利用植物解決環(huán)境問(wèn)題

1、關(guān)于利用植物解決環(huán)境問(wèn)題第1頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四主要環(huán)境問(wèn)題重金屬污染土地荒漠化水體富營(yíng)養(yǎng)化2 / 12第2頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四重金屬污染011-1 重金屬污染及其危害 場(chǎng)外修復(fù)1-2 去除重金屬污染的方法 微生物修復(fù) 植物修復(fù)第3頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四1-1重金屬污染及其危害01 重金屬污染指由重金屬（汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷）或其化合物造成的環(huán)境污染。主要來(lái)源于工業(yè)污染，其次是交通污染和生活垃圾污染。02 重金屬污染會(huì)對(duì)人體健康和自然環(huán)境產(chǎn)生大量危害。其最大特點(diǎn)是重金屬不能在環(huán)境中降

2、解，只能遷移。也就是說(shuō)，一旦水體或土壤被重金屬污染，水體和土壤不能靠自身的凈化作用將其消除，除被懸浮物帶走的外，重金屬會(huì)因吸附沉淀作用而富集于排污口附近的底泥中，成為長(zhǎng)期的次生污染源；同時(shí)由于重金屬容易在生物體內(nèi)聚積，隨著時(shí)間的推移，當(dāng)重金屬在生物體內(nèi)積聚到一定的量后，會(huì)使生物體致畸或?qū)е峦蛔儯罱K會(huì)導(dǎo)致生物體死亡。重金屬對(duì)人體的另一危害途徑是通過(guò)食物鏈傳遞，魚、蝦長(zhǎng)期接觸重金屬含量高的環(huán)境，會(huì)導(dǎo)致重金屬在體內(nèi)聚集，一旦這些食物被人體攝入后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的積累，就會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生極大的危害4 / 12第4頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四第5頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月

3、20日，12點(diǎn)7分，星期四1-2 01 場(chǎng)外修復(fù) 先將被污染區(qū)域內(nèi)的土壤挖掘、轉(zhuǎn)移，再去除金屬離子 02 微生物修復(fù) 通過(guò)微生物的作用清除土壤和水體中的污染物 03 植物修復(fù) 利用植物將土壤、地表中的危險(xiǎn)性污染物現(xiàn)場(chǎng)去除或降解去除重金屬污染的方法6 / 12第6頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四1-2-301 植物修復(fù)去除重金屬污染物的機(jī)理 1）植物揮發(fā)：是指利用一些植物來(lái)促進(jìn)重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓳]發(fā)的形態(tài),揮發(fā)出土壤和植物表面的過(guò)程。 一些金屬,如硒、砷和汞等生物甲基化后可以形成可揮發(fā)性的分子。 例如Rugh等已成功地把細(xì)菌的Hg2+還原酶基因?qū)霐M南芥植株,最終的轉(zhuǎn)基因植株

4、能忍耐并揮發(fā)汞;另一些植物則可將環(huán)境中的硒轉(zhuǎn)化為可揮發(fā)的氣態(tài)形式,從而降低硒對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的毒性。 另有研究表明,根際細(xì)菌不僅能夠增強(qiáng)植物對(duì)硒的吸收,而且還能提高硒的揮發(fā)率。這主要是由于根際細(xì)菌能刺激產(chǎn)生一種熱穩(wěn)定化合物,并使其通過(guò)質(zhì)膜進(jìn)入植物根系內(nèi);而這種熱穩(wěn)定化合物進(jìn)入植物根際后,硒鹽就會(huì)在植物體內(nèi)大量積累,并轉(zhuǎn)化為可揮發(fā)的氣態(tài)形式。植物修復(fù)技術(shù)7 / 12第7頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四1-2-32）植物穩(wěn)定或鈍化：即利用植物吸收和沉淀 來(lái)固定土壤中的大量有毒金屬,以降低其生物有效性和防止其進(jìn)入地下水和食物鏈。 具體地說(shuō),主要是保護(hù)污染土壤不受侵蝕,減少土壤滲

5、漏,防止金屬污染物的淋移;或者是通過(guò)在根部累積和沉淀,或通過(guò)根表吸收金屬來(lái)改變污染物的化學(xué)形態(tài)。 此外,植物還可以通過(guò)改變根際環(huán)境(pH、Eh值等)來(lái)改變污染物的化學(xué)形態(tài)。這種植物穩(wěn)定與鈍化技術(shù)相結(jié)合將會(huì)顯示出更大的應(yīng)用潛力。植物修復(fù)技術(shù)8 / 12第8頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四1-2-33）植物提?。河址Q植物吸取或吸收,是利用一些擁有超量積累能力的植物對(duì)重金屬的吸收和在地上部的積累,并通過(guò)收獲地上部來(lái)達(dá)到減少土壤重金屬含量的目的。植物修復(fù)技術(shù)9 / 12一些真菌、動(dòng)物或植物在受Cd、Zn、Cu等重金屬脅迫后能誘導(dǎo)金屬硫蛋白(Metallothionein, MT

6、)等的合成 ,從而降低了重金屬的毒性。已有人成功地將克隆了的人體金屬硫蛋白基因轉(zhuǎn)移到非金屬抗性的煙草細(xì)胞中,首次證明了在植物系統(tǒng)中金屬硫蛋白基因的遺傳性表達(dá)。另有研究表明,植物體內(nèi)一種被稱作植物絡(luò)合素的物質(zhì),可在高等植物中聚集重金屬,從而降低重金屬的毒性。具有超量積累能力的植物，包括超量積累植物和一些本不具有超量積累特性但通過(guò)一些過(guò)程和誘導(dǎo)物可以誘導(dǎo)出超量積累能力的植物。其之所以能被用于提取土壤中的重金屬,是由于其對(duì)重金屬具有很強(qiáng)的耐性。當(dāng)重金屬進(jìn)入植物體細(xì)胞后,即可通過(guò)區(qū)域化(如Al和Cd累積在細(xì)胞的液泡或細(xì)胞壁中),或者形成沉淀(如磷酸鎘),或者通過(guò)螯合或絡(luò)合作用而降低重金屬的毒性。第9頁(yè)

7、，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四水體富營(yíng)養(yǎng)化 022-1水體富營(yíng)養(yǎng)化的原因 2-2水體富營(yíng)養(yǎng)化的治理方法 第10頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四水體富營(yíng)養(yǎng)化(eutrophication) 是指在人類活動(dòng)的影響下，生物所需的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。 在自然條件下，湖泊也會(huì)從貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)過(guò)渡到富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，不過(guò)這種自然過(guò)程非常緩慢。而人為排放含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的工業(yè)廢水和生活污水所引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化則可以在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)。水體出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象時(shí)，浮

8、游藻類大量繁殖，形成水華（淡水水體中藻類大量繁殖的一種自然生態(tài)現(xiàn)象）。因占優(yōu)勢(shì)的浮游藻類的顏色不同，水面往往呈現(xiàn)藍(lán)色、紅色、棕色、乳白色等。這種現(xiàn)象在海洋中則叫做赤潮或紅潮。第11頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四2-201 物理方法： 投資高，工程量大，存在二次污染風(fēng)險(xiǎn)（如清淤）02 化學(xué)方法： 存在二次污染，有毒害最用（如鈍化劑、沉淀劑）03 生物方法： 周期長(zhǎng)，需要考慮自然環(huán)境水體富營(yíng)養(yǎng)化的治理方法12 / 12第12頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四2-2-301 食物鏈原理： 通過(guò)食物鏈?zhǔn)垢∮蝿?dòng)物增加，進(jìn)而增加對(duì)浮游植物的消耗，改善水體環(huán)境

9、02 植物生理原理： 利用水生生物吸收利用氮、磷元素進(jìn)行代謝活動(dòng)以去除水體中氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的治理方法13 / 12第13頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四2-2-301 大型水生植物： 包括鳳眼蓮、蘆葦、狹葉香蒲、加拿大海羅地、多穗尾藻、麗藻、破銅錢等許多種類，可根據(jù)不同的氣候條件和污染物的性質(zhì)進(jìn)行適宜的選栽。水生植物凈化水體的特點(diǎn)是以大型水生植物為主體，植物和根區(qū)微生物共生，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，凈化污水。經(jīng)過(guò)植物直接吸收、微生物轉(zhuǎn)化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和懸浮顆粒，同時(shí)對(duì)重金屬分子也有降解效果。02 一些沉水植物： 如伊樂(lè)藻菹草，雖然生長(zhǎng)期在冬季，但在只有

10、其生長(zhǎng)的區(qū)域，很容易由于其衰亡而造成水體透明度的逐漸下降，使得其在冬季的生長(zhǎng)受到限制，影響其對(duì)水體的凈化作用。利用耐寒型沉水植物和喜溫植物組建常綠型水生植被，可以彌補(bǔ)這一不足，形成生長(zhǎng)期和凈化功能的季節(jié)性交替互補(bǔ)。除了吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之外，這些植物的水質(zhì)凈化功能還表現(xiàn)在其對(duì)浮游藻類的競(jìng)爭(zhēng)抑制以及對(duì)湖水中污染物的吸附凈化和促進(jìn)沉降等方面。研究表明不論是夏季還是冬季，常綠水生植被系統(tǒng)對(duì)水體中總磷總氮均有較高的去除率。水體富營(yíng)養(yǎng)化的治理方法14 / 12第14頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四2-2-303 高等水生植物： 包括挺水植物、漂浮植物、根生浮葉植物和沉水植物。水生植物在

11、富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化中起著十分重要的作用。其對(duì)水體的凈化是吸附沉淀、吸收代謝、富集濃縮等各種綜合作用的結(jié)果。一方面，水生植物自身能吸收一部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以供植物體本身的生長(zhǎng)發(fā)育；另一方面，植物根區(qū)為微型生物的生存及其降解營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)提供了必要的場(chǎng)所和相互分異的氧化還原微環(huán)境。 水生高等植物重要的功能之一就是將氧氣從上部輸送至根部，使根區(qū)形成一種好氧環(huán)境，從而刺激有機(jī)物質(zhì)的分解和硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)。因此，選擇運(yùn)送氧氣到根區(qū)能力強(qiáng)的水生植物來(lái)凈化水體是至關(guān)重要的。 影響植物去除氮磷效果的因素有很多，如溫度，水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度，pH值等。當(dāng)溫度處于植物適應(yīng)的范圍內(nèi)時(shí)，隨著溫度的升高，植物的生長(zhǎng)速度加快， 其對(duì)水體

12、中氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除效果也隨之增強(qiáng);水體中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較大時(shí)，有利于植物的生長(zhǎng)，其對(duì)氮磷的去除效果也較好;大氣中 O2濃度的升高主要通過(guò)影響植物生長(zhǎng)而間接影響微生物的生長(zhǎng)和活動(dòng);在不同pH值條件下，微生物群落活性不相同，其凈化效果也不同。水體富營(yíng)養(yǎng)化的治理方法15 / 12第15頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四2-2-3生物方法的優(yōu)點(diǎn)：01 改善和凈化水質(zhì)02 去除N、P，控制水體富營(yíng)養(yǎng)化03 吸收、富集重金屬水體富營(yíng)養(yǎng)化的治理方法16 / 12第16頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四土地荒漠化 033-1 土地荒漠化出現(xiàn)的原因3-2 土地荒漠化的

13、治理方法第17頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四第18頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四3-1 土地荒漠化是由于干旱少雨、植被破壞、大風(fēng)吹蝕、流水侵蝕、土壤鹽漬化等因素造成的大片土壤生產(chǎn)力下降或喪失的自然（非自然）現(xiàn)象。 土地荒漠化出現(xiàn)的原因19 / 12第19頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四3-2植物防治荒漠化： 植物治沙是通過(guò)封育和栽種植物等手段，達(dá)到防治沙漠，穩(wěn)定綠洲，提高沙區(qū)環(huán)境質(zhì)量和生產(chǎn)潛力的一種技術(shù)措施。土地荒漠化的治理方法20 / 12第20頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四3-2植物個(gè)體對(duì)

14、干旱的適應(yīng)特征：01 根系生長(zhǎng)迅速而發(fā)達(dá)02 具有旱生形態(tài)結(jié)構(gòu)03 形成抗旱的生理機(jī)能04 植物的化學(xué)成分發(fā)生變化 地上部分逐漸縮減, 表面特化, 表面積縮小，形成了獨(dú)特的抗旱、討旱和避旱的解剎結(jié)構(gòu)和與結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的特定的生理特性，以適應(yīng)干旱、高溫、強(qiáng)光的大氣生境。 地下部分不斷擴(kuò)大，根系發(fā)達(dá)，增大了土攘營(yíng)養(yǎng)面積和水分吸收能力，以適應(yīng)干旱、貧痔的土壤生境和杭御風(fēng)沙危害。土地荒漠化的治理方法21 / 12第21頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四3-2推薦植物：花棒優(yōu)點(diǎn)：01 根系發(fā)達(dá)：花棒主、側(cè)根都極發(fā)達(dá)。一般分布于20-60 cm的沙層中，較粗壯，貯存較多的水分和養(yǎng)分，對(duì)成

15、活有利。02 抗逆性強(qiáng)：花棒葉片表面被有深厚的角質(zhì)層，葉片內(nèi)維管束、柵欄組織高度發(fā)達(dá)，利于水分的補(bǔ)充和營(yíng)養(yǎng)的輸送?；ò羟o干外部包著數(shù)層尚未剝落的莖皮，即使沙面溫度高達(dá)50一60，莖干也不會(huì)灼傷，使莖干得到保護(hù)；03 耐瘠薄：花棒只有根瘤，能固定空氣中氮以供給自身需要，因而在瘠薄的沙地上能旺盛生長(zhǎng)，有良好的改土效果。04 花期長(zhǎng)：花棒在當(dāng)年新枝上形成花芽，5月下旬開始開花，花期一直延續(xù)至9月，盛花期為78月，顏色為粉紅色，在荒涼的沙漠形成一道靚麗的風(fēng)景。土地荒漠化的治理方法22 / 12第22頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四第23頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12

16、點(diǎn)7分，星期四3-2植物對(duì)沙漠環(huán)境的改善：01 植物體具龐大的根系, 根深和根幅遠(yuǎn)大于株高，冠幅表常生有許多根狀莖, 以截持降水和利用土壤空間、有限的水分和養(yǎng)分, 同時(shí)增強(qiáng)地上部分對(duì)風(fēng)沙的抗性。02 植物以其茂密的枝葉和聚積枯落物庇護(hù)表層沙粒，降低近地層風(fēng)速，加速土壤形成過(guò)程。03 在植被覆蓋下，反射率、風(fēng)速、水蒸發(fā)量顯著降低，相對(duì)濕度提高。改善小氣候的作用可加速成土過(guò)程。 土地荒漠化的治理方法24 / 12第24頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)7分，星期四3-2土壤結(jié)皮01 前藻結(jié)皮階段。該階段，土壤微生物首先定居于地表，細(xì)菌能夠分泌出胞外多糖黏結(jié)沙粒，真菌和放線菌的菌絲體能夠從旁協(xié)助來(lái)捆綁沙粒，土壤理化性質(zhì)改善和有機(jī)質(zhì)的積累促進(jìn)了藻結(jié)皮的形成；02 藻結(jié)皮階段。該階段絲狀藻類能夠分泌黏性更強(qiáng)的多糖，其藻絲體的韌性也更強(qiáng)，這樣，沙粒進(jìn)一步被膠結(jié)和捆綁在一起，地表穩(wěn)定性顯著增加；03 地衣和苔蘚結(jié)皮階段。此時(shí)，開始出現(xiàn)地衣和苔蘚植物，假