植物生态学汇报---园林植物在治理水污染中的应用.ppt

园林植物在城市水污染治理中的应用 1 水生植物净化机理2 水生植物的水环境生态修复作用 1 水污染现状及危害2 园林植物与水污染治理 目录 一 环境问题 三 案例分析 二 园林植物与生态恢复 成都活水公园杭州西溪湿地 环境问题 定义 添加文本 添加文本 添加文本 添加文本 环境问题 是指由于人类活动作用于周围环境所引起的环境质量变化 以及这种变化对人类的生产 生活和健康造成的影响 人类与环境不断地相互影响和作用 产生环境问题 地球正面临着全球气候变化 臭氧层破坏和损耗 生物多样性减少 土地荒漠化 森林植被被破坏 水资源危机和海洋环境破坏 酸雨污染等全球环境问题 当前环境问题 环境问题 1 水污染现状及危害 重金属污染 化学污染 富营养化污染 干扰污染 水污染类型 水资源可利用性降低 导致鱼类或其他水生生物大量死亡 水域生态系统退化 引起可预防疾病 危害人体健康 现状 危害 这些年来 虽然人们对于环境问题的认识和重视有所提升 也采取了一些措施 但水污染问题仍有加重和恶化的趋势 全球有一半的河流被严重污染 有80个国家 其人口占全球的40 严重缺水 人类对全球淡水资源的需求不断增长 对陆地水域与海洋施加了越来越大的环境力 依据污染物的类型 一般将水污染分为以下4种类型 环境问题 2 园林植物与水污染治理 为了治理水污染 我们采用污水综合处理技术和生态修复技术 前者包括目前常用的一些废水净化处理技术 主要有物理处理法 化学处理法和生物处理法 后者包括植物净化技术 生物氧化塘技术 污水土地处理技术和人工湿地净化技术 由于污水综合处理技术存在一定的弊端 20世纪70年代 人们开始关注水生植物对水污染的防治作用 以寻求一种高效低耗的水污染处理技术 污水处理技术分类 传统污水处理技术存在弊端 作为一种自然可持续的水污染治理方法 水生植物以其特有的净化机理对每种类型的污染物都有着独到的化解方法 经济 高效 且无二次污染 水生植物净化技术的优点 水生植物净化机理 物理化学作用 植物吸收作用 微生物辅助降解 对藻类的抑制作用 园林植物与生态修复 植物吸收作用 微生物辅助降解 对藻类的抑制作用 物理化学作用 水生植物净化机理 植物通过吸附 沉降和化学结合等方式使无机及有机化合物脱离水循环 对重金属和化学物质污染有较好的净化能力 除吸收N P等营养元素抑制富营养化污染外 对重金属和一些化学物质也有较好的吸收能力 普遍存在于水生植物的各项生理活动中对化学污染和干扰污染处理都有较好的辅助作用 植物通过化感作用对藻类的抑制则主要体现在对富营养化污染的控制方面 可防止水华现象的发生 四种净化机理与四种类型的污染物之间的具体对应关系为 1 水生植物净化机理 1 挺水植物如芦苇等群落 可使得近土壤或水面风速降低 减少水体波动而水体内部也更为安静 从而有利于水体中悬浮物的沉积并降低其再悬浮的风险 这样就增强了底质的稳定性降低了水体的浊度 同时也增加了水体与植物间的接触时间有利于植物对其净化 2 在易受风浪涡流及底层鱼类扰动影响的浅水湖泊底层 沉水植物有利于形成一道屏障 使底泥中营养物质溶出速度明显受到抑制 3 浮水植物发达的根系与水体的接触面积很大 能形成一道密集的过滤层 当水流经过时 不溶性胶体会被根系粘附或吸附而沉降下来 特别是将其中的有机碎屑沉降下来 4 另外 根系的吸附物还包含着无机颗粒 有机颗粒 细菌 藻类 微型动物等 这些物质有的被吸附固定 有的则增强了植物的净化能力 如细菌辅助分解 而微型动物则能吞食水体中的藻类 所谓物理化学作用 主要指的是水生植物对污染微粒或其他污染物的吸附 过滤 沉淀等作用 物理化学作用 植物吸收作用 1 对氮 磷的吸收 水体中氮和磷的过量富集是导致水体富营养化最终引发 水华 的根本原因 大型水生植物可以直接从水层和底泥中吸收N P 并同化为自身的结构组成物质 N P在其体内的储存比藻类稳定 所以可通过在富含N P等营养物质的污水中种养水生植物 达到使污水脱氮除磷的目的 2 对重金属和有毒有害物质的富集和吸收 水中金属元素具有危害性大 不可降解等特点 利用水生高等植物所具有的富集能力 从废水中吸收重金属离子 不仅能够净化水质 还能够对一些贵重金属进行回收利用 水生植物对重金属的忍受能力大小因植物的生活类型不同而异 一般为 挺水植物 漂浮 浮叶植物 沉水植物 水生植物吸收积累重金属的能力是沉水植物 漂浮 浮叶植物 挺水植物 根系发达的水生植物大于根系不发达的水生植物 植物直接吸收的污染物包括两大类 1 氮 磷等植物营养物质 2 对水生生物有毒害作用的某些重金属和有机物 植物吸收作用 微生物辅助降解 1 水生植物本身的吸收作用非常有限 单纯依靠植物对氮 磷的吸收作用取得的营养物去除份额不超过10 氮的去除 尽管有植物的吸收 硝化和反硝化作用仍是主要的去除机制 约40 92 2 淹没于水中的水生植物的茎和叶形成的生物膜 为大量的光合细菌 藻类和原生微生物等在植物组织上的生长提供了一定空间 埋藏于土壤中的根和根区也为微生物的活动提供了巨大的物理活动表面 植物根系也是重金属和某些有机物的沉积场所 3 水生植物通过发达的通气组织将光合作用产生的氧气或大气中的氧气输送至根系 扩散到周围缺氧的环境中 在植物根区的还原态介质中形成氧化态的微环境 此区域促进了好氧生物对有机物的分解 其中好氧生物膜对氧的利用使离根毛较远的区域呈现缺氧状态 更远的区域则完全厌氧 此区域适于厌氧微生物群落的生存 进行反硝化和有机物的厌氧降解 根系也可以作为微生物附着的良好的界面 植物的根系还可分泌一些有机物并促进微生物的代谢 从而间接地提高了进化率 水生植物群落的存在 为微生物提供了附着的基质和栖息场所 而在污水处理系统中 微生物对各种污染物的降解起着很重要的作用 对藻类的抑制作用 1 大型水生植物与浮游植物在营养物质 光能利用和生长空间上是竞争者 某些水生植物能产生化感物质 如酚 生物碱等 从而抑制有害藻类的生长 水生植物与藻类之间存在着一个动态平衡的关系 亦即草型水体与藻型水体之间的动态转化关系 水生植物可以通过吸收氮 磷元素降低水体营养水平以及通过竞争阳光养分等方式预防水华的发生 园林植物与生态修复 1 水生态系统修复和恢复 2 3 人工生态浮岛技术 人工湿地污水处理技术 4 生态护岸技术 2 水生植物的水环境生态修复作用 介质 水生植物和微生物是人工湿地的基本构成 其中 水生植物是其特点所在 也是湿地处理系统最明显的生物特征 它是人工湿地的主要组成部分 并在其中起着重要作用 人工湿地处理系统可以分为以下三种类型 1 自由水面人工湿地处理系统 2 人工潜流湿地处理系统 3 垂直水流型人工湿地处理系统 人工湿地 Constructedwetlands 是依据土地处理系统及水生植物处理污水的原理 由人工建立的具有湿地性质的污水处理生态系统 人工湿地污水处理技术 人工湿地的一般工艺流程包括预处理 水生植物池和集水排水3大部分 如 原污水 格栅 污水集水池 植物池A 植物池B 集水池 回用或排放水体 其中起主要净化作用的是水生植物池 因此几乎所有的研究都是在水生植物池中进行 人工湿地中较强净化能力的植物 芦苇 千屈菜 美人蕉 Cannaindica 风车草 Cyperusahemifo lius 水葱 Scirpusvalidus 再力花 Thaliadealbata 和花叶美人蕉 Variegatedcanna 第2大类为具有中等净化能力的植物 菖蒲 芦竹 香蒲和梭鱼草 Pontederiacordata 第3大类为具有较弱净化能力的植物 鸢尾 野芋 Colocasiaantiquorum 灯心 Juncuseffusus 葱兰 Zephyranthescandida 泽泻 Alismaplantago 和花菖蒲 Irisensata 人工湿地污水处理技术流程 水生植物对于湿地的作用主要体现在 吸收利用 吸附和富集作用 氧的传输作用 为微生物提供栖息地 维持系统的稳定 有机物的积累作用 另外 水生植物还具有美观可欣赏性 可以通过收割回收以达到一定经济效益 可作为介质所受污染程度的指示物 有助于酶在湿地系统的扩展等作用 人工湿地具有以下特点 投资省 运行费用低 出水水质好 具有较强的氮 磷处理能力 运行维护管理方便 管理水平不高 并能和稳定塘联合用于高纯度废水处理或者废水三级处理 作为20世纪70年代发展起来的一种新型污水处理生态系统 近年来在世界各地得到了广泛的应用 其应用范围主要集中在褐煤热解 油砂废水 矿山废水 奶品加工 食品工业 造纸废水 烃类废水和垃圾场渗滤液 81 净化处理等方面 人工湿地污水处理技术特点 目前人工生态浮岛技术的应用已十分广泛 应用范围主要包括需要治理改善水污染的湖泊河道 相对大面积的具有流通性的水体 一般以栽植草本植物和低矮灌木较为合适 常用于水培的小型园艺植物 如香石竹 文竹 非洲菊 郁金香 风信子 菊花 马蹄莲 仙客来 月季 唐菖蒲 兰花 鹅掌柴等 湿式浮岛上的植物根系直接从水中摄取养分 因此其栽培载体不需要含土基质 可以采用植物纤维 破旧鱼网 木渣 泡沫碎块等废弃物提供植物生长的基盘 人工生态浮岛主要包括三个组成部分 分别为浮岛载体浮岛固定装置和浮岛植物 人工生态浮岛不仅可以改善水体污染情况 同时也能改善水体周围的空气状况 营造水面上的绿化景观 为鸟类提供栖息场所 人工浮岛技术 特点1 容易移动 不存在环境风险和二次污2 植物生长不受水域类型和水底地形等条件限制3 人工浮岛的建设 运行成本较低 功能1 净化富营养化水体2 为动物提供栖息地 增加水域生态系统的生物多样性3 生产作物 节省肥料和土地资源4 美化水域景观5 防浪护岸作用 人工浮岛技术 水生系统修复和恢复 与传统的化学修复 物理和工程修复等技术手段相比 植物修复技术 Phytoremediation 是一种以植物为修复主体的新兴修复方法 由于它具有投资和维护成本低 操作简便 不造成二次污染 更适应环境保护的要求 且具有潜在或显著经济效益等优点 国内外利用水生植物在水污染控制中的作用建立了许多污水处理系统 主要有 漂浮植物系统 挺水植物系统和沉水植物系统 除单独使用外 这3种方式也经常被组合应用或与其他的处理工艺形成联合处理系统进行各类污水的处理 随着研究应用的深入 现在这些联合系统正在趋向于以水生植物为结合点 把污水处理和其他功能统一起来 使其扬长避短 植物修复是依靠太阳能运行 具有成本低 能耗小的优点 且该技术治理效果显著 投资相对较少 后期管理简单 非常适合污染水体的修复 生态护岸技术 城市公园中生态护岸的主要材料为石笼网箱和生态沙袋的运用 在石笼网中可以种植耐水湿的植物唐菖蒲 美人蕉等 可以过滤吸附水体中的有害物质 将水体中的水资源通过生态护岸的传递到岸边土壤中去 补给水边植物的生长需求 利用植物根系维护岸边过渡地带的生态平衡 防止水土流失和水体对边坡的侵烛 大量的降雨可以使岸边土壤吸收大量雨水 通过护岸将多余的雨水排至景观水体中 防止了因雨水过多而对岸边绿地造成的游害伤害 生态护岸技术的运用可将水域生态系统与陆地生态系统联系为一个整体 同时进行着物质能量的交流循环 同时也能抑制水体乃至河岸边坡的污染 建造出更环保更美观的护岸效果 项目概况 相关案例分析 成都活水公园 成都活水公园是以生态净化为主要目的人工湿地公园 城市人工湿地生态景观的整体外型采取因势利导的原则 充分考虑地形地貌特点 挑选出最能符合府南河环境地貌特征的河段进行设计 作为人工生态湿地典范的成都活水公园体现出与水的密切关系 鱼型的整体形态构思巧妙 长条状的外型有机的嵌入到狭窄的河岸地段 鱼 型的景观形态隐喻出 鱼与水 之间的生态关系 同时在空间组织中 含蓄的展示出了 人与水 的依存关系 相关案例分析 成都活水公园 活水公园人工湿地污水处理系统的主要工艺过程为 厌氧沉淀池 人工湿地塘床系统 养鱼塘系统 戏水池 连接各工序的水流雕塑和自然水沟 从厌氧沉淀池到戏水池的整个流程清楚的呈现了污水在每个工序中逐级变清的过程 以及各个工序中水的视觉 嗅觉感官 水质 水流 水生生物及使用功能的改变 湿地污水处理体系 相关案例分析 成都活水公园 污水进入厌氧沉淀池内进行6到8个小时的预处理 通过物理作用使绝大部分不溶于水的悬浮物 使其沉淀从池底排出 或者浮于水面清除 同时 厌氧微生物将可溶于水的一部分高分子有机物分解为低分子有机物 为后续处理做铺垫 出水流入两组石雕池中 进行充分曝氧后 流入人工湿地 厌氧沉淀池 相关案例分析 成都活水公园 经过预处理和暴气充氧 微生物大量繁殖之后流到人工湿地植物塘床系统 这是整个污水处理系统中最为核心的部分 由9个植物塘和18个植物床组成 植物塘和植物床的造型设计为一片片 鱼鳞 种植有多种浮水植物和沉水植物 它们生长在污水浸泡的碎石床中 污水中的有机物在植物塘 床系统中由物理吸附作用 氧化还原作用 微生物分解作用等 大部分分解为可以被植物吸收的营养物质 经过水生植物的根部吸附 水质得到净化 同时在科学的管理下 通过不断清理移除衰老或多余植物 也把污染物带出了系统 人工湿地植物塘床系统 相关案例分析 成都活水公园 污水经人工湿地塘床系统净化处理后 出水可由地表水质国标V类水净化达到III类水域 即适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区 一般鱼类保护区及游泳区的水质标准要求 活水公园的养鱼塘中养殖有各种观赏鱼类 以水中的养分和微生物为食 在形成生动景观的同时 还能够通过其生长情况对前面工序净化污水的效果进行直观监测 养鱼塘系统 相关案例分析 成都活水公园 养鱼塘的出水经渗滤池后流入戏水池 在戏水池中儿童及游人可开展适量的亲水 戏水活动 戏水池与自然水沟 相关案例分析 成都活水公园 水流雕塑是应用水力学原理设计 水流经雕塑 通过摆动产生水花 可供游人观赏 同时使水增加了与大气的接触机会和接触面积 增加了水中的溶解氧含量 水流雕塑 项目概况 相关案例分析 杭州西溪湿地 西溪国家湿地公园位于杭州市区西部 是罕见的城中次生湿地 总面积约为11 64平方公里 在保护区界线以外为外围保护地带 外围保护地带以外的周边景区控制区 主要涉及五常乡 闲林镇的两湿地水网区域 其生态资源丰富 自然景观质朴 文化积淀深厚 曾与西湖 西泠并称杭州 三西 是国内第一个也是唯一的集城市湿地 农耕湿地 文化湿地于一体的国家湿地公园 居住 农业生产 旅游 水岸人家绿色住居 理想方式 生态农田 桑基鱼塘 稻鱼稻鸭等 理想方向 湿地公园 西溪泛舟观鸟 品柿等 理想模式 以上可以看出 承受干扰是西溪湿地实现其社会 经济效益的途径 适度干扰不可避免 区内每年排放的生活污水总量达615300t 其中总氮和总磷的年排放量分别为30 76t和2 46t 区内用地类型包括中鱼塘面积最大 约占用地总面积的48 69 其次为耕地18 81 相关案例分析 杭州西溪湿地 干扰的类型 1 自然一社会一经济复合的生态系统 西溪湿地自然保护区本身就是一个自然一社会一经济复合的生态系统 三者之间联系平衡而紧密 2 景观生态学背景下的景观生态规划 从中观和微观的层面上把控湿地生态环境修复 避免进一步人为破坏 湿地自然保护区中适度的干扰将逐渐改变湿地的景观格局与景观形态 在生态临界阐值范围之内的改变是被允许的 3 生态工程操作的基底 湿地自然保护区全境均适合建立生态工程 湿地水质恢复是湿地全境的生态恢复 以及水源地的净化 局部范围的净化收效不大 人类的生产生活活动在合理的引导下 并不会影响湿地生态环境保护 生态农业 渔业活动也是生态工程的一种形式 同时也为湿地风光增加了特色 添加文本 西溪湿地全境应作为一个湿地自然保护区来加以保护和利用 以充分顾及湿地生境的脆弱性 添加文本 添加文本 相关案例分析 杭州西溪湿地 整体保护模式 保留典型湿地特征 建立缓坡 营造多样的湿地环境 在目前的西溪国家湿地公园中 大部分水系为高河堤与深水域 生态保护价值较低 导致湿地的许多功能丧失 而试验证明浅水池塘比深水池塘更适合