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水生植物對汙染物的清除及其應用

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  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。而对于这些污染物的清除中,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、沈水植物、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、修饰和转运,对植物生态的保护和人畜健康方面有非常重要的意义。
  1水生植物對汙染物的清除
  1.1水生植物对氮磷的清除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。而大型沈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。沈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。在沈水植物分布区内,COD、BOD,总磷、铵氮的含量都普遍远低于其外无沈水植物的分布区。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。挺水植物则必须在湿地、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。衆多的研究表明,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,認爲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爲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Azollafilliculoides,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汙染物的清除植物的存在有利于有機汙染物質的降解。水生植物可能吸收和富集某些小分子有機汙染物,更多的是通過促進物質的沈澱和促進微生物的分解作用來淨化水體。農業汙染是一種"非點狀源"的汙染,大多數農業汙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,小溪中一般爲1~5μg/L,含量較高時爲20μg/L,而靠近農田的區域達500μg/L,甚至1mg/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遊植物對于莠去津比無脊椎動物、浮遊動物和魚類更敏感。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汙染的變化。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並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汙染物的清除根系微生物與鳳眼蓮等植物有明顯的協同淨化作用。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,然後擴散到周圍水中,供水中微生物,尤其是根際微生物呼吸和分解汙染物之用。在鳳眼蓮、水浮蓮等植物根部,吸附有大量的微生物和浮遊生物,大大增加了生物的多樣性,使不同種類汙染物逐次得以淨化。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,並在水域中擴散,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。