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水生植物與水體生態(tài)修復(fù)--------吳振斌 第1章 水生植物概述 1.1 水生植物的概念 為一生態(tài)學(xué)范疇的概念。并沒有一個統(tǒng)一的定義。 水生植物生活于水環(huán)境中，形成了一系列對于水環(huán)境的典型適應(yīng)性特征，主要體現(xiàn)在形態(tài)結(jié)構(gòu)及其功能上。 生活型：指植物長期生存在一定的環(huán)境下形成的一種形態(tài)上的適應(yīng)類型，也是各種植物對其生態(tài)條件的綜合作用在外貌上的具體反映。 挺水植物：根生泥中，下部或基部在水中，莖、葉等光合作用部分暴露在空氣中。該類群植物處于水陸過渡地帶，因而葉表現(xiàn)出具有同陸生植物相似的結(jié)構(gòu)，具有表皮毛、角質(zhì)層、氣孔等。 浮葉植物：植株扎根基底，光合作用部分僅葉漂浮于水面。 漂浮植物：與浮葉植物相比，整個植物體懸浮于水面，根沉水中，但不接觸基底。也有浮水葉與沉水葉之分。 沉水植物：大部分生活周期內(nèi)營養(yǎng)體全部沉沒水中，植株扎根基底。 由于完全沉水，該類群植物適應(yīng)水環(huán)境的特性更為典型，葉面上的氣孔已喪失功能或沒有氣孔；通氣組織特別發(fā)達(dá)；葉綠體大而多，主要分布于植物體表面；。。。 在同一水體中，各生活型的水生植物分布呈一定規(guī)律，自沿岸帶向深水區(qū)呈連續(xù)分布態(tài)，依次為挺水植物、浮葉植物、漂浮植物和沉水植物。 水生植被的功能：首先，作為初級生產(chǎn)者，為各類水生動物直接或間接提供食物基礎(chǔ)，進(jìn)而形成復(fù)雜的食物鏈，為最終形成復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)提供了必要條件； 其次，調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，如通過其礦物質(zhì)營養(yǎng)代謝實(shí)現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)；可有效增加空間生態(tài)位，形成更多樣你給的小生境；能影響并穩(wěn)定水體理化指標(biāo)，如通過光合作用放氧提高水體中溶氧濃度和氧化還原電位；通過呼吸作用利用二氧化碳改變水體pH和無機(jī)碳的形態(tài)和含量等； 再次，大型水生植物通過與浮游植物競爭營養(yǎng)物質(zhì)和生長空間，以及形成遮光效應(yīng)和分泌克藻物質(zhì)，可以很好地抑制藻類的過量繁殖，減少水華的暴發(fā)，維持較高的生物多樣性和健康的水環(huán)境；還具有各種物理、化學(xué)效應(yīng)，如固化底泥、提高其氧化性、附著和吸收有害物質(zhì)，通過吸附和過濾作用，降低生物性和非生物性懸浮物，增加透明度，凈化水質(zhì)；水體中植物的生存，可減少水動力，降低水體擾動所帶來的底泥營養(yǎng)鹽向水體釋放； 最后，具有景觀美化效應(yīng)等。 第2章 主要生態(tài)因子對水生植物的影響 2.1 光照強(qiáng)度 光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)是植物需光特性的兩個主要指標(biāo)。 真光層深度是指在水柱中支持凈初級生產(chǎn)力的部分，其底部為臨界深度，即水柱的日凈初級生產(chǎn)力為0值的深度，也就是光合作用和呼吸作用達(dá)到平衡的深度，也稱為補(bǔ)償深度。按經(jīng)驗(yàn)看，光補(bǔ)償深度一般是水體透明度的1.5倍，或光照強(qiáng)度約為表面光強(qiáng)的1%處的水深。只有實(shí)際水深小于或等于光補(bǔ)償深度的水域，沉水植物才能生長。 2.2 溫度 對水生植物光合作用和代謝活動的影響、對其越冬和繁殖的影響、對其生長競爭的影響。 多數(shù)水體水生植被恢復(fù)或重建是通過整株移植或利用其他營養(yǎng)體進(jìn)行，主要依據(jù)是其具有廣 泛而高效的無性繁殖系統(tǒng)。 2.3 pH 對無機(jī)碳源的影響、對非離子氨的影響。 某些沉水植物在水體低無機(jī)碳條件下會產(chǎn)生各種形態(tài)和生理適應(yīng)機(jī)制，如長出浮水和挺水葉片吸收空氣中的CO2，從沉積物中吸取CO2，CAM途徑，C4途徑，以及吸收HCO3-作為無機(jī)碳源等，這些都是解決無機(jī)碳源不足的有效途徑。 2.4 底泥 底泥的質(zhì)地是指底泥的粗細(xì)情況，是底泥重要的物理性質(zhì)之一。 pH和氧化還原電位被認(rèn)為是影響底泥磷吸附和釋放最重要的因素。pH對于底泥磷釋放的影響主要體現(xiàn)在改變磷的存在形態(tài)：偏酸性時，磷主要以H2PO4-形式存在，此時沉積物對磷的吸附沉淀作用較大，不利于沉積物內(nèi)源磷的釋放；在堿性環(huán)境下，過量的OH-與PO43-發(fā)生反應(yīng)而造成Fe-p，Al-P的釋放，隨pH增高，磷酸根離子從沉積物中解吸速率加快，使更多的內(nèi)源磷釋放進(jìn)入上覆水體。 氧化還原電位高（底泥處于好氧狀態(tài)），沉積物中的鐵和錳以Fe3+和Mn2+形式存在，易與磷結(jié)合，以沉淀物的形式穩(wěn)定沉積在底泥中；氧化還原電位低時，F(xiàn)e3+還原成Fe2+，與磷酸根的反應(yīng)產(chǎn)物由難溶的磷酸鐵沉淀轉(zhuǎn)變成溶解性的磷酸亞鐵，使磷酸根脫離底泥進(jìn)入間隙水，進(jìn)而向上覆水?dāng)U散。 SO：pH>8, 厭氧狀態(tài)下水體中P增加，不好。。。 底泥再懸浮過程中，上覆水中無機(jī)礦物顆粒等顯著增加，會使上覆水中的可溶性磷被迅速吸附，重新進(jìn)入底泥，進(jìn)而形成難被生物利用態(tài)磷。 2.5 水位和水流 2.6 動物牧食 第3章 水生植物的生態(tài)功能 3.1 初級生產(chǎn)功能 3.2 水生植物的生物多樣性維護(hù)功能 3.3 底質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定功能 3.4 營養(yǎng)固定和緩沖功能 3.5 水生植物的清水功能 3.6 水生植物對藻類的化感作用 化感作用：指植物釋放的次生代謝產(chǎn)物對環(huán)境中其他植物有利或不利的作用。 3.7 其他生態(tài)作用 第4章 主要水體污染物對水生植物的影響 4.1 高氮磷營養(yǎng)鹽的脅迫作用 研究了不同脅迫條件對苦草、菹草和伊樂藻生長力、可溶性蛋白、葉綠素、SOD、POD等的影響 4.2 有機(jī)污染物對水生植物的影響 4.3 重金屬污染 第5章 重建水生植被的主要理論依據(jù) 5.1 多穩(wěn)態(tài)理論： 5.2 營養(yǎng)鹽限制理論 5.3 生物操縱理論 第6章 水質(zhì)改善與水生植被重建和管理 6.1 水生植被恢復(fù)、重建的主要環(huán)境障礙、應(yīng)對措施和一般步驟 主要障礙和應(yīng)對措施： 障礙一：透明度低導(dǎo)致水下光照不足 應(yīng)對措施：1. 用人工濕地凈化； 2. 用生態(tài)礫石凈化； 3. 用植物浮床凈化水質(zhì)； 4. 用漂浮植物凈化水質(zhì)，如鳳眼蓮； 5. 用人工水草凈化水質(zhì)，如阿科曼； 6. 投撒高效凈水劑（化學(xué)品）、噬藻微生物、生物菌劑； 7. 水下光補(bǔ)償技術(shù)； 8. 用包含有貝類等多種底棲動物的生物反應(yīng)器凈化水質(zhì)； 9. 有條件時，凈化水位。 障礙二：底質(zhì)有機(jī)物過多導(dǎo)致厭氧環(huán)境 應(yīng)對措施：1. 原位處理技術(shù)。a.用膜覆蓋后再回填泥沙；b.基底改造，如摻入泥沙；c.原位化學(xué)處理，主要用于控制底泥中磷的釋放，如通過投加硫酸鋁、硝酸鈣等化學(xué)劑來降低底泥中的磷向水體釋放；d.原位生物處理，即向底泥中投加微生物以促進(jìn)底泥中有機(jī)污染物的生物降解；e.原位固化/穩(wěn)定化處理，即向底泥中投加石灰、火山灰和水泥等化學(xué)物質(zhì)，降低底泥中污染物的溶解度、遷移性或毒性，主要針對受重金屬污染底泥的處理；f. 曝氣以增加有機(jī)物氧化，改變厭氧環(huán)境，可通過水下充氧或干塘的方式進(jìn)行。 2. 易位處理技術(shù)。主要是疏浚。 障礙三：水中氨氮和有機(jī)物濃度過高，毒害植物 應(yīng)對措施：同障礙一中應(yīng)對措施1.2.3.4.5.6.8 障礙四：風(fēng)浪干擾 應(yīng)對措施：設(shè)置防浪帶，水生植物的恢復(fù)從湖汊湖灣開始，逐步推進(jìn)。 障礙五：水位劇烈變化 應(yīng)對措施：可控性不大 障礙六：動物牧食 應(yīng)對措施：捕獲草食性魚，盡量減少其存量，待植被完全恢復(fù)，生物量足夠大時，可以放養(yǎng)一定的草食性魚用于控制植物的過量生長。 其他障礙：如藻毒素等。 應(yīng)對措施：除藻技術(shù) 濕生和漂浮植物最易恢復(fù)，沉水植物最難恢復(fù)。 恢復(fù)/重建水生植被工程的一般步驟： 1. 調(diào)查和制訂方案 對目標(biāo)水域的水質(zhì)、底泥、污染源、水生生物等情況做調(diào)查，收集相關(guān)歷史和現(xiàn)實(shí)資料，根據(jù)其現(xiàn)狀，制訂恢復(fù)/重建水生植被的技術(shù)路線和詳細(xì)方案，如是否需要清淤、是否需要改良底質(zhì)、選種什么植物、植物種植區(qū)域的大小和位置等。做到因地制宜，可操作性強(qiáng)，尊重自然規(guī)律，經(jīng)濟(jì)有效。 2. 外源污染控制 水生植被的恢復(fù)必須以控制營養(yǎng)負(fù)荷為前提。一切生態(tài)修復(fù)工程的前提是截污，包括點(diǎn)源和面源。 3. 魚類控制 在重建水生植被時，要盡可能地去除魚類。 4. 水質(zhì)和底質(zhì)改善 受污染水體的水質(zhì)和底質(zhì)往往較差，不能滿足水生植物定植成活的要求，如透明度低、底質(zhì)厭氧、氨氮濃度高等，so在植物種植前，需對水質(zhì)和底質(zhì)進(jìn)行改善。 注：對于較大水域，在初期可不需要全水域?qū)嵤┗謴?fù)/重建工程，可選擇水質(zhì)和底質(zhì)較好的區(qū)域優(yōu)先實(shí)施，一旦先鋒植物群落建立，就能很快擴(kuò)張，從而達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。 先鋒植物：指在水體修復(fù)過程中，最先在水里種植的植物。 5. 先鋒植物定植與先鋒群落的形成 根據(jù)水質(zhì)和底質(zhì)情況，選擇合適的先鋒植物和合適的種植時機(jī)。要選擇水位較低、透明度相對高的時機(jī)（冬、春季）進(jìn)行種植。 6. 人工調(diào)控，實(shí)現(xiàn)種群替代與群落結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 先鋒植物定植和擴(kuò)展后，需要豐富和優(yōu)化植被結(jié)構(gòu)。一般而言，剛重建的水生植被結(jié)構(gòu)較簡單、物種少、穩(wěn)定性差，需要盡快增加物種，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗逆性。 機(jī)械收割是調(diào)控沉水植物的有效措施之一。 7. 健康系統(tǒng)形成和維持 通過調(diào)整漁業(yè)結(jié)構(gòu)，即放養(yǎng)適當(dāng)?shù)牟菔承贼~來控制水生植物的過度生長是一個有效的手段。 6.2 外源污染控制 包括點(diǎn)源和面源，點(diǎn)源性污染主要包括各種工業(yè)廢水、城市生活污水、固體垃圾填埋場垃圾滲濾液處理出及其他固定排放源。面源包括地表徑流、農(nóng)業(yè)面源污染及湖庫養(yǎng)殖污染。 點(diǎn)源污染控制技術(shù)：按作用原理，分為物理、化學(xué)和生化三類，物理方法主要包括沉淀、吸附、過濾、膜分離技術(shù)，去除污水中大顆粒和膠體；化學(xué)方法包括混凝、氧化還原、高級氧化等技術(shù)，去除污水中有機(jī)污染物；生化方法包括活性污泥法、生物膜法等技術(shù)，去除污水中COD、N、P。 按處理程度。。。。按處理方式。。。。。 面源污染控制技術(shù)： 1. 人工濕地技術(shù)（水平流、潛流、垂直流） 2. 土壤凈化床削減外源污染 3. CRI （人工快滲污水處理系統(tǒng)） 控制外源污染 4. 湖濱生態(tài)帶和水陸交錯帶對外源污染的凈化技術(shù) 6.3 內(nèi)源污染控制 6.7 水生植物群落的調(diào)控與管理 中小型湖海中恢復(fù)沉水植物前，一般要控制草食性魚類的數(shù)量，以使種植的沉水植物能迅速定居，并擴(kuò)大種群規(guī)模。目前恢復(fù)沉水植物時，通常選用易存活、生長快、繁殖能力強(qiáng)的種類作為先鋒植物。 但沉水植物過度生長也會產(chǎn)生一些較為嚴(yán)重的后果，如。。。。因此，應(yīng)進(jìn)行合理調(diào)控。即在先鋒物種初步恢復(fù)、形成一定規(guī)模并改善水體環(huán)境后，采取適當(dāng)調(diào)控措施抑制或削減先鋒種的生長和擴(kuò)散，促進(jìn)后來種的生長與繁殖，改善群落結(jié)構(gòu)，增加物種多樣性。之后根據(jù)水域功能的定位與沉水植物的恢復(fù)情況，引入草食性動物，最終使水體成為一個以生物調(diào)控為主，能基本自我維持平衡的生態(tài)系統(tǒng)。 收割、除草劑、生物調(diào)控、水位調(diào)節(jié)、遮光 第7章 重建湖泊水生植被的實(shí)踐 7.1 先鋒植物的選擇及種植技術(shù) 根據(jù)湖泊的現(xiàn)狀、湖泊的功能、植物的適應(yīng)力、凈化功能、觀賞和漁業(yè)價(jià)值而定的。 1. 土著種 2. 生長速度快、耐污性強(qiáng)：黑藻、五刺金魚藻、苦草、菹草 3. 易采購 4. 可利用：從飼料、綠肥、沼氣或藥用等方面考慮 5. 季節(jié)性：要進(jìn)行季節(jié)間搭配，菹草和伊樂藻為冬季種， 6. 景觀效果 常用先鋒植物： 苦草、狐尾藻、菹草、金魚藻、黑藻、伊樂藻 植被恢復(fù)/重建初期的主要問題：1. 植物群落結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)；易形成章優(yōu)群落，穩(wěn)定性差。 應(yīng)對方法：1.豐富物種，達(dá)成多樣性與復(fù)雜性：冬季種與夏季種搭配；多年生與一年生物種搭配；空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化。2.兼顧景觀美化性。 7.3 水生植被恢復(fù)示范及工程應(yīng)用實(shí)例 環(huán)境科學(xué)概論---------徐慧、陳林 第1章 緒論 第2章 生態(tài)環(huán)境科學(xué) 第三節(jié) 全球性生態(tài)熱點(diǎn)問題主要有：溫室效應(yīng)與氣候變暖；臭氧層破壞；酸雨；土地沙漠化；生物多樣性減少；森林銳減；礦產(chǎn)資源短缺；海洋污染；有毒有害越境轉(zhuǎn)移。 生物多樣性減少的因素：生境的破壞或消失；對動物的非法捕撈；外來物種引進(jìn)。 第3章 可持續(xù)發(fā)展與環(huán)境 第4章 清潔生產(chǎn) 第5章 循環(huán)經(jīng)濟(jì)、低碳經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展 第6章 資源與環(huán)境 第7章 大氣污染及其防治 第8章 水環(huán)境科學(xué) 我國水資源特點(diǎn)：總量較豐富，人均擁有量少；時空分布不均衡；水污染問題嚴(yán)重；水資源利用效率低，浪費(fèi)嚴(yán)重；地下水開采過量。 水污染的來源：工業(yè)污染源；農(nóng)業(yè)污染源；生活污染源 污水是生活污水、工業(yè)廢水、被污染的降水和流入排水管渠的其他污染水的總稱。 水污染的防治原則：堅(jiān)持預(yù)防為主、防治結(jié)合、綜合治理的原則。 綜合防治措施：減少廢水和污染物排放量，發(fā)展區(qū)域性水污染防治系統(tǒng)，發(fā)展效率高、能耗低的污水處理技術(shù) 水污染處理的基本方法 物理處理法：沉淀，氣浮，離心分離，過濾 化學(xué)處理法：混凝法，中和法，化學(xué)沉淀法，氧化還原法 物理化學(xué)處理法：吸附，離子交換，萃取，膜分離， 生物處理法 廢水處理的工藝流程： 一級處理：經(jīng)篩濾、沉淀和浮選法。。。，除去大顆粒物質(zhì)，達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，僅作為預(yù)處理階段 二級處理：生物法和絮凝法，除去有機(jī)物，可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn) 三級處理：進(jìn)一步處理難降解的有機(jī)物、N和P等可溶性無機(jī)物。目的是控制富營養(yǎng)化或使廢水能重新利用。 污泥是污水處理后的產(chǎn)物。污泥處理方法：農(nóng)業(yè)利用、填埋、焚燒、投入遠(yuǎn)洋 幾種典型廢水的處理方法 1. 印染廢水的處理 多種方法聯(lián)用，與其他污染聯(lián)合治理。eg。堿性印染廢水和鍋爐除塵煙氣聯(lián)合治理；厭氧生化預(yù)處理工藝；高級氧化法、電化學(xué)法 2. 汽車涂裝廢水的處理 預(yù)處理----連續(xù)處理------深度處理：采用砂濾和活性炭過濾 第9章 固體廢棄物及土壤污染物的處理與處置 第10章 物理性污染及其防治 第11章 環(huán)境保護(hù)法與環(huán)境管理 環(huán)境保護(hù)法：是國家制定或認(rèn)可，并由國家強(qiáng)制保證執(zhí)行的關(guān)于保護(hù)環(huán)境和自然資源、防治污染和其他公害的法律的總稱。 環(huán)境保護(hù)法的特征：綜合性、技術(shù)性、社會性、共同性 環(huán)境保護(hù)法的目的和任務(wù)：1.保護(hù)環(huán)境：合理利用環(huán)境與資源，防治環(huán)境污染和生態(tài)破壞；2.保護(hù)人民健康：建設(shè)一個清潔適宜的環(huán)境；3.促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長：協(xié)調(diào)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系，促進(jìn)現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展。 第12章 環(huán)境監(jiān)測與環(huán)境影響評價(jià) 環(huán)境監(jiān)測：是運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，對代表環(huán)境污染和環(huán)境質(zhì)量的各種環(huán)境要素進(jìn)行監(jiān)視、監(jiān)控和測定，從而科學(xué)評價(jià)環(huán)境質(zhì)量及其變化趨勢的操作過程。 環(huán)境監(jiān)測程序：1.現(xiàn)場調(diào)查和收集資料；2.確定監(jiān)測項(xiàng)目；3.確定監(jiān)測點(diǎn)布置及采樣時間和方式；4.確實(shí)環(huán)境樣品保存方式；5.環(huán)境樣品的分析測試；6.數(shù)據(jù)處理和結(jié)果上報(bào) 采樣技術(shù)、測試技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù) 環(huán)保院考試試題 1. 規(guī)范排污口的目的是什么？一般一個企業(yè)設(shè)幾個污水排污口？最多設(shè)幾個？排污口位置設(shè)在哪？ 答：規(guī)范排污口的目的是保證監(jiān)測數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確代表企業(yè)污染物排放濃度和排放總量的真實(shí)情況。一般一個企業(yè)設(shè)1-2個污水排污口，最多設(shè)4個。一般設(shè)在企業(yè)邊界內(nèi)或邊界外不超過10米處。