水生植物可能吸收和富集某些小分子有機污染物,更多的是通過促進物質的沉淀和促進微生物的分解作用來凈化水體。農業污染是一種"非點狀源"的污染,大多數農業污染物包括來自作物施肥或動物飼養地的氮磷以及農藥等。對除草劑莠去津來說,它在環境中大量存在,小溪中一般為1~5 μg/L,含量較高時為20 μg/L,而靠近農田的區域達500 μg/L,甚至1 mg/L[18]。水生大型植物常生長在施用點附近,農藥濃度很高,暴露時間很長,所以水生大型植物和浮游植物對于莠去津比無脊椎動物、浮游動物和魚類更敏感。高等植物雖不能礦化莠去津,但可以用不同的途徑來修飾。Zablotowics等[19]在研究藻類對伏草隆的降解中發現,纖維藻和月芽藻能使阿特拉津去烴基。衣、綠藻屬也能降解阿特拉津。一種高忍耐性地衣的藻層比率的變化可顯示出當地空氣污染的變化。毒死蜱在伊樂藻和水體中的分布表明,水生植物可吸收有機成分并有將其從水生環境中去除的能力。金魚藻對滅害威的吸著能力的研究中,生長活躍的小枝是老枝吸收的5倍。膜構造及其完整性好象是重要的決定因子。水生植物對RHC,DDT,PCBs殘留的吸收和積累中,果實比植株,葉比根貯存更多。
  1.4 水生植物與其他生物的協同作用對污染物的清除 根系微生物與鳳眼蓮等植物有明顯的協同凈化作用。一些水生植物還可以通過通氣組織把氧氣自葉輸送到根部,然后擴散到周圍水中,供水中微生物,尤其是根際微生物呼吸和分解污染物之用。在鳳眼蓮、水浮蓮等植物根部,吸附有大量的微生物和浮游生物,大大增加了生物的多樣性,使不同種類污染物逐次得以凈化。利用固定化氮循環細菌技術,可使氮循環細菌從載體中不斷向水體釋放,并在水域中擴散,影響了水生高等植物根部的菌數,從而通過硝化-反硝化作用。

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