含鉻污水修復(fù)的水生植物篩選

姜虎生，王 艷，張 晶，徐 東，王宏燕

(1.遼寧石油化工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001；2.撫順市給水工程設(shè)計(jì)科研院，遼寧 撫順 113008；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030)

近年來我國水體重金屬污染問題十分突出。由于重金屬具有不易降解性和生物富集性[1]，在環(huán)境中極易沉積，若在水體中積累到一定程度就會嚴(yán)重危害水體-水生植物-水生動(dòng)物系統(tǒng)，并可能通過食物鏈直接或間接地影響人類健康[2]。

水體重金屬污染修復(fù)治理主要采用兩條基本途徑，一是降低重金屬在水體中的遷移能力和生物可利用性；二是將重金屬從被污染水體中徹底清除。人工濕地是人為創(chuàng)造一個(gè)適宜于水生植物或濕生植物生長的環(huán)境用于處理廢水的一種工藝。其原理就是通過植物對重金屬元素或有機(jī)物質(zhì)的特殊富集和降解能力來去除環(huán)境中的污染物或消除污染物的毒性，達(dá)到污染治理與生態(tài)修復(fù)的目的[3，4]。所以，植物是人工濕地處理污水系統(tǒng)中非常重要的組成部分，是最重要的去污成分之一。

鉻是一種常見的致癌物質(zhì)，對人體和農(nóng)作物均有毒害作用，它能降低生化過程的需氧量，從而發(fā)生內(nèi)窒息，鉻鹽對腸、胃均有剌激作用[5]。電鍍、化工、印染等行業(yè)都會有含鉻污水排出，雖然利用天然或人工濕地處理已取得了一定成果，但處理含鉻污水在我國北方還較少見。

作者在此以我國北方水生植物蘆葦、水芹菜、香蒲為研究對象，采用水培法研究了它們對含鉻污水的吸收和富集作用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

2010年5月從撫順市撫西河周邊采集野生植物5種，包括挺水植物、浮水植物(挖取植株時(shí)要避免傷害地下根系，保持地下莖完整無損，同時(shí)做好保濕處理)，將其放入水中培養(yǎng)5 d后，篩選出長勢好的蘆葦、水芹菜、香蒲3種植物備用。

1.2 方法

分別配制濃度為0.25 mg·L-1、1 mg·L-1、5 mg·L-1、10 mg·L-1的Cr2+溶液，用其培養(yǎng)蘆葦、水芹菜、香蒲3種植物。每天向培養(yǎng)容器中加蒸餾水至原始刻度以補(bǔ)充失去的水分，15 d后，將植物吸收后的培養(yǎng)液過濾，采用3510型原子吸收分光光度計(jì)測定；植物則用清水沖凈，將其根、莖葉分開，剪斷，于70 ℃烘干至恒重，用高氯酸-硝酸消解后測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 3種植物對Cr2+去除率的比較(圖1)

圖1 不同Cr2+濃度下，3種植物對Cr2+的去除率

由圖1可見，蘆葦對Cr2+的吸收去除效果最好，當(dāng)Cr2+濃度為1 mg·L-1時(shí)，去除率達(dá)到70.9%；當(dāng)Cr2+濃度達(dá)到10 mg·L-1時(shí)，蘆葦仍可以繼續(xù)吸收Cr2+，而水芹菜和香蒲則達(dá)到最大耐受濃度而死亡。

2.2 3種植物不同部位對Cr2+的吸收富集效果比較(表1)

表1 不同Cr2+濃度下，3種植物對 Cr2+的吸收富集效果

由表1可以看出：

(1)Cr2+濃度為0.25 mg·L-1時(shí)，3種植物對Cr2+的吸收大小依次為：蘆葦>水芹菜>香蒲；不同部位對Cr2+的吸收大小依次為：蘆葦根>水芹菜根>香蒲根>蘆葦莖葉>水芹菜莖葉>香蒲莖葉。表明3種植物的根部對Cr2+的吸收均大于莖葉部對Cr2+的吸收。蘆葦根部對Cr2+的吸收率為莖葉部的12.1倍；水芹菜根部對Cr2+的吸收率為莖葉部的14.9倍；香蒲根部對Cr2+的吸收率為莖葉部的27.4倍。

(2)Cr2+濃度為1 mg·L-1時(shí)，3種植物對Cr2+的吸收都有所增加，其吸收大小依為：蘆葦>香蒲>水芹菜；不同部位對Cr2+的吸收大小依次為：蘆葦根>香蒲根>水芹菜根>水芹菜莖葉>蘆葦莖葉>香蒲莖葉。蘆葦根部對Cr2+的吸收率為莖葉部的9.3倍；水芹菜根部對Cr2+的吸收率為莖葉部的3.6倍；香蒲根部對Cr2+的吸收率為莖葉部的7.4倍。

(3)Cr2+濃度為5 mg·L-1時(shí)，水芹菜和香蒲都開始相繼出現(xiàn)枯黃現(xiàn)象。3種植物對Cr2+的吸收大小依次為：蘆葦>香蒲>水芹菜；不同部位對Cr2+的吸收大小依次為：蘆葦根>香蒲根>水芹菜根>蘆葦莖葉>水芹菜莖葉>香蒲莖葉。蘆葦根部對Cr2+的吸收率為莖葉部的6.6倍；水芹菜根部對Cr2+的吸收率為莖葉部的8.0倍；香蒲根部對Cr2+的吸收率為莖葉部的20.1倍。

(4)Cr2+濃度為10 mg·L-1時(shí)，香蒲和水芹菜達(dá)到最大耐受濃度而死亡。蘆葦對Cr2+的吸收情況為：蘆葦根>蘆葦莖葉。蘆葦根部對Cr2+的吸收率為其莖葉部的10.1倍。

這說明，不同的水生植物以及同一植物的不同部位對Cr2+的吸收富集作用明顯不同。

2.3 3種植物的轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)

2.3.1 植物的轉(zhuǎn)移系數(shù)(圖2)[6]

圖2 不同Cr2+濃度下，3種植物的轉(zhuǎn)移系數(shù)

由圖2可見，相同Cr2+濃度下，3種植物的轉(zhuǎn)移系數(shù)(TF)不同：當(dāng)Cr2+濃度為0.25 mg·L-1時(shí)，蘆葦TF>水芹菜TF>香蒲TF；當(dāng)Cr2+濃度為1 mg·L-1時(shí)，水芹菜TF>香蒲TF>蘆葦TF；當(dāng)Cr2+濃度為5 mg·L-1時(shí)，蘆葦TF>水芹菜TF>香蒲TF。同種植物在不同Cr2+濃度下的轉(zhuǎn)移系數(shù)也不相同：對于蘆葦，TF(5 mg·L-1)>TF(1 mg·L-1)>TF(0.25 mg·L-1)；對于香蒲，TF(1 mg·L-1)>TF(5 mg·L-1)>TF(0.25 mg·L-1)；對于水芹菜，TF(1 mg·L-1)>TF(5 mg·L-1)>TF(0.25 mg·L-1)。

3種植物的轉(zhuǎn)移系數(shù)均小于1，說明Cr2+大部分積累在根部，向地上部運(yùn)輸較少。

2.3.2 植物的富集系數(shù)(圖3)

圖3 不同Cr2+濃度下，3種植物的富集系數(shù)

由圖3可見，同種植物在不同Cr2+濃度下的富集系數(shù)(F)不同：對于蘆葦，F(xiàn)(0.25 mg·L-1)>F(1 mg·L-1)>F(5 mg·L-1)；對于水芹菜，F(xiàn)(1 mg·L-1)>F(0.25 mg·L-1)>F(5 mg·L-1)；對于香蒲，F(xiàn)(1 mg·L-1)>F(0.25 mg·L-1)>F(5 mg·L-1)。相同Cr2+濃度下，3種植物的富集系數(shù)也不相同：當(dāng)Cr2+濃度為0.25 mg·L-1時(shí)，蘆葦?shù)母患禂?shù)達(dá)到0.51、水芹菜為0.29、香蒲為0.08，蘆葦是3種植物中最高的；當(dāng)Cr2+濃度為1 mg·L-1時(shí)，蘆葦?shù)母患禂?shù)為0.39、水芹菜為0.44、香蒲為0.34，蘆葦?shù)母患禂?shù)低于水芹菜的富集系數(shù)；當(dāng)Cr2+濃度為5 mg·L-1時(shí)，蘆葦?shù)母患禂?shù)為0.12、水芹菜為0.03、香蒲為0.01，蘆葦?shù)母患禂?shù)再次高于水芹菜和香蒲。這表明植物的富集系數(shù)受到重金屬濃度的影響。

3 結(jié)論

在不同Cr2+濃度下，采用水培法研究了蘆葦、水芹菜、香蒲3種植物對Cr2+的吸收和富集作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蘆葦對Cr2+的吸收去除效果最好；Cr2+在植物根部的富集明顯高于莖葉部，且蘆葦對Cr2+具有較好的富集效果。

[1] 王煥校.污染生態(tài)學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2000：211-215.

[2] 黃海濤，梁延鵬，魏彩春，等.水體重金屬污染現(xiàn)狀及其治理技術(shù)[J].廣西輕工業(yè)，2009，25(5)：99-100.

[3] 張志政，王惠，張迪.人工濕地在污水處理中的應(yīng)用[J].山西化工，2009，29(5)：66-68.

[4] 楊華，馬繼俠.人工濕地在農(nóng)業(yè)面源污染治理中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2009，(10)：66-70.

[5] 劉志闊，蘭云峰.重金屬污染與人體健康[J].科技園地，1991,(2)：35.

[6] 羅亞平，李明順，張學(xué)洪，等.廣西荔浦錳礦區(qū)優(yōu)勢植物重金屬累積特征[J].廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005，23(4)：89-93.