水生植物與水體生態(tài)修復(fù)

1、水生植物與水體生態(tài)修復(fù)吳振斌第一章水生植物概述水生植物的概念為一生態(tài)學(xué)范疇的概念.并沒有一個統(tǒng)一的定義.水生植物生活于水環(huán)境中,形成了一系列對于水環(huán)境的典型適應(yīng)性特 征,主要表達(dá)在形態(tài)結(jié)構(gòu)及其功能上.生活型：指植物長期生存在一定的環(huán)境下形成的一種形態(tài)上的適應(yīng)類 型,也是各種植物對其生態(tài)條件的綜合作用在外貌上的具體反映.挺水植物：根生泥中,下部或基部在水中,莖、葉等光合作用局部暴 露在空氣中.該類群植物處于水陸過渡地帶,因而葉表現(xiàn)出具有同陸 生植物相似的結(jié)構(gòu),具有表皮毛、角質(zhì)層、氣孔等.浮葉植物：植株扎根基底,光合作用局部僅葉漂浮于水面.漂浮植物：與浮葉植物相比,整個植物體懸浮于水面,根沉水中,

2、但 不接觸基底.也有浮水葉與沉水葉之分.沉水植物：大局部生活周期內(nèi)營養(yǎng)體全部漂浮水中,植株扎根基底.由于完全沉水,該類群植物適應(yīng)水環(huán)境的特性更為典型,葉面上 的氣孔已喪失功能或沒有氣孔；通氣組織特別興旺；葉綠體大而多, 主要分布于植物體外表；.在同一水體中,各生活型的水生植物分布呈一定規(guī)律,自沿岸帶向深 水區(qū)呈連續(xù)分布態(tài),依次為挺水植物、浮葉植物、漂浮植物和沉水植 物.水生植被的功能：首先,作為初級生產(chǎn)者,為各類水生動物直接或間 接提供食物根底,進(jìn)而形成復(fù)雜的食物鏈,為最終形成復(fù)雜的生態(tài)系 統(tǒng)提供了必要條件；其次,調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán),如通過其礦物質(zhì)營養(yǎng)代謝實現(xiàn)物質(zhì) 循環(huán)；可有效增加空間生態(tài)

3、位,形成更多樣你給的小生境；能影響并 穩(wěn)定水體理化指標(biāo),如通過光合作用放氧提升水體中溶氧濃度和氧化 復(fù)原電位；通過呼吸作用利用二氧化碳改變水體 pH和無機(jī)碳的形態(tài) 和含量等；再次,大型水生植物通過與浮游植物競爭營養(yǎng)物質(zhì)和生長空間,以及形成遮光效應(yīng)和分泌克藻物質(zhì),可以很好地抑制藻類的過量繁殖, 減 少水華的爆發(fā),維持較高的生物多樣性和健康的水環(huán)境； 還具有各種 物理、化學(xué)效應(yīng),如固化底泥、提升其氧化性、附著和吸收有害物質(zhì), 通過吸附和過濾作用,降低生物性和非生物性懸浮物,增加透明度, 凈化水質(zhì)；水體中植物的生存,可減少水動力,降低水體擾動所帶來 的底泥營養(yǎng)鹽向水體釋放； 最后,具有景觀美化效應(yīng)等

4、. 第二章 主要生態(tài)因子對水生植物的影響光照強(qiáng)度光補償點和光飽和點是植物需光特性的兩個主要指標(biāo).真光層深度是指在水柱中支持凈初級生產(chǎn)力的局部, 其底部為臨界深 度,即水柱的日凈初級生產(chǎn)力為0值的深度,也就是光合作用和呼吸 作用到達(dá)平衡的深度,也稱為補償深度.按經(jīng)驗看,光補償深度一般 是水體透明度的倍,或光照強(qiáng)度約為外表光強(qiáng)的1班的水深.只有實際水深小于或等于光補償深度的水域,沉水植物才能生長.溫度對水生植物光合作用和代謝活動的影響、 對其越冬和繁殖的影響、對 其生長競爭的影響.多數(shù)水體水生植被恢復(fù)或重建是通過整株移植或利用其他營養(yǎng)體進(jìn) 行,主要依據(jù)是其具有廣泛而高效的無性繁殖系統(tǒng).PH對無機(jī)碳

5、源的影響、對非離子氨的影響.某些沉水植物在水體低無機(jī)碳條件下會產(chǎn)生各種形態(tài)和生理適應(yīng) 機(jī)制,如長出浮水和挺水葉片吸收空氣中的 CO,從沉積物中吸取CO,CAM徑,C4途徑,以及吸收HCO為無機(jī)碳源等,這些都是解決 無機(jī)碳源缺乏的有效途徑.底泥底泥的質(zhì)地是指底泥的粗細(xì)情況,是底泥重要的物理性質(zhì)之一.pH和氧化復(fù)原電位被認(rèn)為是影響底泥磷吸附和釋放最重要的因素.pH對于底泥磷釋放的影響主要表達(dá)在改變磷的存在形態(tài)：偏酸性時,磷主要以H2PO4形式存在,此時沉積物對磷的吸附沉淀作用較大,不利于沉積物內(nèi)源磷的釋放；在堿性環(huán)境下,過量的OH與PO43發(fā)生反響而造成Fe-p, Al-P的釋放,隨pH增高,磷酸

6、根離子從沉積物 中解吸速率加快,使更多的內(nèi)源磷釋放進(jìn)入上覆水體.氧化復(fù)原電位高底泥處于好氧狀態(tài),沉積物中的鐵和鎰以Fe3+和Mn2玻式存在,易與磷結(jié)合,以沉淀物的形式穩(wěn)定沉積在底泥中； 氧化復(fù)原電位低時,Fe3+原成Fe2+,與磷酸根的反響產(chǎn)物由難溶 的磷酸鐵沉淀轉(zhuǎn)變成溶解性的磷酸亞鐵, 使磷酸根脫離底泥進(jìn)入間隙 水,進(jìn)而向上覆水?dāng)U散.SQ pH8,厭氧狀態(tài)下水體中P增加,不好.底泥再懸浮過程中,上覆水中無機(jī)礦物顆粒等顯著增加, 會使上覆水 中的可溶性磷被迅速吸附,重新進(jìn)入底泥,進(jìn)而形成難被生物利用態(tài)磷.水位和水流動物牧食第三章水生植物的生態(tài)功能初級生產(chǎn)功能水生植物的生物多樣性維護(hù)功能底質(zhì)環(huán)境

7、穩(wěn)定功能營養(yǎng)固定和緩沖功能水生植物的清水功能水生植物對藻類的化感作用化感作用：指植物釋放的次生代謝產(chǎn)物對環(huán)境中其他植物有利或不 利的作用.其他生態(tài)作用第四章主要水體污染物對水生植物的影響高氮磷營養(yǎng)鹽的脅迫作用研究了不同脅迫條件對苦草、范草和伊樂藻生長力、可溶性蛋白、葉綠素、SOD POD?的影響有機(jī)污染物對水生植物的影響重金屬污染第五章重建水生植被的主要理論依據(jù)多穩(wěn)態(tài)理論：營養(yǎng)鹽限制理論生物操縱理論第六章水質(zhì)改善與水生植被重建和治理水生植被恢復(fù)、重建的主要環(huán)境障礙、應(yīng)對舉措和一般步驟主要障礙和應(yīng)對舉措：障礙一：透明度低導(dǎo)致水下光照缺乏應(yīng)對舉措：1.用人工濕地凈化；2.用生態(tài)礫石凈化;3, 用植

8、物浮床凈化水質(zhì)；4, 用漂浮植物凈化水質(zhì),如鳳眼蓮；5, 用人工水草凈化水質(zhì),如阿科曼；6, 投撒高效凈水劑化學(xué)品、噬藻微生物、生物菌劑；7, 水下光補償技術(shù)；8, 用包含有貝類等多種底棲動物的生物反響器凈化水質(zhì)；9, 有條件時,凈化水位.障礙二：底質(zhì)有機(jī)物過多導(dǎo)致厭氧環(huán)境應(yīng)對舉措：1.原位處理技術(shù).a,用膜覆蓋后再回填泥沙；b.基底改 造,如摻入泥沙；c.原位化學(xué)處理,主要用于限制底泥中磷的釋放, 如通過投加硫酸鋁、硝酸鈣等化學(xué)劑來降低底泥中的磷向水體釋放； d.原位生物處理,即向底泥中投加微生物以促進(jìn)底泥中有機(jī)污染物的 生物降解；e.原位固化/穩(wěn)定化處理,即向底泥中投加石灰、火山灰 和水泥

9、等化學(xué)物質(zhì),降低底泥中污染物的溶解度、遷移性或毒性,主 要針對受重金屬污染底泥的處理；f.曝氣以增加有機(jī)物氧化,改變 厭氧環(huán)境,可通過水下充氧或干塘的方式進(jìn)行.2.易位處理技術(shù).主要是疏浚障礙三：水中氨氮和有機(jī)物濃度過高,毒害植物應(yīng)對舉措：同障礙一中應(yīng)對舉措障礙四：風(fēng)浪干擾應(yīng)對舉措：設(shè)置防浪帶,水生植物的恢復(fù)從湖漢湖灣開始,逐步推進(jìn)障礙五：水位劇烈變化應(yīng)對舉措：可控性不大障礙六：動物牧食應(yīng)對舉措：捕獲草食性魚,盡量減少其存量,待植被完全恢復(fù),生物 量足夠大時,可以放養(yǎng)一定的草食性魚用于限制植物的過量生長.其他障礙：如藻毒素等.應(yīng)對舉措：除藻技術(shù)濕生和漂浮植物最易恢復(fù),沉水植物最難恢復(fù).恢復(fù)/重

10、建水生植被工程的一般步驟：1 .調(diào)查和制訂方案對目標(biāo)水域的水質(zhì)、底泥、污染源、水生生物等情況做調(diào)查,收集相關(guān)歷史和現(xiàn)實資料,根據(jù)其現(xiàn)狀,制訂恢復(fù) /重建水生植被的技 術(shù)路線和詳細(xì)方案,如是否需要清淤、是否需要改進(jìn)底質(zhì)、選種什么 植物、植物種植區(qū)域的大小和位置等.做到因地制宜,可操作性強(qiáng), 尊重自然規(guī)律,經(jīng)濟(jì)有效.2 .外源污染限制水生植被的恢復(fù)必須以限制營養(yǎng)負(fù)荷為前提.一切生態(tài)修復(fù)工程 的前提是截污,包括點源和面源.3 .魚類限制在重建水生植被時,要盡可能地去除魚類.4 .水質(zhì)和底質(zhì)改善受污染水體的水質(zhì)和底質(zhì)往往較差,不能滿足水生植物定植成活的 要求,如透明度低、底質(zhì)厭氧、氨氮濃度高等, so

11、在植物種植前, 需對水質(zhì)和底質(zhì)進(jìn)行改善.注：對于較大水域,在初期可不需要全水域?qū)嵤┗謴?fù)/重建工程,可選擇水質(zhì)和底質(zhì)較好的區(qū)域優(yōu)先實施, 一旦先鋒植物群落建立,就能很快擴(kuò)張,從而到達(dá)預(yù)定目標(biāo).先鋒植物：指在水體修復(fù)過程中,最先在水里種植的植物.5 .先鋒植物定植與先鋒群落的形成根據(jù)水質(zhì)和底質(zhì)情況,選擇適宜的先鋒植物和適宜的種植時機(jī).要 選擇水位較低、透明度相對高的時機(jī)冬、春季進(jìn)行種植.6 .人工調(diào)控,實現(xiàn)種群替代與群落結(jié)構(gòu)的優(yōu)化先鋒植物定植和擴(kuò)展后,需要豐富和優(yōu)化植被結(jié)構(gòu).一般而言,剛 重建的水生植被結(jié)構(gòu)較簡單、物種少、穩(wěn)定性差,需要盡快增加物種, 優(yōu)化結(jié)構(gòu),增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗逆性.機(jī)械收割是

12、調(diào)控沉水植物的有效舉措之一.7 .健康系統(tǒng)形成和維持通過調(diào)整漁業(yè)結(jié)構(gòu),即放養(yǎng)適當(dāng)?shù)牟菔承贼~來限制水生植物的過度 生長是一個有效的手段.外源污染限制包括點源和面源,點源性污染主要包括各種工業(yè)廢水、城市生活污水、 固體垃圾填埋場垃圾滲濾液處理出及其他固定排放源. 面源包括地表 徑流、農(nóng)業(yè)面源污染及湖庫養(yǎng)殖污染.點源污染限制技術(shù)：按作用原理,分為物理、化學(xué)和生化三類,物理 方法主要包括沉淀、吸附、過濾、膜別離技術(shù),去除污水中大顆粒和 膠體；化學(xué)方法包括混凝、氧化復(fù)原、高級氧化等技術(shù),去除污水中 有機(jī)污染物；生化方法包括活性污泥法、生物膜法等技術(shù),去除污水 中 COD N、P.按處理程度.按處理方式.

13、面源污染限制技術(shù)：1 .人工濕地技術(shù)水平流、潛流、垂直流2 .土壤凈化床削減外源污染3 .CRI 人工快滲污水處理系統(tǒng)限制外源污染4,湖濱生態(tài)帶和水陸交錯帶對外源污染的凈化技術(shù)內(nèi)源污染限制水生植物群落的調(diào)控與治理中小型湖海中恢復(fù)沉水植物前,一般要限制草食性魚類的數(shù)量,以 使種植的沉水植物能迅速定居,并擴(kuò)大種群規(guī)模.目前恢復(fù)沉水植物 時,通常選用易存活、生長快、繁殖水平強(qiáng)的種類作為先鋒植物.但沉水植物過度生長也會產(chǎn)生一些較為嚴(yán)重的后果,如此,應(yīng)進(jìn)行合理調(diào)控.即在先鋒物種初步恢復(fù)、形成一定規(guī)模并改善 水體環(huán)境后,采取適當(dāng)調(diào)控舉措抑制或削減先鋒種的生長和擴(kuò)散,促進(jìn)后來種的生長與繁殖,改善群落結(jié)構(gòu),增

14、加物種多樣性.之后根據(jù) 水域功能的定位與沉水植物的恢復(fù)情況, 引入草食性動物,最終使水 體成為一個以生物調(diào)控為主,能根本自我維持平衡的生態(tài)系統(tǒng).收割、除草劑、生物調(diào)控、水位調(diào)節(jié)、遮光第七章 重建湖泊水生植被的實踐先鋒植物的選擇及種植技術(shù)根據(jù)湖泊的現(xiàn)狀、湖泊的功能、植物的適應(yīng)力、凈化功能、欣賞和漁業(yè)價值而定的.1 . 土著種2 .生長速度快、耐污性強(qiáng)：黑藻、五刺金魚藻、苦草、范草3 .易采購4 .可利用：從飼料、綠肥、沼氣或藥用等方面考慮5 .季節(jié)性：要進(jìn)行季節(jié)間搭配,范草和伊樂藻為冬季種,6 .景觀效果常用先鋒植物: 苦草、狐尾藻、范草、金魚藻、黑藻、伊樂藻植被恢復(fù)/重建初期的主要問題：1.植

15、物群落結(jié)構(gòu)簡單,抗干擾水平 強(qiáng)；易形成章優(yōu)群落,穩(wěn)定性差.應(yīng)對方法：1.豐富物種,達(dá)成多樣性與復(fù)雜性：冬季種與夏季種搭配；多年生與一年生物種搭配；空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化.2.兼顧景觀美化性.水生植被恢復(fù)示范及工程應(yīng)用實例環(huán)境科學(xué)概論徐慧、陳林第一章緒論第二章生態(tài)環(huán)境科學(xué)第三節(jié) 全球性生態(tài)熱點問題主要有：溫室效應(yīng)與氣候變暖；臭氧層破壞；酸 雨；土地沙漠化；生物多樣性減少；森林銳減；礦產(chǎn)資源短缺；海洋 污染；有毒有害越境轉(zhuǎn)移.生物多樣性減少的因素：生境的破壞或消失；對動物的非法捕撈；外來物種引進(jìn).第三章可持續(xù)開展與環(huán)境第四章清潔生產(chǎn)第五章循環(huán)經(jīng)濟(jì)、低碳經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)開展第六章 資源與環(huán)境第七章 大氣污染及其防

16、治第八章水環(huán)境科學(xué)我國水資源特點：總量較豐富,人均擁有量少；時空分布不均衡；水污染問題嚴(yán)重；水資源利用效率低,浪費嚴(yán)重；地下水開采過量.水污染的來源：工業(yè)污染源；農(nóng)業(yè)污染源；生活污染源污水是生活污水、工業(yè)廢水、被污染的降水和流入排水管渠的其他污 染水的總稱.水污染的防治原那么：堅持預(yù)防為主、防治結(jié)合、綜合治理的原那么.綜合防治舉措：減少廢水和污染物排放量,開展區(qū)域性水污染防治系 統(tǒng),開展效率高、能耗低的污水處理技術(shù)水污染處理的根本方法物理處理法：沉淀,氣浮,離心別離,過濾化學(xué)處理法：混凝法,中和法,化學(xué)沉淀法,氧化復(fù)原法物理化學(xué)處理法：吸附,離子交換,萃取,膜別離,生物處理法廢水處理的工藝流程

17、：一級處理：經(jīng)篩濾、沉淀和浮選法.,除去大顆粒物質(zhì),達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn),僅作為預(yù)處理階段二級處理：生物法和絮凝法,除去有機(jī)物,可到達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)三級處理：進(jìn)一步處理難降解的有機(jī)物、N和P等可溶性無機(jī)物.目的是限制富營養(yǎng)化或使廢水能重新利用.污泥是污水處理后的產(chǎn)物.污泥處理方法：農(nóng)業(yè)利用、填埋、燃燒、投入遠(yuǎn)洋幾種典型廢水的處理方法1 .印染廢水的處理多種方法聯(lián)用,與其他污染聯(lián)合治理eg.堿性印染廢水和鍋爐除塵煙氣聯(lián)合治理；厭氧生化預(yù)處理工藝；高級氧化法、電化學(xué)法2 .汽車涂裝廢水的處理預(yù)處理-連續(xù)處理-深度處理：采用砂濾和活性炭過濾第九章固體廢棄物及土壤污染物的處理與處置第十章物理性污染及其防治第十一章環(huán)境保護(hù)法與環(huán)境治理環(huán)境保護(hù)法：是國家制定或認(rèn)可,并由國家強(qiáng)制保證執(zhí)行的關(guān)于保 護(hù)環(huán)境和自然資源、防治污染和其他公害的法律的總稱.環(huán)境保護(hù)法的特征：綜合性、技術(shù)性、社會性、共同性環(huán)境保護(hù)法的目的和任務(wù)：1.保護(hù)環(huán)境：合理利用環(huán)境與資源,防 治環(huán)境污染和生態(tài)破壞；2.保護(hù)人民健康：建設(shè)一個清潔適宜的環(huán)境; 3.促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長：協(xié)調(diào)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系,促進(jìn)現(xiàn)代化建設(shè)開展.第十二章環(huán)境監(jiān)測與環(huán)境影響評價環(huán)境監(jiān)測：是運用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段,對代表環(huán)境污染和環(huán)境質(zhì)