（环境科学专业论文）水生植物对富营养化水体的修复及对底泥营养释放的影响.pdf

水中氮磷营养盐的释放。 ( 3 ) 在日均温2 0 c - 3 5 c ，t n 浓度为3 0m g 1 广1 5m g l ，t p 浓度为0 3 m g l 1 0m g l 的富营养化水体中，水葫芦跟香蒲均能很好的生长并有效地消减上 覆水中总氮f i n ) 和总磷( 1 1 p ) 。水葫芦对环境适应明显优于香蒲，表现为迅速地生长， 和生物量明显的增加。水葫芦净化系统对水体t n 、t p 的去除率分别为 7 2 0 9 4 ，0 、8 2 5 9 8 1 ；香蒲净化系统对t n 、t p 的去除率分别为 6 6 0 - - , 9 2 8 、7 7 0 , - , 9 3 8 。两水生植物净化系统的出水水质均达到地表水质量 类标准。 ( 4 ) 水葫芦、香蒲吸收作用对水体t n 去除贡献率分别为1 1 0 0 - 4 9 2 9 和 5 3 2 2 7 1 5 ；对磷的去除贡献率分别为1 6 4 6 0 , , - , 7 1 7 4 和1 3 9 3 , - , 5 7 3 7 ，上 覆水浓度越低，植物吸收作用对水体氮、磷去除贡献率越高。 ( 5 ) 水生植物( 水葫芦与香蒲) 的生长促进了底泥中n 、p 向上覆水体的释 放；上覆水营养盐浓度越低，底泥营养盐释放速率越高。水葫芦在促进底泥中氮、 磷营养向间隙水中释放的效果强于香蒲，同时能更有效消减或控制上覆水中t n 、 t p 。在试验后期香蒲净化系统底泥间隙水中氨氮+ 硝氮的浓度下降明显，低于水葫 芦系统与泥+ 水系统，这可能是因为香蒲根系十分发达，可直接从底泥中吸收养分， 从而降低了底泥中间隙水中n 向上覆水释放的速率，表现对底泥间隙水中的营养 盐释放有抑制作用。 关键词：水葫芦；水浮莲； 香蒲；富营养化水体： 氮；磷；底泥 e f f e c to f a q u a t i cp l a n t so np u r i f i c a t i o no fe u t r o p h i c 矸匀t e ra n dn u t r i e n t sr e l e a s ef r o ms e d i m e n t a b s t r a c t w a t e rp o l l u t i o ni so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tf a c t o r st h a tc a u s eg l o b a l w a t e r s h o r t a g e ，w h i l e w a t e r e u t r o p h i c a t i o n i st h em o s tc o m l t l o n p h e n o m e n o nt h a t h a sb e c a m eap r o b l e mi nw a t e rp o l l u t i o nc o n t r 0 1 c o r r e s p o n d i n g l y , u n d e r s t a n d i n gt h em e c h a n i s m si n v o l v e di ne u t r o p h i c a t i o n p r o c e s sa sw e l la st h er e l a t e dr e m e d i a t i o nt e c h n o l o g i e st h a th a v ed e v e l o p e d f o rc o n t r o l l i n gw a t e re u t r o p h i c a t i o nh a sb e c a m et h er e s e a r c hf r o n t i e ra n d h o tt o p i c sw o r l d w i d ei nt h ef i e l d so fe n v i r o n m e n t a le c o l o g ya n dp l a n t n u t r i t i o n p h y t o r e m e d i a t i o n i sa e n e r g y e f f e c t i v e a n dc o s t e f f e c t i v e t e c h n o l o g y t h a th a v e d e v e l o p e d f o r e f f e c t i v e l yc o n t r o l l i n g w a t e r e u t r o p h i c a t i o ni nr e c e n ty e a r s w h i c hh a si n c r e a s i n g l yb e e na t t r a c t i n g a c a d e m i ca t t e n t i o nw o l d w i d e t h ec o n c e n t r a t i o n so fna n dpa r eg e n e r a l l yi nas t a t eo fd y n a m i c e q u i l i b r i u mb e t w e e nt h eo v e r l y i n gw a t e ra n dt h es e d i m e n ti nt h ee u t r o p h i c w a t e r 泐，e na q u a t i cp l a n t sw e r ea p p l i e dt ot r e a t i n gt h ee u t r o p h i c a t i o n w a t e r t h en u t r i e n tc o n c e n t r a t i o n si nt h eo v e r l y i n gw a t e rw e r er e d u c e da n d t h en u t r i e n tb a l a n c eb e t w e e nt h eo v e r l y i n gw a t e ra n dt h es e d i m e n tw o u l d b eb r o k e n i no r d e rt op r o v i d et h et h e o r e t i c a lb a s i so fu s i n ga q u a t i cp l a n t s t oe f f e c t i v e l y 仃e a te u t r o p h i cw a t e ra n dr e d u c et h ee n d o g e n o u sp o l l u t i o n l o a di ne u t r o p h i cl a k e s s i m u l a t i o ne x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u tt os t u d y t h ee f f e c to ft h r e et y p e so fa q u a t i cp l a n t s ( w a t e rh y a c i n t h ，w a t e rl e t t u c ea n d c a t t a i l ) o np u r i f i c a t i o no fe u t r o p h i cw a t e rw i t hd i f f e r e n te u t r o p h i cl e v e l sa s w e l la st h ed y n a m i cc h a n g e so ft h en u t r i e n tc o n c e n t r a t i o n si np o r e w a t e ro f s e d i m e n t t h em a j o rr e s u l t sa n dc o n c l u s i o n so b t a i n e da r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： ( 1 ) w h e nd a i l va v e r a g et e m p e r a t u r er a n g e d5 - - 15 ，w a t e rh y a c i n t h a n dw a t e rl e t t u c e n o r m a l l yg r e w i n e u t r o p h i c w a t e rw i t hi n i t i a l c o n c e n t r a t i o n so f3 om g l l5m g lt na n d0 2m g , l - 1 0m g lt e 能e rl e t t u c ew e r er a p i d l ya d a p t e dt oal o w e rt e m p e r a t u r e w i t haf a s t i n c r e a s ei nr o o tg r o w t ha n db i o m a s sp r o d u c t i o n w h i l ew a t e rh y a c i n t hh a sa 1 0 n g e ra d a p t a t i o np e r i o da n dam o r es l o w l yi n c r e a s eo fb i o m a s sp r o d u c t i o n w h e nc o m p a r e dw i t hl e t t u c e 【2 ) i ne u t r o p h i cw a t e rw i t ht h r e ed i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so ft na n dt p i i i t h er e m o v a lr a t e so ft na n dt pi nw a t e rl e t t u c ep u r i f i c a t i o ns y s t e mw e r e 6 3 1 - - 8 8 3 a n d9 3 3 9 7 4 r e s p e c t i v e l y t h er e m o v a lr a t e so ft n a n dt pi nw a t e rh y a c i n t hp u r i f i c a t i o n s y s t e mw e r e8 6 5 - 6 5 9 a n d 9 0 0 - 9 5 0 r e s p e c t i v e l y t h er e m o v a lr a t e so ft na n dt pi nt h ew a t e r l e t t u c ep u r i f i c a t i o ns y s t e mw e r eo b v i o u s l yh i g h e rt h a l lt h o s ei nt h ew a t e r h y a c i n t h w i t ht h ei n c r e a s eo fi n i t i a ln u t r i e n tc o n c e n t r a t i o n s t h er e m o v a l e f j i c i e n c yo ft ni nw a t e rl e t t u c es y s t e ma n dw a t e rh y a c i n t hs y s t e m d e c r e a s e d w h i l et h er e m o v a le 伍c i e n c yo ft pi n c r e a s e d r e l e a s eo fna n d pn u t r i e n t sf r o mp o r e w a t e ro fs e d i m e n tt o w a r dt h eo v e r l y i n gw a t e rw e r e o b s e r v e d c u l t i v a t i o no ft h e s et w oa q u a t i cp l a n t sp r o m o t e dt h er e l e a s eo fn a n dpf r o mp o r e w a t e ro fs e d i m e n tt o w a r dt h eo v e r l y i n gw a t e r c u l t i v a t i o n o fw a t e rl e t t u c eh a sab e t t e rp r o m o t i o ni nr e l e a s i n go fna n dpi nt h e p o r e w a t e rw h e nc o m p a r e dw i t hw a t e rh y a c i n t h ( 31w h e nd a i l ya v e r a g et e m p e r a t u r er a n g e d2 0 35 ，w a t e r h y a c i n t hg r o w ni ne u t r o p h i cw a t e rw i t hd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so ft na n d t ph a dam o r er a p i di n c r e a s ei nb i o m a s sw h e nc o m p a r e dw i t hc a t t a i l t h i s m a vi n d i c a t et h a tw a t e rh y a c i n t hh a dab e t t e ra d a p t a b i l i t yt od i f f e r e n tt n a n dt pc o n c e n t r a t i o n sw h i l ec a t t a i lh a da l o n g e ra d a p t i n gp e r i o d c u l t i v a t i o no fb o t hw a t e rh y a c i n t ha n dc a t t a i le f f e c t i v e l yr e d u c e dt na n d t pc o n c e n t r a t i o n so ft h eo v e r l y i n gw a t e rw i t hi n i t i a lc o n c e n t r a t i o n so f3 2 m g g l - - - 1 4 2m g lt na n d0 2m g l - 1 0m g lt p t h er e m o v a lr a t e so ft n a n dt pi nw a t e rh y a c i n t hp u r i f i c a t i o ns y s t e mw e r e7 2 0 9 4 0 a n d 8 2 5 一9 8 1 r e s p e c t i v e l y t h er e m o v a lr a t e so ft na n dt pi nc a t t a i l p u r i f i c a t i o ns y s t e mw e r e6 6 0 9 2 8 a n d7 7 0 9 3 8 r e s p e c t i v e l y t h eq u a l i t yo fe f f l u e n tw a t e ri np u r i f i c a t i o ns y s t e m sc u l t i v a t e dw i t ht h e s e t w oa q u a t i cp l a n t sb o t hr e a c h e dt h es u r f a c ew a t e rq u a l i t ys t a n d a r di i ic l a s s ( 4 ) u n d e rt h ec o n d i t i o n so ft h ee x p e r i m e n t s ，t h ec o n t r i b u t i o no fw a t e r h y a c i n t ha n dc a t t a i lu p t a k et on i t r o g e nr e m o v a li ne u t r o p h i cw a t e rw i t h d i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so ft na n dt pw e r e1 11 o 一9 2 9 a n d5 2 3 - - 2 71 5 r e s p e c t i v e l y t h ec o n t r i b u t i o no fw a t e rh y a c i n t ha n dc a t t a i lu p t a k e t op h o s p h o r u sr e m o v a li ne u t r o p h i cw a t e rw i t hd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so f t na n dt pw e r e16 4 6 717 4 a n d13 9 3 5 7 3 7 r e s p e c t i v e l y t h e l o w e rt h en u t r i e n tc o n c e n t r a t i o n si no v e r l y i n gw a t e rw e r e ，t h eh i g h e rt h e c o n t r i b u t i o no fu p t a k eb ya q u a t i cp l a n t st on u t r i e n tr e m o v a lw a s ( 5 ) c u l t i v a t i o no ft w oa q u a t i cp l a n t s ( w a t e rh y a c i n ma n dc a t t a i l ) p r o m o t e dt h er e l e a s eo fn a n dpf r o mp o r e w a t e ro fs e d i m e n tt o w a r dt h e o v e r l y i n gw a t e r t h el o w e rt h en u t r i e n tc o n c e n t r a t i o n si nt h eo v e r l y i n g w a t e rw e r e ，t h eh i g h e rt h er e l e a s er a t e so fn u t r i e n t sf r o ms e d i m e n tw e r e c u l t i v a t i o no fw a t e rh y a c i n t hh a sab e t t e rp r o m o t i o ni nr e l e a s i n go fna n dp i v a l s oe f f e c t i v e l yr e d u c e d r na n dt pc o n c e n t r a t i o n si nt h eo v e r l y i n gw a t e r a tt n ei a t es t a g eo ft h ee x p e r i m e n t s ，t h ec o n c e n t r a t i o n so fa m m o n i aa n d m t r a t emt h ep o r e w a t e ri l lt h ec a t t a i ls y s t e md e c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y , w h i c h w e r em u c hl o w e rt n a l lt h o s ei nt h ew a t e rh y a c i n t hs y s t e ma n dm u d w a t e r s y s t e m t h i sm i g h tb ed u et ot h ef a c tt h a tc a t t a i lh a sav e r yw e l l d e v e l o p e d r o o ts y s t e mt h a tc a nd i r e c t l ya b s o r bn u t r i e n t sf r o mt h es e d i m e n t t h e r e f o r e t h e r e l e a s er a t eo fm t r o g e nf r o mt h ep o r e w a t e ro ft h es e d i m e n tt o t h e o v e r l y i n gw a t e rw a sr e d u c e da n dt h en u t r i e n t sr e l e a s eo ft h ep o r e w a t e ri n t h es e d i m e n tw a si n h i b i t e d 一 k e y w o r d s ：w a t e rh y a c i n t h ，w a t e rl e t t u c e ，c a t t a i l ，e u t r o p h i cw a t e r , n i t r o g e n ， p h o s o b o r u s v 朱华兵水植物对富营养化水体的修复及底泥营养释放的影响 论文综述 水体富营养化现状及其危害 水体富营养化是困扰着世界各国的具有普遍性的水污染问题之一。自上世纪 6 0 年代以来水体富营养化就受到许多国家的高度重视，一系列以控制水体富营养 化为主题的国际会议先后召开，确认水体富营养化已成为全球性的水污染问题， 并强调把水体富营养化的防治作为环境保护的重点。 水体富营养化( e u t r o p h i c a t i o n ) 是指湖泊、河口、海湾等缓流水体接纳过量的氮、 磷等植物营养物质，引起藻类和其它水生植物异常繁殖，水体透明度和溶解氧下 降，进而造成水质恶化，鱼类及其它生物大量死亡的现象。这种现象在河流湖泊 中出现称为水华，在海洋中出现称为赤潮。一股来说，水中总氮超过0 2 加3m g l ， 总磷超过0 0 1 , - , 0 0 2m g l ，生化需氧量超过1 0m g l ，p h 值为7 9 时细菌总数超过l o 万个，表征藻类数量的叶绿素a 含量超过l o “g l 时，即可认为水体处于富营养化 状态【1 。2 1 。 1 1 水体富营养化的主要原因 水体富营养化的根本原因是氮磷等营养物质的增加。一般认为主要是磷，其 次是氮，可能还有碳、微量元素或维生素等。受控生态系统装置和试验湖区的研 究结果表明磷是主要“限制因子 【3 】。在氮磷比低于1 0 ；1 时，或在某个季节，氮 也可能成为限制因子。导致富营养化的营养物按其来源可分为点源和非点源( 或面 源) 。点源是排放集中、位置固定的污染源，也较容易测定；非点源污染是通过地 表径流、降水、地下水等进入水体，较难以测定和控制。主要有如下几类： 1 地表径流( 土壤和农业) 。不同集水区和不同肥力土壤输出的氮、磷量不同 ( 表1 1 ，1 - 2 ) ；地面坡度也影响氮、磷的输出量；大量或过量施肥及水、土流失也 2扬州大学硕士学位论文 会加速富营养化 4 】。 表1 1 各种土地类型流失的氮、磷量( g m 2 a ) 表1 - 2 不同肥力土壤上输出的氮、磷量( g m 2 a ) 2 畜牧业与渔业。不同牲畜产生的氮磷量不1 4 ( 表l - 3 ) 。一些畜牧业发达的国 家，因畜牧业而产生的营养物质量甚至超过了由人口产生的营养物质的量。渔业 的污染源主要来自投喂各种肥料、饲料。网箱养鱼时每生产一吨鱼每年要产生1 5 千克磷和1 0 3 7 千克b o d 。 表1 - 3 不同的牲畜生产的氮、磷量( k g t 活重a ) 塞坐塞查植物鼬塞董羞丝壅签的修复及底泥营养释放的影响 3 城镇人口( 生活污水) 。生活污水是营养物的主要来源，其排出量与地区和生 活条件有关( 表l 一4 ) 。生活污水中氮、磷含量变化也很大。 表1 - 4 我国不同城市污水中氮、磷含量( m g l ) 4 工矿企业的废水( 工业废水) 。有些工业废水中含有较高的氮磷，其中排污量 较高的是食品、化工和皮毛工业( 表1 - 5 ) 。 表1 5 不同工业的氮、磷负荷量( 按年产值计算的千克数) 5 大气降水。雨水中含有的氮、磷与气候带几地区有关孺丽 4 扬州大学硕士学位论文 表1 6 我国一些湖泊降水中的氮、磷含量( m g l ) 6 地下水。地下水将岩石或土壤中的氮磷物质溶解后带入水体。日本琵琶湖资 料表明，地下水中氮的浓度为1 2 6 8m g l ，磷为0 0 8 7m g l 。 1 2 我国富营养化的现状 1 2 1 湖泊富营养化现状 湖泊是陆地生态系统的重要组成部分之一。对我国1 3 1 个主要湖泊和3 9 个大中 型水库按湖泊富营养化调查规范进行评价( 表1 - 7 ) ，结果表明：湖库的富营养 化状况十分严重，1 3 1 个主要湖泊中，已达富营养程度的湖泊有6 7 个，占调查湖泊 总数的5 1 3 ；已达富营养程度的水库有1 2 座，占调查水库总数的3 0 5 1 。 表1 - 7中国主要湖泊和水库营养状况分类结果统计 朱华兵水植物对富营养化水体的修复及底泥营养释放的影响 中国环境保护部发布的2 0 0 9 年全国环境质量状况报告显示( 表l 一8 ) ，2 6 个国控 重点湖泊( 水库) 中，满足i i 类水质的1 个，占3 9 ：i i i 类的5 个，占1 9 2 ；类 的6 个，占2 3 1 ：v 类的5 个，占1 9 2 ；劣v 类的9 个，占3 4 6 。主要污染指标 为总氮和总磷。营养状态为重度富营养的1 个，占3 8 ；中度富营养的2 个，占7 7 ； 轻度富营养的8 个，占3 0 8 ；其他均为中营养，占5 7 7 f 丌。这些大型湖泊富营养 化会带来十分严重的环境危害，且其治理难度亦很大。另外，城郊湖库富营养化 的程度也较高，如杭州西湖、武汉东湖、南京玄武湖、济南大明湖等城市湖泊和 石河子市的蘑菇水库、北京市的官厅水库等己达富营养化程度【6 1 。 表1 - 82 0 0 9 年重点湖库水质类别 ：三湖是指太湖、滇池和巢湖 1 2 2 河流富营养化现状 中国环境保护部发布的2 0 0 9 年全国环境质量报告显示，长江、黄河、珠江、 松花江、淮河、海河和辽河七大水系总体为轻度污染( 见图1 1 ) 。2 0 3 条河流4 0 8 个地表水国控监测断面中，i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为 5 7 3 、2 4 3 和1 8 4 。主要污染指标为高锰酸盐指数、五日生化需氧量和氨氮。 其中，珠江、长江水质良好，松花江、淮河为轻度污染，黄河、辽河为中度污染， 海河为重度污染【7 】。 6扬州大学硕士学位论文 1 0 0 8 0 求 6 0 * 0 鲁 粼 溪4 0 9 6 2 0 0 囵i 类 目v 类皿劣v 类 长江黄河珠江松花江 淮河海河辽河总体 图1 - 12 0 0 9 年七大水系水质类别比例 长江水系水质总体良好。1 0 3 个国控监测断面中，i 类、类、v 类和劣 v 类水质的断面比例分别为8 7 4 、5 8 、2 9 和3 9 。主要污染指标为氨氮、五 日生化需氧量和石油类。与上年相比，水质无明显变化。长江支流水质总体良好。 与上年相比，水质无明显变化。黄河水系总体为中度污染。4 4 个国控监测断面中， i 类、类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为6 8 2 、4 5 、2 3 和2 5 o 。 主要污染指标为石油类、氨氮和五日生化需氧量。黄河干流水质总体为优。与上 年相比，水质无明显变化。黄河支流总体为重度污染。与上年相比，水质有所下 降。主要污染指标为石油类、氨氮和五日生化需氧量。除伊河、洛河和沁河水质 为优，伊洛河为轻度污染外，其余支流普遍污染严重。珠江水系水质总体良好。 3 3 个国控监测断面中，i 类、类和劣v 类水质的断面比例分别为8 4 9 、 1 2 1 和3 0 。主要污染指标为石油类和氨氮。珠江干流水质总体良好，与上年相 比，水质无明显变化。珠江广州段为轻度污染，主要污染指标为石油类和氨氮。 珠江支流水质总体为优，与上年相比，水质无明显变化。深圳河为重度污染，主 要污染指标为五日生化需氧量、氨氮和高锰酸盐指数f 7 1 。 朱华兵水植物对富营养化水体的修复及底泥营养释放的影响 1 2 3 海洋富营养化现状 全国近岸海域水质总体为轻度污染。与上年相比，水质无明显变化。2 0 0 9 年， 近岸海域监测面积共2 7 9 9 4 0 平方千米，其中一、二类海水面积2 1 3 2 0 8 平方千米， 三类为1 8 8 3 4 平方千米，四类、劣四类为7 8 9 8 平方千米。按照监测点位计算，一类 和二类海水比例为7 2 9 ，比上年上升2 5 个百分点；三类海水占6 o ，比上年下降 5 3 个百分点：四类和劣四类海水占2 1 1 ，比上年上升2 8 个百分点。四大海区近 岸海域中，黄海和南海近岸海域水质良，渤海近岸海域水质一般，东海近岸海域 水质差。北部湾和黄河口海域水质优，一、二类海水比例在9 0 以上；渤海湾、辽 东湾、胶州湾和闽江口海域水质差，一、二类海水比例低于6 0 且劣四类海水比例 低于3 0 ；长江口、杭州湾和珠江口水质极差，劣四类海水比例均占4 0 以上，其 中杭州湾最差，劣四类海水比例高达1 0 0 。与上年相比，渤海湾、胶州湾和长江 1 2 1 一、二类海水比例上升l o 个百分点以上 7 】。 日一类海水日_ 类海水口二类海水日四类海水皿劣四类海水 图卜22 0 0 9 年全国近岸海域水质类别 目前，我国已有约2 0 万平方公里的近海海域受到污染影响，约4 万平方公里的 海域水质已不能满足水产养殖、海水浴场、海上运动娱乐以及滨海旅游的要求。 根据国家海洋局公布的( ( 2 0 0 8 年中国海洋灾害状况报告显示，2 0 0 8 年我国海域 共发生赤潮6 8 次，累计发生面积1 3 7 3 8 平方公里，造成直接经济损失约为0 0 2 亿元。 赤潮多发区主要集中在东海海域，共发生赤潮4 7 次，累计面积为1 2 0 7 0 平方公里。 渤海1 次，累计面积为3 0 平方公里，黄海1 2 次，累计面积为1 5 7 8 平方公里，南海8 次，累计面积为6 0 平方公里】。 8 扬州大学硕士学位论文 1 3 富营养化的危害 水体富营养化是目前湖泊等天然水体面临的最为严重的环境问题，它通过促 使水生生态系统中藻类以及其他水生生物的异常繁殖，经一系列物理、化学和生 物作用，最终导致水质恶化、水生生物生理受阻、水生生物群落结构改变、水生 生态系统结构破坏和功能受损等一系列连锁效应t g ，从而影响水资源的利用，给饮 用、工农业供水、水产养殖、休闲旅游以及水上运输等带来巨大损失，并对人体 健康构成严重危害。 1 3 1 对水质的影响 富营养化水体表层氧气充足，但深层处于严重缺氧的状态。由于表层的密集 藻类使阳光难以入射，使深层水体的光合作用明显减弱，减少了溶解氧的释放。 其次，藻类死亡后不断沉积、腐烂和分解，也加剧了深层水体溶解氧的消耗，使 得需氧生物难以生存。另外有些藻类会散发出腥味异臭甚至释放毒素，例如蓝藻 毒素中肝毒素和神经毒素进入食物链后将危害人类健康。 1 3 2 对水生生物生理的影响 在富营养化水体中，过量繁殖的浮游藻类覆盖于水体表面，使得阳光难以穿 透水层，影响了深层水体中高等水生植物的光合作用。此外，浮游藻类的生产力 提高，其附生藻类在水体表面形成一个高0 2 、高p h 、低c 0 2 的环境，也限制了沉 水植物的生长；也使得水体中养分循环加快，水体沉积物稳定性下降，不利于沉 水植物扎根。富营养水体中的厌氧菌及化能合成菌的代谢产物对水草根系有毒害 作用，也不利于沉水植物的种子萌芽。 浮游藻类死亡后，沉积在水体底部，其分解过程不断地消耗深层水体中的溶 解氧，又由于光合作用微弱无法产生新的氧气作为补充，因而导致深层极低的溶 氧水平，甚至出现厌氧状态。生活在深层水体的水生动物，由于缺氧而使呼吸作 用受到抑制，无法进行正常的代谢活动，最终导致死亡。另外，有些藻类会分泌 朱华兵水植物对富营养化水体的修复及底泥营养释放的影响 和释放毒素，引起水生动物中毒死亡。研究发现，微囊藻毒素和节球藻毒素能导 致肝细胞收缩分离，大量血液进入肝组织，肝充血肿大，致使动物失血休克甚至 死亡【10 ，1 。 1 3 3 对水生生物群落结构的影响 富营养化过程可以看作是水体中水生植物群落由大型水生植物占优势向浮 游植物占优势转变的过程。随着水体富营养化的发生和发展，耐污能力强的物种 得到大发展，取代了原有的优势物种形成单优势群落，群落结构不断简化。与此 同时，浮游藻类的个体数量迅速增加，但种类逐渐减少，藻类的暴发性繁殖最终 导致“水华 的发生。以云南滇池为例，随着湖泊水质的日益恶化，水生植物群 竹 落结构随之退化，原有的优势物种如海菜花、轮藻等已绝迹，范草、马来眼子菜、 苦草等濒临消失的边缘而耐污种如凤眼莲、喜旱莲子草和龙须眼子菜等则迅速生 长形成单优势群落【l 2 。 在淡水生态系统中，水生动物主要有浮游动物、底柄动物以及鱼类等。研究 表明，水体营养状况与浮游动物生物量呈显著正相关，且随着富营养化的发生， 群落优势种类逐渐由清水型向耐污性和寡污性种类转变。以武汉东湖为例，原生 动物群落优势种也随水体富营养化而发生演替f l3 1 。在低营养水体中，优势种为球 砂壳虫；在中营养水体中，优势种既有耐污性种类点钟虫，也有寡污性种类透明 麻铃虫；在高富营养水体中，耐污性的单环栉毛虫和喇叭虫已演替成为特有的优 势种。大型底栖动物的物种多样性与水体营养水平呈相反趋势，富营养化导致多 样性明显降低，而耐污种群急增。武汉东湖在富营养化情况严重时，常发现大量 的霍甫水丝蚓个体，这主要归因于该种类能耐受严重缺氧环境，而其他底栖动物 在这种情况下往往受到抑制甚至死亡。 1 3 4 对水生生物系统功能的影响 当水体呈现富营养状态时，正常的生态平衡就会被扰乱，水生生态系统的结构 1 0 扬州大学硕士学位论文 和功能亦受到破坏。在营养水平较高时，水体中产生浮游动物不能摄食的大型藻 类，且水体浑浊不利于靠视觉定位的凶猛性鱼类捕食，从而减轻了对摄食浮游动 物和底栖生物的鱼类的捕食压力，导致滤食效率较高的大型浮游动物的种群减小， 减少了其对藻类的滤食 1 4 】。此外，沉水大型植物消失后，为大型浮游动物、螺类 和鱼类等提供的附着基质、隐蔽所和产卵场所也随之消失，引起附植生物和着生 动物的减少，最终致使水生态系统的生物多样性下降。而生物多样性的降低必然 导致水生生态系统稳定性下降，从而破坏水生生态系统的生态平衡。 2 水生植物修复富营养化水体 水生植物可通过光合作用将光能转化为有机能，并向周围的环境释放氧气， 在水生生态系统中处于初级生产者的地位，能够发挥多种生态功能，如：短期储 存n 、p 、k 等水体中的植物营养物质，吸收与净化水中的污染物，抑制低等藻类 的生长和促进水中其他水生生物的代谢。水生植物的特点是易于人工操纵，可通 过人工收获将其固定的氮、磷带出水体【l5 1 。这一特点是利用水生植物进行污水处 理，特别是应用于水体富营养化治理的理论基础。 2 1 具净化作用的水生植物 我国利用水生植物净化污水的研究始于7 0 年代中期，包括静态条件下单一物种 及多种植物配植对污染物浓度较高的污水的净化作用，以及动态方法研究水生植 物对污水的处理效果【1 7 】。近3 0 年来，对太湖、滇池、巢湖、东湖、洪湖、保立湖、 鸭儿湖、白洋淀等浅水湖泊的富营养化控制和湿地生态系统恢复的大量研究证明 【i 睨1 1 水生植物可吸收、富集水中的n 、p 营养物质及其它元素，或有抑制有害藻类 繁殖的能力，遏止底泥营养盐向水中的再释放，利于水体的生物平衡等。水生高 等植物能有效地净化富营养化湖水，提高水体的自净能力【2 n ，也是人工湿地系统 发挥净化作用必不可少的因素之一 2 0 - 2 3 1 。 在有关的水生植物去污研究报道中，所涉及的植物包括挺水植物、浮叶和漂浮 朱华兵水植物对富营养化水体的修复及底泥营养释放的影响1 1 植物及沉水植物。挺水植物主要有茭e t ( z i z a n i al a t i f o l i as t a p f ) 、芦苇( p h a r a g m i t i s c o m m u n i st r i n ) 、香蒲( t y p h al i n n s p p ) 、水葱假l a c y s t r u sl v a t t a b e r n a e m o n t a n o 、 灯心草( j u n e u s eo f f u s e sl i n n ) 、水花生( a l t e r n a n t h e r ap h i l o x e r o i d e s ) 、菖蒲( a c o r u s c a l a m u s ) 、石菖蒲( a c o r u st a t a r i n o w i is c h o t t ) 、风信子( h y a c i n t h u so r i e n t a l i s ) 、慈姑 ( s a g i t t a r i al i n n s p p ) 、荷花( n e l u m b on u c i f e r ag a e r t n ) 、伞草( c y p e r u sa l t e m i f o l i u s ) 等； 浮叶和漂浮植物主要有风眼莲( e i c h h o r n i ac r a s s i p e s ) 、满江红( a z o l l ai m b r i c a t a n a k ) 、菱、水鳖( h y d r o c h a r i sd u b i c ) 、浮萍、荇菜等；沉水植物主要有菹草 ( p o t a m o g e t o nc r i s p u sl i n n ) 、金鱼藻( c e r a t o p h y l l u m d e m e r s u ml i n n ) 、苦草 ( v a l l i s n e r r i as p i r a l i s 三) 、伊乐藻( e l o d e ac a n a d e n s 西) 、轮叶黑藻( h y d r i l l av e r t i c i l l a t a ) 等。其中水葱、风信子、蒲等具有较高的观赏价值的水生植物，在处理污水的同 时又具有观赏价值，更是成了研究的重点选择材料 2 2 - 2 4 】。 2 2 水生植物净化水质的机理 通过种植水生植物净化水质，是利用许多水生植物特别是水生维管束植物能够 大量吸收、累积n 、p 等营养物质，或降解转化有毒有害物质为无毒物质的性质。 在废水或受到污染的天然水体中种植大量耐污染净化能力较强的水生高等植物， 使其通过自身的生命活动将水中的污染物质分解转化或富集到体内，然后除去， 恢复水域中的养分平衡：同时通过水生植物的光合作用放出氧气，增加水中溶解 氧含量，从而改善水质，减轻或消除水污染。 2 2 1 植物自身的性状和抗性能力 水生植物由于长期生活在一种缺氧、弱光的环境中，本身的形态解剖结构上形 成特殊性状 2 5 】。根、茎、叶均形成完整的通气组织，保证器官和组织对0 2 的需要【2 6 j ； 叶片呈肉质，如香蒲表皮有厚角质层，栅栏组织发达，污染点处的根、茎、叶表 皮细胞排列紧密田1 等结构能抵抗因污染受害而引起的同化功能下降、水分过分蒸 腾，增强了香蒲植物的耐污性和抵抗力。 1 2 扬州大学硕士学位论文 2 2 2 植物的吸收、富集作用 水生植物根系发达，利于吸收水中物质。如风眼莲生长过程需要大量的n 、p 营养物f 2 5 】，它吸收后生长迅速，对于净化富营养化水体效果明显【2 7 1 ，实验第三天 凤眼莲使养殖水体的c u 离子的消失率达5 3 ，实验第六天则可达7 5 e 2 8 】；香蒲植物 吸收废水中的重金属时，吸收能力大小依次是根 地下茎 叶，并且按照一定的比 例从生境中吸取各种元素，形成新的动态平衡，防止对某元素吸收过多而引起毒 害。植物吸收污染物后，尤其是重金属离子、农药和其他人工合成有机物等，便 富集固定在体内或土壤中，减少水体中污染物量。研究表明：p b 、z n 进入香蒲体 内，主要积聚在皮层细胞中的细胞壁上，只有少量进入原生质，可见细胞壁对重 金属有较高的亲和力【2 9 】。 2 2 3 净化塘的沉降、吸附和过滤作用 净化塘里水生植物生长旺盛，根系发达，。与水体接触面积大，形成密集的过