红树林对水体净化作用研究进完整版

学年论文（设计）
（本科）
学院生命科学学院
专业生物科学
年级2007级四班
姓名李懿哲
论文题目红树林对水体净化作用研究进展指导教师卢东升职称教授成绩
2010年5月20日
目录
摘要 (1)
关键词 (1)
Ab s t ract (1)
Key Words (1)
0引言 (1)
1对悬浮物的沉降作用 (1)
2对水体中有机物的降解 (2)
3对水体中重金属的富集 (3)
4对水体中营养盐的去除 (3)
5红树林进化水体研究的评价和展望 (3)
参考文献 (4)
红树林对水体净化作用研究进展
学生姓名：李懿哲学号：20075070252
生命科学学院生物科学
指导老师：卢东升职称：教授
摘要：红树是一类生长在热带及亚热带海岸潮间带的湿地植物，具有净化水体的功能。

近年来红树林净化水体方面的研究有不少进展，主要包括促进水体中悬浮物的沉降，利用其丰富的底栖生物对有机物的吸附和降解，以及其植株和底泥对重金属和营养盐的富集和吸收。

但是红树林的净化容量是有限的，超负荷的污水排放会导致明显的或潜在的生态风险。

在实际应用中，只有在充分的监控和限制条件下，才可有限地将红树林作为生活污水的排放地。

该研究的发展方向主要有污染物迁移转化过程中各种因素的相互作用、红树林对环境的综合改善能力以及实际应用中对生态风险的量化分析和检测等方面。

关键词：红树林；水体净化；悬浮物；有机物；降解；重金属；营养盐
Abstract:Mangroves,the characteristic ;iittoral 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 abundant 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 sewage 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 quantity analysis and monitoring to ecological hazards in the application of this purification technique. Key word:mang roveforest;purification;suspended solids;organics;degradation;heavy metals;nutrents
0引言
红树是一类生长在热带、亚热带、海岸潮间带的木本植物，主要分布在隐蔽的海湾机如海口的冲积淤泥中。

近三十年来，全球红树林面积以年均0.7%左右的速度退化。

红树林不但在林业，造纸，制药，养殖，旅游等方面有较高的经济价值，同时，它还具有很高的生态价值，例如防风护堤，减少海啸等灾害的破坏力，以及为河口及近海岸的底栖动物群落提供充分的营养基质和栖息地等。

目前最受关注的是红树林在净化水体，改善近海岸生态环境方面的作用，包括促进悬浮物沉降，促进有机污染物降解，吸收重金属和营养盐等方面，其机理则涵盖了沉降，吸附、离子交换、微生物降解以及吸收等方面，是一个综合的协同效应[1]。

1对悬浮物的沉降作用
悬浮物往往是水体中主要污染物。

有研究表明泥沙等悬浮物对污染水体中的氮、磷及高锰酸盐指数均有一定的吸附效果。

因此，若吸附了污染物的悬浮物沉降过于缓慢将导致水体的恶化；相反，悬浮物得以快速的沉降，则可以达到净化水质的目的。

红树植物错综复杂的根系可以缓冲海浪对海岸的侵蚀，组织海浪带入泥沙，防止底泥再次悬浮，这减少了悬浮物的产生，同时它还可促使大颗粒物快速沉降并吸附微小悬浮颗粒，这减少了悬浮物在水体的停留时间，以保持较好水质。

1996年Sansanayuth等建立的红树-沙粒层模型对高浓度的虾养殖水有84%的悬浮物去除率，大大高于对照组的去除水平。

而在自然条件下，Furukawa等研究了澳大利亚北部一个河口，发现潮水涌入带来的悬浮泥沙大约80%被红树林阻滞而沉降，同时还会因颗粒的絮凝产生对粘土的选择性吸附，从而改善沉降性能[2]。

2003年Haide等对比了印尼某红树林湿地和澳大利亚一个非种植区的悬浮物沉积率，发现前者比后者高35倍，而在低流速下，如水的悬浮物沉积率可进一步显著提高。

但红树林系统对废水中的悬浮物的承受力是有限的，不同种类的红树植物承受力也不同。

Vaiphasa等对泰国PakPhanang地区的红树林研究表明，附近虾塘导致过量沉积降低了红树林的生长率，并增加了其死亡率。

他们还研究了不同红树植物对悬浮物的极限承受力，发现白骨壤在死亡之前可以忍受每年6cm的沉积率，而柱果木榄只可承受5cm，海漆和榄李则在两者之间。

在构建人工红树湿地用以去除悬浮物时，这一结论可作为选择树种的参考。

2对水体中有机物的降解
红树林生态系统去除水体中有机物的过程有独特而复杂的净化机理，除了上文所述的物理作用，它还可以充分利用基质-微生物-植物这个复合生态系统的化学和生物作用，通过植物吸收和微生物分解来实现对水体中有机物的去除。

其中，稀释转移，沉降，沉积物吸附等过程和微生物分解等生物过程主导着有机物的降解，而植物的直接吸收作用仅占小部分。

红树林生态系统的底栖生物种类特别繁多，这为其有效地降解水体中各类有机物提供了必要的条件。

各类有机物的性质和降解效率的关系是研究的重点。

Lim等发现红树林底泥对有机物的降解与其链长有一定的关系。

他将中等链长的某种聚羟基脂肪酸脂（PHA）和短链长的聚羟基丁酸脂(PHB)两种生物降解塑料膜埋于红树林土壤中，112d后发现，PHA有4.5%的降解，而PHB则完全降解。

这表明红树林底泥对短链长的有机物有优先降解的倾向。

而在马来西亚槟岛地区，有人发现了有机物形态与降解率的一定关系。

另外，放在底泥表面的膜平均降解率约70%，而埋在底泥内部的达到了90%以上。

Marchand等发现不同的底泥氧化还原环境，包括树种，红树林发育成熟程度，季节等，会导致木质素的不同的分配状况。

红树林底泥中的微生物不仅对易生物降解的有机物有较高的降解效果，而且对于一些难降解的持久性有机物，甚至抗生素，都有一定的分解效率[3]。

Le等调查了在越南的虾塘中常见的诺氟沙星、恶喹酸、甲氧苄啶三种抗生素在红树林地区的分布，发现该区水体中产生了耐药性的细菌加快了它们的降解，降解速率在不同初始浓度下分别平均可提高50.5%，55.5%，41.3%和40.0%。

目前，有着丰富微生物资源的红树林底泥已成为研究者提取和培养各类有机物降解菌种的重要来源。

在去除水体中有机物的应用研究报道多集中于两方面：一是各种红树植物对有机污水的处理效率；二是污水对红树林生态系统的影响[4]。

一般认为红树植物去除污水中COD的效率与淡水人工湿地相当，且不同树种有一定的差距。

靖元孝等选取1年生的海桑，桐花树及木榄幼苗构建潜流人工湿地处理生活污水，结果表明，在去除COD方面，三者分别73.00%，75.51%和71.34%；稍低于另一种以吸污见长的人工湿地植物风车草83.96%的去处率。

对于红树林是否是适合的生活污水处理地，观点不甚统一。

李玫等认为在一定条件下是合适的，她发现正常COD浓度的生活污水甚至可以促进某些红树植物的生长。

同时，她也指出需要较长的周期，对不同种类的污水和不同种类的树种在各因素下的相互作用作进一步研究[5]。

但反对者认为，鉴于全球红树林的退化速度很快，为减缓近海生态系统多样性下降和进一步退化，应尽量避免将其作为排放污水的场所。

3对水体中重金属的富集
红树林对水体中的重金属也有相当的富集作用。

从各类重金属在整个系统的分布状况来看，土壤是它们主要的汇。

缪绅裕等用实验证明了重金属离子的分配过程中，土壤吸附积累作用大大强于植物吸收作用。

另有研究表明红树植物的凋落物如落叶碎屑等也对重金属有一定的吸附作用[6]。

而各种重金属离子在红树植物内部的分布情况各有所不同，如Cu和Zn较易从根部迁移至茎和叶组织，而Cd和Pb则聚集在根部，相对难以迁移[7]。

但是，各类重金属离子一般都富集在不活跃的细胞组织中，如细胞壁，茎和根的细胞间隙等。

无论如何，在土壤富集和植物吸收的协同作用下的去除作用也是有限的。

当土壤和海水中重金属离子浓度过大，或者作用时间过长，会严重影响红树植物的生长发育，甚至导致其死亡[8]。

鉴于此，在实际应用中，待处理的重金属废水一般需要做前期处理来尽量减少其对红树林的危害。

4对水体中营养盐的去除
与重金属的分配相似水体中的N和P等营养盐同样多数易被红树系统的土壤所富集，少部分被植物吸收。

被土壤富集的营养盐大部分集中在土壤表层0~5cm 厚度范围内，并伴随明显的硝化-反硝化过程。

较高的红树覆盖率，较长的水力停留时间以及较高的盐度均有利于其富集[9]。

类似的，红树林对营养盐的吸收也是有限度的。

有人就观测到泰国某条河流
由于上游过多的虾养殖塘排放的富营养废水导致了沿岸红树林密度以及河流水质从下游向上游递减，用时Chu等用25倍于正常营养浓度的废水培养红树林人工湿地16周，在经过6周的净水冲洗，会出现明显的氮盐从低泥中沥出的现象，而同样条件下用5倍与正常浓度的废水则没有出现沥出，这证明土壤对营养物质的吸收也是有限度的。

土壤达到饱和后，营养盐的流失或被吸收的规律尚待进一步研究[10]。

5红树林进化水体研究的评价和展望
红树林的生态系统已经被证明具有一定的净化污染水能力，对缓解日益严重的近海岸水体污染和生态破坏问题又可利用的价值；而同时，红树林也在全球范围内呈现着退化的危机。

因此关于红树林作为污水排放的可行性的争论是目前热点之一。

天然红树林的生态结构比人工红树林更加复杂和稳定，理论上它对污水的吸纳截留能力也比人工红树林更强，但是其生态价值也远高于人工林，贸然开发的生态风险巨大，因此应该对天然红树林的污水净化开发利用持极其保守的态度[11]。

对于人工林，可针对其规模和种群结构，因地制宜地作为低浓度的海滨城市污水处理厂出水排放地，这有利于缓解近海岸污染现状，例如富营养化等问题。

在此过程中实施检测和相应机制必不可少，并且应充分发挥红树林系统面积广阔，土壤中菌种丰富的优势，增加排放源个数，分散布源，综合考虑潮汐动力确定排放径流方向，以提高污染物在红树林区域的分布均匀度和停留时间[12]。

今后的理论性研究可能会集中在两个方面：一方面从微环境角度考虑污染物质在红树林系统中迁移转化机理；另一方面则关注红树林系统对宏观生态环境的综合改善能力[13]。

在应用方面主要有：鉴定各类降解菌种；研究同一林分的不同树种间、红树林与底栖生物间、红树群落和外界环境因素间在净化过程中可能存在的协同作用或拮抗作用；考察红树林在自然环境下长期持续的污水排放对系统各部分的影响程度；建立相应的监测响应机制。

参考文献：
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生命科学学院生物科学专业2007 年级
指导教师（签名）学生（签名）
注：此表由教师填写，如指导次数多，可另附纸。

学年论文（设计）成绩评定表。