紅樹林對(duì)水體凈化作用研究進(jìn)完整版

1、學(xué)號(hào)：學(xué)年論文（設(shè)計(jì)）（本科）學(xué) 院 生命科學(xué)學(xué)院 專 業(yè) 生物科學(xué) 年 級(jí) 2007級(jí)四班 姓 名 李懿哲 論文題目 紅樹林對(duì)水體凈化作用研究進(jìn)展 指導(dǎo)教師 盧東升 職稱 教授 成 績 2010年5月20日目 錄摘 要1關(guān)鍵詞1Abstract1Key Words10引言11對(duì)懸浮物的沉降作用12對(duì)水體中有機(jī)物的降解23對(duì)水體中重金屬的富集34對(duì)水體中營養(yǎng)鹽的去除35紅樹林進(jìn)化水體研究的評(píng)價(jià)和展望3參考文獻(xiàn)4紅樹林對(duì)水體凈化作用研究進(jìn)展學(xué)生姓名：李懿哲 學(xué)號(hào)：生命科學(xué)學(xué)院 生物科學(xué)指導(dǎo)老師：盧東升 職稱：教授摘要：紅樹是一類生長在熱帶及亞熱帶海岸潮間帶的濕地植物，具有凈化水體的功能。近年來紅

2、樹林凈化水體方面的研究有不少進(jìn)展，主要包括促進(jìn)水體中懸浮物的沉降，利用其豐富的底棲生物對(duì)有機(jī)物的吸附和降解，以及其植株和底泥對(duì)重金屬和營養(yǎng)鹽的富集和吸收。但是紅樹林的凈化容量是有限的，超負(fù)荷的污水排放會(huì)導(dǎo)致明顯的或潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，只有在充分的監(jiān)控和限制條件下，才可有限地將紅樹林作為生活污水的排放地。該研究的發(fā)展方向主要有污染物遷移轉(zhuǎn)化過程中各種因素的相互作用、紅樹林對(duì)環(huán)境的綜合改善能力以及實(shí)際應(yīng)用中對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的量化分析和檢測(cè)等方面。關(guān)鍵詞：紅樹林；水體凈化；懸浮物；有機(jī)物；降解；重金屬；營養(yǎng)鹽Abstract:Mangroves,the characteristic ;iitto

3、ral wetland plant formations of tropical and subtropical sheltered coastlines,have the purification effects on water column.Research on the purification effects of mangroves has developed rapidly in recent years,including enhancing the deposition of suspended solids,degrading organics by its abundan

4、t benthos,enriching heavy metals and absording nutrients by their plants and sedment.But overload effluent of sewage will induce obvious or potential ecological hazards due to the limit of purifying capacity.A conclusion has been drawn that the mangrove forests are not suitable to be utilized as sew

5、age treatment pool unless sufficient observation and some other measurements are adopted.The development trends of this field include some aspects such as the interactions among factors in transferring and transforming process of pollutants,improving ability of mangrove to the environment and quanti

6、ty analysis and monitoring to ecological hazards in the application of this purification technique.Key word:mang roveforest;purification;suspended solids;organics;degradation;heavy metals;nutrents0引言紅樹是一類生長在熱帶、亞熱帶、海岸潮間帶的木本植物，主要分布在隱蔽的海灣機(jī)如海口的沖積淤泥中。近三十年來，全球紅樹林面積以年均0.7%左右的速度退化。紅樹林不但在林業(yè)，造紙，制藥，養(yǎng)殖，旅游等方面有較高

7、的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)，它還具有很高的生態(tài)價(jià)值，例如防風(fēng)護(hù)堤，減少海嘯等災(zāi)害的破壞力，以及為河口及近海岸的底棲動(dòng)物群落提供充分的營養(yǎng)基質(zhì)和棲息地等。目前最受關(guān)注的是紅樹林在凈化水體，改善近海岸生態(tài)環(huán)境方面的作用，包括促進(jìn)懸浮物沉降，促進(jìn)有機(jī)污染物降解，吸收重金屬和營養(yǎng)鹽等方面，其機(jī)理則涵蓋了沉降，吸附、離子交換、微生物降解以及吸收等方面，是一個(gè)綜合的協(xié)同效應(yīng)1。1對(duì)懸浮物的沉降作用懸浮物往往是水體中主要污染物。有研究表明泥沙等懸浮物對(duì)污染水體中的氮、磷及高錳酸鹽指數(shù)均有一定的吸附效果。因此，若吸附了污染物的懸浮物沉降過于緩慢將導(dǎo)致水體的惡化；相反，懸浮物得以快速的沉降，則可以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。紅樹

8、植物錯(cuò)綜復(fù)雜的根系可以緩沖海浪對(duì)海岸的侵蝕，組織海浪帶入泥沙，防止底泥再次懸浮，這減少了懸浮物的產(chǎn)生，同時(shí)它還可促使大顆粒物快速沉降并吸附微小懸浮顆粒，這減少了懸浮物在水體的停留時(shí)間，以保持較好水質(zhì)。1996年Sansanayuth等建立的紅樹-沙粒層模型對(duì)高濃度的蝦養(yǎng)殖水有84%的懸浮物去除率，大大高于對(duì)照組的去除水平。而在自然條件下，F(xiàn)urukawa等研究了澳大利亞北部一個(gè)河口，發(fā)現(xiàn)潮水涌入帶來的懸浮泥沙大約80%被紅樹林阻滯而沉降，同時(shí)還會(huì)因顆粒的絮凝產(chǎn)生對(duì)粘土的選擇性吸附，從而改善沉降性能2。2003年Haide等對(duì)比了印尼某紅樹林濕地和澳大利亞一個(gè)非種植區(qū)的懸浮物沉積率，發(fā)現(xiàn)前者比后

9、者高35倍，而在低流速下，如水的懸浮物沉積率可進(jìn)一步顯著提高。但紅樹林系統(tǒng)對(duì)廢水中的懸浮物的承受力是有限的，不同種類的紅樹植物承受力也不同。Vaiphasa等對(duì)泰國PakPhanang地區(qū)的紅樹林研究表明，附近蝦塘導(dǎo)致過量沉積降低了紅樹林的生長率，并增加了其死亡率。他們還研究了不同紅樹植物對(duì)懸浮物的極限承受力，發(fā)現(xiàn)白骨壤在死亡之前可以忍受每年6cm的沉積率，而柱果木欖只可承受5cm，海漆和欖李則在兩者之間。在構(gòu)建人工紅樹濕地用以去除懸浮物時(shí)，這一結(jié)論可作為選擇樹種的參考。2對(duì)水體中有機(jī)物的降解紅樹林生態(tài)系統(tǒng)去除水體中有機(jī)物的過程有獨(dú)特而復(fù)雜的凈化機(jī)理，除了上文所述的物理作用，它還可以充分利用基

10、質(zhì)-微生物-植物這個(gè)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的化學(xué)和生物作用，通過植物吸收和微生物分解來實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中有機(jī)物的去除。其中，稀釋轉(zhuǎn)移，沉降，沉積物吸附等過程和微生物分解等生物過程主導(dǎo)著有機(jī)物的降解，而植物的直接吸收作用僅占小部分。紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的底棲生物種類特別繁多，這為其有效地降解水體中各類有機(jī)物提供了必要的條件。各類有機(jī)物的性質(zhì)和降解效率的關(guān)系是研究的重點(diǎn)。Lim等發(fā)現(xiàn)紅樹林底泥對(duì)有機(jī)物的降解與其鏈長有一定的關(guān)系。他將中等鏈長的某種聚羥基脂肪酸脂（PHA）和短鏈長的聚羥基丁酸脂(PHB)兩種生物降解塑料膜埋于紅樹林土壤中，112d后發(fā)現(xiàn)，PHA有4.5%的降解，而PHB則完全降解。這表明紅樹林底泥對(duì)短鏈長

11、的有機(jī)物有優(yōu)先降解的傾向。而在馬來西亞檳島地區(qū)，有人發(fā)現(xiàn)了有機(jī)物形態(tài)與降解率的一定關(guān)系。另外，放在底泥表面的膜平均降解率約70%，而埋在底泥內(nèi)部的達(dá)到了90%以上。Marchand等發(fā)現(xiàn)不同的底泥氧化還原環(huán)境，包括樹種，紅樹林發(fā)育成熟程度，季節(jié)等，會(huì)導(dǎo)致木質(zhì)素的不同的分配狀況。紅樹林底泥中的微生物不僅對(duì)易生物降解的有機(jī)物有較高的降解效果，而且對(duì)于一些難降解的持久性有機(jī)物，甚至抗生素，都有一定的分解效率3。Le等調(diào)查了在越南的蝦塘中常見的諾氟沙星、惡喹酸、甲氧芐啶三種抗生素在紅樹林地區(qū)的分布，發(fā)現(xiàn)該區(qū)水體中產(chǎn)生了耐藥性的細(xì)菌加快了它們的降解，降解速率在不同初始濃度下分別平均可提高50.5%，55

12、.5%，41.3%和40.0%。目前，有著豐富微生物資源的紅樹林底泥已成為研究者提取和培養(yǎng)各類有機(jī)物降解菌種的重要來源。在去除水體中有機(jī)物的應(yīng)用研究報(bào)道多集中于兩方面：一是各種紅樹植物對(duì)有機(jī)污水的處理效率；二是污水對(duì)紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的影響4。一般認(rèn)為紅樹植物去除污水中COD的效率與淡水人工濕地相當(dāng)，且不同樹種有一定的差距。靖元孝等選取1年生的海桑，桐花樹及木欖幼苗構(gòu)建潛流人工濕地處理生活污水，結(jié)果表明，在去除COD方面，三者分別73.00%，75.51%和71.34%；稍低于另一種以吸污見長的人工濕地植物風(fēng)車草83.96%的去處率。對(duì)于紅樹林是否是適合的生活污水處理地，觀點(diǎn)不甚統(tǒng)一。李玫等認(rèn)為在

13、一定條件下是合適的，她發(fā)現(xiàn)正常COD濃度的生活污水甚至可以促進(jìn)某些紅樹植物的生長。同時(shí)，她也指出需要較長的周期，對(duì)不同種類的污水和不同種類的樹種在各因素下的相互作用作進(jìn)一步研究5。但反對(duì)者認(rèn)為，鑒于全球紅樹林的退化速度很快，為減緩近海生態(tài)系統(tǒng)多樣性下降和進(jìn)一步退化，應(yīng)盡量避免將其作為排放污水的場(chǎng)所。3對(duì)水體中重金屬的富集紅樹林對(duì)水體中的重金屬也有相當(dāng)?shù)母患饔?。從各類重金屬在整個(gè)系統(tǒng)的分布狀況來看，土壤是它們主要的匯。繆紳裕等用實(shí)驗(yàn)證明了重金屬離子的分配過程中，土壤吸附積累作用大大強(qiáng)于植物吸收作用。另有研究表明紅樹植物的凋落物如落葉碎屑等也對(duì)重金屬有一定的吸附作用6。而各種重金屬離子在紅樹植物

14、內(nèi)部的分布情況各有所不同，如Cu和Zn較易從根部遷移至莖和葉組織，而Cd和Pb則聚集在根部，相對(duì)難以遷移7。但是，各類重金屬離子一般都富集在不活躍的細(xì)胞組織中，如細(xì)胞壁，莖和根的細(xì)胞間隙等。無論如何，在土壤富集和植物吸收的協(xié)同作用下的去除作用也是有限的。當(dāng)土壤和海水中重金屬離子濃度過大，或者作用時(shí)間過長，會(huì)嚴(yán)重影響紅樹植物的生長發(fā)育，甚至導(dǎo)致其死亡8。鑒于此，在實(shí)際應(yīng)用中，待處理的重金屬廢水一般需要做前期處理來盡量減少其對(duì)紅樹林的危害。4對(duì)水體中營養(yǎng)鹽的去除與重金屬的分配相似水體中的N和P等營養(yǎng)鹽同樣多數(shù)易被紅樹系統(tǒng)的土壤所富集，少部分被植物吸收。被土壤富集的營養(yǎng)鹽大部分集中在土壤表層05cm

15、厚度范圍內(nèi)，并伴隨明顯的硝化-反硝化過程。較高的紅樹覆蓋率，較長的水力停留時(shí)間以及較高的鹽度均有利于其富集9。類似的，紅樹林對(duì)營養(yǎng)鹽的吸收也是有限度的。有人就觀測(cè)到泰國某條河流由于上游過多的蝦養(yǎng)殖塘排放的富營養(yǎng)廢水導(dǎo)致了沿岸紅樹林密度以及河流水質(zhì)從下游向上游遞減，用時(shí)Chu等用25倍于正常營養(yǎng)濃度的廢水培養(yǎng)紅樹林人工濕地16周，在經(jīng)過6周的凈水沖洗，會(huì)出現(xiàn)明顯的氮鹽從低泥中瀝出的現(xiàn)象，而同樣條件下用5倍與正常濃度的廢水則沒有出現(xiàn)瀝出，這證明土壤對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收也是有限度的。土壤達(dá)到飽和后，營養(yǎng)鹽的流失或被吸收的規(guī)律尚待進(jìn)一步研究10。5紅樹林進(jìn)化水體研究的評(píng)價(jià)和展望紅樹林的生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)被證明具

16、有一定的凈化污染水能力，對(duì)緩解日益嚴(yán)重的近海岸水體污染和生態(tài)破壞問題又可利用的價(jià)值；而同時(shí)，紅樹林也在全球范圍內(nèi)呈現(xiàn)著退化的危機(jī)。因此關(guān)于紅樹林作為污水排放的可行性的爭論是目前熱點(diǎn)之一。天然紅樹林的生態(tài)結(jié)構(gòu)比人工紅樹林更加復(fù)雜和穩(wěn)定，理論上它對(duì)污水的吸納截留能力也比人工紅樹林更強(qiáng)，但是其生態(tài)價(jià)值也遠(yuǎn)高于人工林，貿(mào)然開發(fā)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)巨大，因此應(yīng)該對(duì)天然紅樹林的污水凈化開發(fā)利用持極其保守的態(tài)度11。對(duì)于人工林，可針對(duì)其規(guī)模和種群結(jié)構(gòu)，因地制宜地作為低濃度的海濱城市污水處理廠出水排放地，這有利于緩解近海岸污染現(xiàn)狀，例如富營養(yǎng)化等問題。在此過程中實(shí)施檢測(cè)和相應(yīng)機(jī)制必不可少，并且應(yīng)充分發(fā)揮紅樹林系統(tǒng)面積廣

17、闊，土壤中菌種豐富的優(yōu)勢(shì)，增加排放源個(gè)數(shù)，分散布源，綜合考慮潮汐動(dòng)力確定排放徑流方向，以提高污染物在紅樹林區(qū)域的分布均勻度和停留時(shí)間12。今后的理論性研究可能會(huì)集中在兩個(gè)方面：一方面從微環(huán)境角度考慮污染物質(zhì)在紅樹林系統(tǒng)中遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理；另一方面則關(guān)注紅樹林系統(tǒng)對(duì)宏觀生態(tài)環(huán)境的綜合改善能力13。在應(yīng)用方面主要有：鑒定各類降解菌種；研究同一林分的不同樹種間、紅樹林與底棲生物間、紅樹群落和外界環(huán)境因素間在凈化過程中可能存在的協(xié)同作用或拮抗作用；考察紅樹林在自然環(huán)境下長期持續(xù)的污水排放對(duì)系統(tǒng)各部分的影響程度；建立相應(yīng)的監(jiān)測(cè)響應(yīng)機(jī)制。參考文獻(xiàn)：1羅忠奎，黃建輝，孫建新.紅樹林的生態(tài)學(xué)功能及其資源保護(hù)J.亞

18、熱帶資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2007，2(2):38-422Forestry Department of Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) 2007. The world's mangroves ，1980-2005R 3Lin Y M， Liu J W，Xiang P，et al. 2007. Tannins and nitrogen dynamics in mangrove leaves at different age and decay stages (Jiulong River Estuary， China)J. Hydrobiologia，583: 285-2954郭長城，喻國華，王國祥.河流泥沙對(duì)污染河水中污染物的吸附特性研究J.生態(tài)環(huán)境，2006，15(6):1151-11555史紅星，劉會(huì)娟.無機(jī)礦質(zhì)顆粒懸浮物對(duì)富營養(yǎng)化水體氨氮的吸附特性J.環(huán)境科學(xué)，2005，26(5):72-766鄭家麟.廈門市海島調(diào)查研究論文集J.北京：海洋出版社，1996，12(1):23-307林鵬.中國紅樹林環(huán)境生態(tài)及經(jīng)濟(jì)利用J.北京：高等教育出版社，