编辑推荐
适读人群 :本书可供环境科学与工程、生物技术与工程等领域的工程技术人员、科研人员和管理人员参考,也供高等学校相关专业师生参阅。 植物作为生物圈生态系统的重要成员,既是环境的感受者,又是环境的改造者。环境的变化必然影响到植物的生长发育乃至生存,同时植物的生活又改变了它周围的环境。由于植物在维系生态平衡中的特殊地位,人们对于植物与环境的关系格外关注,试图充分认识环境对植物的影响及植物对环境变化的反应,以达到利用植物修复受污染的生态系统,改善生存条件的目的。
《环境污染与植物修复》系统介绍了环境污染与植物的相互作用,着重阐述了植物对污染环境的修复功能。
《环境污染与植物修复》共分6章,分别阐述了环境污染物的种类、性质、来源及其迁移转化规律;典型污染物质对植物形态、生理代谢的影响和危害以及植物对环境污染的响应;植物对污染环境的净化功能;植物对污染环境的修复潜力及植物修复技术的应用实例;植物对环境污染的监测等内容。
《环境污染与植物修复》内容编写注重知识的系统性、可读性,同时力求反映相关领域新的研究成果;编者均长期从事环境生物学方面的研究,对该领域的研究成果有着自己独到的见解,在编写本书的过程中又对不同的观点进行了归纳总结,相信本书可以为环境工程等领域的工程技术人员、科研人员和管理人员提供有价值的信息,也供高等学校相关专业师生参阅。
内容简介
本书系统介绍了环境污染与植物的相互作用,着重阐述了植物对污染环境的修复功能。本书共分6章,分别阐述了环境污染物的种类、性质、来源及其迁移转化规律;典型污染物质对植物形态、生理代谢的影响和危害以及植物对环境污染的响应;植物对污染环境的净化功能;植物对污染环境的修复潜力及植物修复技术的应用实例;植物对环境污染的监测等内容。
本书可供环境科学与工程、生物技术与工程等领域的工程技术人员、科研人员和管理人员参考,也供高等学校相关专业师生参阅。
作者简介
韩阳:教授,现任生命科学系主管教学副主任。一直从事植物学方面的教学和科研工作,植物的功能、性能与环境污染修复等有效结合,在完成教学工作的同时积极参与环境污染控制等领域的科研活动,主持或参与10余项课题的研究,发表论文20篇。
内页插图
目录
第1章环境污染物及其迁移规律1
1.1大气中的污染物质1
1.1.1大气污染定义1
1.1.2大气污染分类1
1.1.3主要大气污染物2
1.1.4大气污染物主要来源5
1.1.5大气污染的危害5
1.2水体污染类型及其典型污染物6
1.2.1水体污染的定义6
1.2.2水体污染的类别6
1.2.3水体污染物及其危害8
1.2.4海洋污染11
1.3土壤污染及其典型污染物14
1.3.1土壤污染14
1.3.2土壤污染类型19
1.3.3土壤污染物来源20
1.3.4土壤污染物种类、性质20
1.3.5土壤污染的防治23
1.4固体废弃物23
1.4.1固体废弃物的定义23
1.4.2固体废弃物的种类24
1.4.3工业有害废渣26
1.5光、热、噪声污染30
1.5.1光污染30
1.5.2热污染32
1.5.3噪声污染37
1.6污染物的迁移、转化38
1.6.1污染物的迁移与循环38
1.6.2污染物的转化42
第2章植物对环境污染的响应与反馈44
2.1植物对环境污染响应与反馈通论44
2.1.1植物对环境污染响应与反馈的形态机制44
2.1.2植物对环境污染响应与反馈的生理机制47
2.1.3植物对环境污染响应与反馈的分子机制54
2.2水生植物对环境污染的响应及反馈58
2.2.1环境污染对水生植物生理生化的影响58
2.2.2沉水植物对水体污染的响应及反馈59
2.2.3浮水植物对水体污染的响应及反馈63
2.2.4挺水植物对水体污染的响应及反馈65
2.3陆生植物对环境污染的响应及反馈67
2.3.1陆生植物对土壤污染的响应及反馈67
2.3.2陆生植物对大气污染的响应及反馈86
2.4植物对环境污染的适应与植物的进化104
2.4.1环境污染与生物多样性的丧失104
2.4.2植物对环境污染的适应与植物的进化105
第3章植物对污染环境的净化功能109
3.1植物对大气污染物的净化110
3.1.1绿色植物防治二氧化碳污染110
3.1.2绿色植物对有害气体的吸收作用111
3.1.3绿色植物的减尘滞尘作用116
3.1.4绿色植物的杀菌作用117
3.1.5植物对大气中放辐射性物质污染的净化作用118
3.1.6植物对室内空气的净化118
3.1.7树木精油和树皮对大气污染的净化作用119
3.2植物对水体污染物的净化120
3.2.1森林生态系统对污水的净化120
3.2.2水生植物对污水的净化121
3.2.3木炭及植物的皮、壳等对污水的净化131
3.2.4藻类植物对污水的净化132
3.2.5植物对水中细菌的杀灭作用133
3.3植物对土壤中污染物的净化133
3.3.1植物对土壤中重金属污染的净化134
3.3.2植物对污染土壤中有机污染物的净化144
3.3.3植物对土壤盐渍化的改良147
3.3.4影响植物净化污染土壤的因素148
3.4植物对热、噪声污染的净化148
3.4.1植物对热污染的净化148
3.4.2植物对噪声污染的净化149
第4章植物修复工程151
4.1植物修复的机理153
4.1.1植物修复的概念、特点153
4.1.2植物修复的机理155
4.2植物修复的影响因素175
4.2.1植物特性175
4.2.2土壤性质177
4.2.3水环境条件179
4.2.4气象条件的影响180
4.2.5耕作方式180
4.2.6植物损伤因子和机械阻力180
4.2.7微生物的影响180
4.2.8污染物特性181
4.2.9添加剂的影响182
4.2.10复合型人才的需求183
4.3提高植物修复能力的途径183
4.3.1修复植物品种的自然变异体筛选183
4.3.2人工诱变修复植物变异体的筛选186
4.3.3基因工程技术改良修复植物的遗传特性187
4.3.4调节重金属污染物的生物有效性190
4.3.5提高植物�参⑸�物协同修复效果193
4.3.6土壤环境的调控措施194
4.3.7增施营养元素195
4.3.8栽培措施196
4.4环境修复工程中植物资源的合理配置196
4.4.1物理治理方法及适用范围197
4.4.2化学治理方法及适用范围198
4.4.3微生物修复方法199
4.4.4植物治理方法及适用范围200
4.4.5不同修复技术的联合202
4.5植物修复工程的可行性分析203
4.5.1植物修复工程方案的简述204
4.5.2植物修复工程的技术可行性研究205
4.5.3植物修复工程方案的环境可行性分析206
4.5.4植物修复工程方案的经济可行性分析208
4.5.5管理可行性分析210
第5章植物修复技术的应用211
5.1水生植物修复体系211
5.1.1大型水生植物对污染水体的修复211
5.1.2富氧化水体修复的优化设计214
5.1.3新疆芦苇湿地污水处理绿色生态工程216
5.2陆生植物修复体系217
5.2.1植物对土壤重金属的修复217
5.2.2植物对土壤有机污染的修复220
5.2.3植物对固体废物的修复222
5.2.4植物对大气污染物的净化作用226
5.3植物修复技术的发展前景及存在的问题231
5.3.1植物修复技术的发展前景231
5.3.2植物修复技术存在的问题234
第6章植物对环境污染的监测作用236
6.1植物监测及其应用236
6.1.1植物监测的定义及特点236
6.1.2植物监测的任务238
6.1.3分子标志物在植物监测中的应用238
6.2植物在大气污染监测中的作用239
6.2.1植物监测大气污染的有关方法与技术240
6.2.2大气污染植物主动监测244
6.2.3大气中几种主要污染物的植物监测246
6.3植物在水体污染监测中的作用247
6.3.1水体污染植物监测的方法248
6.3.2水体污染植物监测举例254
6.4植物在土壤污染监测中的作用255
6.4.1利用植物监测与评价土壤环境质量的方法255
6.4.2指示植物的选择257
参考文献259
前言/序言
16~17世纪以来,特别是工业革命以后,人类的生产得到了巨大的发展,出现了现代化大工业,大大提高了人类利用自然、改造自然的能力。人类在创造出高度物质文明的同时,也给自己的生存环境带来了巨大危害,近代工业的高速发展使地球环境面貌发生了很大的改变,大气质量下降,二氧化硫、氟化物、一氧化碳、氮氧化合物增多;流入江河的化学物质、废热和病原微生物,正破坏着水生生态系统;水污染和水枯竭使地球面临严重的水荒;固体废物、有毒物质和放射性废物日益堆积;二氧化碳等温室气体所引起的全球变暖将影响地球生物的生态分布。来自海、陆、空三方面的环境污染使得全球生物的生存受到严峻的挑战。
环境污染是指主要源于人类活动引起环境质量下降而有害于人类(以及其他生物)正常生存和发展的现象。环境污染按环境要素可分为大气污染、水污染、土壤污染和生物污染;按污染物性质分为物理污染、化学污染、生物污染;按污染物的分布范围分为局部性污染、区域性污染、全球性污染;按污染方式分为直接污染、间接污染。
植物作为生物圈生态系统的重要成员,既是环境的感受者,又是环境的改造者。环境的变化必然影响到植物的生长发育乃至生存,同时植物的生活又改变了它周围的环境。由于植物在维系生态平衡中的特殊地位,人们对于植物与环境的关系格外关注,试图充分认识环境对植物的影响及植物对环境变化的反应,以达到利用植物修复受污染的生态系统,改善生存条件的目的。
本书系统介绍了环境污染与植物的相互作用,着重阐述了植物对污染环境的修复功能。本书共分6章,分别阐述了环境污染物的种类、性质、来源及其迁移转化规律;典型污染物质对植物形态、生理代谢的影响和危害以及植物对环境污染的响应;植物对污染环境的净化功能;植物对污染环境的修复潜力及植物修复技术的应用实例;植物对环境污染的监测等内容。本书的编写注重知识的系统性、可读性,同时力求反映相关领域的新研究成果,可供环境科学、环境工程、生物科学、生物技术、生物工程等相关专业的师生参考,也可供关注环保事业的人士阅读。
本书编者均长期从事环境生物学方面的研究,对该领域的研究成果有着自己独到的见解,在编写本书的过程中又对不同的观点进行了归纳总结。
本书为《环境科学与技术应用丛书》中的一分册,由李雪梅(沈阳师范大学)主编,第1章由逄守杰(沈阳市于洪区环境保护局)、姜凤英(沈阳农业大学)编写,第2章、第5章由李雪梅编写,第3章由朱延姝(沈阳农业大学)、李雪梅编写,第4章由邵双(沈阳化工学院)编写,第6章由韩阳(辽宁大学)编写;后全书由李雪梅统稿、定稿。
本书的编写得到国家自然科学基金面上项目(31270369,31470398)以及辽宁省高等学校科技人才支持计划(LR2015061)的资助。参编者期望本书对读者有所帮助,并为此做出了努力,但由于编者水平和编写时间所限,书中不足和疏漏之处在所难免,敬请读者批评指正。
编者
2016年6月于沈阳
生态环境科学与技术应用丛书——水环境工程与污染控制 丛书背景与定位: 本丛书旨在系统梳理和深入探讨当前生态环境领域的前沿科学理论、关键技术以及工程实践,特别是聚焦于亟待解决的环境污染问题及创新性的治理方案。丛书面向环境科学、环境工程、水资源管理、生态学及相关专业的科研人员、政府管理人员和工程技术人员,致力于成为该领域高质量、高水平的专业参考读物和前沿知识传播平台。 分册聚焦:《水环境工程与污染控制》 本书是“生态环境科学与技术应用丛书”的又一重要组成部分,聚焦于当前人类社会发展中最为紧迫和复杂的议题之一——水环境的保护、污染的成因分析、监测技术以及高效、可持续的控制与治理工程。 第一部分:水环境系统基础与污染溯源 本部分将水环境视为一个复杂的自然-工程耦合系统进行深入剖析,为后续的污染控制打下坚实的理论基础。 第一章:水环境的物质循环与动力学基础 详细阐述水圈在全球生态系统中的基础地位,重点解析水体中主要物质(如碳、氮、磷、硫)的生物地球化学循环机制。深入探讨水流动力学在污染物迁移转化中的作用,包括河流、湖泊、地下水和近海区域的环流模式、扩散与稀释过程。引入污染物在水-沉积物-大气界面间的交换平衡模型,强调非线性过程在水环境系统中的重要性。 第二章:水污染的源头识别与负荷评估 本章系统梳理现代水污染的来源分类,涵盖点源污染(工业废水、城镇污水)和非点源污染(农业面源、城市径流)。重点介绍先进的污染溯源技术,包括同位素示踪技术、分子生物学方法在识别污染负荷和排放口确定中的应用。构建基于地理信息系统(GIS)和遥感技术的流域尺度污染负荷动态评估模型,实现对特定污染物源的精准定位与量化。 第三章:水环境质量标准与生态风险评价 解析国内外主要的水质标准体系及其演变趋势,探讨地表水、地下水、饮用水标准的科学依据和制定原则。系统阐述水生生物毒性测试方法,介绍生态风险评估(ERA)的理论框架,包括确定预测无效应浓度(PNEC)和监测实际暴露浓度(PEC)的先进技术。特别关注新兴污染物(如微塑料、药物及个人护理用品等)对水生生态系统的潜在长期风险。 第二部分:水污染监测、诊断与预警技术 现代水环境管理依赖于实时、准确的监测数据和高效的诊断手段。本部分侧重于技术革新在水环境安全保障中的应用。 第四章:水环境在线监测与传感器技术 全面介绍水质参数的传统实验室分析方法,并着重探讨新型、高灵敏度的在线监测技术。内容涵盖电化学传感器、光学传感器(如荧光、拉曼光谱)在水体中关键指标(如溶解氧、pH、重金属离子、有机污染物)的实时、连续监测中的性能优化。讨论远程传输、低功耗物联网(IoT)技术在构建分布式水环境监测网络中的集成应用。 第五章:高光谱与遥感技术在水环境中的应用 探讨利用机载、星载遥感技术监测大尺度水域环境的方法。详细介绍可见光、近红外和热红外波段在水华(藻类水华、蓝藻水华)监测、悬浮物浓度反演、水体温度场分析中的数据处理与反演模型。结合LiDAR技术在水下地形测绘和水体透明度评估中的潜力。 第六章:水环境污染的数值模拟与预警系统构建 介绍二维/三维水动力模型(如MIKE 21/3, Delft3D)在模拟污染物在水体中的输移、转化过程中的应用。重点讲解水质模型(如QUAL2K, WASP)的参数率定与验证,并将其与气象、水文模型耦合,构建流域尺度的水环境质量预测模型。最终,论述如何将模型结果转化为面向政府和公众的早期预警系统。 第三部分:面向可持续性的水污染控制工程 本部分是全书的工程核心,聚焦于高效、低能耗、资源化的水污染治理技术。 第七章:饮用水源地保护与深度处理技术 详细阐述饮用水源地划分标准、保护区的划定与管理策略。深入讲解传统混凝-沉淀-过滤工艺的优化,重点介绍膜分离技术(微滤、超滤、纳滤、反渗透)在高浊度水和微污染物去除中的应用瓶颈与突破。阐述臭氧氧化、高级氧化工艺(AOPs,如Fenton、光催化)在持久性有机污染物(POPs)和内分泌干扰物(EDCs)去除中的效能评价。 第八章:城镇污水处理的提标改造与资源化利用 系统回顾活性污泥法的局限性,重点介绍适用于出水标准提升的新型生物处理技术,如膜生物反应器(MBR)、厌氧氨氧化(Anammox)技术在脱氮除磷中的节能潜力。深度探讨污水处理厂的资源化方向,包括污泥的减量化、厌氧消化产沼气的高效利用,以及从污水中回收磷、氮等营养物质的回收技术。 第九章:工业废水治理的专业化与多级联用 针对高难度工业废水(如印染、化工、制药废水),分类介绍其特性及对应的专业治理技术。重点解析电化学氧化、湿式氧化等深度氧化技术在处理高浓度、难降解有机物方面的工程化实践。探讨废水处理过程中的“零排放”设计理念,以及盐水分离和结晶技术的应用。 第十章:非点源污染控制与生态修复工程 本章关注面源污染的削减,强调“源头控制、过程削减、末端修复”相结合的策略。详细介绍低影响开发(LID)技术,如雨水花园、生物滞留带、透水铺装在城市径流污染控制中的设计参数与运行效果。阐述人工湿地系统(潜流式、表流式)在乡村和流域尺度污染物(特别是氮磷)的生态净化功能及其长期稳定性维护。 结语:水环境治理的未来趋势 本书最后对水环境治理的未来发展方向进行展望,强调数字化转型、智能化调控、循环经济理念在水资源管理中的深度融合,以期为实现人水和谐共生提供科学的理论指导和可行的工程方案。