洪澤湖溧河洼水生植物體內(nèi)重金屬調(diào)查

王兆群，楊廣利，林 芳

(淮安市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 淮安 223001)

水生高等植物能吸收和富集水體中有毒有害物質(zhì)，對水體的凈化起到很好的作用。環(huán)境中的重金屬含量與植物組織中的重金屬含量呈正相關(guān)［1，2］。有專家認(rèn)為，水生高等植物對湖泊重金屬具有監(jiān)測能力［3］。

溧河洼位于江蘇省洪澤湖西部，徐州市銅山縣、安徽省宿州市靈璧縣和泗縣的廢水通過奎濉河注入與此。此處水生高等植物種類較多，生長茂盛，現(xiàn)選擇有代表性的植物種類分析其體內(nèi)Cu、Zn、Pb、Cr和 Cd等重金屬含量。

1 材料與分析

材料和方法：隨機(jī)采集溧河洼中不同點(diǎn)位的8種水生高等植物(沉水植物、漂浮植物、挺水植物)，每種植物采集2 kg;沉水植物用0.25 m2夾式采樣器采集、漂浮植物用1 m2樣方采集、挺水植物用自制的半旋轉(zhuǎn)割刀采集。采集后將樣本清洗干凈，放入塑料袋中帶回實(shí)驗室。

采樣日期：2011年10月9日。

前處理：將植物放入烘箱中40℃干燥后粉碎、混勻，利用四分法準(zhǔn)確秤取一定質(zhì)量的樣品放入馬弗爐中干灰化(450℃左右)，取出放冷，加入HNO3+HClO4(5∶1;V∶V)，放在電熱板上至白煙散盡，冷卻，用去離子水稀釋至比色管標(biāo)線。

分析儀器：石墨爐原子吸收分光光度計(PE-100;美國PE公司)。

所用試劑皆為優(yōu)級純。

2 結(jié)果與討論

2.1 水生高等植物重金屬含量

從表1中可以看出，這幾種植物中Zn的含量最高，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 28.68 ug/g，最高為57.9 ug/g(鳳眼蓮)，最低也有 11.4 ug/g(菱)，SOLTAN ME的研究表明，鳳眼蓮每克干物質(zhì)能吸收錳1 485 μg、鋅 295 μg、鉛 185 μg 左右［4］;其次為Cu的含量，質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的為馬來眼子菜、苦草、水蓼;Cr、Pb和Cd在植物體內(nèi)的含量低;對于菱體內(nèi)的Pb，除來自外部環(huán)境吸收的外，可能還有來自大氣干濕沉降的貢獻(xiàn)［5］。

表1 溧河洼水生高等植物體內(nèi)重金屬含量平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)μg/g

2.2 水生植物的富集系數(shù)

水生植物中重金屬含量受到底質(zhì)中重金屬含量的影響，因此可以采用富集系數(shù)(Ki)來衡量水生植物吸收重金屬元素能力的大小，富集系數(shù)(Biocon centration factor，BCF)是指植物體內(nèi)某種重金屬含量與根區(qū)土壤中該種重金屬含量的比值［6］，它反映了植物對某種重金屬元素的積累能力。富集系數(shù)越大，其積累能力越強(qiáng)。Ki計算公式為：

式中：Ci——受生物體內(nèi)某種重金屬元素的殘留量，mg/kg;Cei——受檢生物所在環(huán)境中重金屬的實(shí)測濃度，mg/L。

水生植物根系分泌的特殊的有機(jī)物能從周圍環(huán)境中交換吸附重金屬。被吸附的重金屬離子一小部分通過質(zhì)外體或共質(zhì)體途徑進(jìn)入根細(xì)胞，大部分金屬離子通過專一的或通用的離子載體或通道蛋白進(jìn)入根細(xì)胞。吸收在根系內(nèi)的重金屬主要分布在質(zhì)外體或形成磷酸鹽、碳酸鹽沉淀，或與細(xì)胞壁結(jié)合［7］。從表2可以看出，水生植物的富集能力一般順序是：沉水植物＞浮水植物＞挺水植物。在這幾種植物中，Cd在植物體內(nèi)的含量很低，但是富集系數(shù)最大，表明Cd是非常容易進(jìn)入植物體內(nèi)的;Pb、Cr等元素在植物體內(nèi)含量低，且富集系數(shù)小，難以被植物所吸收;而Zn作為植物正常生長的營養(yǎng)元素，在體內(nèi)的含量高，但是富集系數(shù)并不是很大。這些都表明植物對重金屬的吸收是有選擇性的。

表2 溧河洼水生高等植物體內(nèi)重金屬富集系數(shù)

2.3 重金屬在植物體內(nèi)不同部位的分布特征

為研究溧河洼水生植物體中重金屬的分配關(guān)系，筆者對部分植物測定了根、莖葉和果實(shí)等不同部位的重金屬含量。以菱為例，其不同部位重金屬含量如表3所示。重金屬在菱不同部位的分配比率具有明顯的差異，其中根部Cu含量是莖葉部的4.51 倍，是殼的6.01 倍，是果肉的 13.52 倍;根部Zn含量是莖葉部的1.85倍，是殼的10.72倍，是果肉的7.77倍;而Pb的含量恰好相反，根部為莖葉部的0.75倍。這是由于根中Pb的遷移主要是在質(zhì)外體中進(jìn)行的，所以向地上部分的轉(zhuǎn)移主要受到內(nèi)皮層細(xì)胞凱氏帶來的限制，并且在受到重金屬的壓迫下，植物會合成植物螯合肽，可以強(qiáng)烈地螯合重金屬離子或作為一種運(yùn)輸工具把過多的重金屬離子從細(xì)胞質(zhì)運(yùn)送到液泡中去，從而保護(hù)植物的新陳代謝功能和減少重金屬向地上部分遷移［8］。

表3 重金屬在菱的不同部位的分配 ppm

3 結(jié)論

研究表明，水生植物對重金屬都有很強(qiáng)的吸收積累能力，可反映環(huán)境中的重金屬水平和在一定范圍內(nèi)作為吸收重金屬的載體。不同水生植物對各種重金屬元素的吸收狀況(即水生植物重金屬平均含量)具有相對一致性，即Zn＞Cu＞Cr＞Pb＞Cd。

各種水生植物對重金屬元素具有不同的富集作用，溧河洼水生植物對各種重金屬元素的平均富集系數(shù)大小順序為：Cd＞Cu＞Zn＞Cr＞Pb，這與各元素遷移性強(qiáng)弱的順序也是相一致的，Cd、Cu、Zn等各元素較易為植物所吸收，而Pb的移動性較差。水生植物對重金屬元素的富集具有一定的特點(diǎn)，大部分水生植物根部的重金屬含量比莖葉部分高。研究表明：可以從中篩選出具有高富集作用的植物如鳳眼蓮、苦草等，作為修復(fù)水體或土壤重金屬污染的實(shí)驗植物，為植物修復(fù)作用的研究提供一定的參考。

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