生态学-第六章 水土环境污染与污染生态学

第六章水土环境污染与污染生态学什么是环境污染〔EnvironmentalPollution〕？通常，环境污染主要指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开展的现象。而自然过程引起的同类现象称为自然突变或异常。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：影响范围大作用时间长污染物浓度低、情况复杂污染容易、治理难污染源〔PollutionSource〕工业污染源农业污染源交通运输污染源生活污染源污染物的自然来源（NaturalSource）: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（ArtificialSource）: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物〔Pollutant〕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开展的物质。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。主要针对以下污染物：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〔toxicant、poison、toxicsubstance)

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。

毒物可以是固体、液体和气体，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反响，引起机体功能或器质性的损害，严重的甚至危及生命。

毒物具有以下根本特征：①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，如单纯性粉尘。②经过毒理学研究之后确定的。③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。而毒物造成机体损害的能力称为毒性。我们平常见到的“剧毒〞、“低毒〞等实际上就是指毒物的毒性。按WHO急性毒性分级标准，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，0.05～0.5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，0.5～5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，5～15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。

朱砂铬的毒性

所有铬化合物浓度过高时都有毒性，但各种铬化合物毒性的强弱不同。金属铬很不活泼，二价铬化合物一般认为是无毒的。三价铬进入人体过多时，可对人体健康带来危害，但三价铬的毒性较小，而六价铬毒性较大。铬酸盐毒性大，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。砷是广泛分布于自然界的非金属元素，环境中的砷常以化合物形式存在。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(砷黄铁矿)、砒石等含砷矿物烧制砒霜(As2O3)。李时珍在?本草纲目?中记载砒霜毒性很强。砒霜是最常见的砷化物，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1mg／kg体重。镉中毒镉为银白色软金属，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。铅的毒性美国环境保护署(EPA)：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；工业废弃品中的铅通过渗入地下水系统而进入动物或人类的食物链；人体中存在过量的铅将导致神经和再生系统紊乱、发育缓慢、血色素减少并引发贫血和高血压；美国职业平安与健康管理署(OSHA)标准：成人血液中铅含量应低于50mg/dl，儿童血液中铅含量应低于30mg/dl。

氟中毒植物修复〔Phytoremediation〕的含义

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、降解等作用机理来去除污染环境中的污染物质。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〕。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〔phytostabilization〕

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。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;六价铬可被复原为毒性较轻的三价铬。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。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〔phytovolatilization〕是指通过植物的吸收促进某些重金属转移为可挥发态,挥发出土壤和植物外表,到达治理土壤重金属污染的目的。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〔phytoextraction〕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,最有开展前景的方法。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适宜的超富集植物和诱导出超级富集体。超富集植物

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。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)。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100μｇ/ｇ,

Co、Cu、Ni、Pb达1000μｇ/ｇ,Mn、Zn达10000μｇ/ｇ以上植物称为超富集植物超富集植物筛选原那么

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：1、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，否那么就谈不上富集了；2、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;3、能以所期望的修复作用方式与污染物发生作用;4、多年生、生长快、生物量大,易于收割；5、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；6、植物应具有较强大的根系；7、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10～500倍以上某种重金属；8、对于病虫害具有较强的抗性或耐性;9、最好能同时富集几种重金属；10、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；11、管理维护要求低;12、维护费用低，经济上可行；13、最好是具有一定经济价值的植物；

铅的超富集植物

酸模

RumexacetosaLinn.多年生草本，高15—80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2－10厘米，宽1—3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3—5月，果期4—6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

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。紫花苜蓿根系兴旺，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46～55％。异花受粉植物。荚果螺旋形，不开裂，每荚有种子2～8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.5～6℃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

鸭跖草Commelinacommunis[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，茎基局部枝匍匐，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6—9月。播种、分株、扦插、压条繁殖。四季均可压条。春夏扦插，保持15℃