生態(tài)學(xué)-第六章 水土環(huán)境污染與污染生態(tài)學(xué)

第六章水土環(huán)境污染與污染生態(tài)學(xué)什么是環(huán)境污染〔EnvironmentalPollution〕？通常，環(huán)境污染主要指人類活動所引起的環(huán)境質(zhì)量下降而有害于人類及其它生物的正常生存和開展的現(xiàn)象。而自然過程引起的同類現(xiàn)象稱為自然突變或異常。環(huán)境污染的分類生物污染化學(xué)污染物理污染按污染物性質(zhì)廢氣污染廢水污染固體廢棄物污染噪聲污染輻射污染按污染物形態(tài)環(huán)境污染的特點(diǎn)：影響范圍大作用時間長污染物濃度低、情況復(fù)雜污染容易、治理難污染源〔PollutionSource〕工業(yè)污染源農(nóng)業(yè)污染源交通運(yùn)輸污染源生活污染源污染物的自然來源（NaturalSource）:自然界向環(huán)境排放，如：活動的火山或礦床；交通工業(yè)農(nóng)業(yè)污染物的人為來源（ArtificialSource）:來自人類活動，影響范圍廣、危害大，如工業(yè)三廢污染源示意圖污染物〔Pollutant〕污染物指進(jìn)入環(huán)境后使環(huán)境的正常組成結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和性質(zhì)發(fā)生變化，直接或間接有害于人類的生存和開展的物質(zhì)。優(yōu)先污染物〔PriorityPollutant〕：指在眾多的污染物中篩選出的潛在危險大的作為優(yōu)先研究和控制對象的污染物，亦稱優(yōu)先控制污染物。主要針對以下污染物：有毒有機(jī)化學(xué)污染物、生物難降解性物質(zhì)、具有生物積累性、三致性的污染物毒物〔toxicant、poison、toxicsubstance)

一定條件下，較小劑量即可引起不良生物反

應(yīng)的外來化學(xué)物質(zhì)。

毒物可以是固體、液體和氣體，與機(jī)體接觸或進(jìn)入機(jī)體后，能與機(jī)體相互作用，發(fā)生物理化學(xué)或生物化學(xué)反響，引起機(jī)體功能或器質(zhì)性的損害，嚴(yán)重的甚至危及生命。

毒物具有以下根本特征：①對機(jī)體不同水平的有害性，但具備有害性特征的物質(zhì)并不是毒物，如單純性粉塵。②經(jīng)過毒理學(xué)研究之后確定的。③必須能夠進(jìn)入機(jī)體，與機(jī)體發(fā)生有害的相互作用。具備上述三點(diǎn)才能稱之為毒物。而毒物造成機(jī)體損害的能力稱為毒性。我們平常見到的“劇毒〞、“低毒〞等實際上就是指毒物的毒性。按WHO急性毒性分級標(biāo)準(zhǔn)，毒物的毒性分級如下：

1、劇毒：毒性分級5級；成人致死量，小于0.05克/公斤體重；60公斤成人致死總量，0.1克。

2、高毒：毒性分級4級；成人致死量，0.05～0.5克/公斤體重；60公斤成人致死總量，3克。

3、中等毒：毒性分級3級；成人致死量，0.5～5克/公斤體重；60公斤成人致死總量，30克。

4、低毒：毒性分級2級；成人致死量，5～15克/公斤體重；60公斤成人致死總量，250克。

5、微毒：毒性分級1級；成人致死量，大于15克/公斤體重；60公斤成人致死總量，大于1000克。

朱砂鉻的毒性

所有鉻化合物濃度過高時都有毒性，但各種鉻化合物毒性的強(qiáng)弱不同。金屬鉻很不活潑，二價鉻化合物一般認(rèn)為是無毒的。三價鉻進(jìn)入人體過多時，可對人體健康帶來危害，但三價鉻的毒性較小，而六價鉻毒性較大。鉻酸鹽毒性大，由于溶解度大且易被迅速吸收，對生物組織有刺激性和毒性。砷是廣泛分布于自然界的非金屬元素，環(huán)境中的砷常以化合物形式存在。砷是一種古老的毒物，公元前5-3世紀(jì)我國的戰(zhàn)國時期已能用毒砂(砷黃鐵礦)、砒石等含砷礦物燒制砒霜(As2O3)。李時珍在?本草綱目?中記載砒霜毒性很強(qiáng)。砒霜是最常見的砷化物，口服50mg即可引起急性中毒，60-600mg(一般200mg)可致死，兒童的最低致死量為1mg／kg體重。鎘中毒鎘為銀白色軟金屬，富有延展性。通過鎘及其化合物經(jīng)食物、水和空氣進(jìn)入人體后產(chǎn)生的毒害作用。有急性、慢性中毒之分。工業(yè)生產(chǎn)中吸入大量的氧化鎘煙霧可發(fā)生急性中毒。早期表現(xiàn)為咽痛、咳嗽、胸悶、氣短、頭暈、惡心、全身酸痛、無力、發(fā)熱等，嚴(yán)重時可出現(xiàn)中毒性肺水腫或化學(xué)性肺炎，中毒者高度呼吸困難，咯大量泡沫血色痰，可因急性呼吸衰竭而危及生命。鉛的毒性美國環(huán)境保護(hù)署(EPA)：鉛及其化合物是17種嚴(yán)重危害人類壽命與自然環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)之一；工業(yè)廢棄品中的鉛通過滲入地下水系統(tǒng)而進(jìn)入動物或人類的食物鏈；人體中存在過量的鉛將導(dǎo)致神經(jīng)和再生系統(tǒng)紊亂、發(fā)育緩慢、血色素減少并引發(fā)貧血和高血壓；美國職業(yè)平安與健康管理署(OSHA)標(biāo)準(zhǔn)：成人血液中鉛含量應(yīng)低于50mg/dl，兒童血液中鉛含量應(yīng)低于30mg/dl。

氟中毒植物修復(fù)〔Phytoremediation〕的含義

概括地說,植物修復(fù)就是利用植物來治理污染了的環(huán)境，即利用植物及其根際圈微生物體系的吸收、揮發(fā)和轉(zhuǎn)化、降解等作用機(jī)理來去除污染環(huán)境中的污染物質(zhì)。廣義的植物修復(fù)包括利用植物凈化空氣〔如室內(nèi)空氣污染和城市煙霧控制等〕，利用植物及其根際圈微生物體系凈化污水〔如污水的濕地處理系統(tǒng)〕和治理污染土壤〔主要包括重金屬、放射性核素及有機(jī)污染物等〕。狹義的植物修復(fù)主要是指利用植物及其根際圈微生物體系清潔污染土壤〔包括無機(jī)和有機(jī)污染物〕。而通常所說的植物修復(fù)主要是指利用超富集植物〔Hyperaccumu-lators〕的提取作用去除污染土壤中的重金屬，亦即通過重復(fù)種植和收獲超富集植物將污染土壤中重金屬濃度降低到可接受水平植物穩(wěn)定〔phytostabilization〕

指利用植物根際的一些特殊物質(zhì)使土壤中的污染物轉(zhuǎn)化為相對無害物質(zhì)的一種方法。植物在植物穩(wěn)定中主要有兩種功能:一是保護(hù)污染土壤不受侵蝕,減少土壤滲漏來防止金屬污染物的淋移;另一種是通過金屬根部的富集和沉淀或根表吸持來加強(qiáng)土壤中污染物的固定。研究發(fā)現(xiàn)，鉛可與磷結(jié)合形成難溶的磷酸鉛沉淀在植物根部,減輕鉛的毒害;六價鉻可被復(fù)原為毒性較輕的三價鉻。應(yīng)用植物穩(wěn)定原理修復(fù)污染土壤應(yīng)盡量防止植物吸收有害元素,以防止昆蟲、草食動物及牛、羊等牲畜在這些地方覓食后可能會對食物鏈帶來的污染。然而植物穩(wěn)定作用并沒有將環(huán)境中的重金屬離子去除,只是暫時將其固定,使其對環(huán)境中的生物不產(chǎn)生毒害作用,但并沒有徹底解決環(huán)境中的重金屬污染問題。如果環(huán)境條件發(fā)生變化，重金屬的生物可利用性可能又會發(fā)生改變。因此，植物固定不是一個很理想的修復(fù)方法。植物揮發(fā)〔phytovolatilization〕是指通過植物的吸收促進(jìn)某些重金屬轉(zhuǎn)移為可揮發(fā)態(tài),揮發(fā)出土壤和植物外表,到達(dá)治理土壤重金屬污染的目的。這一方法只適用于揮發(fā)性污染物，植物揮發(fā)要求被轉(zhuǎn)化后的物質(zhì)毒性要小于轉(zhuǎn)化前的污染物質(zhì),以減輕環(huán)境危害。由于這一方法只適用于揮發(fā)性污染物，應(yīng)用范圍很小，并且將污染物轉(zhuǎn)移到大氣和〔或〕異地土壤中對人類和生物又一定的風(fēng)險，因此，它的應(yīng)用將受到限制。植物提取〔phytoextraction〕是指種植一些特殊植物,利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物質(zhì)并運(yùn)移至植物地上部,通過收割地上部物質(zhì)帶走土壤中污染物的一種方法。植物提取作用是目前研究最多,最有開展前景的方法。該利用的是一些對重金屬具有較強(qiáng)忍耐和富集能力的特殊植物。要求所用植物具有生物量大、生長快和抗病蟲害能力強(qiáng)的特點(diǎn),并具備對多種重金屬較強(qiáng)的富集能力。此方法的關(guān)鍵在于尋找適宜的超富集植物和誘導(dǎo)出超級富集體。超富集植物

不管是植物提取，植物穩(wěn)定，還是植物揮發(fā)，尋求具有較強(qiáng)的重金屬忍耐及超富集能力的植物種始終是決定污染治理效率的關(guān)鍵。超富集植物的定義：超富集植物主要是指那些對某些重金屬具有特別的吸收能力,而本身不受毒害的植物種和基因型,即重金屬超富集體(hyperaccumulator)。對于不同金屬,其超富集植物富集濃度也有所不同。目前采用較多的為Baker和Brookss所提出的參考值,即把植物地上部(干重)中含Cd達(dá)100μｇ/ｇ,

Co、Cu、Ni、Pb達(dá)1000μｇ/ｇ,Mn、Zn達(dá)10000μｇ/ｇ以上植物稱為超富集植物超富集植物篩選原那么

植物對土壤重金屬污染修復(fù)的成效如何主要取決于植物種類的選擇。在篩選超富集植物時，必須要考慮到各方面的因素，所選植物不僅要在生理上適應(yīng)當(dāng)?shù)厥苤亟饘傥廴镜沫h(huán)境，同時還要注意植物修復(fù)的效率及其引入后的生態(tài)后果的預(yù)測等問題。理想的植物類型應(yīng)具備以下特點(diǎn)：1、超富集植物必須具備的首要條件是其對重金屬有較強(qiáng)的耐性，否那么就談不上富集了；2、在現(xiàn)場條件下生長旺盛,或可采用與環(huán)境相協(xié)調(diào)的、經(jīng)濟(jì)有效的方法改變現(xiàn)場條件以適于該植物的生長;3、能以所期望的修復(fù)作用方式與污染物發(fā)生作用;4、多年生、生長快、生物量大,易于收割；5、能在體內(nèi)富集高濃度的污染物,即使在重金屬濃度較低時也有較高的富集速率；6、植物應(yīng)具有較強(qiáng)大的根系；7、植物吸收的重金屬應(yīng)大多分布在地上部,即有較高的地上部/根系比率，地上部能夠較普通作物累積10～500倍以上某種重金屬；8、對于病蟲害具有較強(qiáng)的抗性或耐性;9、最好能同時富集幾種重金屬；10、最好是當(dāng)?shù)仄贩N而不是引入的外來品種，即在引進(jìn)該物種前要對可能引起的生態(tài)后果[生物入侵和基因鏈的污染]作仔細(xì)的考慮；11、管理維護(hù)要求低;12、維護(hù)費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)上可行；13、最好是具有一定經(jīng)濟(jì)價值的植物；

鉛的超富集植物

酸模

RumexacetosaLinn.多年生草本，高15—80厘米，有酸味。主根粗短。有數(shù)個須根，斷面黃色。莖直立，細(xì)弱，不分枝。葉片橢圓形，長2－10厘米，寬1—3厘米，頂端急尖或圓鈍，基部箭形，全緣；莖上部的葉較小，披針形，無柄；托葉鞘斜形，頂端有睫毛。花序狹圓錐狀，頂生；花單性異株；花被片6，橢圓形，成2輪；雄花內(nèi)輪花被片較外輪花被片為大雌花內(nèi)輪花被直立，結(jié)果時增大，圓形，全緣，淡紅色，柱頭3。瘦果橢圓形，有3棱，黑色，有光澤?；ㄆ?—5月，果期4—6月。

各地均產(chǎn)，生于路邊荒地及山坡陰濕地；分布于吉林、遼寧、河北、陜河北、陜西、新疆、浙江、湖北、四川和云南。紫花苜蓿

系豆科苜蓿屬多年生草本植物。是中壽牧草，一般第二至第四年生長最茂盛，第五年后生產(chǎn)力逐漸下降。紫花苜蓿根系興旺，主根粗大，有較強(qiáng)的耐寒、抗旱和再生能力。莖直立、光滑。葉量多，全株葉片占鮮草重量的46～55％。異花受粉植物。莢果螺旋形，不開裂，每莢有種子2～8粒。種子腎形，黃色。紫花苜蓿喜溫涼、半干旱的氣候，生長最適宜的溫度在25℃左右。年降水量300-800毫米、無霜期在100天以上地區(qū)都可以種植.5～6℃即可發(fā)芽，能耐受-5～-6℃的寒冷。成年植物能耐-20℃左右低溫，在雪被覆蓋下可耐-44℃嚴(yán)寒。紫花苜蓿需水較多，對土壤選擇不嚴(yán)，除重黏土、底濕地、強(qiáng)酸強(qiáng)堿地外，其他土壤可生長。銅的富集植物

鴨跖草Commelinacommunis[科屬]鴨跖草科鴨跖草屬原產(chǎn)我國，華東、華北、西南均有分布。喜溫暖、濕潤、耐蔭和通風(fēng)環(huán)境；要求土壤疏松、肥沃、排水良好，但對各類土壤均能適應(yīng)。莖葉光滑，莖基局部枝匍匐，上部分枝向上斜生，高約20cm，匐匍枝長約90cm，常在節(jié)處生根。葉片披針形至卵狀披針形，花深藍(lán)色，花期6—9月。播種、分株、扦插、壓條繁殖。四季均可壓條。春夏扦插，保持15℃