湖泊富营养化2

4.水生植物修复机理净化机理：1吸收作用2降解作用3吸附、过滤、沉淀作用4对藻类的抑制作用：水生植物和浮游藻类在营养物质和光能的利用上是竞争者，前者个体大、生命周期长，吸收和储存营养盐的能力强，能很好地抑制浮游藻类的生长。某些水生植物根系还能分泌克藻物质，达到抑制藻类生长的作用。另外．水生植物根圈还会栖生某些小型动物，如水蜗牛,能以藻类为食。5其它作用：挺水植物可通过对水流的阻尼或减少风浪扰动，使悬浮物质沉降等。4.水生植物修复机理除磷：无机磷化合物的溶解性改变，有机磷化合物的分解矿化，无机磷的氧化和还原都需要磷细菌等微生物的生物化学反应及酶的催化来实施。在好氧和厌氧条件下，磷细菌能将有机磷化合物转化成简单的磷化合物。微生物在降解有机磷的同时，也吸收可利用态的磷维持生长和繁殖，达到去除水体中磷的目的。4.水生植物修复机理除氮：在所有水生植物除氮系统中，根际微生物起着最为关键的作用，硝化和反硝化作用是植物除氮主要机制(约占全部去除率的40%~92%)，被认为是氮素释放的重要机制之一。水生植物一般根系较为发达，在水面下有表面积很大的根茎网络，为微生物附着、栖生、繁殖提供了场所和条件；同时植物根系可分泌含有大量生物活性物质的分泌物，对根际微生物的生长、繁殖和生理活动起到一定的促进作用，构成了一个能起着多种生化作用的复杂的植物-微生物生态系统。4.水生植物修复机理湖泊生态系统中氮循环细菌的分布：水生高等植物覆盖区内的氨化和反硝化细菌密度明显高于无植物覆盖的敞水区；附着于水生植物根际的氨化细菌可将水中的有机氮转化为无机氮(其中大部分转化为气态的氨气直接进入大气)；同时，反硝化细菌将无机氮盐(NO-3-N及NO-2-N)还原为气态的N2O及N2，并释放到大气中，从而削减了水体中的氮负荷，这对于富营养化水体的净化具有积极意义。4.水生植物修复机理另外，水生高等植物也为水体氮循环细菌提供了适宜的生存和繁殖环境。反硝化、硝化、亚硝化及氨化细菌是水体中常见的菌群，其生长和繁殖不仅受底物类型及浓度影响，而且受环境条件影响。特别是反硝化与硝化及亚硝化细菌，前者往往分布在厌氧还原环境中，而后两者则通常分布于富氧氧化环境中。在湖泊的敞水区，由于湖水的均质性，这些菌群很难同时形成优势并发挥作用。植物根际根际的概念及根际内植物与微生物的相互作用根际是受植物根系影响的根-水(土)界面的一个微区，也是植物—水(土壤)—微生物与其环境条件相互作用的场所。由于根系的存在，增加了微生物的活动和生物量。植物根系、微生物以及根际范围的其他一切组成了最重要的根际生态系统。在根际系统中，根际的生命活动有利于微生物的活动，而微生物活动的增强又反过来促进植物根际的生长活动。4.水生植物修复机理水生高等植物根际存在氧化还原微环境，空气中的氧气通过其根茎叶通气组织到达根部，并扩散到根表面，环绕根形成一薄的氧化层(即根际氧化带)；在这个薄薄的有氧根际层以外的水体，由于水生高等植物的覆盖及其呼吸代谢作用，往往处于缺氧状态。正是由于在水生高等植物根区存在这样一个富氧-缺氧的氧化还原微环境，反硝化、硝化、亚硝化及氨化细菌才能够同时出现并发挥其作用。5.水生植物修复研究进展植物和其根际微生物的互作效应研究：较少，在90年代初期,首次把水生植物凤眼莲和根际微生物联系起来，组建了凤眼莲-根际微生物松散的、非特异性的协同降酚的共生系统。研究发现，系统的降酚效率大于细菌和凤眼莲的降酚效率之和。植物根系分泌物对根际微生物的种类、数量和生理活动具有重要作用。根系分泌物可刺激根际环境中微生物的繁殖和生长；而同时，根际微生物对植物的生长和生理代谢同样具有刺激效应，它能影响植物的生长量，刺激植物根对离子的吸收，改变根的通透性，调节植物的生理代谢等。由此可见，水生植物和根际微生物系统对水体中物质代谢影响是非常复杂的。5.水生植物修复研究进展水生植物修复强化技术研究：在实际的应用中发现，虽然由于水生植物的存在部分消除了水体的均质性，但对大多数富营养化水体来讲其空间异质性仍较差，从而限制了富营养化水体中氮的控制。为了增加水体的异质性，增大不同性质氮循环细菌的共存机会和数量，人们尝试了多种方法。如采用向富营养化水域中投加固定化反硝化细菌，以增加反硝化细菌数量，增大水体内反硝化脱氮的效率；另外，人们还研究了不同生态类型水生高等植物的净化能力及其微生境特点，设计建造了由漂浮、浮叶、沉水植物及其根际微生物等组成的人工复合生态系统(artificialcomplexecosystem;ACE)，通过合理设计镶嵌组合水生植物群落的种类组成及空间分布，增大水体的异质性。…..水体水花生-菱-水鳖-凤眼莲的植物群落，通过植物根系附近的微生物代谢作用，消耗水中的溶解氧，使之呈现厌氧状态，有利于反硝化过程，从而能最大限度的除去水中的NO3-。在进水口的水花生群丛紧密的交织在一起，构成坚强的防护带，能将水华拦在群落之外，群落自身保持旺盛生长，其下水中的反硝化和氨化细菌的数目较大，但水中的溶解氧很低。菱对藻类及水中的悬浮物有良好过滤作用。由于水花生和菱的作用，使群落系统内部的水体透明度得到明显提高，从而有利于沉水植物和浮叶植物的生长。这一方面可以抑制藻类的生长，另一方面可以不断吸收、分解水中的营养盐和污染物，使整个系统处于良性循环状态。菱和凤眼莲等净化性较强的夏季喜温植物以及伊尔藻和菹草等耐寒性沉水植物，组成常绿型水生植被，可形成具有长期和净化功能的季节性交替互补系统，对富营养化水体的净化作用十分显著。富营养化的生物操纵修复一、生物操纵的基本概念：就是用调整生物群落结构的方法控制水质。原理：调整鱼群结构，保护和发展大型牧食性浮游动物，从而控制藻类的过量生长。方法：在湖泊中投放、发展某些鱼种，使整个食物网适合于浮游动物或鱼类自身对藻类的牧食和消耗，从而改善湖泊环境质量。富营养化的生物操纵修复水生食物链模式，即肉食性鱼吃小型滤食性鱼、小鱼吃鱼虫；另外，底层鱼类促进营养物质的再循环，促进藻类的发展。即：肉食性鱼类浮游生物食性鱼类浮游动物藻类营养物质再循环底食性鱼类利用浮游生物直接牧食藻类，或利用草食性鱼类直接牧食水草，是生物操纵的重要途径之一。经典的生物操作法，就是通过改变捕食者(鱼类)的种类组成或多少来操纵植食性的浮游动物群落的结构，促进滤食效率高的植食性大型浮游动物，特别是枝角类种群的发展，进而降低藻类生物量，可提高水的透明度，改善水质。具体方法为：（1）投放鱼食性鱼类间接控藻，通常是通过放养食鱼性鱼类来控制浮游动物食性鱼类，通过改变浮游动物食性鱼类的种类组成来操纵藻食性的浮游动物群落的结构，借此发展壮大滤食效率高的藻食性大型浮游动物(特别是枝角类)的种群，通过浮游动物种群的壮大来遏制浮游植物的发展，从而降低藻类生物量，提高水的透明度，最后达到改善水质的目的。另外底层鱼类的活动有促进底泥中氮，磷向水体释放的作用，因此对其也应限制。（2）人工去除浮游动物食性鱼类以间接控藻。这种类型的生物操纵技术是先用网具捕捞、化学方法(如鱼藤酮毒杀)去除、电捕、放干水体清除等方法将水体中的鱼类全部去除掉，然后再重新投放以鱼食性为主的鱼类。以此来促进大型浮游动物和底栖无脊椎动物(可摄食底栖、附生和浮游藻类)的发展，从而降低水体藻类的生物量。这种生物操纵的结果是重构了水体生态系统和生物组成，使之朝着人们所期望的生态系统自净功能强化的方向发展。经典的生物操纵方法主要运用于小型的、封闭的、且浮游植物群落不是由水华蓝藻而是由绿球藻、小型硅藻和包括隐藻在内的鞭毛藻等组成的浅水水体。在捷克的Rimov水库中，研究者通过控制鲤科鱼类的成功产卵，提高食鱼性鱼类的数量来去除浮游生物食性鱼类，从而使得浮游动物的数量增多，体型增大，控制藻类的过度生长；在丹麦，对233个湖泊进行围隔试验，研究发现经典的生物操纵在浅水中比在深水中更有效。非经典性的生物操纵，就是利用食浮游植物的鱼类和软体动物来直接控制藻类，治理湖泊富营养化。超富营养化湖泊———武汉东湖———利用滤食性鱼类的生物操纵颗粒捕食鱼类可以靠视觉选择食物个体（主要是大型浮游动物）；而滤食性鱼类则是用滤食性器官过滤湖水来收集食物，以浮游植物、漂浮的碎屑和一些来不及躲避鱼类扑食的浮游动物为食。这种新型的生物操纵技术在我国许多大的湖泊得以实践。具体方法为：(1)利用浮游植物食性鱼类(如鲢、鳙)来控制富营养化和藻类水华现象。首先应控制水体中的捕食鲢、鳙鱼种的凶猛性鱼类，以确保鲢、鳙的放养成活率。其次，鲢、鳙所摄食消化利用的浮游植物生物量需高于浮游植物的增殖速率。每个水体都需寻找一个合适的能有效控制藻类水华的鲢、鳙生物量的临界阀值，鲢、鳙对藻类的摄食利用率与藻类的种类组成和生理状况、其他可利用食物(如浮游动物)的相对丰度、水温等有密切关系，而藻类的增殖速率与光照、水温及水体的营养水平等有密切关系。(2)利用大型软体动物滤食作用控制藻类和其他悬浮物。螺、蚌、贝类能起很好的生物净化作用，有试验表明河流中的螺类对藻类有明显的抑制作用，一个壳长10cm的河蚌，在20℃时，每天可过滤60L水，过滤并吞食的浮游植物和悬浮物经过吸收代谢作用，分解为无害物，并使水澄清。牡蛎能够抑制藻类的生长，促进海草的生长，并使海水中氮通过反硝化作用减少，而使海水变清。富营养化的生物操纵修复发现浮游动物的庇护机制对于生物操纵有重要作用。庇护机制是指浮游动物赖以逃避鱼类捕食的行为机制或环境条件。可能的庇护机制包括：1.低光照庇护；2.低温庇护；3.厌氧庇护；4.对肉食性鱼类的回避行为，这种行为可使浮游生物食性鱼类的活动范围受到限制；5.大型水生植物庇护。富营养化的生物操纵修复二、生物操纵途径（一）人为去除鱼类（二）投放肉食性鱼类（三）水生植被管理：利用草鱼，关键是放养量。（四）投放微型浮游动物：主要内容包括食藻微型动物的大规模培养条件、捕食的速率、投放数量和方法。（五）投放细菌微生物（六）投放植物病原体和昆虫富营养化的生物操纵修复三、生物操纵修复的展望目前生物操纵正在向两个方面扩大研究：1.研究水质和渔业生态学之间的关系。需要研究渔业生态学和湖沼学之间的相互作用，研究在保护水域环境质量的前提下如何适度发展渔业。2.研究沿岸带生态学和敞水区食物网之间的关系。生物操纵和水生植物管理都可引起大型植物与藻类优势状况之间的突然改变。需要进一步了解水生植物、渔业和浮游植物管理与湖泊恢复之间的作用。植物修复作用1.植物修复概念及优缺点植物修复技术是以植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素的理论为基础，利用植物及其共存微生物体系清除环境中的污染物的一门环境污染治理技术。广义的植物修复技术包括利用植物修复重金属污染的土壤，利用植物净化空气、利用植物清除放射性核素和利用植物及其根际微生物共存体系净化土壤中有机污染物四个方面。植物降解高分子有毒化合物的基础是根际环境及根际微生物，与无植物土壤不同。三、植物修复作用植物修复亦有很多缺点：用于污染土壤生物修复的植物通常矮小、生物量低、生长缓慢、生长周期长；对土壤肥力、气候、水分、盐度、酸碱度、排水与灌溉系统等自然和人为条件有一定的要求。研究表明：植物修复的效率很大程度上由与根接触的土量决定。三、植物修复作用2.根际的概念及根际内植物与微生物的相互作用根际是受植物根系影响的根-土界面的一个微区，也是植物—土壤—微生物与其环境条件相互作用的场所。由于根系的存在，增加了微生物的活动和生物量。植物根系、微生物以及根际范围的其他一切组成了最重要的根际生态系统。在根际系统中，根际的生命活动有利于微生物的活动，而微生物活动的增强又反过来促进植物根际的生长活动。根际微生物的群落组成依赖于植物根的类型(直根、丛根等）、植物种类、年龄、土壤类型以及植物根系接触有毒物的时间。三、植物修复作用根际区的二氧化碳浓度、氧浓度、渗透压和氧化还原势以及土壤湿度与植物种和根系的性质有关。植物和微生物的相互作用是复杂的，互惠的。植物根表皮细胞