水环境生态修复国内外研究进展

前沿 2007．11中国水利 水环境生态修复国内外研究进展 李明传 (国家发展和改革委员会，100824，北京) 摘要：我国的江河湖库水体污染主要包括氮、磷等营养物和有机物污染两方面。目前国际上采用的技术主要有物 理方法、化学方法和生物一生态方法。本文从外源和内源两方面对目前国内外的生态修复方法加以阐述，分析了近 年国内外的相关文献资料．从方法上总结了河流、湖泊等水体生态修复的研究进展，并比较了各自的优点及缺陷。 关键词：生态修复；外源；内源；植物修复；生物调控 Thedomesticandoverseasresearchdevelopmentinecologicalrestorationofwaterenvironment／／LiMingchuan Abstract：Inourcountry，waterpollutionmostlyincludestwohands，oneisnitrogenandphosphorusnutrition，theother isorganiccontamination．Atpresentphysical，chemistryandbio—ecologicalmethodsarethemaintechnologieson international．Thispaperbrieflyanalyzesdomesticandoverseasinterrelatedliteraturesandinformationinrecentyears， itsnmmarizestheresearchdevelopmentfrommethodaspectinecologicalrestorationofriver、lakeandotherwater environment，andtheirrespectiveadvantagesanddisadvantageshavebeencompared． Keywords：ecologicalrestoration；outsidesource；insidesource；phytoremediation；biomanipulation 中图分类号：P333 文献标识码：A 文章编号：1000—1123(2007)11-0025—03 生态修复是利用生态系统原理， 采取各种修复受损伤的水体生态系统 的生物群体及结构．重建健康的水生生 态系统．修复和强化水体生态系统的主 要功能．并能使生态系统实现整体协 调，自我维持、自我演替的良性循环。 我国的江河湖库水体污染主要包 括氮、磷等营养物和有机物污染两方 面。目前国际上采用的技术主要有三 类：一是物理方法．即通过工程措施。进 行机械除藻、疏挖底泥、引水稀释等，但 往往治标不治本．只能作为对付突发性 水体污染的应急措施。二是化学方法． 如加入化学药剂杀藻、加入铁盐促进磷 的沉淀、加入石灰脱氮等。但花费大，并 易造成二次污染。三是生物一生态方 法，如放养控藻型生物、构建人工湿地 和水生植被．这是当前的研究热点。 对自然修复的分析有三种方法： 经验性分析．一维沉降分析．二维污 染物迁移分析。还可以通过定性的模 拟污染物对水体的影响．加深人们对 例如光合作用、呼吸作用及物质循环 等过程的深刻了解．从而更有助于生 态的自我修复。 湖泊水质恶化主要是外界输入 的大量营养物质在水体中富集造成 的．切实控制外源性营养物质的输入． 是湖泊水体生态修复的重要前提．同 时内源性负荷也是主要营养源。 一、外源性污染物质的控制 方法 1．流域内污废水的集中处理 实现流域内污废水的达标排放． 从根本上截断外部输入源．使水体失 去营养物质富集的可能性。相对于点 源来讲．非点源污染不仅量大而且较 难控制．可以通过控制氮肥施用量．平 衡氮、磷、钾的比例，有机肥还田，发 展“微生物菌肥”和农业农田灌溉节 水等方式加以控制。 2．恢复和重建滨岸带生态系统 一是建立环湖湿地保护带。这是 收稿日期：2007—05—08 作者简介：李明传(1962一)，男，国家发展和改革委员会。高级工程师。 从迁移、转化途径上控制陆域地表径流 营养物入湖的最后一道防线。二是恢复 和重建湖泊滨岸水生植被。通过物理阻 滞作用促使污染物沉积并大量吸收营 养盐。三是改造入湖河口生态与环境． 充分发挥入湖河13自然净化作用。 二、内源性污染物质的控制 方法 1．工程性措施 (1)稀释和冲刷 采用外流引水进行稀释和冲刷． 可以短时间内有效地减少污染物的浓 度和负荷．提高水体自净能力．还能影 响污染物质向底泥沉积的速率。但引 水稀释导致交换水体的生态体系发生 变化．也会产生一定的负面影响。 (2)底泥疏浚 底泥疏浚是修复湖泊水库的一项 有效技术．能够彻底去除积累在其中的 有毒有害物质．但须注意防止底泥泛起 以及底泥的合理处置．避免二次污染。 25 万方数据 前沿 CHINAWATERRESOURCES2007．11 (3)底泥覆盖 通过在底泥表面敷设渗透性小 的塑料膜或卵石．削减波浪扰动时的 底泥翻滚．有效抑制底泥营养盐的释 放．提高湖水透明度．促进沉水植物的 生长。但存在治标不治本。成本高，难 以大面积使用等缺点．而且影响湖体 固有的生态与环境。 (4)水力调度技术 根据水体条件不同．生物体在水 中可表现为3种状态：自由态、增长增 殖状态和抑制状态。水力调度技术是 根据生命体的生态水力特性．营造出 特定的水流环境和水生生物所需要的 环境．抑制藻类大量繁殖．采取水系连 通等方式．遵循“湖程取长．渠程取短” 的原则。但应注意防洪、防涝、防沙、防 螺、防污染迁移和防内源释放。 (5)气体抽提技术 利用真空泵和井．在受污染区域 诱导产生气流．将有机污染物蒸气．或 者将被吸附的、溶解状态的或自由相 的污染物转变为气相．抽提到地面．然 后再进行收集和处理。在美国．抽提技 术几乎已经成为修复受加油站污染的 地下水和土壤的“法定”技术。 (6)空气吹脱技术 在一定的压力条件下．将压缩空 气注入受污染区域．使溶解在地下水中 的挥发性化合物、吸附在土壤颗粒表面 上的化合物以及阻塞在土壤空隙中的 化合物驱赶出来。在实际应用中．它和 抽提技术相结合可以得到更好的效果。 2．化学方法 (1)磷的沉淀和钝化 该技术属于改善湖泊水库的技 术，向水体中投加硫酸铝『A1：(so。)，· 18H：0]，形成磷酸铝[AlP04]沉淀，吸附 在A1(OH)，絮体表面．以及含磷颗粒 的网捕过程等去除磷。如果将大量氢 氧化铝投加覆盖在底泥表面．可以随 时吸附任何从底泥中释放的磷或者 形成铝酸盐，起着钝化的作用。 (2)投加石灰法 水体酸化主要是由于化石燃料 26 燃烧造成的．投加石灰是快速修复酸 化湖泊水库的简便方法．并得到广泛 的认可，在美国、加拿大和欧洲(如瑞 典、挪威等国家)得到成功的应用。 (3)原位化学反应技术 通过化学反应和生物反应例如氧 化、还原、吸附、沉淀、有机金属络合等， 使重金属离子在受污染地点就地固定 下来。常用的物质包括石灰[Ca(OH)E]、 灰烬(KOH)和硫化钠(Na’S)等。此外， 化学氧化可以将有机物转化为无毒 或者毒性比较小的化合物。常用的氧 化剂为二氧化氯、次氯酸钠或者次氯 酸钙、过氧化氢、高锰酸钾和臭氧。 3．生物一生态强化法 (1)水生植物修复技术 在适宜的生长条件下与水中微生 物、藻类等生物共同作用的水生植物， 根据其自身特点．将水中的富营养化物 质，如N、P、重金属污染物等吸收在根、 茎、叶等不同部位．从而既提供自身的 营养需求．又达到净化水质的作用．而 且通过促进根际微生物的活动可加速 有机污染物的生物降解．目前国内外研 究并广泛应用的技术有以下几种： ①人工湿地技术 湿地土壤是固相和液相组成的疏 松多孔体系．含有大量的胶体颗粒．它 们具有很大的表面积和表面能．对去除 有机物和重金属具有重要作用。在湿地 处理系统中物理作用只要是沉淀、过滤 和吸附．可去除固体悬浮颗粒：化学作 用主要是对重金属与填料反应得以去 除：生物作用比较复杂，主要是水生植 物和各种微生物的协同作用。 人工湿地技术的不足在于当进 水悬浮性污染物fss)及有机物浓度 过高时易产生堵塞和严重厌氧化而 造成植物根系腐烂最终死亡。 ⑦前置库技术 受保护的湖泊水体上游支流利 用天然或人工库(塘)拦截暴雨径流． 工艺流程如下：径流污水——沉砂 池——配水系统——植物塘——湖 泊。水生植物是前置库中不可缺少的 主要组成部分．从水体和底质中吸收 大量氮、磷满足生长需要．成熟后从 前置库中去除被利用。 (面水生植被恢复技术 所谓“水生植被恢复技术”并非 要再造原有植被．而是根据现实的湖 泊生态与环境需求．并结合残存的水 生植被基础．在已经被破坏的湖泊环 境基础上重新设计和构造良性湖泊 生态。该技术必须以削减水体的营养 负荷为前提．否则人工恢复的水生植 被无法维持稳定状态。 ④水培技术 利用富营养化水在种植槽中无土 栽培经济作物．借助植物发达的根系． 对流入浅水中的悬浮物进行过滤．这些 悬浮物中的有机物和营养盐类、微生 物、原生动物和后生动物构筑起一个生 物相对丰富的生态系统．该技术在美 国、日本等国家进行了大量研究，可以 生产出具有经济价值的食用植物或观 赏植物．并通过堆肥达到资源的循环利 用。该技术的优点是在一定程度上隔绝 土壤病原菌和害虫对作物的侵染．故无 连作障碍．同时节省劳动力。 ⑤生态浮岛技术 植物净水工程的一种．是绿化技 术与漂浮技术的结合体．植物生长的浮 体一般是由发泡聚苯乙烯制成的．质轻 耐用。岛上植物可供鸟类休息．下部植 物根系形成鱼类和水生昆虫生息环境． 同时能吸收引起富营养化的氮和磷。与 人工湿地技术相比生态浮岛技术最大 优点在于不另外占地．较适合我国大多 数河流无滩涂空间利用的特点。 综上所述．植物修复技术主要有 以下优点：低投资、低能耗：处理过程与 自然生态系统有着更大的相融性：无二 次污染：能实现水体营养平衡．改善水 体的自净能力：对水体的各种主要污染 物均有良好的处理效果。其中处理有 机污染的最大优势在于植物能同化 大多数的化合物为CO，或作为细胞 骨架．即使一些环境污染物在植物内 大量积累也能通过转移植物而清除。 万方数据 前沿 局限性在于运作条件高、处理时间 长、占地面积大及受气候影响严重。 植物修复被认为是有前途的环 境修复技术之一．但有许多问题如如 何筛选、培育和合理搭配高效率的植 物品种以满足不同环境的修复需要． 尤其是低温季节提高植物修复效率等 问题有待进一步探讨。充分发挥该技 术的优势．关键在于对不同类型植物 对不同污染物最佳去除作用的基础性 研究．以实现因地制宜的优选水生植 物，形成一个良好的修复系统。 (2)生物调控技术 生物调控技术修复水生生态系 统是利用营养级链状效应．在水库中 投入选择鱼类．吞食另一类小型鱼 类．借以保护某些浮游动物不被小型 鱼类吞食．而这些浮游动物的食物正 是人们所讨厌的藻类。该技术具有以 下优点：处理效果好，工程造价低，运 行成本低。不会形成二次污染．还可 适当提高水库的经济效益。 (3)生物膜技术 根据天然河床上附着生物膜的 过滤作用及净化作用．人工填充滤料 和载体．利用滤料和载体比表面积 大，附着生物种类多、数量大的特点， 从而使河流的自净能力成倍增长。生 物膜技术因其降解能力强、接触时间 短、占地面积小以及投资少等特点而 得到了长足的发展与应用。一些发达 国家已经在工程实践中运用多种生 物膜技术对污染严重的中小河流进 行净化并获良好效果．我国在此方面 还只是处于试验阶段．没有真正的工 程实践。目前可采用的方法主要有人 工填料接触氧化法、薄层流法、浮流 净化法、砾间接触氧化法、生物活性 炭净化法等． (4)微生物修复技术 微生物可以将受污染水体中的 有机物降解为无机物．对部分无机污 染物如氨氮进行还原从而去除．为了 充分发挥微生物在污染物降解和转 化方面的作用，目前有两种方式：一 是补充污染物高效降解微生物：可以 使用具有某种特定功能的菌群：也可 以从受污染水体和底泥中分离筛选 后富集培养．再返回受污染水域：还 可以利用基因工程菌的接合转移．二 是为土著微生物提供合适的营养和 环境条件：合适的营养和环境条件可 以激活生长代谢缓慢或处于停滞状 态的土著微生物．使其重新具有污染 物高速分解的能力。 (5)仿生植物净化技术 以重建健康的河流生态系统为 基础，用具有很强弹性、韧性和柔性 的材料仿照河流生态系统中的沉水 植物轮藻设计而成。仿生植物以河道 中原有的天然生物菌群作为种源．在 填料丝表面经过生物的自然富集形 成生物膜．通过微生物的生命活动去 除水中的污染物质。 该技术在有效净化污染水体的 同时还具有如下特点：不影响河流的 航运和泄洪等功能：不破坏河流生态 系统：适合河流复杂多变的水流条 件；比表面积大，空隙率高：化学与生 物稳定性强．不溶出有害物质：价格 便宜．便于安装。 (6)土地处理技术 污水特别是生活污水中含有大 量的氮、磷等营养物质．用污水通过 慢速渗滤方式进行农业灌溉可以满 足农作物和其他植物生长所必需的 营养．同时也去除了污染物质．能在 很大程度上缓解我国水资源的紧缺 状况。工艺流程图如下：原污水—— 污水蓄水池——厌氧调节池——土 地处理系统——排水井。该方法对 氮、磷等污染物的去除效果较好，但 是水力负荷一般较低。渗流速度慢。 (7)深水曝气技术 通过机械方式将深层水抽取出来 曝气然后回灌深层．或注入纯氧和空气 全部提升至水面再释放等方式．使水体 中溶解氧浓度升高．改善冷水鱼类的生 长环境和增加食物供给．又通过改善底 泥界面厌氧环境为好氧条件来降低内 2007．11中国水利 源性磷的负荷。该技术对水体生态与环 境的修复有着深远的影响。 三、结语 总的来说．在水体生态修复方 面．目前国内仍处于起步和技术探索 阶段．整治工作基本处于水质改善和 景观建设阶段．缺乏传统水利、生态 系统栖息地和景观的有机结合：而国 外已经形成了较为成熟的理念及相 关技术、和。比如日本在湿 地修复水资源方面所做的工作很值 得我们借鉴。在今后的水生态修复研 究工作中要多学习借鉴其他国家的 先进技术理念．逐步改善我国的生态 与环境。 ■ 参考文献： 『11张学勤，曹光杰．城市水环境质量问 题与改善措施Ⅱ】．城市问题，2005(4)． 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9.夏会龙.吴良欢.陶勤南 有机污染环境的植物修复研究进展[期刊论文]-应用生态学报 2003(3) 10.童昌华.杨肖娥.濮培民 低温季节水生植物对污染水体的净化效果研究[期刊论文]-水土保持学报 2003(2) 相似文献(10条) 1.学位论文 成小英 富营养化湖泊局部水体生态修复的物理生态工程—以莫愁湖为例 2002 为了进一步完善物理生态工程技术,深入探讨生态修复机理,自2000年起,在南京莫愁湖局部水体,开展了" 旅游湖泊生态修复的物理生态工程示范实 验"研究.通过实践,得出如下主要结论:①物理工程的软隔离墙技术不仅可有效的保护新修复建立的湖泊生态系统,而且可有效切断外源污染.②切断外污 染源后,水质化学指标有所改善,但仍不足以遏制澡类爆发,许多情况下, chla甚至比未切断外污染源的湖区高.③用塑料膜覆盖湖底的实验表明,该措施可 以增加DO和SD,但降减总氮、总磷的效果很有限,CODM<,Mn>及Chla则反而增加,无法据此控制富营养化.④凤眼莲较藻类更易收集利用,更能有效净化水质 ,实验证明,未能取出的少量凤眼莲所造成的影响可以忍受;因此,在大规模治理工程中,工业化、集约式的利用、收集、加工凤眼莲,使之成为有经济效益 的资源,是很有应用前景的途径.⑤在藻型富营养化湖泊中,投放4 g/m<'3>"西菲利"商品菌种2+水草及8g/m<'3>"西菲利"商品菌种2,净化效果较好;沉水植 物具有对高浓度该细菌的遏制作用和对低浓度该细菌的增殖作用.⑥在长有水草的实验区内,使用灰砖作为矿物载体,可放大细菌数量并且改善水质. 2.会议论文 崔芳.王颖.李艳霞.邵磊.景志杰 西北干旱半干旱地区湖泊应用生态修复技术的探讨 2007 本文针对西北干旱半干旱地区湖泊水环境现状,如:水位下降、面积萎缩；水质咸化；生态系统退化,生物多样性减少等。从控制外源污染的技术、消 除内源污染的技术、藻类控制技术和水质强化净化技术方面总结了目前国内外使用较为广泛、理论比较成熟、处理效果较好的生态修复技术,提出在湖泊 生态修复过程中应考虑的因素。 将来在西北干旱半干旱地区湖泊的生态修复中,根据当地湖泊的实际情况,对各种技术进行综合应用,为实现对西北 干旱半干旱地区湖泊的治理提供一定的理论依据。 3.会议论文 武剑博.黄引平.刘春溪 河湖生态修复与环保疏浚 2008 随着对水环境治理的深入研究,人们认识到截外源、清内源、生态修复和长效管理等措施的综合运用是实现河湖水环境恢复的根本途径。在污染源截 断的情况下,与生态修复相结合的环保疏浚必将在河湖水环境治理中发挥重要作用。本文阐述了生态修复与环保疏浚的作用,分析了环保绞刀的结构特点 。 4.期刊论文 王海龙.常学秀.王焕校.WANG Hailong.CHANG Xuexiu.WANG Huanxiao 我国富营养化湖泊底泥污染治理 技术展望 -楚雄师范学院学报2006,21(3) 富营养化是水体严重污染的一个重要标志.目前,我国湖泊富营养化比例超过80%.而一般认为造成湖泊富营养化的污染源可以分为外源(点源和非点源 )及内源两种.所谓内源,就是指沉积在底泥中的营养盐在适当的条件下进入水体,造成水体的二次污染.当湖泊的外源得到控制后,内源即成为富营养化的 主导因子,并且可以在很长一段时间内维持湖泊的富营养化状态.因此,如何处理富营养化湖泊中污染的底泥问题已经引起了很多学者的普遍关注.本文就 富营养化湖泊底泥污染治理技术及其应用情况进行了总结,认为底泥治理技术可以分为原位处理技术和异位处理技术两种;并结合我国国情对各种技术的 优缺点进行了研究和比较,认为原位处理技术是异位处理技术的重要补充,可以兼顾短期效益和长期效益.并对目前研究的热点--生物处理技术的研究及使 用情况进行了讨论,强调了底泥生态修复的理念,并对其应用前景进行了展望,认为生态修复技术是解决湖泊底泥污染问题的必经途径. 5.期刊论文 张宏伟.朱雪诞.车越.卓元午.胡伟.ZHANG Hong-wei.ZHU Xue-dan.CHE Yue.ZHUO Yuan-wu.HU Wei 基 于区域发展与水源保护的大莲湖生态修复途径 -中国给水排水2009,25(18) 区域发展与水源保护的冲突是当前我国城市化过程中面临的主要环境问题之一,以上海西郊淀山湖湿地--大莲湖为研究区域,从内外源污染、水环境 、底泥、生态环境等角度分析了水源区湖泊生态系统存在的环境问题,探讨了当前存在的主要环境冲突,并从区域发展与水源保护的综合视角出发,提出了 规划层面以湖泊功能定位协调与生态功能分区相结合、操作层面以生态修复工程与产业结构调整相结合的湖泊生态修复途径. 6.学位论文 周香香 崇明前卫村沟渠生态修复示范工程研究 2008 在注重人与自然和谐相处的今天,河道生态问题倍受关注。随着人们对居住环境和生态环境需求的提高,近年来围绕着城乡地区河道生态修复工程技 术、水体生态系统复育、生态护坡技术等生态修复措施与技术进行了大量研究,河道整治中的河道护坡技术也由原来的纯工程性措施逐步向生态河道护坡 技术发展。然而,作为一种湿地生态系统和水生廊道系统,农村地区村镇沟渠的生态环境效应未能引起足够的重视,有关方面的研究也较少。目前,农村地 区修建的沟渠还是主要作为排水和灌溉的渠道。 崇明作为长江口大型的冲积海岛,密集的河网水系是崇明岛五大特色生态景观之一,在整个岛的生 态建设中发挥着独特的作用。随着上海地区城市化过程的加速,崇明河网水系出现了水体环境污染、生态功能退化、生物迁移廊道及栖息环境受损等一系 列问题。这种现象在崇明前卫村表现得尤为突出,给区域内居民生活环境以及水环境质量带来日趋严重的问题。为此,在充分借鉴国内外河网沟渠重建成 功经验的基础上,结合崇明前卫村的气候、水文、生态等具体条件,对前卫村的生态沟渠建设示范工程进行了研究,旨在为崇明生态岛建设乃至其他地区的 生态沟渠建设起到示范作用,以期为农村地区村镇沟渠的生态重建提供科学的方法和合理的技术。 本研究在前卫村中心区休闲岛原有沟渠生态状况 调查研究的基础上,针对存在的具体问题,对环岛一周约600m的沟渠进行综合改造和修建。采用近自然生态理念,通过建立由陆地到水体的生态型雨水排水 系统,对分散的点源和面源污染进行拦截,净化,实现“外源”汇集、净化水质,景观观赏的多重功能。沟渠坡岸采取土壤生物工程为主的生物护坡技术,稳 定边坡；在疏通沟渠的基础上,因地制宜地改造沟渠系统,合理布置氧化塘和沸石处理系统,以净化和改善水质。 为评估示范工程效果,工程结束后 通过地表径流模拟实验及坡岸土壤参数、生物多样性、沟渠水体总氮和总磷含量等指标对该示范工程进行了评估。结果表明：与对照相比,使用灌丛垫技 术修复后的坡岸土壤剪切力、紧实度和土壤湿度显著提高(P<0.05),坡岸植被延缓径流和去除悬浮物效果显著(P<0.05);使用柴笼技术修复后坡岸的土壤 剪切力和悬浮物去除率显著提高(P<0.05),但对土壤湿度、紧实度和雨水径流的延滞作用不太明显。示范工程实施后,沟渠内水质得到明显改善,总氮和总 磷含量显著下降(P<0.05),沟渠坡岸的生境质量和景观效果得到改善,生物多样性明显增加。坡岸植被稳定边坡效应的研究结果表明植被冠层对雨水有一 定的缓冲截流效应。同时使用了生物护坡的坡岸土壤有机质和水稳性团聚体(r>0.25mm)含量得到明显提高(P<0.05),并且两者存在显著的相关关系。示范 工程表明,土壤生物工程是一项极具生命力的坡岸生态修复技术,将该方法和其他生态修复技术集成具有简单易行、效果明显的特点,同时可以稳定坡岸、 改善沟渠的栖息地质量以及修复大城市郊区村镇沟渠的生态环境。崇明前卫村沟渠生态修复示范工程在保持沟渠发挥储水和排水的功能的基础上,遵循人 与自然和谐共处的基本原则,充分利用农村现有的自然环境,兼顾沟渠治理、水质净化、生境恢复和景观建设的有机协调,使修复后的沟渠达到了“水清、 岸绿、景美、畅游”的水生态建设目标。 7.期刊论文 陈甜甜.夏宜平 富营养化浅水湖泊的生态修复 -技术与市场（下半月）2006(10) 富营养化湖泊的生态修复要以工程治理辅助生态治理手段.工程治理包括控制外源污染尤其是农业面源污染、减少内源污染、投加化学试剂、以及人 工湿地、引水冲污等;生态措施的核心是建立水生植物群落;通过生物控制控制藻类生物量;进行沿岸带生态建设,恢复湖滨湿地和湖岸绿化等.在构建水生 态系统的同时,还应进行湖泊的景观生态规划,合理开发湖泊的景观价值. 8.期刊论文 王社宁 河流型饮用水水源生态修复技术 -甘肃科技2009,25(23) 简要回顾了国内外生态修复技术研究进展.针对目前河流型饮用水水源存在的环境问题,提出生态系统修复可以采用的技术,即基础生境改善、外源控 制、内源清除、河道疏浚、生态调水、湿地保护区、生态护坡、河道污染控制工程、生态浮床技术、生物多样性保护、优化群落结构和长效管理.同时 ,在水源地生态修复中必须正确处理好以下四个方面的关系:流域治理与饮用水水源治理的关系、污染治理与生态修复的关系、陆域治理与水体修复的关 系、工程建设与管理措施的关系. 9.期刊论文 李大成.吕锡武.纪荣平.LI Da-cheng.L(U) Xi-wu.JI Rong-ping 受污染湖泊的生态修复 -电力环境保 护2006,22(1) 分析我国湖泊水体的水质现状及其污染成因,从外源性污染物质和内源性污染物质两个方面,详细阐述具体的生态修复措施,结合工程实例,介绍其应 用效果及优缺点. 10.学位论文 陆引罡 铅镍富集植物的筛选及其根际微生态特征 2006 本研究通过对我国西部地区，尤其是贵州省重金属富集植物的资源调查，应用溶液培养、盆栽试验、室内分析相结合的方法，筛选出重金属富集植 物，以贵州省典型、具有代表性的酸性黄壤为供试土壤，研究了重金属富集的机理、影响因子、根际微生物的群落特征等，为筛选、利用、开发超积累 植物，恢复生态提供了科学依据。主要结果如下： 1.铅富集植物的筛选。 1.1在试验的前期工作中，收集了60余种草坪植物或杂草种子，利 用田间微区试验，加入外源铅进行了耐受性研究，初步筛选出四种铅耐性较强的植物，它们是翦股颖、黑麦草、狗牙根和早熟禾和番茄，镍耐性强的植 物是车前草。 1.2溶液培养试验表明，在四种供试草坪植物中，翦股颖的株高与根长受抑制程度低于其它三种植物，说明翦股颖对铅有较强的耐受 性，其耐性强于其它三种植物。在土培试验中，铅在各种植物体内的含量顺序是黑麦草＞翦股颖＞狗牙根＞早熟禾(以各种植物器官的最高含量计)。黑 麦草对铅有较强的吸收能力，其体内可能存在铅的富集机制。 1.3植株地上部和根系含铅量的比值即茎叶/根系(S/R)能反映铅在植物体内的运输和 分配情况，从茎叶/根系(S/R)比值看，铅从根部向地上部运输的能力为：翦股颖＞黑麦草＞狗牙根＞早熟禾。 1.4根系耐性指数是重金属处理的根 系长度与对照根系长度的比值，可以很好地反映植物对重金属的耐性情况。根据根系耐性指数，四种植物对铅的耐性为：翦股颖＞黑麦草＞早熟禾＞狗 牙根。 1.5富集系数是衡量植物积累重金属能力的重要指标，富集系数越大，植物积累重金属的能力越强。从富集系数看，四种植物的富集能力为 ：翦股颖＞黑麦草＞狗牙根＞早熟禾。 1.6在植物的生长过程中，植株生物量和植株高度的变化可以指示土壤重金属对植物生长的影响。四种草坪 植物对铅的抗性大小依次为：翦股颖＞黑麦草＞早熟禾＞狗牙根。 综上所述，黑麦草和翦股颖对Pb的积累量虽然达不到重金属超积累植物的标准 ，但富集效果优于60余种其它供试植物，推荐作为Pb污染地区的生态修复植物。 2.镍富集植物的筛选。 2.1在100mgNi·kg-1土和 150mgNi·kg-1土的污染土壤中，车前草地下部根生物量随土壤中氮浓度提高而显著增加，生物量与土壤含氮量呈显著正相关(P＜0.01)；在车前草根系 内，Ni的浓度随土壤中Ni的浓度提高而增加，它们之间显著呈正相关(P＜0.01)。 2.2车前草地上部干重呈现出随氮磷施用量的提高而增加的趋势 。尽管车前草对镍有一定的忍耐能力，但在高浓度(200mgNi·kg-1土)的土壤环境中，生长显著受到抑制。此外，车前草地上部干重与土壤中镍的浓度呈 负相关(P＜0.01)。 2.3在不同肥力的土壤上，通过研究车前草对镍污染的修复效果表明：在土壤肥力较低(低氮低磷)时，车前草富集土壤Ni的能 力较强(6.17﹪)；在高氮(200mgN·kg-1土)处理中，车前草对Ni的富集率偏低。但在Ni污染的土壤中，Ni的含量通常在150mgNi·kg-1土以下，低于本试 验中加入的量，车前草可用于修复中、轻程度污染的土壤，Ni导致植物中毒的临界值还有待于进一步探明。 综上所述，土壤肥力较低时，车前草 富集土壤镍的能力较强，适用于修复中、轻程度污染的土壤。 3.番茄对酸性黄壤中铅的吸收特性与富集效果。 3.1土壤中的铅不会对番茄产 生明显的毒害病症状，即使植株吸收了大量的铅，仍然能够正常生长发育，只是干物质积累量有所降低。在酸性黄壤中，如果铅的浓度超过50mg·kg- 1，番茄的干物量下降。 3.2番茄可以直接吸收土壤中的铅，并残留在各个部位，植株的含量随着土壤铅含量的增加而提高，番茄吸收铅的最大速 度在出苗后80d左右，出苗80d后至成熟，番茄对铅的吸收持续减少，但后期对铅的吸收量仍大于前期(50d以前)。 3.3番茄从土壤中吸收铅之后 ，具有强烈的分异特征，其中铅在根系中的积累量最大，是叶、茎、果实的几倍，说明根系是铅转移的良好屏障，防止了铅向叶、茎、果实的迁移。 3.4番茄富集土壤Pb的能力较强，富集率达到4.38﹪。在酸性黄壤中，如果含铅量大于50mgPb·kg-1土，导致番茄果实中铅含量超标，可能通过食物链 进入人体，危害人类健康。土壤中的铅对人体的危害作用具有潜在性和隐蔽性，这为及时发现和防治土壤-植物体系中的铅污染增加了难度。 4.铅 富集植物的根际土壤微生态特征。 4.1选择贵州省典型的地带性土壤—黄壤作为供试土壤，采用外加铅的盆栽试验，研究了黑麦草、翦股颖、狗牙 根、早熟禾四种草坪植物根际土壤微生物特性。结果表明：向土壤添加100～3000mgPb·kg-1土，随着Pb浓度的升高，微生物量总体上出现增加的趋势 ，其中细菌和真菌数量增加，放线菌数量降低。由于翦股颖特殊的根际环境，铅对微生物的危害作用减轻。 4.2在黑麦草、翦股颖、狗牙根、早熟 禾四种草坪植物根际土壤中，过氧化氢酶、淀粉酶和中性磷酸酶的活性均与土壤铅含量呈负相关，其中与淀粉酶活性的负相关程度达到极显著水平，故 可把淀粉酶活性变化视为黄壤铅污染的预警指标。 4.3在土壤中，各形态Pb的含量均随添加量增加而升高。其中，碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合 态Pb增幅较大，交换态Pb含量增幅很低。此外，随Pb的添加量增加，交换态、铁锰氧化物结合态和碳酸盐结合态Pb在土壤中所占的比重增大，其余两种 形态却有减小趋势。 4.4连续提取根袋土壤中各种形态的铅，获得了黄壤不同植物根际中土壤铅的化学形态与土壤酶(脲酶、过氧化氢酶、中性磷 酸酶、淀粉酶)活性之间的关系。结果表明，土壤总铅量和不同形态的铅影响土壤酶的活性。在不同植物的根际中，影响程度也有所不同。回归分析发现 ，碳酸盐结合态铅和铁锰结合态铅显著抑制土壤淀粉酶活性。所以，在铅污染的黄壤中，碳酸盐结合态铅、铁锰结合态铅与淀粉酶活性均可作评价黄壤 铅污染程度的主要化学和生物学指标。 5.镍富集植物的根际土壤微生态特征。 5.1以黄壤作为供试土壤，外加镍室内种植Ni集植物与非富集 植物，通过研究土壤微生物活性及其群落结构表明，较低浓度的镍提高了土壤微生物活性，当镍浓度大于100mgNi·kg-1土时，供试土壤的微生物活性开 始下降，其中微生物碳氮和基础呼吸随重金属浓度的增加而明显下降。在镍污染的土壤中种植车前草后，微生物碳氮的减少量与种植狗牙草的差异极显 著(P＜0.01)，微生物碳氮比的提高幅度远低于种植狗牙草的处理。表明重Ni富集植物对微生物碳氮及其比例的影响显著小于非富集植物。 5.2土 壤基础呼吸速率是土壤微生物活性指标的重要参数。研究表明，镍污染抑制了供试黄壤的基础呼吸。种植狗牙草后，土壤基础呼吸的下降幅度大于种植 车前草的土壤。在镍污染的土壤中，微生物代谢商均不同程度地现出下降趋势，其原因可能是在镍污染和非污染的土壤中，微生物对不同基质的利用率 不同，或土壤微生物区系组成各异，从而影响了土壤微生物的繁殖和有机碳矿化。 综上所述，种植镍富集植物车前草后，对原有土壤的微生物碳 氮及其比例、基础呼吸、微生物代谢商的影响明显小于非富集植物，有利于土壤原有微生物活性的恢复。 5.3土壤细菌、放线菌、真菌是土壤生态 系统中微生物的主要成分。重金属污染土壤之后，微生物区系的演变是反映土壤环境质量变化的重要生物学指标。研究表明，在镍重度污染的土壤中 ，微生物区系改变，细菌、放线菌及真菌数量下降，尤以放线菌最显著。在镍污染的土壤中种植富集植物—车前草之后，土壤微生物区系变化不大，说 明在Ni污染的土壤中，该植物使的微生物保持了原有的群落结构，表现出良好的修复能力。 引证文献(8条) 1.杨倩.任珺.陶玲.罗青龙 重金属污染水体的植物修复研究现状[期刊论文]-广州化工 2009(2) 2.于世龙.韩玉林.付佳佳.黄苏珍 富营养化水体植物修复研究进展[期刊论文]-安徽农业科学 2008(31) 3.黎桂芳.彭剑峰 萍水河水质状况及治理策略[期刊论文]-萍乡高等专科学校学报 2008(3) 4.王兵.王学明.毕顺华 用生态治理理念整治爱伊河[期刊论文]-中国水利 2008(17) 5.黄亮.黎道丰.蔡庆华.唐涛 不同水生植物对滇池入湖河道污水净化效能的比较[期刊论文]-生态环境 2008(4) 6.郭军辉.徐剑.程卫国 自嵌式植生挡土墙在水环境中的应用[期刊论文]-水利水电技术 2008(9) 7.宁华.张荣先.陈浩.杨志荣.孙群 滇池中芽孢杆菌的ARDRA分类及溶藻特性[期刊论文]-湖泊科学 2008(5) 8.王飞.翟鹏飞 骆马湖水环境变化趋势及对策研究[期刊论文]-中国水利 2007(23) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zhonggsl200711012.aspx 下载时间：2010年4月12日