大型水生植物對(duì)污染水體的凈化作用和機(jī)理

1、大型水生植物對(duì)污染水體的凈化作用和機(jī)理/ 屠曉翠1, 蔡妙珍2* ,孫建國(guó)1浙江師范大學(xué)初陽(yáng)學(xué)院,金華 321004;浙江師范大學(xué)化學(xué) 與生命科學(xué)學(xué)院,金華321004摘 要：大型水生植物在水污染治理中有著積極作用,能通過1物理的作用,如植物根系會(huì)分泌含特殊的功能團(tuán)的有機(jī)物,吸附、過濾和沉淀水中的化合物；2化學(xué)的作用,直接吸收和利用可利用態(tài)N、P,以及從周圍環(huán)境中交換吸附重金屬等；3微生物的輔助作用到達(dá)凈化水質(zhì)的效果.因此大型水生植物將 成為很有前途的綜合處理污水的新生力量.關(guān)鍵詞：水體污染；大型水生植物；水體凈化；機(jī)理Abstract :Macrophytes have positive r

2、oles in water pollution treatment First, through physical functions, macrophytes can purge the polluted water. For example: The root of macrophytes c an excrete specialfunctiongroups which can absorb,filterand precipitate chemical compound of water. Second, throug h the function of chemistry, macrop

3、hytes absorb and utilize bioavailable N, P and exchange absorbtion heavy metals fr om the surrounding environment directly, etc. Third, through the auxiliary function of the microorganism , macrophytes can get the result of purifying water quality. So macrop hytes will become promising force of comp

4、rehensive treatment sewage .Key words: water pollution ; macrophytes; water body purifi cation; mechanism、近年來,隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛開展,排入江河湖泊 的工業(yè)廢水和生活污水日益增加,而水處理設(shè)施建設(shè)嚴(yán)重滯后,引起了局部水 域環(huán)境的嚴(yán)重污染,富營(yíng)養(yǎng)化的水域日益增多.工業(yè)廢水中一些具有“三致 作用的難降解有毒有機(jī)污染物,因缺乏有效的處理方法,進(jìn)入水體后直接威脅 到人類的健康及其它生物的生存1.在污水處理中,傳統(tǒng)污染水處理方法如 生化二級(jí)處理法,工藝成熟、處理效果理想,但建造、運(yùn)

5、行、治理費(fèi)用過高； 化學(xué)法如參加硫酸銅等和換水法處理方法,雖然均有一定效果,但化學(xué)法 易產(chǎn)生二次污染,換水法不夠方便、經(jīng)濟(jì),且僅適宜于小型水體.為了尋找高 效低耗的水污染處理技術(shù),20世紀(jì)70年代,水生植物開始受到人們的關(guān)注.通常植物在生長(zhǎng)過程中,能忍耐土壤中高濃度的污染物,植物的這種 抗毒性作用,為植物對(duì)土壤和水體中的污染物吸收和降解奠定了根底2 o水生植物能吸收和富集水體中的有毒有害物質(zhì),/ 并且在植物體內(nèi)的富集含量可以 到達(dá)污染物在水中濃度的幾十倍,幾百倍,甚至幾千倍以上,對(duì)水體的凈化起 到很好的作用.為此,本文就大型水生植物的生態(tài)功能進(jìn)行了概括和分析,為科技工作者治理水體allianc

6、e 發(fā)表于 >2006-11-8 8：50：04 H2006-11-8、香蒲(Typha minima Funk.)、芟白(Zizania latifolia Stapf)、菰 (Zizania caduciflora) 等.漂浮植物主要為鳳眼蓮(Eichhornia crassipes Solms)、翅菜(Nymphoides peltata 、大漂 (Pistia stratiates L.)、水花生(Alternanthrra philoxeroides) 等.浮 葉植物主要有兩棲蓼(Polygonum amphibium Linn.)、睡蓮(Nymphaea albalinna

7、Linn.)、菱(Trapa quadrispinosa .)、荷花(Nelumbo nucifera Gaertn)等.沉水植物的種類主要有范草 (Potamogeton crispusLinn.)、水車前(Ottelia alismoides Pers.)、苦草(Velumbo nuciferaGaertn)、聚草(Myriophyllumspiatum L.)等.2大型水生植物的凈化機(jī)理水生植物凈化水體的特點(diǎn)是以大型水生植物為主體,植物和根區(qū)微生物共生,產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),凈化污水,經(jīng)過水生植物直接吸收、微生物轉(zhuǎn)化、物理 吸附和沉降等作用除去水體中的氮、磷和懸浮顆粒,并分解、吸收有機(jī)物,同 時(shí)

8、對(duì)重金屬分子進(jìn)行吸收富集等.氮、磷被吸收后用以合成植物自身的結(jié)構(gòu)組 成物質(zhì)；對(duì)水生植物有毒害作用的某些重金屬和有機(jī)物那么是脫毒后儲(chǔ)存于體內(nèi) 或在植物內(nèi)被降解.具體機(jī)理如下：吸附、過濾、沉淀作用覆蓋于濕地中的水生植物,使風(fēng)速在近土壤或水體外表降低,有利于水 體中懸浮物的沉積,降消沉積物質(zhì)再懸浮的風(fēng)險(xiǎn),增加水體與植物間的接觸時(shí) 問,同時(shí)還可以增強(qiáng)底質(zhì)的穩(wěn)定和降低水體的濁度2.此外,在植物生長(zhǎng)過程中,根系也會(huì)向生長(zhǎng)介質(zhì)中分泌出大量的有機(jī)物,這類分泌物中包含有大量 的有機(jī)酸和氨基酸等,而且根系表皮細(xì)胞由于進(jìn)行新陳代謝,死亡后在微生物 的作用下分解為腐殖質(zhì)(胡敏酸、富里酸和胡敏素)等.這些分泌物和腐殖質(zhì)

9、中 有一系列功能團(tuán),如羥基(OH)、竣基(COOH)酚羥基、烯醇羥基以及芳環(huán)結(jié)構(gòu) 等,它們對(duì)含各種基團(tuán)的化合物均具有極強(qiáng)的吸附水平.如當(dāng)水的產(chǎn)的根系接 觸到蔡溶液時(shí),溶液中的蔡分子先經(jīng)過液相的外擴(kuò)散,隨后通過附著在根系表 面的液膜擴(kuò)散,甚至通過孔擴(kuò)散進(jìn)入到根系外表所形成的空隙中,最后吸附在 根系內(nèi)外外表的基團(tuán)上,當(dāng)這些基團(tuán)位置均被蔡分子所占領(lǐng)后,由于蔡為非極 性化合物,那么溶液中的蔡分子由于受到根系外表已吸附蔡分子的排斥,便不能 吸附于根系外表,這就形成了水的產(chǎn)根系對(duì)蔡的單分子層吸附1.這使得水生植物根alliance 發(fā)表于 >2006-11-8 8:49:27 M2006-11-8接

10、上系與水體接觸面積很大,形成一道密集的過濾層,當(dāng)水流經(jīng)過時(shí),不 溶性膠體會(huì)被根系粘附和吸附,水中的懸浮物那么容易沉降下來,特別是將其中 的有機(jī)碎屑沉降下來.因此,浮葉植物的存在可大大降低水體中有機(jī)碎屑的含 量.與此同時(shí),附著于根系的細(xì)菌菌體在進(jìn)入內(nèi)源生長(zhǎng)階段后會(huì)發(fā)生凝集,一 局部也會(huì)為根系所吸附,/一局部凝集的菌膠團(tuán)那么把懸浮性的有機(jī)物和新陳代謝 產(chǎn)物沉降下來5.吸收作用高等水生植物在生長(zhǎng)過程中,需要吸收大量的 N P、CO2W有機(jī)物等 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),不僅它們的根部吸收沉積物中的營(yíng)養(yǎng)鹽,還可通過莖葉吸收水中的 營(yíng)養(yǎng)鹽.這對(duì)調(diào)節(jié)水體的pH溶氧乃至水溫,穩(wěn)定水質(zhì),都有重要意義.2.2.1對(duì)N、P的吸收

11、/大型水生植物直接吸收和利用可利用態(tài) N P,起到去N去P的作用.它們直接從水底中吸收 N P,并同化為自身的結(jié)構(gòu)組成物質(zhì)蛋白質(zhì),核 酸等2,當(dāng)水生植物被收割運(yùn)移出水生生態(tài)系統(tǒng)時(shí),大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也隨 之從水體中輸出,從而到達(dá)凈化水體的作用5.對(duì)重金屬和有機(jī)物的吸收和富集重金屬和有機(jī)物污染是當(dāng)今面積最廣、危害最大的環(huán)境問題之一.對(duì)于此類污染物,水生植物生成了一套特殊的生理吸收機(jī)制.水生植物的根系能分泌特殊的有機(jī)物從周圍環(huán)境中交換吸附重金屬.被吸附的重金屬離子通過質(zhì)外體或共質(zhì)體途徑進(jìn)入根細(xì)胞,大局部金屬離子通過專一或通用的離子載體或通道蛋白進(jìn)入根細(xì)胞 6.吸收在根系內(nèi)的重金屬 主要分布在質(zhì)外體或形

12、成磷酸鹽、碳酸鹽沉淀,或與細(xì)胞壁結(jié)合6.對(duì)重金屬的吸收,不同類型的大型水生植物的水平為：沉水植物 漂浮植物 挺水植物. 利用水生高等植物所具有的富集水平,從廢水中吸收重金屬離子,不僅能夠凈 化水質(zhì),還能夠?qū)σ恍┵F重金屬進(jìn)行回收利用.在的研究中,鳳眼蓮每克干物 質(zhì)能吸收鈕 1485g左右,鋅 295g,鉛 185g 左右. 對(duì)于有機(jī)物,植物對(duì)它的吸收有著不同的代謝機(jī)制,如酚類進(jìn)入植物體后參與 糖代謝,和糖結(jié)合生成酚糖甘,或被多酚氧化酶和過氧化物酶氧化而解除毒性8.微生物的輔助作用在污水處理系統(tǒng)中,微生物對(duì)各種污染物的降解起著

13、很重要的作用,/ 在氮的去除過程中,盡管有植物的吸收,但硝化和反硝化作用仍是主要的去除 機(jī)制9.在大型水生植物系統(tǒng)中水生植物根際區(qū)域?yàn)槲⑸锎x提供了所需 要的微環(huán)境.大型水生植物通過植株枝條和根系的氣體傳輸和釋放作用,能將光合作用產(chǎn)生的氧氣或大氣中的氧氣輸送至根系,一局部供植物呼吸作用,一局部 通過根系向根區(qū)釋放,擴(kuò)散到周圍缺氧的環(huán)境中,在復(fù)原性的底泥中形成了氧 化態(tài)的微環(huán)境,增強(qiáng)了根區(qū)微生物的生長(zhǎng)和繁殖,促進(jìn)了好氧生物對(duì)有機(jī)物的 分解,并有助于硝化菌和反硝化菌的生長(zhǎng)10,大量反硝化菌的存在,能利用 豐富的氮源和碳源,進(jìn)行強(qiáng)烈的反硝化反響,最終一局部氨氮以氮?dú)獾男问饺?除11.根區(qū)以外那么適

14、于厭氧微生物群落的生存,進(jìn)行有機(jī)物的厭氧降解.因 此,盡管微生物起著直接的作用,但植物的作用也是不可缺少的,植物的生理 代謝活動(dòng)直接關(guān)系到污染物的降解8 o例如,種植鳳眼蓮后,水體中可以增加大量的異養(yǎng)細(xì)alliance 發(fā)表于 >2006-11-8 8：48：302006-11-8接上菌,而異養(yǎng)細(xì)菌是主要的分解者之一,它的增加可以大大加速有機(jī)物 的分解.又如,某些水生植物的根際微生物以芽抱桿菌為優(yōu)勢(shì)菌種,而芽抱桿 菌具有很強(qiáng)的降解有機(jī)磷的水平,它們能將有機(jī)磷、不溶解磷降解為無機(jī)的、 可溶的磷酸鹽,從而使植物能直接吸收利用11.止匕外,水生植物的根系還可 分泌能促進(jìn)嗜磷、氮細(xì)菌生長(zhǎng)的物質(zhì),

15、進(jìn)一步促進(jìn)氮、磷的釋放和轉(zhuǎn)化,從而 間接提升進(jìn)化率5.對(duì)有害藻類的抑制作用大型水生植物中的漂浮植物如鳳眼蓮等對(duì)水域中藻類的繁衍生長(zhǎng)及、 其結(jié)構(gòu)的抑制和破壞作用12,是水質(zhì)凈化的生物學(xué)根底.一方面,大型水生植物和浮游植物在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和光能的利用上是競(jìng)爭(zhēng) 者,前者個(gè)體大,它的存在削弱了光線到達(dá)水體的強(qiáng)度,阻礙了植物覆蓋下的 水體中藻類的大量繁殖；又由于大型水生植物的生命周期比藻類長(zhǎng),吸收和儲(chǔ) 存營(yíng)養(yǎng)鹽的水平強(qiáng),死亡時(shí)才會(huì)釋放氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),因此,氮、磷在其體 內(nèi)的儲(chǔ)存比藻類穩(wěn)定8.例如在西湖小南湖區(qū)恢復(fù)生長(zhǎng)聚草、茜草等水生植 物后,水質(zhì)明顯變好,透明度大大提升,與主體湖相比,浮游植物密度和葉綠 素

16、a大幅度下降13.另一方面,某些水生植物能產(chǎn)生化感物質(zhì)如酚、生物堿等抑制有害 藻類的生長(zhǎng).這些物質(zhì)能促進(jìn)或抑制其它個(gè)體或自體的生長(zhǎng).在高濃度的化感 物質(zhì)作用下,有些藻細(xì)胞體積增大,細(xì)胞內(nèi)油滴也增大,細(xì)胞顏色變淺,有些甚至變成白色,細(xì)胞結(jié)構(gòu)逐漸融解破壞14,生長(zhǎng)受到了強(qiáng)烈的抑制.例如, 用石菖蒲或鳳眼蓮的種植水培養(yǎng)藻類, 可破壞藻類的葉綠素a,使其光和速率、 細(xì)胞復(fù)原TTC水平顯著下降15.再如,在研究鳳眼蓮和產(chǎn)葦根系分泌物對(duì)柵 藻超微結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)代謝的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),鳳眼蓮和產(chǎn)葦?shù)母抵袝?huì)分泌N-苯基-2-蔡胺等化學(xué)物質(zhì),對(duì)柵藻有明顯的克生作用,藻的數(shù)量逐步減少.柵藻生 長(zhǎng)受影響后,細(xì)胞中葉綠體片層

17、腫脹甚至解體,線粒體消失,質(zhì)膜、核膜受破 壞,光合放氧的速度明顯下降,SOD舌性受到嚴(yán)重抑制,可溶性蛋白的含量四 天后直線下降12./另外,水生植物根圈還會(huì)棲生著某些小型動(dòng)物,如水蝸牛,能以藻類 為食.3展望國(guó)內(nèi)外利用水生植物在水污染限制中的作用建立了許多污水處理系 統(tǒng),主要有：漂浮植物系統(tǒng)、挺水植物系統(tǒng)和沉水植物系統(tǒng).這些系統(tǒng)在應(yīng)用 過程中,具有投資低,能耗低,處理過程與自然生態(tài)系統(tǒng)相融性更大8等優(yōu)點(diǎn).但是不同的水生植物對(duì)不同污染物的凈化機(jī)制效果不同,因此,根據(jù)各地的具體情況進(jìn)行植物篩選和系統(tǒng)觀測(cè)研究,那么是選擇理想物種,發(fā)揮植物最大 潛能的有效途徑.利用水生植物對(duì)污水的凈化作用對(duì)污染水體的

18、修復(fù)過程,很 少有廢物和排放物產(chǎn)生,無疑為我國(guó)日益惡化的水環(huán)境修復(fù)提供了一個(gè)良好的 途徑,具有廣闊的市場(chǎng)和應(yīng)用前景2 o但有些污染物被植物吸收后并不能被 植物分解吸收,這些污染物就會(huì)進(jìn)入食物鏈在生物間循環(huán).如魚喜食范草嫩枝 葉,被范草富集的污染物沿食物鏈進(jìn)入魚體內(nèi)16.而且植物生產(chǎn)出的大量有 機(jī)物質(zhì)總有相當(dāng)大的植物產(chǎn)品不能被有效利用,它們殘留在湖泊中,自然腐爛 分解,形成二次污染；不易分解的植物殘?bào)w積累在湖底,加速了湖泊淤積和沼 澤化.所以應(yīng)當(dāng)有效的利用水生植物在治理水污染方面的積極作用,使水生生 態(tài)系統(tǒng)朝著有利于人類的方向開展.alliance 發(fā)表于 >2006-11-8 8：47：392006-11-83我國(guó)今后茄子抗病育種研究存在的問題和開展方向近年來育成的茄子新品種根本上是利用雜交技術(shù),如閔茄2號(hào)17,吉農(nóng)3號(hào)等,這些品種只具有單一抗病性或抗病性不強(qiáng),而且雜交技術(shù)復(fù)雜,培育時(shí) 間長(zhǎng),且大多數(shù)抗病品種是野生種和半野生種,還要克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障 礙,研究本