狐尾藻在农业面源污水生态修复中的作用研究进展_赵文哲.pdf
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1、狐尾藻在农业面源污水生态修复中的作用研究进展赵文哲,张 志,宋 颂,易 军,陈学军,夏宗良(河南农业大学生命科学学院,河南郑州;河南省生态环境科学研究院,河南郑州;河南省生态环境损害鉴定评估与修复工程技术研究中心,河南郑州)摘要 以种植业和养殖业为主的农业面源污染源造成土壤和水体污染日益加重,严重威胁我国农业和农村的环境质量安全。水生植物狐尾藻作为一种污染物富集植物,在农业农村污染水体生态修复和治理中具有广阔的应用前景。对狐尾藻的生理生态特性、重金属、氨氮和磷等富营养成分的吸收降解机制及其影响因素进行综述;同时,对今后狐尾藻在基因组学和生物技术育种方面的研究提出建议和展望,为进一步研究和利用狐
2、尾藻进行污染生态修复提供科学依据。关键词 狐尾藻;污染水体;生态修复;富营养化中图分类号 文献标识码 文章编号():开放科学(资源服务)标识码():,(,;,;,),;基金项目 河南省重大科技专项();河南省生态环境科学研究院基本科研业务费项目()。作者简介 赵文哲(),男,河南郑州人,硕士研究生,研究方向:植物分子生物学。通信作者,教授,博士,博士生导师,从事植物抗逆分子生物学研究。收稿日期;修回日期 近年来,以种植业和养殖业为主的农业面源污染源造成土壤和水体污染日益加重,严重威胁我国农业和农村环境质量安全。农业面源污水中的重金属、氨氮和磷、有机物污染物等具有隐蔽性和累积性,可通过多种途径进
3、入食物链,严重影响人类身体健康和生命安全。因此,进行农业面源污水修复是保障我国农业安全生产、实现乡村振兴和现代农业高质量发展亟待解决的重要问题。植物修复技术具有成本低、操作简便、适用性强、经济价值突出、美化环境等优点,在农业面源污染修复中广泛应用。杨林章等提出了农业面源污染防控“”技术(即“源头减量过程阻断养分再利用生态修复”)。等报道了采用绿狐尾藻构建一套农业农村污水生态治理技术体系,对控制农业面源污染水体具有显著效果。由此可见,狐尾藻作为一种污染物富集植物在农业农村污水生态修复和治理中具有广阔的应用前景。该研究综述狐尾藻的生理生态特性及重金属、氨氮和磷等吸收降解机制及其应用,为进一步研究和
4、利用狐尾藻进行污染生态修复提供科学依据。生理生态特性狐尾藻属()是被子植物门、双子叶植物纲、小二仙草科的水生植物,可以挺水或沉水生长,多年生,生长在在湖泊、河流、池塘、沟渠、湿地等环境中。狐尾藻属共包含约 个种,在世界范围内广泛分布。狐尾藻可以通过有性生殖形成种子进行繁殖,可以是雌雄同株,例如穗花狐尾藻(),也可以是雌雄异株,例如绿狐尾藻()。狐尾藻最主要的繁殖方式是无性繁殖,其茎节处可以生根,在水中蔓延生长,茎部的断枝也容易再生出新的植株。狐尾藻好光喜温,在夏季快速生长繁殖,有一定的抵抗低温的能力。由于其快速繁殖的能力以及较好的适应性,狐尾藻在很多国家地区被列为入侵物种和恶性杂草。李裕元等在
5、我国温带和亚热带的 个试验站对绿狐尾藻的适应性和竞争力开展研究,结果表明由于受越冬能力、本土水生植物的竞争以及天敌危害等因素的影响,绿狐尾藻在我国大范围的自然扩张比较有限。生态修复功能狐尾藻对污水中的多种成分具有很强的生态修复和净化能力。狐尾藻通过光合作用为污水中其他生物提供生长所需的有机物和溶解性氧气,还可以通过根部或茎叶吸收、利用污水中的氮、磷等营养物质。另外,镉、铬、铜等重金属被狐尾藻吸收后,也会贮存在体内。对有机污染物的降解 化学需氧量()是指水体中需要被氧化的还原性物质的量,被作为衡量水中有机物质含量多少的指标。值越大,说明水体受有机物的污染越严重。等收集了排放城市污水的河流中的水样
6、,分析了 条件下狐尾藻对水中有机物质的降解效果。结 安徽农业科学,():果表明,处理 后污水的 值显著下降,后 降低了,证明狐尾藻对污水中的有机物质具有明显的去除效果。研究表明,狐尾藻可以通过多种机制降解或去除污水中的阿拉特津、氟乐灵、去草净、噻草酮等有机污染物。吸附固定。狐尾藻发达的根茎可以在水中形成庞大的网状结构,对有机物进行吸附固定、防止其在水中扩散。促进微生物的降解能力。狐尾藻通过光合作用大大增加了水体中的溶解氧,进而促进了水体中分解有机物的微生物的快速繁殖和降解速率。降解后的有机营养成分还可以被狐尾藻等水生植物吸收利用,从而达到降解污水中有机污染物的目的。董文斌等对养殖场一五级的养殖
7、废水进行去污效果检测,结果表明 后水样的 去除率均值可达,其中一级废水 去除率高达,五级废水 去除率达,显示出较强的去除有机污染物的效果。徐哲研究了深圳市丁山河上中下游 个由狐尾藻构建的人工湿地在污水厂尾水净化中的应用效果,结果表明,个湿地的污染物去除率达到,显示出狐尾藻湿地高效的生态修复效果。另外,绿狐尾藻和活性污泥(含有大量微生物)联用的污水处理系统,可以大大提高对污水中有机物的降解效果。水体富营养化的修复 水中氮、磷等营养物质过量导致水体被污染的现象称为水体富营养化。水体富营养化会影响水质,造成水的透明度降低,阳光难以穿透水层,对水中植物的光合作用产生影响,导致水中的溶解氧少,对水生动物
8、危害极大,甚至导致水生动物死亡。水体富营养化此前大多使用物理法或化学法来治理,但是都存在投入大、治理不彻底的缺点。利用植物进行水体富营养化修复已经证实是一种环保有效的方式。狐尾藻对水体中的氮、磷的吸收利用能力较强,狐尾藻湿地可吸氮 ()和磷 ()(相当于 头和 头猪的排放量)。狐尾藻对铵态氮、硝态氮、总氮的吸收率都达到 以上,表明狐尾藻对氮的吸收去除效率效果非常显著。吴晓梅等检测了穗花狐尾藻在不同的水力停留时间对氮、磷的去除效果,结果表明随着水力停留时间的增加,狐尾藻体内氮、磷含量均呈现先增后减的变化趋势。肖顺明对狐尾藻的全株、根、茎、叶进行不同浓度下氮、磷的吸收速率的试验,结果表明狐尾藻对氮
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