湖泊富营养化2.ppt

净化机理:
1 吸收作用
2 降解作用
3 吸附、过滤、沉淀作用
4 对藻类的抑制作用:水生植物和浮游藻类在营养物质和光能的利用上是竞争者,前者个体大、生命周期长,吸收和储存营养盐的能力强,能很好地抑制浮游藻类的生长。某些水生植物根系还能分泌克藻物质,达到抑制藻类生长的作用。,如水蜗牛,能以藻类为食。
5 其它作用:挺水植物可通过对水流的阻尼或减少风浪扰动,使悬浮物质沉降等。

除磷:
无机磷化合物的溶解性改变,有机磷化合物的分解矿化,无机磷的氧化和还原都需要磷细菌等微生物的生物化学反应及酶的催化来实施。在好氧和厌氧条件下,磷细菌能将有机磷化合物转化成简单的磷化合物。微生物在降解有机磷的同时,也吸收可利用态的磷维持生长和繁殖,达到去除水体中磷的目的。

除氮:
在所有水生植物除氮系统中,根际微生物起着最为关键的作用,硝化和反硝化作用是植物除氮主要机制(约占全部去除率的40%~92%),被认为是氮素释放的重要机制之一。
水生植物一般根系较为发达,在水面下有表面积很大的根茎网络,为微生物附着、栖生、繁殖提供了场所和条件;同时植物根系可分泌含有大量生物活性物质的分泌物,对根际微生物的生长、繁殖和生理活动起到一定的促进作用,构成了一个能起着多种生化作用的复杂的植物-微生物生态系统。

湖泊生态系统中氮循环细菌的分布:
水生高等植物覆盖区内的氨化和反硝化细菌密度明显高于无植物覆盖的敞水区;附着于水生植物根际的氨化细菌可将水中的有机氮转化为无机氮(其中大部分转化为气态的氨气直接进入大气);同时,反硝化细菌将无机氮盐(NO-3-N及NO-2 -N)还原为气态的N2O及N2,并释放到大气中,从而削减了水体中的氮负荷,这对于富营养化水体的净化具有积极意义。

另外,水生高等植物也为水体氮循环细菌提供了适宜的生存和繁殖环境。反硝化、硝化、亚硝化及氨化细菌是水体中常见的菌群,其生长和繁殖不仅受底物类型及浓度影响,而且受环境条件影响。特别是反硝化与硝化及亚硝化细菌,前者往往分布在厌氧还原环境中,而后两者则通常分布于富氧氧化环境中。在湖泊的敞水区,由于湖水的均质性,这些菌群很难同时形成优势并发挥作用。
植物根际
根际的概念及根际内植物与微生物的相互作用
根际是受植物根系影响的根-水(土)界面的一个微区,也是植物—水(土壤)—微生物与其环境条件相互作用的场所。由于根系的存在,增加了微生物的活动和生物量。
植物根系、微生物以及根际范围的其他一切组成了最重要的根际生态系统。在根际系统中,根际的生命活动有利于微生物的活动,而微生物活动的增强又反过来促进植物根际的生长活动。

水生高等植物根际存在氧化还原微环境,空气中的氧气通过其根茎叶通气组织到达根部,并扩散到根表面,环绕根形成一薄的氧化层(即根际氧化带);在这个薄薄的有氧根际层以外的水体,由于水生高等植物的覆盖及其呼吸代谢作用,往往处于缺氧状态。正是由于在水生高等植物根区存在这样一个富氧-缺氧的氧化还原微环境,反硝化、硝化、亚硝化及氨化细菌才能够同时出现并发挥其作用。

植物和其根际微生物的互作效应研究:
较少,在90年代初期,首次把水生植物凤眼莲和根际微生物联系起来,组建了凤眼莲-根际微生物松散的、非特异性的协同降酚的共生系统。研究发现,系统的降酚效率大于细菌和凤眼莲的降酚效率之和。
植物根系分泌物对根际微生物的种类、数量和生理活动具有重要作用。根系分泌物可刺激根际环境中微生物的繁殖和生长;
而同时,根际微生物对植物的生长和生理代谢同样具有刺激效应,它能影响植物的生长量,刺激植物根对离子的吸收,改变根的通透性,调节植物的生理代谢等。
由此可见,水生植物和根际微生物系统对水体中物质代谢影响是非常复杂的。

水生植物修复强化技术研究:
在实际的应用中发现,虽然由于水生植物的存在部分消除了水体的均质性,但对大多数富营养化水体来讲其空间异质性仍较差,从而限制了富营养化水体中氮的控制。为了增加水体的异质性,增大不同性质氮循环细菌的共存机会和数量,人们尝试了多种方法。如采用向富营养化水域中投加固定化反硝化细菌,以增加反硝化细菌数量,增大水体内反硝化脱氮的效率;另外,人们还研究了不同生态类型水生高等植物的净化能力及其微生境特点,设计建造了由漂浮、浮叶、沉水植物及其根际微生物等组成的人工复合生态系统(plex ecosystem; ACE),通过合理设计镶嵌组合水生植物群落的种类组成及空间分布,增大水体的异质性。…..
水体水花生-菱-水鳖-凤眼莲的植物群落,通过植物