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城市内河水中有机酚对工程植物修复效果影响及胁迫效应研究中文摘要 中文摘要 随着城市化进程的加快，城市内河富营养化与有机污染问题已越来越明显， 已成为我国水环境当前面临的主要问题之一。近几年来，人们开始从生态角度研 究河道生态修复技术，致力于消除人类活动对河流系统的不利影响，并做了大量 的研究工作。本文探讨了平原地区城市内河水体富营养化程度、有机酚及周边建 筑物遮光等因素对工程植物的胁迫效应及其净化效果的影响规律，这对应用生物 修复技术来恢复河流生态系统具有重要的理论指导意义，并能对城市河道周围的 建筑布局提出合理化建议。 本文通过大量实验，得出以下重要结论： 在无酚类污染物的水体中，随着光照强度的减弱，水网藻最佳生长状态时的 营养物需求会随之降低，从3 0 0 0 0 l x 的0 1 7 m g l 降低到6 0 0 0 l x 的0 0 8 5 m g l 。在 同样的营养盐条件下，适当的增加光强有利于水网藻的生长且可提高对水体中氮 磷的吸收与去除效率。3 0 0 0 0 l x 光强组氮磷去除率的最大值分别为6 9 8 和4 9 9 ： 而光强6 0 0 0 l x 组氮磷的去除率则最高仅有3 9 9 与3 0 8 。同时在其它条件相同 的情况下，随着光照强度的减弱，藻体内总糖含量明显的下降。相同营养盐，提 高光强有利于促进藻类生长、增加叶绿素的合成与积累，促进藻类吸收营养盐， 因此有利于其对富营养化水体的修复，同时也会增加其生态适应性。 当水体中存在低浓度有机酚时，可以产生毒物刺激效应。在光照强度为3 0 0 0 0 l x 组中，无苯酚的实验组生长率最高为2 7 ，而加入1 5 m g f ，l 苯酚的实验组最大生长 率则为3 7 ；在光强6 0 0 0 l x 组，无苯酚时生长率最高为2 1 ，而加入1 5 m j 岁l 苯 酚时的最大生长率是3 1 。同时苯酚也能提高水网藻对氮磷的去除能力，光强 3 0 0 0 0 l x 组中，含有1 5 m g l 苯酚的实验组氮磷的去除率最高达到了7 8 6 ，与5 2 8 ， 比无苯酚组高出6 8 和2 9 ；而光强6 0 0 0 l x 组中氮磷的去除率最高为5 7 8 与 4 1 6 ，也高出无苯酚实验组2 5 8 和l o 7 。 在光照充足的水体中，水网藻对苯酚的最大降解率达到了8 6 ；而光照不足 其最大降解率仅为6 4 。因此，光辐射也有利于修复植物对水体中有机酚污染的 净化。所以，平原地区城市内河周围建筑物降低了河流生态系统的有效光照，对 应用工程植物进行富营养化河道的修复效果产生了很大的负面影响，应当引起高 城市内河水中有机酚对工程植物修复效果影响及胁迫效应研究 中文摘要 度的重视。 保持水网藻在最佳生长状态时的营养盐浓度，当加入不同浓度的苯酚时，实 验发现，光照充足的实验组，藻能够承受的有机酚浓度可以达到5 0 m g l ，且当苯 酚浓度低于6 0 m l 时，对水网藻生长具有明显的促进作用。而光照强度较弱的实 验组，水网藻可忍受苯酚的最大量仅有2 0 m 肌。 丙二醛( m d a ) 常作为好氧生物细胞膜脂质氧化损伤的一种典型分子标志物 惭o m 破e r s ) ，这在本实验中也得到了很好体现，不仅表现在与修复植物的生长率、 苯酚的胁迫强度上，而且还表现在与其多糖代谢与细胞膜透性的变化规律相一致 等方面。在光强为3 0 0 0 0 l x 时，水网藻m d a 的代谢水平低于1 6 0 0 0 n m o 垤( 鲜重) 。 一旦检测到藻的m d a 含量超过了1 9 8 0 0 n m o 垤( 鲜重) 时，就可说明藻此时受到的 苯酚胁迫作用，并有导致藻死亡的风险。而在光强为6 0 0 0 i x 时，m d a 在 1 1 0 0 0 1 l m o 垤( 鲜重) 以下时藻可以正常生长，当m d a 含量到达1 3 0 0 0 n m o 垤( 鲜重) 时，则藻会因苯酚的毒性效应而死亡。 大米草叶片在淹水期对水中的有机酚具有良好的吸附作用。在静水、避光条 件下，大米草对苯酚的吸附过程符合f r 叫n d l i c h 吸附规律，吸附方程为：q = 1 3 1 0 。8 c o 。0 8 3 1 4 。而其种群密度、水流紊动与光照条件等因素都会对苯酚的吸附降解作用产 生明显的影响。光强的增加所产生的光敏化降解作用，在同等条件下，使得大米 草在晴天比夜晚、阴天对苯酚的去除率得到大幅度的提高。所以应该从多个角度 看待大米草的生态功能，但也要重视其外来物种的特性。 效应 关键词：城市内河；有机酚；富营养化；水网藻；大米草；胁迫效应；修复 作者：陆露璐 指导老师：刘德启 r h ee 瑜c to fo 略a n i cp h e n 壁! 塑u r b a 堡璺y 墅! ! 竺! ! 塑皇! ! 堑e 鲨i n 型p l ! 翌墅咀里! 旦塾墨竺! 竺尘! ! ! ! ! 望! 垒羔垒垒! 堕! t h ee l i i c to fo r g a n i cp h e n o li nu r b a nr i v e rs t r e s s e so n t h ee n g i n e e r e dp l a n t sa n di t sp h y t o r e m e d i a t i o na b i l i t y a b s t r a c t w i t hm ea c c c l e r a t e dp r o c e s so fu r b a n i z a t i o n ，u r b a nr i v e re u t r o p h i c a t i o na n d o 玛a n i cp o l l u t i o np r o b l e mh a sb e c o i n ci n c r e a s i n 舀ye v i d 眦 s u c hp r o b l e m sh a v e c u n e n t l yb e c o n l e0 n eo ft l l em a i nc h i n a sw a t e re n v i r o n m e n ti s s u e s i l lr e c e n ty e a r s ， p e o p l eb e g a nt os t u d yo nr i v e 蹦a ye c o l o 百c a lr e c o v e r yt e c h n i q u ef r o me c o l o g i c a lp o i n t ， a n dc o i n m i 怕e dt 0e l i m i n a t et h ea d v e r s ee 饪e c t s0 fh u m a na c t i v i t i e so nt h er i v e rs y s t c m s ， p e o p l eh a v ed o n ea1 0 to fr e s e a r c hw o r ko ni t i n t h i sp a p e r ，w ed i s c u s ss o m ef 她t 嘟 s u c ha st l l ep l a i na r e 嬲o fm ec i t yr i v e r se u t r o p h i c a t i o nd e g r e e ，o 曙a i l i cp h e n o la n dt h e s u i r o u n d i n gb u i l d i n g ss h a d i n gs t i e s s o nm ee n g i n e e r e d p l a n t s a n de f l e c to nm e p u r i f i c a t i o nl a w0 fp l a n t t h i sh a sa ni m p o r t a n tm e o r e t i c a lg u i d a n c em e a n i n go nu s i n g b i o r e m e d i a t i o nt e c h n o l o g i e st or e s t o r er i v e re c o s y s t e ma i l dg e ts o i n er a t i o n a l i z a t i 佣 p r o p o s a l sf 缸i m p r 0 v i n gt h er e a s o n a b l ea r c h i t e c t u r a lc o m p o s i t i o na r o u n d t h ec i t yr i v e r t 1 1 r o u 曲e x p e r i m e n t s ，m ef o l l o w i n gi m p o n a n tc o n c l u s i o n s 嬲f o i l o w ： h lt h ea b s e n c eo fp h e n o lp o l l u t a n t si nw a t e r ，w i mt h ew e a k e n i n go fl i g h ti n t e n s i t y ， h r e t i c u l a m m0 p t i i 肌mg r o w t h0 fm en u t r i t i o n a ls t a t ew o u l dd e c r e a s i n g ，i tn u t d t i o n d e m a n da t3 0 0 0 0 l xl i 曲ti n t i e n s i t yi s o 17 m g la n da t6 0 0 0 l xi sd e c l i n e dt oo 0 8 5 m g l r e s p e c t i v e l y i nm es a i n e 肌t r i e n t sc o n d i t i o n s ，d u ct 0 t h ei n c r e a s el i g h ti n t e n s i t y h r e t i c u l a n l mc a ni n c r e a s e 廿l eg r o w t ha n dm ei l i 仰g e na n dp h o s p h o n l sa b s o r p t i o na n d r e l o v a l e f ! f i c i e n c yr i s i n g u n d e r3 0 0 ( ) o l xi l l u i i l i n a t i o nc o n d i t i o n s i l i t r o g e n a i l d p h o s p h o r i l sr e m o v a lr a t cu pt om e6 9 8 ，4 9 9 ；a n dn 曲ti n t c n s i t yo f6 0 0 0 i x ，n i 缸d g e n a n dp h o s p h o f l l s h i g h e s tr e m o v a lr a 把i so l l l y3 9 9 粕dt l l e3 0 8 i i lt l l es a m e c i r c u m s t a n c e sw i t ht h el i g h ti n t e n s i t yb e c o i i l i n gw e a k e n e d ，n l et o t a l s u g a rc o n t e n tw a s e v i d e n n yd e c l i n e u n d e rt l l es a m en u t r i e n t sc o n d i t i o n s ，i n c r e a s e dl i g h ti n t e n s i t yi s c o n d u c i v et 0p r o m o t i n gt h e 铲o w m0 fa l g a e ，i i l c r e a s i n gm es y n t h e s i so fc h l o r o p h y l l a c c u m u l a t i o n ，p r o m o t ea l g a ea b s o i bn u 廿i e n t s ，s ot h a te n a b l i n gi t sp h y t o r e m e d i a t i o n 耵l ee 恐c to f o 略a n i cp h e n 0 1i nu r b a nr i v e rs 业s s e s 唑h 塑蝌n e e r e dp l a n t sa n di t s 业羔堕婴塑塑! 型堕垒垫! ! 望9 t a b i l i t y a n di tw i l la l s og d e a t l yi m p r 0 v et h ee n g i n e 嘶n gp l a n t s e c 0 1 0 9 i c a la d a p t a t i o n w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fo 玛a n i cp h e n o l i sl o w i tc a np r o d u c eh o n n e s i s e 脆c to n 日化f f c “肠f “m i nm e3 0 0 0 0 l xl i g h ti n t e n s i t yg r o u p ，m ee x p e r i m e n t a lg r o u pw i t h o u t p h e n o la l g a e sg r o w mm a x i 舢mr a t ea t2 7 b u tw h e ne x i s t i n g 15 m g lp h e n o l ，t h e e x p e r i m e n t a lg r o u pm a x i m u mg r o w mr a t e i sr i s i n gt o3 7 a tt h el i g h ti n t e n s i t yo f 6 0 0 0 l x ，m el a w w a ss a m e hn o n ep h e n o ig r o u p ，h i g h e s tg r o w t hr a t ew a s2l ；w h i l e w i t h i n15 m g lp h e n o l ，t h el a 玛e s tg r o w t hr a t eo f31 。h l c r e a s e “g h ti n t e n s i t yc a na l s o 订s i n g 忍地f f c l f 肠f 距m 警r e m o v a lr a t e o fn i t r o g e na n dp h o s p h o m s a t3 0 0 0 0 l xl i 曲t i n t e n s i t yf o rt 1 1 eg r o u pc o n t a i l l i n gl5 m g lp h e n o l ，t h eh i g h e s tn i t r o g e na n dp h o s p h o m s r e n l o v a lr a t er e a c h e d7 8 6 a n d5 2 8 ，a n dt h e s em o r et h a nt h en o n ep h e n o lg r o u p 6 8 锄d2 9 h li i g h ti i l t e n s i t yo f6 0 0 0 l x ，n i 仃d g e n 锄dp h o s p h o m sm a x i m u m f e m o v a lr a t ei s5 7 8 a n d4 l 。6 ，h i g h e rt h a nm ee x p e r i m e n t a lg r o u pw i t l l o u tp h e n o l 2 5 8 a n d1 0 7 h lm ew a t e r - b o d yw i la d e q u a t el i g h t ，m el a 唱e s td e g r a d a t i o nr a t eo fp h e n o lb y h r e t i c u l a t i l mr e a c h e d8 6 ，w h i l el e s st h a ni t sb e s tl i 曲td e g r a d a t i o nr a t ew a so n l y6 4 t h e r e f o r e ，m el i g h tr a d i a t i o ni s a l s oa d v a n t a g e o u st 0r a i s i n gt h er e p a i r i n gp l a n t s p u r i 丘c a t i o na b i l i t yo fo 略a n i cp h e n o lp o l l u t i o n s ot h eb u i l d i n g sa r o u n dm ep l a i na r e a s o fm ec i t yr i v e rs h o u l dr e d u c ee f ! f e c t i v ei l l u i i l i n a t i o nt od v c re c o s y s t e m ，a n dm a th a sa n e g 撕v ei i n p a c to na p p l i c a t i o ne n g i n e e d n gp l a n t sf o rr e s t o r a t i o ne u t r o p h i c a t i o nr i v e r s t h a ts h o u l db ea 饿i c h e di m p o n a n c et o1 1 i g h l ya tp r e s e n t a tt l l eb e s ta d c q u a t cn u t r i e n tc o n d i t i o na n dw i l i nd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so f p h e n o l ，e x p e r i m e n t sf o u n dn l a tt h e 莎o u pr e c e i v e da d e q u a t ei l l u i i l i n a t i o n ，a l g a ec 锄b e a r 5 0 m 星皿。略a i l i cp h e n o l ，a i l dw h e nm e c o n c e n t r a t i o nl e s sm a n6 0 m g l ，p h e n o l t a k e sa s i g n i f l c a n tr o l et op r o m o t e 日r e t f c m f 口t l mg r o w w h i l et h eh g h ti n t e n s i t yw e a k h 阳巧c m 肠f h mc 觚t o l e r a t e1 e s st h a n2 0 m g lp h e n o l ，a n dm ep h e n o ls t i m u i a t ea 行o c t i o n o b v i o u s l yl e s sm a n t l l ef o r m 鼠 m a l o n d i a l d e h y d e ( m d a ) a sar e g u l a rt y p i c a lm o l e c u l a rm a r k e r s ( b i o m a r k e r s ) c a l l s h o wa e r o b i cb i o l o 百c a lm e i i l _ b r a n el i p i do x i d a t i v ed a m a g e ，w h i c hi nm i se x p 嘶m e n t h a sb e e nv e r yg o o dp r o o f n o t0 n l ym a n i f e s t a t i o no nm eg r o w mr a t co fp l a n t s ， r e s i s t a n c ep h e n o l ss t r e s s ，i t sp o l y s a c c h a r i d e sm e t a b o l i s m 飙dm e 玎曲r a n ep e r m e a _ b i l i t y c h a n g e si n l i n ew i mt h e1 a wa l s op r o v e di t ，a n ds oo n w h e nm el i g h ti n t e n s i t ya t 3 0 0 0 0 l x ，h 。r e t i c u l a t u mm d a m e t a b o l i s ml e v e lb e l o w1 6 0 0 0 n m o 垤( f 把s hw e i g h t ) o n c em d ac o n t e n tw a sd e t e c t e dm o r em a n1 9 8 0 0 n m o 垤( f l r e s hw e i 曲t ) ，a tm i s t i m et h e r o l eo fp h e n o l ss t r e s sc a nc a u s e da l g a ed e a t h u n d e r6 0 0 0 l x ，a sm d a c o n t e n tb e l o w 11 0 0 0 n m o 垤( f r e s hw e i 曲t ) ，t h ea l g a ec a nf o wn o m a l l y w h i l em ec o n t e n to fm d a r e a c h e da t1 3 0 0 0 n m o 垤( 舳s hw e i 曲t ) ，m et o x i ce 虢c t so fp h e n o ls h o u l dl e a dt oa l g a e d i e d t h es p a n i n aa n g l i c a n sl e a fs u 渤c eh a sm eg o o da d s o 叩t i o ne 虢c t o n h y d r o z y b e n z e n e o ns t i l l w a t e ra n dl u c i f u g ec o n d i t i o n ，m ep r o c e s so fa d s o 印t i o nw a s c h o s e nt 0d e s c r i b ew i t hi r e u n d l i c hi s o t h e m s ：q = 1 3 1 0 - 8c o d 8 3 1 4 b e s i d e sm a tt l l e p 叩u l a t i o nd e n s i t y ，d e 印n e s s ，n o wt u r b u l e n c ea i l dc o n c e n t r a t i o n a r ea l s ot h em a i nf 她t s i ns u c hp r o c e s s h lt h es a n l ec o n d i t i o n s ，i n c r e a s el i 曲ti n t e n s i t ys h o u l dp r o d u c e d e g r a d a t i o no fp h o t o s e n s i t i v e ，t h a tc a ni m p r o v em er e m o v a lr a t eo fp h e n o lh i 曲e ri n s u n n yt h a na tn i g h ta n dc l o u d yd a yb ys p a n i n aa n g l i c a s oi t s h o u l db ev i e w e dt h e e c o l o g i c a l f u n c t i o n s0 fs p a r c i n aa n g l i c a舶mv 撕0 u sa n g l e s ， b u ta l s oa t t a c h e s i n l p o r t a n c et 0i t sc h a r a c t 嘶s t i c sa sa l i e ns p e c i e s k e yw o r d s ：c i t yr i v o 略a i l i cp h e n o l ，e u d p h i c a t i o n ，日陀f f c “肠f m m ，印口埘凇 绷鲥庇“易扫口咄s 仃e s se 骶c t ，r e p a i re 腧c t v w r i t t e nb y ：l ul u l u s u p e r v i s e db y ：l i ud e q i 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏 州大学或其它教育机构的学位证书面使用过的材料。对本文的研究作 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本 声明的法律责任。 研究生签名：辫日 期：艘：! 乡 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论 文合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的 保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的 全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名：样熟日 期：泣莲：上： 墨 导师签名雄垒岛日期：璺型：苎：璺 城市内河水中有机酚对工程植物修复效果影响及胁迫效应研究 第一章前言 第一章前言弟一早月u函 1 1 水体富营养化及其危害 1 1 1 水体富营养化 o e c d 把富营养化定义为水体营养盐增加引起的一系列症状变化，其中藻类 增加、水质恶化及其他征兆变化破坏了水的利用【l 】。水体富营养化的形成受多种因 素的影响，如营养物、场所、水温、光照和水动力等。氮、磷是两类最重要的营 养物质，也是控制藻类生长最为关键的营养因素。一般来源于外界污染源( 如生 活污染源、工业污染源及地表径流) 和内源沉积物的释放。藻类的生长也需要适 宜的水温和光照。这些在水体富营养化的控制过程中都是需要关注的因素。 水体富营养化是一种自然现象，但人类活动加速了它的发展，现已成为全球 性的水环境与生态问题。我国在人口稠密、经济发达地区的缓流水体，如太湖， 富营养化现象尤其严重，已成为制约当地社会、经济可持续发展的重要影响因素。 因此开展水体退化及修复的研究具有重要的理论与实际意义。 1 1 2 我国水体富营养化的现状 我国是一个多湖泊的国家，面积在lk m 2 以上的湖泊就达到2 3 0 5 个，其总面 积约为7 1 7 8 7 时，占国土面积的0 8 ；湖泊贮水总量为7 。o 1 0 n m 3 ，其中淡水贮 量2 2 6 1 1 0 1 1 i n 3 。东部平原为我国淡水湖泊最集中也是湖泊密度最大的地区，湖泊 的总面积约为2 1 8 4 7k m 2 ，约占全国湖泊面积的2 9 4 ，我国最主要的五大淡水湖 分别是鄱阳湖、洞庭湖、太湖、洪泽湖和巢湖。 随着我国经济发展和城市化进程的加快，水体的污染也在不断的加剧，水污 染已经成为我国着力解决的水环境问题。2 0 世纪7 0 年代以来，我国在水染防治方 面做了很多工作，但水污染的发展趋势仍未得到有效控制，许多江、河、湖泊、 水库的水质仍在下降。我国七大水系的污染程度以污染程度大小进行排序为：辽河、 海河、淮河、黄河、松花江、长江，其中，辽河、海河、淮河污染最重。对照我 国年地面水环境质量标准( 1 9 9 8 ) ，符合i 、i i 类标准只占3 2 2 ( 河段统计) ， 符合i i i 类标准的占2 8 9 ，属于、v 类标准的占3 8 9 ，如果将i 类标准也作为 污染统计，则我国河流长度有6 7 8 被污染，约占监测河流长度的加。我国是一 个缺水国家，全国6 0 0 多个城市目前大约有一半的城市缺水，而水污染，特别是 城市内河水中有机酚对工程植物修复效果影响及胁迫效应研究第一章前言 湖泊富营养化问题( 见表l 、2 ) 和水体有机污染使缺水形势显得更为严峻l ，2 j 。据 水利部水文局公布的调查报告，太湖水质为类和劣于类的水域面积占湖泊总 面积的8 3 左右；滇池的水质以类为主，占评价面积的6 9 ，劣于类水质的 水域面积占评价面积的3 1 ；巢湖的中部湖区水质类，西半湖的多数水域水质 劣于类，只有东半湖水质能够达到i i i 类。调查显示，绝大多数城郊湖泊也已经 富营养化。杭州西湖水质经过清淤和换水，水质类，仍属富营养化；山东大明 湖水质劣于v 类，南京玄武湖，水质介于一v 类之间；武汉东湖水质主要是v 类 和劣v 类。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源 短缺的矛盾，对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重的负面影响，而且还 严重地威胁到城乡居民的饮水安全和人民群众的健康。 表1 我国3 7 个湖泊营养状态分类统计表 t f l b lt h es t a t eo fn u t r i t i o ni n3 7l a k e so fc h i n a 湖泊营养类型贫一中营养中营养中营养一富营养酉莒乔重富营养 湖泊数( 个) 7 61 l58 占评价数比例( ) 2 0 62 3 53 2 31 4 78 8 湖泊面积( j 。n2 ) 5 8 7 0 88 9 1 2 59 4 3 4 16 6 9 57 3 1 占评价面积比例( ) 2 4 13 6 73 8 8o 2 1o 0 3 表2 我国部分湖泊富营养化发展趋势 r a b 2弧e d e v e l o p m e n to fe u 缸d p h i c a t i o ni ns o m el a k e so fc h i n a 湖泊名称8 0 年代9 0 年代 2 0 0 3 年 玄武湖富营养 富营养 重营养 滇池富营养富营养富一重营养 东胡富营养富营养富重营养 太湖【局部水域】 中一富营养中富营养富营养 巢湖中一富营养中富营养富营养 蘑菇湖富营养重富营养重富营养 1 1 3 水体富营养化的危害 富营养现象的出现使水体变得腥臭难闻，降低水体的透明度，增加浊度3 1 。水 面被大量的藻类遮盖，阳光难以进入，严重抑制了下层水体中植物的光合作用， 降低溶解氧。而藻类的大量生长也会破坏景观，同时有些藻类还能分泌藻毒素， 2 城市内河水中有机酚对工程植物修复效果影响及胁迫效应研究第一章前言 造成水生生物的中毒，甚至死亡【4 6 1 ；对人类也有很大的潜在危险。饮用水源中的 藻类会大大提高化学需氧量( c o d ) 、生物需氧量( b o d ) 、悬浮固体( s s ) 等的浓度， 增加水处理负担与处理成本，同时藻类在过滤时会堵塞滤床，在氯化消毒时产生 三卤甲烷( t h m s ) 等有毒副产物。因此，水体富营养化成为殛待解决的生态与环境 问题。 1 2 富营养化控制技术 1 2 1 营养盐控制 控制水体的营养盐浓度是最常用的富营养化防治措施。一般采取对于外源性 污染截污、污水改道、污水除磷，对内源性污染进行清淤挖泥、营养盐钝化、底 层暴气、稀释冲刷、调节湖水氮磷比、覆盖底部沉积物及絮凝沉降等措施。 1 2 1 1 截污控制技术 外源性污染是水体营养盐的一个主要来源，而截污控制技术是治理水体富营 养化的首要步骤。对于一些浅水湖泊，截污可有效的减少磷负荷7 5 一9 5 ，但是 水体富营养化状态往往难以缓解。r o s m 锄e 湖截污后，水体的营养盐浓度虽然有 明显降低，但湖水中叶绿素( c h l a ) 的浓度却未能降低。1 9 7 5 - 1 9 7 8 年，芬兰v c s i j a r v i 湖磷负荷削减了9 3 、湖水中磷由o 1 5 m g l 降到o 0 5 m g l 之后，蓝藻水华依然 肆虐了十多年【刀；南京玄武湖是一个严重的富营养化小型浅水湖泊，从1 9 9 0 年开 始截污，但截污后，湖区水质改善进程十分缓慢，富营养化藻类生物量和种类组 成亦未见明显变化。1 9 9 1 1 9 9 7 湖水c h l a 年均值仍呈上升趋判8 】。c o o k e 认为营养 盐控制技术忽略了水体内部营养盐循环及生物之间的相互作用，而且由于内循环 及外源污染不可能彻底控制网。因此，单纯以截污方式控制水体中营养盐的浓度， 对富营养化防治往往难以见效。 1 2 1 2 清淤控制技术 清淤主要是以消除底泥污染为主要目的的一种常用技术。大量的污染物进入 水体并沉积于底泥之中。一旦环境条件允许，底泥就会成为释放出大量的氮和磷 等营养物质，成为水体富营养化的重要因素之一【1 0 1 。因此，及时对受损水体进行 清淤也很重要。 1 2 2 藻类的控制 1 2 2 1 物理除藻 物理除藻技术除去应用机械设备，消耗大量劳力和能量，在短时间内快速有 3 城市内河水中有机酚对工程植物修复效果影响及胁迫效应研究第一章前言 效去除藻类外，现今主要有浮游生物网除藻技术与遮光技术。前者是将浮游生物 网作为过滤器，可非常有效地从水中去除二角多甲藻，去除率在9 0 以上。c o d 、 总氮、总磷及叶绿素a 的去除率也在8 0 一9 0 【1 1 1 。而遮光技术是通过在水面覆盖 部分遮光板，控制藻类增殖。采用塑料制浮板遮光，覆盖面积为水面的5 0 6 0 。 遮光一个月左右，水质明澈透底l l n j 。 1 2 2 2 化学除藻 用化学药品控制藻类也是常用的方法。目前已经合成的化学杀藻剂有：松香 胺类、三连氮衍生物、有机酸、醛、酮以及季胺化合物等有机物、铜盐、氯系氧 化剂、高锰酸钾、磷沉淀剂( f e 2 + 、f e 3 + 等) 等无机物【1 3 1 7 1 。化学药品可快速杀死 藻类，但死亡藻类所产生二次污染及化学药品的生物富集和生物毒性效应对整个 生态系统的负面影响较大，而且长期使用低浓度的化学药物会使藻类产生抗药性， 因此，除非应急和健康安全许可，化学杀藻目前一般不宜采用。 1 2 2 3 生物调控技术 生物调控最早是由s h a p 衲等于1 9 7 5 年提出的。他们在分析了湖泊水体食物 网( 链) 结构对生态系统初级生产力的重要影响之后，认识到食物网( 链) 对湖泊富 营养化管理的重要性，提出了生物调控技术，试图通过增加浮游动物种群，以提 高对藻类的捕食强度，控制藻类及其“水华。这种方法强调了整个生态系统的管 理，从营养物质循环环节来水体的控制富营养化。但是在实际运用过程中，又受 到应用区域、对象及范围的限制，难以得到一致的结论与结果。所以学术界对于 生物调控技术的有效性一直存在争议陋1 9 1 。 1 2 3 生物生态修复技术 生物生态修复技术是利用生物特别是微生物催化降解有机物，对水中污染物 进行转移、转化及降解，并可以将低浓度污染物进行富集转化，最终达到治理污 染水体的目的。生物修复技术是目前常用的一种水环境治理技术。常见的生物生 态修复技术主要包括：微生物修复技术和植物修复技术2 0 1 。 1 2 3 。l 微生物修复技术 微生物修复主要是利用天然存在的或特别培养的微生物，在可调控环境条件 下将有毒污染物转化为无毒物质的处理技术。利用微生物修复技术不仅可治理受 石油和有机物污染的环境【2 1 仍】，又可治理受重金属【2 4 明和氮、磷等营养盐污染的 环境阳。在其工程实施上分原位修复衄。s i mb i o r e m e d i a t i o n ) 和异位生物修复 4 城市内河水中有机酚对工程植物修复效果影响及胁迫效应研究 第一章前言 ( e x s i t ub i o r e m e d i a t i o n ) 两种技术【2 7 】；其中原位生物修复技术是近些年来开发并广 泛应用子受污染地表水体、地下水、近海洋面及土壤修复的一项新技术，而利用 微生物进行污染水体的原位修复已经成为水体污染治理技术发展的主流【2 8 1 。此技 术不涉及到搬运污染水体( 包括底泥和受污染的土壤) ，而是在受污染区域直接进 行修复，这一过程主要依赖于被污染水体微生物的自然降解能力或人为创造的适 宜微生物降解的条件。污染物降解的主体一微生物一般采用经过人为驯化和培养 的微生物以及商品化的适宜微生物菌剂，也可以通过向水体中投加营养物质、表 面活性剂、电子受体等来激活水环境中本身存在的具有降解污染物能力的土著微 生物，通过以上两种手段强化污染物的微生物降解，从而达到水体原位修复的目 的。当原位生物修复技术方法难以满足应用要求时，异位生物修复技术就成为了 一个重要选择【冽。这种技术需要将受污染的介质搬离原地，使其与降解菌接种物、 营养物及支撑材料混合，集中起来进行生物降解。将污染介质集中起来进行生物 降解，可以保证生物降解的较理想条件，因而处理效果好，还可以防止污染物转 移，许多学者都认为异位生物修复技术是一项具有广阔前景的微生物处理技术【羽。 1 2 3 2 植物修复技术 植物修复技术( p h y t o r e l n e d i a d o n ) 是指利用绿色植物及其根际的土著微生物共 同作用以清除环境污染物的一种新的原位治理技术，其机理主要是植物，特别是 水生植物，对污染水体都有一定的净化能力。因此，在污染水体中种植对污染物 吸收能力强且耐性好的植物，应用植物对污染物的吸附、吸收、富集和降解( 植物 根系一根际微生物的联合作用) 等，将水体中污染物去除或固定，从而实现水体修 复的目的【3 l 】。植物修复技术具有成本低( 仅为传统物理和化学方法的3 0 一5 0 ) 、处 理效果好( 去除率可达9 9 以上) 、对环境扰动小、操作简便等优点，并且在处理 设备和规模上基本没有限制。植物修复技术应用于受损水体的治理，主要有两方 面内容，一方面是对富营养化水体的修复；另一方面是对含有机物与重金属水体 的修复。前者是利用水生生物吸收利用氮、磷元素进行代谢活动这一自然过程达 到去除水体中氮、磷营养物质目的的方法。主要包括了利用藻类、有效微生物群、 各种高等水生植物( 水生维管束植物) 及陆生植物等重建水生生态环境，使水体恢 复其应有的功能。况琪军【3 2 】研究了三类大型丝状绿藻对水中氮磷的去除效果。实 验发现三种大型丝状绿藻中，水网藻和刚毛藻对水体中的n 、p 营养具有较强的去 除能力。并且其具有程序简便、管理费低等特点，是一种廉价的污水处理手段， 5 城市内河水中有机酚对工程植物修复效果影响及胁迫效应研究 第一章前言 极具应用前景。相崎守弘【3 3 】通过在河道中人工栽植芦苇、水田芥和留兰香等植物， 对高度富营养化水体进行净化，既吸收了水体中大量的氮、磷，同时也有效控制 了丝状绿藻的繁生。实验结果证明了伊乐藻对水质的净化有很好的效果，在夏季 对水体中氮磷的累积去除率分别达到6 1 和8 9 在冬季，平均也可达到2 5 7 和 2 6 6 【弘3 5 1 。对于陆生植物黑麦草的研究结果显示浮床黑麦草在富营养化水体中生 长良好，对富营养水体中的总磷具有明显的净化效果。当覆盖率为3 0 时，对总 磷的去除率最高达到7 3 0 。 针对重金属污染水体，筛选的修复植物要具有金属累积或耐受性，将金属污 染物以离子的形式从水体中转移至植物特定部位，以阻止进一步的扩散。其主要 机理为：植物固定作用。植物通过某种生化过程使污染基质中金属的流动性降 低，生物可利用性下降，从而减轻有毒金属对植物的毒性【3 6 】。植物吸收和挥发 作用。植物在吸收营养的过程中，由于某些重金属元素与营养元素具有相似的化 学结构会被植物“误认 吸收到植物体内，进入植物体内的金属污染物到达表皮 层后，或被植物代谢掉或成为植物的成份之一，或通过气孔挥发到大气中【3 7 铘】。 植物根系活动。植物根系对重金属的吸收主要与重金属的形态有关。根系活动 能活化水中的重金属，提高其生物有效性。植物对重金属污染水体的修复方式主 要是根滤【3 9 】：但也有人发现漂浮植物风眼莲( e i c h h o m i ac r s s i p e s ) 有发达的纤维 根系和高生物量，同样也能够从水中有效地去除c d 、c r 、s e 和c u i 钟j 。 植物修复有机物污染环境的机理要复杂得多，经历的过程有可能包括吸附、 吸收、转移、降解、挥发等。例如，植物可以通过植物挥发来清除水中的有机物 污染物如t c e ，但修复过程通常是与其他修复方式同时进行的【4 1 1 。n e w m a m 【4 刁等 发现生长于t c e 浓度为5 0m g k g 的水培杂