是大型的水生花卉

  水生植物在应对水环境污染中的作用 一、水环境污染现状及水体氮、磷污染 1、水环境污染现状 随着工农业生产、人口及化肥农药和含磷洗涤剂用量的飞速增长,水体污染问题日 趋严重。江、河、湖水体不堪重负,污染负荷大大超越了水体自净能力,水环境污染和 水资源短缺问题 日益突出。 全球每年向江河湖泊排放污水4260亿咖“,造成55000亿km3水体的污染,占全球径流 量约14%以上,全球河流稳定流量的40%受到污染,并有恶化趋势。 我国七大水系,部分湖泊和部分近岸海均受到不同程度污染,一些主要的淡水湖泊 受到富营养化的严重威胁。2001年太湖和滇池外海均属中度富营养状态,滇池草海更 是处于重度富营养状态,巢湖属于轻度富营养状态(国家环保总局2001)。全国有监测 的1200多条河流己有850条受到污染,87%左右的城市河段受到不同程度的污染。其中 有16%的城市河段属严重污染,11%的城市河段属重度污染,15%的城市河段属中度污 染,33%的城市河段属轻度污染(刘永慰1994)。2001年全国工业和城镇生活废水排放总 量为428.4亿吨,比上年增加了3.2%;废水中化学需氧量的排放量为14065吨,比上年减 少了2.7%(国家环保总局2001)。 我国水体的污染目前主要表现为有机物污染和氮、磷污染。氮、磷随出水排入受纳 水体,汇同受雨水冲淋后从农田中流失的氮、磷及种种非点源污染,使氮、磷营养物对 水体污染和危害上升为主要矛盾。随着氮、磷污染数量的上升,环境矛盾的尖锐化以及 人们环境意识的加强和对环境质量要求的提高,越来越多的国家和地区立法对氮、磷制 定了排放标准。出水的排放标准越来越高。 2.水体氮、磷污染 2.1 水体氮、磷污染源 水体中氮、磷等营养物质主要包括从外部进入水体的氮、磷,以及水体内部自 身底泥等沉积物释放进入水中的氮、磷。外源氮、磷主要通过面源污染和点源污 染两种方式进入水体。大多数情况下,氮主要通过面源进入水体,磷主要通过点源 进入水体。 污染源:①城市生活污水和工业废水 ②农田肥料和动物粪尿 ③城市雨水径流污染 ④气载污染物污染 ⑤水土流失及水产养殖原因造成的污染 ⑥底泥中氮、磷的溶出 2.2 氮、磷污染的危害性 水体的氮污染会造成水体的富营养化现象。富营养化水体会使某些藻类恶性繁殖,出 现所谓的“水华”。这些藻类往往有一股腥味,使水质下降,水体透明度减少,色度增加, 水体变得混浊。其中的一些藻类的蛋白质毒素,可富集在水产生物体内,并通过食物链 使人中毒。大量藻类同时死亡时会耗去水中的氧,从而引起鱼类的大量死亡。还原态氮 排入水体会因硝化作用而耗去水体中大量的氧,造成水体黑臭。化合态氮对人及生物的 毒害作用。水中氨氮超过lm留L时,即会使水生生物的血液结合氧的能力降低,若饮用 NO3一N含量超过10mg/L的水(或NO3一50mgL/),可引起高铁血红蛋白症。 研究表明,藻类的过度繁殖程度,与磷酸盐含量之间存在着某些平行关系,引起过度 繁殖的那些藻类,往往能积累大量正磷酸盐。受磷污染的水体,藻类大量繁殖,藻体死亡 后腐败被微生物分解,耗去大量溶解氧,严重影响鱼的生存。大多数种类的蓝藻会使水 产生霉味和腥臭味。许多种类还会产生毒素,并通过食物链影响人类的健康。含有大量 藻体的富营养化水体可使水流变缓,长期下去大量藻类遗体可使湖、河变浅,最终成为 沼泽地。 二、水生植物修复污染水体的研究进展 近年来,水系的近自然型治理在工业化国 家正逐渐成为改善水体环境的新理念,利用 水生植物具有净化水体的能力,并兼有美化 景观的作用,建成具有生命活力的水生生态 系统也成为一种新潮流。我国利用水生植物 净化水质的研究始于70年代中期,水生植物 可吸收、富集水中的营养物质及其它元素, 使水体中的溶解氧含量增加,抑制有害藻类 繁殖等 天津水生植物,河道水质净化器 普陀水湿生植物繁育基地 瑞安环城河放养水生植物净化水质取得成效 1.水生植物净化水质的机理 水生植物对富营养化水体的净化中和了吸附、沉淀、吸收、代谢、`富集、 浓缩等各种作用。 旺盛根区为微型生物的生存及其对营养物质的降解提供了必要的场所和 好氧厌氧的条件。 水生植物根系发达,能吸收水体中营养 物质以满足植物体本身的生长发育需要, 水生植物发达的根系与水体接触面积大, 可以形成密集的过滤层,岑水流通过时, 可以过滤掉水体中的污染物质,在其表 面进行离子交换、整合、吸附、沉淀等, 不溶性胶体被根系乳附和吸附,凝集的 菌胶团把悬浮性的有机物和新陈代谢的 产物沉降下来,使周围的水体变得澄清。 植物光合作用产生的氧气和大气中的 氧气直接送到植株各处去,并向水中扩 散,一方面根系通过释放氧气,氧化分解 周围的沉降物;另一方面使水体的底部 和基质土壤形成许多厌氧和好氧小区, 为微生物活动创造条件,进而形成“根 际区”。根系附近的微生物通过代谢消 耗了水体中的溶解氧使之呈现厌氧状态 而这种厌氧状态,有利于反硝化过程从 而能最大限度地除去水体中的硝氮。 2.水生植物在污染水体修复中的应用 2.1人工湿地 2.1.1人工湿地系统是本世纪七十年代发展起来 的利用水生植物处理污水的新型废水处理,由于 建造和运转费用低、维护简单、效果好,且为众 多野生动物提供了栖息地,成了研究的重点。 2.1.2人工湿地一般由人工基质(一般为碎石)和 生长在其上的水生植物(如芦苇、短叶莎芷等组 成,是一个独特的土壤一植物一微生物生态系统。 2.1.3人工湿地可以促进废水中植物营养素的循 环,使废水中所含的有用物质以作物生产形式再 利用,能绿化土地,改善区域气候,促进生态环境 的良性循环。 2.1.4在人工湿地净化污水过程中,植物作用可以 归纳为三个重要的方面: ①直接吸收利用污水中可利用态的营养物质、 吸附和富集重金属和一些有毒有害物质; ②为根区好氧微生物输送氧气; ③增强和维持介质的水力传输。 2.2净化塘 2.2.1利用水生植物净化污水时还有一种 以净化塘的方式,净化塘是以某种水生植 物}片绝对优势而组成的特殊水生生态系 统,这个系统通过水生植物群落的阻滤、 沉降、吸附等物理作用以及植物体的吸 收、积累等作用而达到对污水的净化效 果。 2.2.2净化塘从利用人工的净化塘发展到 利用天然湖塘、湖湾放养水生植物净化 水质和底泥。由于植物依据其生理特性 对不同污染物质会有不同的吸收效应,因 此净化塘在水生植物的利用上,由一种植 物为主发展到多种植物搭配,充分发挥各 种植物的优势,达到最佳的净化效果。 三、案例研习 1.海珠湿地公园 ? 海珠湿地位于广州市中心城区,海珠区东南部,是广州规模最大、保存 最完整的生态绿核,被称为广州市的“南肺”和“肾”。 ? 主要包括万亩果园、海珠湖及相关河涌39条,总用地面积1100公顷,水 域面积达380公顷。区域内河涌纵横交错,湿地资源丰富,其中城市内湖 湿地59.7公顷,河涌湿地214.6公顷,涌沟—半自然果林镶嵌复合湿地 202.3公顷,湿地率达54.8%。 ? 是珠三角河涌湿地、城市内湖湿地与半自然果林镶嵌交混的复合湿地生 态系统。 ? 海珠湿地公园具有繁华都市与自然风光相融、湿地生态系统结构特殊等特色, 为候鸟迁徙重要通道、岭南水果发源地和岭南民俗文化荟萃区。 ? 海珠万亩果园种植果树的历史由来已久,果园内涌沟密布,通过珠江三角洲 感潮河段的水文特性灌溉果树,形成我国非常罕见的城市湖泊与河流湿地类 型。 存在的问题 海珠湿地公园是在原万亩果园的基础上进行规划设计的。园内种植有大 量原生 态果树,但由于缺乏科学合理的管理和规划,水质污染严重,湿 地功能下降,局部地区有退化趋势。 解决方法 为了净化水体,打造岭南水乡风情, 园内营造了多处亲水平台,通 过设置生态净化装置和种植水生植物,水质达到Ⅲ类。其中花溪作为 示范区主要亲水区,总面积1.18万m2,长650m,是海珠湿地公园的核 心景点。 花溪植物资源丰富,除了保留原有果树外,还种植了岭南特色的水生 植物。花溪应用的水生植物25种, 其中挺水植物以千屈菜、香蒲、 慈 姑 、大花美人 、芦苇 、纸莎草等为主;浮叶植物较少,以睡 莲 、萍逢为主; 漂 浮植物以浮萍为主;沉水植物为穗状狐尾藻。 种类 花色、花期及习性 园林应用 千屈菜 Lythrum salicaria 花叶芦竹 Arundo donax var. versicolor 花菖蒲 Iris sp. 黄花鸢尾 Iris wilsonii 慈姑 Sagittaria sagittifolia 灯芯草 Juncus effusus 穗状花序顶生,小花多而密,紫红色,夏 水边丛植,水池栽植,花境,盆栽 秋开花。喜温暖水湿,较耐寒。 花序形似毛帚。花期夏秋季。喜温喜光,耐 可作水景园背景,也可点缀于桥、亭、 湿较 耐寒。 榭 四周 花色丰富,有红、白、紫、蓝等色。花期4 可栽植于浅水区、河滨池旁 月下旬至5月下旬。 耐寒,喜水湿,能在水畔和浅水中正常生 水边的石旁岩边 长,也 耐干燥。 花茎直立,上部着生出轮生状圆锥花序, 可做水边、岸边的绿化材料 白色,花期7~9月。有很强适应性,但要求 光照充足,气候温和、较背风的环境下生。 花淡绿色,具短柄;花期6~7月。适应性强。 植于水边、小池旁观赏,也可入药 睡 莲 Nymphaea tetragona 芦 苇 Phragmites communis 水生美人蕉 Canna sp. 花色有红、白、黄、粉、蓝、紫之分。花 期6~ 9月。喜阳光充足、通风良好、 水质清洁、温暖的静水环境。 多生于低湿地或浅水中。夏秋开花,圆锥 花序, 顶生,疏散,多成白色,圆锥花 序分枝稠密,花期为 8~12月。 叶片大,阔椭圆形,叶色为黄绿相间的花 叶及紫色叶。是大型的水生花卉,花色有 乳白、鲜黄、粉红、大红、紫红、复色斑 点等。 花期为北方6~10月;南方全年。 盆栽在庭院、建筑物或假山石前摆放; 与 其他水生植物如王莲、荷花、香蒲 等配置,周 围布置瀑布、溪流,形成 动静结合、生机勃勃 的自然景观。 景点旅游、水面绿化、河道管理、净 化水 质、沼泽湿地、置景工程、护土 固堤、改良土 壤之首选。 适合种在溪流湿地上,造型优美、色 彩浓 烈,为水景园带来特别的意境。 水下生态系统 ? 为全面提升海珠湿地水域生态环境,系统改善海珠湖、石榴岗河、 土华涌等海珠湿地连通水域水质。海珠湿地一期开展水质净化示范 工程,实施水域面积约38000m2,采用“食藻虫控藻引导水体生态修 复技术”,恢复种植沉水植物,构建虫控藻、鱼食虫等健全食物链, 发挥沉水植物水质净化作用,构建水下生态系统,持续改善海珠湿 地一期和石榴岗河水体水质。 净化原理 湿地剖面 沉水植物的作用 ? 通过生长带走营养 ? 浮游动物栖息地 ? 小型鱼虾避难所 ? 释放大量原生氧 ? 磷的惰化沉降作用 ? 增强氮的硝化、反硝化作用 ? 化感作用,抑制藻类 ? 固化底泥 水下生态系统结构 修复前后水质指标对比 修复前后水质指标对比图 由图可以看出, 实施水下生态修 复后,项目水体 水质显著提升, 由修复前的地表 劣质V类提升到 地表III类,部 分指标达到地表 II类标准。 2.越秀流花湖公园 广州流花湖公园,位于东风西路以北,因湖东北有南汉国古迹流花桥而 得名。总面积54万平方,其中水域面积33万平方米,有3大湖4小湖,以亚热带风 光为主要特点,因此其水生植物的应用较为丰富。 1958年市政府为疏导街道水患,组 织全市人民义务劳动,建成流花湖等四个人 工湖,后辟为公园,除原有蓄水防洪功能外, 还是集游览、娱乐、休憩功能为一体的大型 综合性公园。占地面积54.4万平方米,其中 水面面积占总面积的2/3,绿化面积占陆地 面积88%。 水生植物的种类 公园内水生植物的应用较为丰富,据调查流花公园设计应用了各类水 生植物达15种,其中挺水植物9种、浮水植物5种、沉水植物1种。各种水生 植物大小群落遍布,充分体现了水生植物应用的多样性。 流花湖公园水生植物种类及其分布表 水生植物种类丰 富,造景效果良好,但 鲜有运用生态浮床技术, 难以形成片植或零星点 缀的效果。 存在的问题 经考察发现,公园的湖水由各处不同的水质汇集而成,湖水清澈度不 够。根据广州市政府的要求,湖的水质要尽量清澈以避免影响江的水质,同时 要缓解珠江水质净化的压力。公园内的水源不少是生活污水,不能直接排放入 珠江,必须进行水质净化,但是大量种植水生植物会影响公园的景观,因此公 园内水面绿化的面积不能太大。为解决这个矛盾,公园内营造了各类小型的水 生植物群落,如再力花群落、睡莲群落,各群落散状分布,没有连成整体。 冬季观赏绿量不足,植物残体污染环境。目前水生植物的应用基本上完全 限于草本植物。冬季枯草期出现后,整个水景显得色调灰暗,萧条异常,无法 营造良好的景观效果。另外,由于冬季气温较低,水生植物在冬季枯死后,腐 烂分解速度比较缓慢。到了第二年春季,随着气温的上升,植物残体的腐烂速 度加快,释放出大量的有机物质和营养盐,又重新污染周围环境。因此,如何 补充与改善湿地植物种类,对于冬季水体景观的营造显得至关重要。 解决方法 为保留湖面的清澈性,公园定期对水生植物加以清理,便于形成类似天然 的湖面景观。公园在水体绿化中选择广州常见的净化水质功能极强的如大漂,水葫 芦和多种水生植物配合,一方面由于多种植物的根系交错具有强力的去污能力,另 一方面能使水边的水流及生境多样化。湖水系中还有丰富的鱼类、螺等水生动物以 及微生物,它们与水生植物共同构成复杂的生物群落,对水生态的平衡和水质的改 善起到了重要的作用,保持了良好的水质净化效果。 据观察,公园内水生植物在水污染控制方面起了以下几方面的作用。 A、水生植物对污染物的吸收作用 植物的生长和繁殖离不开营养物质,水体中相当部分的营养物被植物转化 或保存在植物体内。公园里有不同类型的水生植物,观察发现漂浮植物吸收能 力强于挺水植物,沉水植物最差。与沉水植物相比,挺水植物对污水中的污染 物则具有较高的去除率,如在浮丘和芙蓉洲四周种植大量的睡莲和王莲,其周 围的水质明显要好于公园其它景区,而在没有水生植物的景区如鹭岛周围,尽 管有大量的草本植物和高山榕、水翁木本植物,但水质较浑浊。 B、水生植物的物理作用 调查发现,在种植有水生植物的浮丘、盆景之家、勐园等人工湖中,风速 在水体表面明显降低,有利于水体中悬浮物的沉积,降低沉积物质再悬浮的风 险,增加水体与植物间的接触时间,同时还可以增强底质的稳定和降低水体的 浊度。此外,水生植物还削弱了光线到达水体的强度,阻碍了植物覆盖下的水 体中藻类的大量繁殖,尤其是在大漂、水葫芦等植物的水体系统中比较常见, 因此水生植物的存在对水基质具有一定的保护作用。 C、水生植物的组合对水质净化的作用 在提高植物处理效果研究方面,公园投入大量的人力来选择合适 的植物种类和确定不同植物的组合。睡莲、王莲、大漂、水葫芦等是 公园中常用的浮水植物,芦苇、香蒲、旱伞革是常用的挺水植物。就 净化效果而言,以水葫芦和大漂的净化效果较好,芦苇、香蒲、旱伞 草等挺水植物的效果明显不如浮水植物。此外,不同的物种或同一物 种在不同人工湖环境中的净化效果有较大的差异性。因此,水生植物 能否发挥其最大的净化及应用潜力,关键在于植物种类的选择和植物 群落的搭配,特别是通过试验选择耐污性强、净化效果好、适宜其生 存环境的物种是一项优先考虑的工作。 四、菖蒲和鸢尾对水体中营养元素的净化作用 1、实验方法 整个实验设置鸢尾、菖蒲和对照三组.。每个水族缸装有45L校河 河水。鸢尾和营蒲种植于厚度为3cm的泡沫塑料板上,泡沫塑料板按株 间距10cm,每板种植水生鸢尾12株,菖蒲24株,整板可漂浮于水面上。为 了使桶内水样得到足够的光照,泡沫板仅覆盖水面70%的面积,定期用充 气泵曝气。整个室内静态实验分为夏季和秋季两次进行,夏季每隔一周、 秋季每隔两周测试各项水质指标,并测量整个植株每片叶子的叶片长度 和叶片数量来反映植物的生长状况。考虑到水的蒸发和植物的蒸腾作 用均会使水体积减小,故以补充自来水来保持水的体积不变。 2、结果分析 2.1 水生植物的叶片变化 2.2 菖蒲 注:数据来源于中国知网 结论 实验初期,菖蒲的平均叶片长度出现降低趋势,这是由于初期有新的叶片 生长而导致整株植物的平均叶片长度减少,这可以从叶卜片数量在初期呈现 上升趋势看出。在实验中期,由于新叶的不断增多,菖蒲的平均叶片长度增长 缓慢。在实验后期,菖蒲的叶片数量已基本维持不变,而平均叶片长度出现 较大幅度增长,说明在整个实验阶段,菖蒲处于不断生长的状态。同时,菖蒲的 最大叶片长度呈现先增长后基本维持不变的趋势,表明在实验初期,菖蒲的老 叶和新叶都在不断增长;而在后期,老叶已基本停止生长,新时仍然在不断生长。 2.3 水生植物的叶片变化 2.4 鸢尾 注:数据来源于中国知网 结论 在整个实验期间,鸢尾的叶片数呈现不断 增长的趋势,同时,植株的平均叶片长度并没有 因为新汗卜的不断增长而减小,反而呈现先短 期保持不变后不断增长的趋势,说明鸢尾的生 长速度较快。在整个实验期间,植株的最大叶 片长度也在不断增长,说明鸢尾不管是老叶还 是新叶都在不断生长,且生长速度较快。 2.5 水体中氮、磷营养元素的浓度变化 结论:菖蒲和鸢尾对氨氮的净去除率分别为8.8%和14.4%。 结论:到实验结束时,菖蒲、水生鸢尾和对照组一的亚氮浓度分别降至 为0.002mg几、0.004mg/L和一10.015mg/L。 结论:植物吸收了大量硝态氮。 结论:菖蒲和鸢尾对水体中的总氮有很好的去除作用。 结论:两种植物特别是鸢尾对水体中磷的去除效果并不明显。说明两种 植物对P的吸收作用不明显,水体中P的减少主要是由于微生物和藻类的作用。 结论:菖蒲和鸢尾对水体中的有机物很好的去除作用。 结论:菖蒲和鸢尾对水体中藻类的生长有明显的抑制作用。 五、结论与建议: 以菖蒲和鸢尾对水体中营养元素的去除作用的研究,结果表明: 1.在室外实验中,菖蒲和鸢尾的生长状况明显好于室内实验 2.菖蒲和鸢尾对总氮和有机物具有很强的去除作用,而且对藻类也有明显的 抑制作用 3.磷酸盐浓度越低植株生长状况越好 4.在一定浓度范围内,菖蒲和鸢尾对水体中氮、磷的去除浓度会随水体中初 始浓度的增大而增加 5.椰丝可以从周围水体中吸附氮、磷元素,吸附量随停留时间增加而增加 结论: 利用菖蒲和鸢尾进行水体修复,不仅具有净化水质的功效,同时还可以起到 美化水体景观的作用 建议: 1.将菖蒲和鸢尾与对磷吸收作用强的植物搭配种植,建立不同植物组合的 模块,同时结合水体中的微生物和动物形成一个以不同生态类型高等水生 植物为优势种的人工复合生态系统 2.在使用椰丝纤维滚筒前先对其驯化一段时间,等到细小碎末释放完全之 后再对其进行应用 3.未来如果需要利用好椰丝纤维这种植物支撑基质,需要对其可再利用性 进行进一步分析 4.菖蒲和鸢尾在对氮的吸收过程中会优先吸收硝态氮,但是这仅限于氨氮 浓度较低的范围,不同的氨氮浓度可能会导致植物优先吸收不同形态的氮 素,在高浓度溶液中,两种植物是否仍然吸收硝态氮,需要进一步研究 分工: ? 袁昊程:方案汇报 ? 云天成:研究目前水环境污染现状 ? 谭泽潮:研究水生植物修复污染水体的研究进展 ? 李可莹:查询相关论文,并举例说明海珠公园中水生植物在应对水 环境污染中的作用 ? 何诗敏:查询相关论文,并举例说明流花湖公园中水生植物在应对 水环境污染中的作用 ? 蔡加俊:举例说明两种水生植物在应对水环境污染中的作用 ? 赵生辉:结论与建议 ? 李健斌:撰写分工及课题研究过程,封面设计,方案汇总 课题研究过程: ? 一.前期准备: ? 1.进行小组讨论,每人准备一个课题提供选择,并对每个课题进行SWOT 分析,经过比较筛选最终决定采用《水生植物在应对水环境污染中的作用》 这个课题。 ? 2.搜索相关论文,讨论好准备工作、分工。 ? 二.课题研究: ? 1.每人各自对自己负责的部分进行研究深化,并定期出来汇报进度,交流 工作感想,并以收集到的意见对自己的部分进行改进。 ? 2.调研相关场地以作为参考,并搜索相关案例,使课题更全面、准确。 ? 三.后期工作: ? 1.将每人负责的部分进行汇总整合,得出课题结论。

  植物生态学汇报---水生植物在应对水环境污染中的作用_工学_高等教育_教育专区。水生植物在应对水环境污染中的作用 一、水环境污染现状及水体氮、磷污染 1、水环境污染现状 随着工农业生产、人口及化肥农药和含磷洗涤剂用量的飞速增长,水体污染问题日 趋严重。江、河、湖水体不堪重负,

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