生态学水土环境污染与污染生态学.pptx

第六章 水土环境污染与污染生态学l什么是环境污染（EnvironmentalPollution）？通常，环境污染主要指人类活动人类活动所引起的环境质量下降而有害于人类及其它生物的正常生存和发展的现象。而自然过程引起的同类现象称为自然突变或异常自然突变或异常。l环境污染的分类生物污染化学污染物理污染按污染物性质废气污染废水污染固体废弃物污染噪声污染辐射污染按污染物形态环境污染的特点：l影响范围大l作用时间长l污染物浓度低、情况复杂l污染容易、治理难污染源（污染源（Pollution SourcePollution Source）l工业污染源l农业污染源l交通运输污染源l生活污染源污染物的自然来源自然来源（Natural Source）:自然界向环境排放，如：活动的火山或矿床；交通工业农业污染物的人为来源（人为来源（Artificial Source）:来自人类活动，影响范围广、危害大，如工业三废 污染源示意图污染源示意图污染物（Pollutant）l污染物指进入环境后使环境的正常组成结构、状态和性质发生变化，直接或间接有害于人类的生存和发展的物质。l优先污染物（PriorityPollutant）：指在众多的污染物中筛选出的潜在危险大的作为优先研究和控制对象的污染物，亦称优先控制污染物。主要针对下列污染物：有毒有机化学污染物、生物难降解性物质、具有生物积累性、三致性的污染物毒物（毒物（毒物（毒物（toxicanttoxicant、poisonpoison、toxic substance)toxic substance)l一定条件下，较小剂量即可引起不良生物反一定条件下，较小剂量即可引起不良生物反 应的外来化学物质。应的外来化学物质。毒物可以是固体、毒物可以是固体、液体液体和和气体气体，与机体接触或进入机，与机体接触或进入机体后，能与机体相互作用，发生物理化学或生物化学体后，能与机体相互作用，发生物理化学或生物化学反应，引起机体功能或器质性的损害，严重的甚至危反应，引起机体功能或器质性的损害，严重的甚至危及生命。及生命。l毒物毒物具有以下基本特征：对机体不同水平的有害性，但具备有害性特征的物质并不是毒物毒物，如单纯性粉尘。经过毒理学研究之后确定的。必须能够进入机体，与机体发生有害的相互作用。具备上述三点才能称之为毒物毒物。而毒物毒物造成机体损害的能力称为毒性。l我们平常见到的“剧毒”、“低毒”等实际上就是指毒物毒物的毒性。按WHO急性毒性分级标准，毒物毒物的毒性分级如下：1、剧毒：毒性分级5级；成人致死量，小于0.05克/公斤体重；60公斤成人致死总量，0.1克。2、高毒：毒性分级4级；成人致死量，0.050.5克/公斤体重；60公斤成人致死总量，3克。3、中等毒：毒性分级3级；成人致死量，0.55克/公斤体重；60公斤成人致死总量，30克。4、低毒：毒性分级2级；成人致死量，515克/公斤体重；60公斤成人致死总量，250克。5、微毒：毒性分级1级；成人致死量，大于15克/公斤体重；60公斤成人致死总量，大于1000克。朱砂朱砂铬铬铬铬的的毒性毒性毒性毒性l所有铬铬化合物浓度过高时都有毒性毒性，但各种铬铬化合物毒性毒性的强弱不同。金属铬铬很不活泼，二价铬铬化合物一般认为是无毒的。三价铬铬进入人体过多时，可对人体健康带来危害，但三价铬铬的毒性毒性较小，而六价铬毒性铬毒性较大。l铬铬酸盐毒性毒性大，由于溶解度大且易被迅速吸收，对生物组织有刺激性和毒性毒性。l砷砷是广泛分布于自然界的非金属元素，环境中的砷砷常以化合物形式存在。砷砷是一种古老的毒物，公元前5-3世纪我国的战国时期已能用毒砂(砷砷黄铁矿)、砒石等含砷砷矿物烧制砒霜(As2O3)。李时珍在本草纲目中记载砒霜毒性毒性很强。砒霜是最常见的砷砷化物，口服50mg即可引起急性中毒，60-600mg(一般200mg)可致死，儿童的最低致死量为1mgkg体重。镉中毒镉中毒镉中毒镉中毒l镉为银白色软金属，富有延展性。通过镉及其化合物经食物、水和空气进入人体后产生的毒害作用。有急性、慢性中毒之分。工业生产中吸入大量的氧化镉烟雾可发生急性中毒。早期表现为咽痛、咳嗽、胸闷、气短、头晕、恶心、全身酸痛、无力、发热等，严重时可出现中毒性肺水肿或化学性肺炎，中毒者高度呼吸困难，咯大量泡沫血色痰，可因急性呼吸衰竭而危及生命。铅的毒性铅的毒性铅的毒性铅的毒性l美国环境保护署(EPA)：铅铅及其化合物是17种严重危害人类寿命与自然环境的化学物质之一；l工业废弃品中的铅铅通过渗入地下水系统而进入动物或人类的食物链；l人体中存在过量的铅铅将导致神经和再生系统紊乱、发育迟缓、血色素减少并引发贫血和高血压；l美国职业安全与健康管理署(OSHA)标准：成人血液中铅铅含量应低于50mg/dl，儿童血液中铅铅含量应低于30mg/dl。氟中毒氟中毒植物修复技术的出现植物修复技术的出现l传统的重金属污染土壤修复技术通常采用物理和化学方法，如排土填埋法、稀释法、淋洗法、物理分离法和稳定化及化学法等。其原理主要是通过减少土壤表层污染物的浓度，或增强土壤中的污染物的稳定性使其水溶性、扩散性和生物有效性降低，从而减轻其危害。这些传统的修复方法虽然治理效果较好，历时短，但也有许多缺陷，如成本高，难于管理，易造成二次污染，对环境扰动大。l为寻求更有效、可行的解决办法，近年来，一种针对重金属的植物修复技术引起了公众及科学界的广泛兴趣。主要有植物提取、植物过滤、植物挥发和植物稳定等技术。l与传统的处理方式相比，植物修复主要优点有：以阳光为能源，节省人力物力，处理设施小，成本低，适合大规模的应用；利于土壤生态系统的保持；对污染地景观有美学价值，对环境基本没有破坏作用，易为公众所接受。植物修复技术普遍被认为具有物理、化学修复方法所无法比拟的费用低廉、不破坏场地结构、不造成地下水的二次污染、能起到美化环境的作用、易于成地下水的二次污染、能起到美化环境的作用、易于为社会所接受等优点，是一项很有发展前途的修复技术，但也存在着一些缺陷和某些限制性。植物修复（植物修复（PhytoremediationPhytoremediation）的含义的含义l概括地说,植物修复就是利用植物来治理污染了的环境，即利用植物及其根际圈微生物体系的吸收、挥发和转化、降解等作用机理来清除污染环境中的污染物质。l广义的植物修复包括利用植物净化空气（如室内空气污染和城市烟雾控制等），利用植物及其根际圈微生物体系净化污水（如污水的湿地处理系统）和治理污染土壤（主要包括重金属、放射性核素及有机污染物等）。l狭义的植物修复主要是指利用植物及其根际圈微生物体系清洁污染土壤（包括无机和有机污染物）。而通常所说的植物修复主要是指利用超富集植物（Hyperaccumu-lators）的提取作用去除污染土壤中的重金属，亦即通过重复种植和收获超富集植物将污染土壤中重金属浓度降低到可接受水平植物稳定（植物稳定（phytostabilization）l指利用植物根际的一些特殊物质使土壤中的污染物转化为相对无害物质的一种方法。l植物在植物稳定中主要有两种功能:一是保护污染土壤不受侵蚀,减少土壤渗漏来防止金属污染物的淋移;另一种是通过金属根部的富集和沉淀或根表吸持来加强土壤中污染物的固定。研究发现，铅可与磷结合形成难溶的磷酸铅沉淀在植物根部,减轻铅的毒害;六价铬可被还原为毒性较轻的三价铬。l应用植物稳定原理修复污染土壤应尽量防止植物吸收有害元素,以防止昆虫、草食动物及牛、羊等牲畜在这些地方觅食后可能会对食物链带来的污染。l然而植物稳定作用并没有将环境中的重金属离子去除,只是暂时将其固定,使其对环境中的生物不产生毒害作用,但并没有彻底解决环境中的重金属污染问题。如果环境条件发生变化，重金属的生物可利用性可能又会发生改变。因此，植物固定不是一个很理想的修复方法。植物挥发（植物挥发（phytovolatilization）l是指通过植物的吸收促进某些重金属转移为可挥发态,挥发出土壤和植物表面,达到治理土壤重金属污染的目的。l这一方法只适用于挥发性污染物，植物挥发要求被转化后的物质毒性要小于转化前的污染物质,以减轻环境危害。由于这一方法只适用于挥发性污染物，应用范围很小，并且将污染物转移到大气和（或）异地土壤中对人类和生物又一定的风险，因此，它的应用将受到限制。植物提取（植物提取（phytoextraction）l是指种植一些特殊植物,利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物质并运移至植物地上部,通过收割地上部物质带走土壤中污染物的一种方法。植物提取作用是目前研究最多,最有发展前景的方法。该利用的是一些对重金属具有较强忍耐和富集能力的特殊植物。要求所用植物具有生物量大、生长快和抗病虫害能力强的特点,并具备对多种重金属较强的富集能力。此方法的关键在于寻找合适的超富集植物和诱导出超级富集体。超富集植物超富集植物l不管是植物提取，植物稳定，还是植物挥发，寻求具有较强的重金属忍耐及超富集能力的植物种始终是决定污染治理效率的关键。l超富集植物的定义超富集植物的定义：超富集植物主要是指那些对某些重金属具有特别的吸收能力,而本身不受毒害的植物种和基因型,即重金属超富集体(hyperaccumulator)。l对于不同金属,其超富集植物富集浓度也有所不同。目前采用较多的为Baker和Brookss所提出的参考值,即把植物地上部(干重)中含Cd达100/,Co、Cu、Ni、Pb达1000/,Mn、Zn 达10000/以上植物称为超富集植物l超富集植物筛选原则超富集植物筛选原则植物对土壤重金属污染修复的成效如何主要取决于植物种类的选择。在筛选超富集植物时，必须要考虑到各方面的因素，所选植物不仅要在生理上适应当地受重金属污染的环境，同时还要注意植物修复的效率及其引入后的生态后果的预测等问题。理想的植物类型应具备以下特点：l1、超富集植物必须具备的首要条件是其对重金属有较强的耐性，否则就谈不上富集了；l2、在现场条件下生长旺盛,或可采用与环境相协调的、经济有效的方法改变现场条件以适于该植物的生长;l3、能以所期望的修复作用方式与污染物发生作用;l4、多年生、生长快、生物量大,易于收割；l5、能在体内富集高浓度的污染物,即使在重金属浓度较低时也有较高的富集速率；l6、植物应具有较强大的根系；l7、植物吸收的重金属应大多分布在地上部,即有较高的地上部/根系比率，地上部能够较普通作物累积10500倍以上某种重金属；l8、对于病虫害具有较强的抗性或耐性;l9、最好能同时富集几种重金属；l10、最好是当地品种而不是引入的外来品种，即在引进该物种前要对可能引起的生态后果生物入侵和基因链的污染作仔细的考虑；l11、管理维护要求低;l12、维护费用低，经济上可行；l13、最好是具有一定经济价值的植物；l介绍几种超富集植物介绍几种超富集植物l砷的超富集植物砷的超富集植物l蜈蚣草蜈蚣草 Pterisvittata水龙骨目凤尾蕨科凤尾蕨属的一种。根状茎短而直立，密被鳞片。叶簇生，一回羽状；羽片无柄，披针形，羽片顶部边缘有锯齿。孢子囊群生于羽片侧脉顶部的联结脉上，线形囊群盖由变质的羽片边缘向下反折而成。该种适生于亚洲的热带和亚热带，在中国广布于长江以南各省区，向北达陕西、甘肃和河南南部。常生于路旁、桥边石缝或石灰岩山地，是钙质土或石灰岩的指示植物；民间全草药用，能祛风、杀虫、治疳疮；也可盆栽供观赏。铅的超富集植物铅的超富集植物l酸模酸模 Rumex acetosa Linn.多年生草本，高1580厘米，有酸味。主根粗短。有数个须根，断面黄色。茎直立，细弱，不分枝。叶片椭圆形，长210厘米，宽13厘米，顶端急尖或圆钝，基部箭形，全缘；茎上部的叶较小，披针形，无柄；托叶鞘斜形，顶端有睫毛。花序狭圆锥状，顶生；花单性异株；花被片6，椭圆形，成2轮；雄花内轮花被片较外轮花被片为大雌花内轮花被直立，结果时增大，圆形，全缘，淡红色，柱头3。瘦果椭圆形，有3棱，黑色，有光泽。花期35月，果期46月。各地均产，生于路边荒地及山坡阴湿地；分布于吉林、辽宁、河北、陕河北、陕西、新疆、浙江、湖北、四川和云南。紫花苜蓿紫花苜蓿紫花苜蓿紫花苜蓿l系豆科苜蓿属多年生草本植物。是中寿牧草，一般第二至第四年生长最茂盛，第五年后生产力逐渐下降。紫花苜蓿根系发达，主根粗大，有较强的耐寒、抗旱和再生能力。茎直立、光滑。叶量多，全株叶片占鲜草重量的4655。异花受粉植物。荚果螺旋形，不开裂，每荚有种子28粒。种子肾形，黄色。紫花苜蓿喜温凉、半干旱的气候，生长最适宜的温度在25左右。年降水量300-800毫米、无霜期在100天以上地区都可以种植.56即可发芽，能耐受-5-6的寒冷。成年植物能耐-20左右低温，在雪被覆盖下可耐-44严寒。紫花苜蓿需水较多，对土壤选择不严，除重黏土、底湿地、强酸强碱地外，其他土壤可生长。铜的富集植物铜的富集植物l鸭跖草 Commelina communis科属鸭跖草科鸭跖草属原产我国，华东、华北、西南均有分布。喜温暖、湿润、耐荫和通风环境；要求土壤疏松、肥沃、排水良好，但对各类土壤均能适应。茎叶光滑，茎基部分枝匍匐，上部分枝向上斜生，高约20cm，匐匍枝长约90cm，常在节处生根。叶片披针形至卵状披针形，花深蓝色，花期69月。播种、分株、扦插、压条繁殖。四季均可压条。春夏扦插，保持15左右，约14天即可生根。宜秋播。盆栽宜置于适当蔽荫处。14天左右施稀薄液肥1次。冬季置于室内有阳光处，气温不可低于8。鸭跖草生长强健，叶色青绿，下垂铺散，是良好的室内观叶植物，可布置窗台几架，也可作为荫蔽处的花坛镶边。同属植物约100种，常见栽培的有大苞鸭跖草(Cpaludosa)；蓝花鸭跖草(C.coelestis)等。东南景天东南景天 Sedum alfredii HanceSedum alfredii Hance英文名：英文名：Alfred StonecropAlfred Stonecrop景天科景天科 CrassulaceaeCrassulaceae l锌锌/镉和铅富集植物镉和铅富集植物l多年生草本；茎基部横卧，着地生根；花茎高1020 厘米，有分枝；叶互生，下部叶常脱落，条状楔形、匙形至匙状倒卵形，长.厘米，顶端钝，有时微缺，基部狭楔形，有距；蝎尾状聚伞花序花多，苞片似叶而小；花无梗，直径厘米；萼片条状匙形，不等长，基部有距；花瓣黄山；鳞片，匙状正方形，长毫米，顶端钝截形；心皮，卵状披针形，直立，基部合生；骨突果斜叉开。