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植物生态修复研究组
> 研究组简介

  本研究组成立于2014年,由加拿大蒙特利尔植物园前园长现任上海辰山植物园园长特别顾问Gilles Vincent先生领衔,联合加拿大蒙特利尔植物园、蒙特利尔大学和法国环境与农业科学技术研究所的研究人员,共同承担起利用植物技术来提升城市区域水体质量和土壤质量的使命。我们的研究兴趣在于全面了解水生植物在人工湿地中和木本植物在土壤污染物去除中的作用,并研发相应的植物修复技术,进行推广应用。

> 研究领域

1、人工湿地植物配置与调控技术研发;
2、低污染负荷水体的植物修复技术研发;
3、重金属污染土壤的植物修复技术研发;
4、自然和人工植物群落构建技术研发。

> 目前主要研究工作

1 、上海辰山植物园海绵城市技术建成后评估
通过设置园内、园外采样点逐月监测上海辰山植物园景观水体的pH、COD、BOD5、总氮、总磷、氨氮等水质指标,评价景观水体水质现状及维护成效,结果表明水质达到国家地表水水质标准(GB3838-2002)的III类。调查水生植物分布与生长情况,监测全年打捞的沉水植物生物量,以及收割的挺水植物和浮水植物生物量,结合植物体的氮、磷含量分析,估算水体氮磷污染物的去除量,评价基于污染物控制的水生植物管理方案。

2 、低污染水处理人工湿地植物选择与功能评价
  在潜流人工湿地场选择14个58.5 m2的人工湿地池,去除原有植物和不合理的基质,基于课题组成员前期在法国和加拿大的研究经验,从常用的人工湿地景观植物中选择5个种类,采用单植和混植的配置模式,进行富营养化水体植物筛选、配置和功能研究。
  选择花叶芦竹、旱伞草、再力花、香蒲、芦苇5种挺水植物为对象,均匀种植于长13 m、宽4.5 m的砾石型潜流人工湿地,观测不同处理下低污染水的净化效果以及不同种植距离植株的株高、生物量和氮磷去除量。结果表明,与对照相比,5种植物湿地床对化学需氧量、氨氮、总氮、总磷的净化效果显著较高,但不同植物间处理效果不显著。
  随着种植距离增加,5种植物的株高生长、生物量、根冠比均呈下降趋势,单位面积生物量和氮磷去除量与种植距离间呈指数或对数下降关系。植物收割去除总氮的大小顺序为:旱伞草>芦苇>再力花>花叶芦竹>香蒲,总磷的大小顺序为:旱伞草>再力花>芦苇>花叶芦竹>香蒲;但从累计比列来看,两者积累效率大小顺序均为芦苇>再力花>旱伞草>花叶芦竹>香蒲。
  从植物对TN和TP的去除量和生物量积累来看,选择单一植物可能不是污染物去除的最好解决方案,应该建立起多个物种沿着水流方向的种植,逐步选择种植吸收营养和生物量积累较高的种类。 在以收割植物来消除水体养分为目标的情况下,处理低污染水人工湿地植物选择时,需要选择高氮磷积累量的物种,更应选择具有高氮磷积累效率的物种。


3、土壤重金属污染木本植物筛选与修复技术
( 1 )草本植物的生长响应
混合污染下,重金属对自然草本植物的种类组成、群落多样性受到显著影响;而单一污染下,重金属对草本植物分布影响差异不显著。混合污染显著降低了自然草本植物的高度、根长以及生物量积累。重金属污染下,直根系草本植物和须根系草本植物的地上/地下生物量分布响应格局存在不用的方式和机制。混合污染显著抑制了植物的根系长度、平均直径、根表面积、根尖数量等。


( 2 ) 重金属修复绿化植物选择
树木修复是一种新兴的植物修复技术,因其具有生长迅速、生物量大、持久性支撑主干、根系稳定和寿命长等理想特征,可以弥补超富集植物富集总量小的缺陷。通过盆栽试验,筛选出对Zn富集能力较强的树木13种,如桑树、盐肤木、蜡梅等;对Cu富集能力较强的树木12种:如紫薇、蜡梅、枫香等;对Pb富集能力较强的树木5种:如盐肤木、蜡梅、白蜡等。应发挥绿化树种的多种生态功能,将绿化树种的筛选应用、种植养护和环境修复功能紧密结合起来,选择耐受污染环境、具有污染物富集能力且耐收割易萌蘖的绿化树木,充分发挥树木伐桩的驻留生态位作用,实现城市土壤污染的可持续修复。


( 3 )树种萌枝重金属去除能力比较
木本植物萌枝在单一和混合重金属污染下表现出相似的重金属提取能力。基于重金属浓度,粉花绣线菊和彩叶杞柳表现出较好的重金属提取能力,但是生物量积累的高低决定了树种的重金属去除总量。

 

综合考虑萌枝生物量和重金属含量,9个树种总的重金属去除能力大小顺序为海滨木槿、伞房决明、木芙蓉、彩叶杞柳、粉花绣线菊、红王子锦带、大叶黄杨、红叶石楠、南天竹。


( 4 )土壤微生物群落的响应
应用Illumina Miseq高通量测序平台探究了重金属污染对根际土壤细菌群落组成的影响,实验结果表示,土壤细菌主要由变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)等构成,其中变形菌门在各处理土壤细菌中的含量均达到28%以上。

( 5 )树木修复强化技术研发
借鉴国外木本植物修复技术已有的产业化和商业化模式,在中国和加拿大双方政府的资助下,联合开展树木修复的关键配套技术开发,采用生物质肥料进行覆盖处理,撒播木本植物繁殖体,引入开发适应当地生境条件的树木修复技术。

> 相关研究基础

1.Vincent G, Shang KK, Zhang GW, Chazarenc F, Brisson J. Plant growth and nutrient uptake in treatment wetlands for water with low pollutant concentration. Water Science and Technology, 2018, 77, 1072-1078.
2.Shang KK, Wang J, Vincent G. Growth response of urban weeds in single and multi-metal contaminated soil, China. Fresenius Environmental Bulletin, 2018, 27(5): 3059-3067
3.Kou SM, Vincent G, Gonzalez E, Pitre FE, Labrecque M, Brereton NJB. The response of a 16S ribosomal RNA gene fragment amplified community to lead, Zinc and copper pollution in a Shanghai field trial. Frontiers in Microbiology, 2018,9: 1-23.
4.Shang KK, Song K, Da LJ. Ecology of relict Tertiary deciduous trees in subtropical China. In Box ed. Vegetation structure and function at multiple spatial, temporal and conceptual scales. 2016, pp149-167.
5. Vincent, G. 1994. Use of artificial wetland for the treatment of recreationalwastewater. Water Science Technology, 29: 67-70
6. Vincent, G. 1992. Artificial marshes to maintains water quality: the beach of Ile Notre- Dame, Montréal. Water Pollution Research Journal of Canada, 27(2): 327-339.
7. Desjardins, D., W. Guidi-Nissim, F.  Pitre, A. Naud and M. Labrecque. 2014. Distribution patterns of spontaneous vegetation and pollution at a former decantation basin in southern Québec, Canada. Ecological Engineering, 64, 385–390.
8. Guidi-Nissim, W., F.E. Pitre, H. Kadri, D. Desjardins and M. Labrecque. 2014. Early Response of willow to increasing silver concentration exposure. International Journal of Phytoremediation 16 (7-8): 660-670.
9. Lauron-Moreau, A., F. E. Pitre, L. Brouillet and M. Labrecque. 2013. Microsatellite Markers of Willow Species and Characterization of 11 Polymorphic Microsatellites for Salix eriocephala(Salicaceae), a Potential Native Species for Biomass Production in Canada. Plants, (2): 203-210.
10. Lockwell, J., W. Guidi and M. Labrecque2012. Soil carbon sequestration potential of willows in short-rotation coppice established on abandoned farmlands. Plant and Soil Volume 360 (1): 299-318.
11. Guidi-Nissim W. and M. Labrecque. 2012. Il salicenel controllo del degrado ambientale: L’esperienza canade se nell’ambitodelle fitotecnologie. Sherwood 184: 41-45.
12. Guidi-Nissim, W., Kadri H., M. Labrecque. 2012. Establishment techniques to using willow for phytoremediation on a former oil refinery in southern Quebec: achievements and constraints. Chemistry and Ecology 28 (1): 49-64.
13. Rodríguez M. and J. Brisson.2015. Pollutant removal efficiency of native versus exotic common reed (Phragmitesaustralis) in North American treatment wetlands. Ecological Engineering,74, 364–370.
14. Gagnon, V., F. Chazarenc, Y. Comeau and J. Brisson. 2013. Effect of plant species on sludge dewatering and fate of pollutants in sludge treatment wetlands. Ecological Engineering 61:593–600.
15. Ladislas, S., C. Gérente, F. Chazarenc, J. Brisson and Y. Andrès. 2013. Performances of two macrophyte species in floating  treatment wetlands for cadmium, nickel and zinc removal from urban stormwater runoff. Water, Air, & Soil Pollution 224: 1408 (1-10).
16.商侃侃, 胡永红, 秦俊. 不同基质配方对3种地被植物容器苗生长的影响. 西北林学院学报, 2018. 146-150.
17.商侃侃, Gilles Vincent. 树木修复技术——城市土壤污染治理的可持续方法. 园林, 2017 (7) :34-36.
18.商侃侃, 张国威. 上海辰山植物园生态驳岸的水生植被构建与应用. 园林, 2017(11): 20-23.
19.商侃侃, 车文玉, 张庆费. 上海城乡行道树悬铃木叶片重金属与营养元素含量特征. 上海农业学报, 2016, 32(1): 80-85.
20.商侃侃. 城市大型景观水体水质维护系统管理优化探讨.中国园林, 2015, (5): 71-74.
21.商侃侃. 不同覆盖处理对红花槭种植土壤及植株生长的影响. 西北林学院学报, 2014, 29(3): 53-56.

> 研究组成员

研究组长:万吉尔,研究员
通讯地址:上海市松江区辰花路3888号,上海辰山植物园(201602)
联系电话:021-37792288*808
邮  箱:gillesvincent@csnbgsh.cn

  万吉尔,总园艺师、研究员。1953年7月生于加拿大魁北克省蒙特利尔市,1978年毕业于加拿大蒙特利尔大学获学士学位,1983年毕业于加拿大蒙特利尔大学获硕士学位。1982年至2014年就职于加拿大蒙特利尔植物园,曾担任科研工作者、科研发展部部长、植物园园长等职务。1995年-1996年期间曾担任加拿大蒙特利尔市政府环境问题协调员。2014年5月起,受聘于上海辰山植物园总园艺师、园长特别顾问职务。长期从事人工湿地和植物园艺研究。曾主持蒙特利尔大学和加拿大政府、魁北克省政府项目多项,发表学术论文10余篇。曾获得法国农业部颁发的农业经营人才奖、加拿大魁北克省政府颁发的骑士勋章,以表彰其在植物园管理经营和植物领域研究所作出的贡献。

> 其它成员

商侃侃
博士,助理研究员
电 话:021-37792288*377
邮 箱:shangkankan@163.com

寇书萌
硕士,助理研究员
电 话:021-37792288*952
邮 箱:ksm525@sina.com

       

张国威
硕士,助理研究员
电 话:021-37792288*377
邮 箱:471612775 @qq.com

Jacques Brisson
博士,教授
邮 箱:jacques.brisson@umontreal.ca

       

FlorentChazarenc
博士,副研究员
邮 箱:florent.chazarenc@mines-nantes.fr

Michel Labrecque
硕士,副研究员
邮 箱:michel.labrecque@umontreal.ca