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2019/8/26西南交通大学·地学院1西南交通大学·地学院·环境工程·陈佼植物修复技术在水环境污染控制中的应用2019/8/26西南交通大学·地学院21植物修复的机理与种类2植物修复在水环境中的应用3植物修复的发展趋势及应用前景主要内容2019/8/26西南交通大学·地学院3生物修复作为新兴技术，具有经济效益高、应用前景广泛的特点，已经在全球得到迅速的发展和应用。污染水体的植物修复以独特的优势，成为生物修复机理研究的新兴领域，并且成为当前国内外研究的新热点。2019/8/26西南交通大学·地学院41植物修复的机理与种类2019/8/26西南交通大学·地学院5•1．1植物修复的概念•植物修复(phytoremediation)：利用特定的植物对某种环境污染物的吸收、超量积累、降解、固定、转移、挥发及促进根际微生物共存体系等特性，降低或清除环境污染物，使污染环境得以恢复的科学与技术。应用于水环境中的植物修复技术：以水生植物忍耐和富集某种或某些有机、无机污染物为理论基础，利用水生植物或其与微生物的共生关系，清除水环境中污染物的一种环境生物技术。2019/8/26西南交通大学·地学院6•A.费用省，植物修复技术可以现场进行，减少了运输费用，减少了人类直接与污染物接触；•B.环境影响小，减少二次污染或污染物的转移，可以最大限度地减低污染物浓度；•C.工程造价相对较低，不需要耗能或耗能很低；•D.能实现水体营养平衡，改善水体的自净能力，并具有一定的生态景观效应。优点2019/8/26西南交通大学·地学院71．2植物修复的机理2019/8/26西南交通大学·地学院8净化机理12019/8/26西南交通大学·地学院9•(1)吸收作用大型水生植物在其生长过程中，具有过量吸收N、P等营养元素的能力。研究表明，水生植物的N和P含量都达到或超过生长所需最低的N和P阈值，代表性浮叶植物和沉水植物的N、P含量随着湖泊营养水平提高呈现规律性变化。与藻类相比，氮、磷在水生植物体内储存更加稳定，因为其生命周期更长。当水生植物被转移出水生生态系统时，被吸收的营养物质也随之移出了水体，从而达到净化的目的。2019/8/26西南交通大学·地学院10•(2)微生物作用由于水生植物群落的存在，为微生物和微型动物提供了附着的基质、栖息的场所。研究表明，污水中的含氮有机物分解所产生的氨态氮，一部分是通过植物吸收和挥发作用而去除，大部分则是通过硝化作用和反硝化作用的连续反应而去除的。同时，植物的根区提供了一个有氧环境，从而有利于微生物的降解，且根区外的厌氧环境则有利于厌氧微生物的代谢。2019/8/26西南交通大学·地学院11•(3)吸附、截留、沉降作用漂浮植物发达的根系与水体接触面积很大，能形成一道密集的过滤层，当水流通过时，不溶性胶体会被根系吸附或截留。同时，附着于根系上的细菌在其进入内源呼吸期后会发生凝聚，部分菌胶团把悬浮性有机物和新陈代谢产物沉降下来。沉水植物不但能抑制生物性悬浮物，而且也能抑制非生物性悬浮物。2019/8/26西南交通大学·地学院12•(4)克藻作用水生植物和浮游藻类同属于初级生产者，水生植物个体大，生命周期长，直接干扰藻类的生长，因而具有较大的竞争优势。一方面水生植物通过光和营养物质的竞争，抑制藻类的生长；另一方面通过化感作用抑制藻类生长。某些水生植物根系能分泌出克藻物质，达到抑制藻类生长的作用，如菇类化合物、类固醇等。2019/8/26西南交通大学·地学院131．3植物修复的植物种类•水生植物是水环境植物修复的核心组成部分，修复结果依赖于修复植物本身的生物学性质。•植物修复针对不同污染状况的水体选用不同的生态型植物，植物筛选也是植物修复研究领域的重要内容之一。2019/8/26西南交通大学·地学院14水生植物类型1挺水植物2浮水植物3沉水植物2019/8/26西南交通大学·地学院15•(1)挺水植物根生底质中、茎直立的植物。吸收水体中的污染物的主要是根，也能从底泥中吸收营养元素，降低底泥中营养物含量，并且可通过水流阻尼作用，使悬浮物沉降，还有与其共生的生物群落共同净化水质的作用。挺水植物有很强的适应性和抗逆性，生产快、产量高，并能带来一定经济效益。常见：香蒲、芦苇、水葱等。2019/8/26西南交通大学·地学院16•(2)浮叶植物茎叶浮水、根固着或自由漂浮的植物，分为根生浮叶和自由漂浮植物。其吸收污染物主要部分是根和茎，叶处于次要位置。大多数为喜温植物，夏季生长迅速，耐污性强，对水质有很好的净化作用，也有一定的经济价值，但扩展能力较强易泛滥。常见：凤眼莲、浮萍、睡莲等。2019/8/26西南交通大学·地学院17•(3)沉水植物在大部分生活周期中植株沉水生活，部分根扎于水底，部分根悬浮于水中，其根茎叶对水体污染物都能发挥较好的吸收作用，是净化水体较为理想的水生植物。其种类繁多，但一般指淡水植物。常见：金鱼藻、苦草、伊乐藻、眼子菜等。2019/8/26西南交通大学·地学院18认识几种常见的净水植物2019/8/26西南交通大学·地学院19凤眼莲又名水葫芦、水浮莲等。繁殖快，耐污性强，对水中的化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）有明显的降解效果，对氮、磷、钾及重金属离子均有一定的吸收作用，是一种净化污水、美化环境的理想水生植物。还能从污水中吸收镉、铅、汞、铊、银、钴、锶等重金属元素，能使水中的酚、氰等有毒物质分解成无毒物质。2019/8/26西南交通大学·地学院20浮萍又称青萍，能大量吸收、积累电厂洗煤废水中的重金属元素，能有效吸收、积累、分解废水中的营养盐类和多种有机污染物。2019/8/26西南交通大学·地学院21睡莲2019/8/26西南交通大学·地学院22芦苇又称芦、苇子，可保护圩堤，挡浪防洪。耐污能力、净化能力强，具有净化水中的悬浮物、氯化物、有机氮、硫酸盐的能力，能吸收汞和铅，对水体中磷的去除率为65%,是国际上公认的处理污水的首选植物。2019/8/26西南交通大学·地学院23伊乐藻原产美洲，是一种优质、速生、高产的沉水植物，与我国淡水水域中分布的黑藻、苦草同属水鳖科。90年代经中科院南京地理与湖泊研究所从日本引进在江苏省泗洪县试养。可以净化水质，防止水体富营养化。不仅可以在光合作用的过程中放出大量的氧，还可吸收水中不断产生的大量有害氨态氮、二氧化碳和剩余的饵料溶失物及某些有机分解物，这些作用对稳定pH值，使水质保持中性偏碱，增加水体的透明度。2019/8/26西南交通大学·地学院24金鱼藻金鱼藻分布全国，特别是在水中富含有机质、水层较深、长期浸水的稻田中分布较多，危害较重。此外，静水池塘、湖泊、沟渠中亦有分布。由于金鱼藻吸氮能力极强，同时降低水温，严重影响水稻分蘖及生长发育。2019/8/26西南交通大学·地学院25苦草又名蓼萍草，扁草。多年生无茎沉水草本，有匍匐枝。植株叶长、翠绿、丛生，是植物园水景、风景区水景、庭院水池的良好水下绿化材料。也适合室内水体绿化，是装饰水族箱的良好材料，常作背景草使用。2019/8/26西南交通大学·地学院26灯心草•又名灯芯草、蔺草、龙须草、野席草、马棕根、野马棕。•是多年生草本水生植物，地下茎短，匍匐性，秆丛生直立，圆筒形，实心，茎基部具棕色，退化呈鳞片状鞘叶，穗状花序，顶生，在茎上呈假侧生状，基部苞片延伸呈茎状，花下具2枚小苞片，花被裂片6枚，雄蕊3枚，雌蕊柱头3分歧。2019/8/26西南交通大学·地学院27美人蕉为多年生挺水宿根草本植物。具根状块茎；植株高大。叶窄卵园形至椭园形；总状花序顶生，花径10~20cm。花色有红、黄、粉色等多种颜色。喜温暖水湿及阳光充足的环境，尤其对炎夏的高温适应性强。不耐寒，怕干旱和强风。2019/8/26西南交通大学·地学院28香蒲又名蒲草、蒲菜，多年生宿根性湿地草本植物,植株高1.4～3m。肉穗状花序园筒状顶生；雌雄花序紧相连，形成蜡烛状，称蒲棒。花期5～8月。香蒲广泛分布于全国各地。生于池塘、河滩、渠旁、潮湿多水处,常成丛、成片生长。对土壤要求不严,以含丰富有机质的塘泥最好,畏寒忌旱。香蒲长势强健，管理容易，叶形潇洒，花序奇特，是湿地植物中不可缺的装饰材料。2019/8/26西南交通大学·地学院29茭白•又名高笋、茭瓜2019/8/26西南交通大学·地学院30香根草•又名岩兰草；顾名思义，因其根很香，故名香根草，是一种禾本科多年丛生的草本植物。原产于印度等国，现主要分布于东南亚、印度和非洲等（亚）热带地区，具有适应能力强，生长繁殖快，根系发达，耐旱耐瘠等特性；有“世界上具有最长根系的草本植物”、“神奇牧草”之称；被世界上100多个国家和地区列为理想的保持水土植物。2019/8/26西南交通大学·地学院31池杉•为速生树种，强阳性，耐寒性较强，极耐水淹，也相当耐干旱，喜深厚疏松湿润的酸性土壤，植于湖泊周围及河流两岸常出现膝状根，抗风力强。幼苗、幼树对土壤酸醎性反应敏感，当土壤pH值在7以上时，出现不同程度的黄化现象，生长不良。2019/8/26西南交通大学·地学院32雍菜•又名竹叶菜、通菜、空心菜、藤菜。原产中国、印度,广泛分布于亚洲热带地区。现已普遍种植，华南、西南种植面积较大。2019/8/26西南交通大学·地学院33杠板归中文名：赤地利藤浅红色，节膨大，红色。叶互生，椭圆形，叶脉紫红色，叶面有人字形暗紫色斑纹，叶柄浅红色。花小，白色或粉红色，集成头状花序。果熟时浅蓝色，半透明，汁多，味酸，可食。为园林垂直绿化材料，适合庭院、花径或建筑物周围栽植，颇有野趣，根和茎可入药。2019/8/26西南交通大学·地学院34水葱2019/8/26西南交通大学·地学院35遏蓝菜•生于山地草甸、沟边、村庄附近。一或二年生草本。苗期冬季或迟至翌年春季，花期3～4月份，果期5～6月份，为夏收作物田主要杂草之一，以华北及西北、东北为其重发区，部分地区危害较重。但是对某些重金属有超富集作用。2019/8/26西南交通大学·地学院36燕麦草2019/8/26西南交通大学·地学院37水竹•又名伞草、旱伞草、水棕竹、风车草。水竹有净化环境的价值。•水竹在生活污水中培养10d后，污水中TN、TP、COD和BOD的去除率分别达到91%、92%、70%和73%，其中水竹对N、P的吸收量分别占净化量的55%和53%.•种植风车草的潜流型人工湿地对TN、TP、COD和BOD的去除率分别为64%、47%、74%和74%，与不种植物的人工湿地相比，TN、TP、COD和BOD的去除率分别提高了28%、19%、14%和13%.2019/8/26西南交通大学·地学院38剑兰•又称唐菖蒲，原种产于南非。世界各地普遍栽培，主要生产国为美国、荷兰、以色列及日本等。因其对氟化氢非常敏感，还可用作监测污染的指示植物。2019/8/26西南交通大学·地学院39风信子又名洋水仙、西洋水仙、五色水仙2019/8/26西南交通大学·地学院402植物修复在水环境中的研究和应用现状2019/8/26西南交通大学·地学院41水环境中的污染大致可分为三类:（1）重金属的污染；（2）无机营养元素如氮、磷等；（3）有机污染物如农药、多环芳烃PAHs等。2019/8/26西南交通大学·地学院422．1对重金属的植物修复•为达到“种植物，收金属”的理想境界，人们对重金属超富集植物的研究产生浓厚的兴趣。植物修复是利用植物特性对水环境中污染物进行降解的生物过程，因此，对重金属的植物修复是很有前途的绿色生物技术。•目前对有关超富集植物已经有一定的研究基础，人们试图开发“超富集植物倾向”的传统植物。通过育种或转基因技术把超富集性状转移到生长速度快、适应环境强的植物。2019/8/26西南交通大学·地学院432019/8/26西南交通大学·地学院44•水生植物根部的重金属含量一般都比茎、叶部分高，但在个别植物中叶、茎重金属的含量接近于根部，个别元素在叶部的含量甚至更高。这可能与它们的吸收途径不同有关，比如苦草，整个植物都沉没在水中，根、茎、叶都能吸收重金属，所以体内重金属的分布比较均匀。•木本植物用作人工湿地污水处理系统中的功