植物對水體的生物毒性

人類在享受豐富的物質(zhì)和文化生活的同時，也受到環(huán)境問題的影響，尤其是水污染，直接影響人類的棲息地和社會可持續(xù)發(fā)展。水體污染的修復(fù)勢在必行,許多科研工作者進行了大量的實驗研究,尋求的解決方案有物理的、化學(xué)的、生物的或相互結(jié)合綜合的。但在實際應(yīng)用中總有些不足,一方面是治標不治本,一經(jīng)處理隨后產(chǎn)生二次污染,一方面是成本太高,操作不方便,或者沒有很好兼顧景觀、效益等。隨著生態(tài)學(xué)、生物科學(xué)的發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式的推行,目前正趨向從植物研究開發(fā)中尋找解決辦法。大量的實驗證明,植物能有效地消減污染成分,恢復(fù)水生態(tài)系統(tǒng),提高水體自凈能力。本文探討了污染水體的植物布置原則和方案,旨在為水體修復(fù)提供思路。1控制污染源,提高水體的自凈能力河流水體具有流動性,自凈能力比較強,但來自工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)生活污水、農(nóng)業(yè)面源污染等污染源的污染量大,致使污染速度大于自凈速度,水體的污染加劇。我國大多數(shù)河流已經(jīng)受到不同程度的污染,河流一旦遭受污染,很容易波及整個流域。對污染日益加劇的河流水體,一方面要控制污染源,減少進入水體的污染物,降低污染速率,另一方面還得提高水體的自我凈化能力,逐漸取得河流生態(tài)足跡和其生態(tài)承載能力之間的平衡。水體的自凈能力與水生生態(tài)系統(tǒng)中植物對污染物的消減能力有關(guān),植物的布置會影響到它們對污染物的去除效率。因此,在利用植物對污染水體進行修復(fù)時,植物的配置和布局要遵循一定的原則。2配置原則2.1遵循生態(tài)適應(yīng)性原則,因地制宜地種植生態(tài)系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng),具有不確定性。地域、氣候、水文等自然條件的不同,污染原因和人類活動規(guī)律的差異,導(dǎo)致污水中污染物質(zhì)在遷移、轉(zhuǎn)化、降解等生態(tài)行為上具有明顯的區(qū)域分異。在設(shè)計污水的植物處理方案時,必須有區(qū)別地進行布水工藝與植物的選擇及結(jié)構(gòu)配置和運行管理。因此,在選擇物種和布置時,應(yīng)考察種植地的生境條件,結(jié)合植物生長的生態(tài)要求,遵循生態(tài)適應(yīng)性原則,因地制宜地種植適應(yīng)的植物,一般以過去存在過的較好的植物群落結(jié)構(gòu)為模板,根據(jù)需要適當?shù)胤N植一些本地物種。從防止物種入侵的角度,也應(yīng)優(yōu)先選擇本地物種。2.2利用植物凈化水體在生態(tài)系統(tǒng)中,生物與環(huán)境是相互作用、相互影響的。一個生態(tài)系統(tǒng)之所以具有自我更新和維持的能力,是因為生存其中的物種之間、物種與環(huán)境之間存在著緊密的交互作用,這些交互作用是維持生態(tài)系統(tǒng)健康的基礎(chǔ)。因此,所選的物種之間應(yīng)存在與天然植被相似的生存空間和生態(tài)關(guān)系,能使植被獲得充分的營養(yǎng)和能量,以及完全的自我維持與自然演替能力。利用植物凈化水體,主要是利用植物在被污染的環(huán)境中生長,能吸收富集、轉(zhuǎn)化固定、協(xié)同降解污染成分。如果所選物種耐污能力不強,比較敏感,在污染物的作用下規(guī)模會越來越小,逐漸消失,抗性個體比率擴大。2.3提高生物多樣性生物多樣性包括物種多樣性、遺傳多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性。若選擇的植物在季節(jié)變化、物種、年齡、結(jié)構(gòu)、間距、排列方面均整齊劃一,易形成單優(yōu)的群落,在外界環(huán)境的干擾下比較脆弱,容易引起一系列的生態(tài)問題。要構(gòu)建一個生物多樣、穩(wěn)定健康的群落,得考慮物種年齡結(jié)構(gòu)上的多樣性以及資源利用上的多樣性等。這些多樣的植物與共生微生物種群之間、各種植物之間、各種微生物之間、處理系統(tǒng)環(huán)境之間和諧共存。在和諧共存的前提下,植物多樣性可有效地增加空間生態(tài)位,植物給根系微生物提供生態(tài)位和適宜的營養(yǎng)條件,促進微生物的生長和繁殖,促使污水中植物不能直接利用的那部分污染物轉(zhuǎn)化或降解為植物可利用的成分,反過來又促進植物的生長和發(fā)育,有利于提高生物多樣性水平,進而提高生物之間的協(xié)同作用,更好地達到治污效果。如果該處理系統(tǒng)沒有它們的和諧共存,處理系統(tǒng)就會崩潰,就不可能進行有效的污水治理。2.4污水植物的生態(tài)治理技術(shù)除了遵循自然規(guī)律和考慮目標功能、注重生態(tài)效益外,其他的景觀要求和經(jīng)濟效益也不能忽略。因此在設(shè)計規(guī)劃時,也得根據(jù)景觀設(shè)計的要求,配置不同高度、不同形態(tài)的物種,給人以美的享受。同時,構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)不僅僅是一個污水處理系統(tǒng),而且也是一個資源輸出系統(tǒng),污水植物治理技術(shù)的主要目標就是使水生生態(tài)系統(tǒng)中的非循環(huán)組分成為可循環(huán)的組分,使物質(zhì)循環(huán)和再生的速度能夠得以維持或加大,產(chǎn)生直接或間接的經(jīng)濟效益。要把傳統(tǒng)經(jīng)濟模式(資源—產(chǎn)品—污染物)產(chǎn)生的污染物充分利用起來,種植經(jīng)濟作物或回收污染物再利用,走閉環(huán)流動型經(jīng)濟發(fā)展模式(資源—產(chǎn)品—再生資源),實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。3生物處理法由于種植區(qū)的立地條件不同,在遵循上述原則的同時,布置方案也應(yīng)有差別。利用植物進行生物處理的污水河流,其岸邊、岸坡、消落帶、水面、水底布置的植物在生態(tài)型、生活型上應(yīng)有所不同。合理布置,能在較長時間內(nèi)帶來明顯的生態(tài)效益、社會效益、經(jīng)濟效益。3.1駁岸景觀輪廓線的繪制岸邊綠化帶種植不同植物,如喬灌木、花卉、草等,形成寧靜優(yōu)美的岸邊景觀輪廓線,可美化周圍環(huán)境,改善區(qū)域生態(tài)。茂密的花卉、草地對雨水有一定的過濾作用,能較好地控制河流的面源污染。3.2小灌木生長岸坡綠化帶種植的植物要注重其護坡和凈化污染物的作用,通常采用小灌木和根系發(fā)達的草本組合,配上一點花卉,增強景觀效果。小灌木比草本根系長且發(fā)達,對坡面有很好的加筋和加固作用,增強了土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,又比喬木矮小,對坡面的負荷小。灌叢下的草覆蓋在坡面上,不僅可削弱雨滴對坡面的濺蝕,而且增加了地表的粗糙度,減緩了坡面徑流的流速,削弱了徑流對坡面的沖刷,阻止了顆粒物的遷移,同時植物的吸收吸附作用也可截留入河雨水中的污染成分,減輕水體的污染負荷。3.3水生植物的選擇消落帶是指水庫低水位與正常高水位間的岸帶(水庫的岸坡高水位時浸在水中而在低水位時又露出的部分),其立地環(huán)境特殊,淹露交替,生態(tài)環(huán)境變化大。豐水季節(jié),在水的沖刷和波浪作用下,可造成庫岸淘蝕、塌方,生態(tài)環(huán)境很脆弱,一般植物難以生存。因此,成功地種植合適的植物非常重要但也有一定的難度,因一般情況下水生植物不抗旱,旱生植物不耐淹。在這種特殊的生境下,可種植高、中、低不同高度的濕生植物,如高層蘆葦,中層香蒲、風(fēng)車草,低層慈姑、李氏禾等。這些植物形成凈化帶,對流入河中的地表徑流和地下潛流起過濾作用,能阻攔、吸收、轉(zhuǎn)化可能進入水體的有機質(zhì)及營養(yǎng)鹽,且植物的根莖也可分解、吸收、轉(zhuǎn)化基質(zhì)中的污染成分,有利于水體自凈。3.4漂浮式水生態(tài)浮島的設(shè)計植物按生活型可分為水生植物和陸生植物。在水體中一般都是考慮水生植物,如挺水植物、浮水植物、沉水植物。但在超過一定深度的水中,布置挺水植物和沉水植物在操作上不是很容易實現(xiàn),更多的時候得借助載體,在水面上布置漂浮植物(浮萍、水葫蘆等),如通過生態(tài)浮床或水箱培養(yǎng)的方法,在漂浮的載體上種植一些耐污去污能力強的陸生植物、具有經(jīng)濟效益的農(nóng)作物、具有觀賞價值的花卉等,構(gòu)成一座功能多樣的生態(tài)浮島。3.5水體的生物多樣性增加光通量隨著水的深度和濁度的增加而減少,因此水底這種特殊的生境適合光飽和點和補償點較低的沉水植物。沉水植物吸收水體中的營養(yǎng)鹽,消減營養(yǎng)負荷,降低浮游植物的生物量,提高水體透明度,增加水中的溶解氧,為水生生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定創(chuàng)造了條件。同時,沉水植物覆蓋在底泥的表面,能夠使沉積物穩(wěn)定并減小水流速度及風(fēng)浪的攪拌力度,抑制底泥中積累的污染成分釋放產(chǎn)生二次污染。在實際操作中,人工在高水頭情況下種植沉水植物比較困難。在超高度營養(yǎng)化水體中,一般情況下各種沉水植物不易正常生長;在高度營養(yǎng)化水體中,黃絲藻、黑藻、馬眼子菜、水車前、金魚藻、水茨藻等在生長過程中逐漸減少,大茨藻、苦草等耐肥種相對占優(yōu)勢;在輕度富營養(yǎng)化水體中,能適生的種類較為豐富,輪藻類、黑藻、馬眼子菜、金魚藻、水茨藻等種類都能正常生長。4植物群落的布置原則和方案污染水體是一個特殊的生境,污染水體的植物修復(fù)是一個極為復(fù)雜的系統(tǒng)工程,污染物對個體的生長繁殖、群落的演替有很大的干擾作用,因此在這種環(huán)境