兩種植物幼苗對水體中重金屬鉛的去除研究

孫利軍 吳偉平 劉曉駿 謝硯辭 季莘 鮑寧 顧海鷹

摘要 [目的] 研究豌豆、玉米以及豌豆、玉米混合幼苗對水體中重金屬鉛的去除效果。[方法] 以豌豆、玉米幼苗為材料，對不同濃度梯度的含鉛水溶液進(jìn)行吸附去除試驗(yàn)，用火焰原子吸收光譜法測定鉛濃度變化過程。[結(jié)果] 在相同試驗(yàn)條件下，豌豆、玉米以及混合幼苗在不同濃度的鉛溶液中，均可在1 h內(nèi)迅速降低溶液中鉛的濃度，并在24 h的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)保持相對平衡，且波動(dòng)較小。在試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，單位生物量的豌豆、玉米以及混合幼苗去除的鉛量隨溶液中的鉛濃度的升高而提高。在10 mg/L鉛溶液中，幼苗對水體中鉛的去除率達(dá)到87.1%～93.2%。

[結(jié)論] 單位重量的混合幼苗去除水體中鉛的效果要優(yōu)于單位重量的單種幼苗去除效果。

關(guān)鍵詞 植物幼苗；植物修復(fù)；重金屬鉛

中圖分類號(hào) S181.3；X131.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）31-11069-03

Study on the Removal of Heavy Metal Lead in Water Using Two Kinds of Plant Seedlings

SUN Lijun1，2， WU Weiping1，3， LIU Xiaojun1，2，3， GU Haiying1，2* et al

（1.School of Public Health， Nantong University， Nantong， Jiangxi 226019；2. Institute of Analytical Chemistry for Life Science，Nantong University， Nantong， Jiangxi 226019；3. Green Ark Environment Production Organization，Nantong University， Nantong， Jiangxi 226019）

Abstract [Objective] The research aimed to study the removal effects of heavy metal lead in water using peas and corns seedlings.

[Method] Taken peas and corns seedlings as materials， the adsorption and removal experiments were carried out using different water samples containing a series concentration gradients of lead. The changes of lead concentrations were determined with atomic absorption spectrometry.

[Result] The results showed that， under the same experimental conditions， three kinds of seedlings （peas seedlings， corns seedlings， peas and corns seedlings） could reduce the concentration of lead rapidly in the first hour， which attained a relative balance without obvious fluctuations during the experimental period. During the range of concentration in this experiment， the removal rate of lead by unit biomass of the three kinds of seedlings increased with the increasing of concentration of lead solution. Below the concentration of 10 mg/L of lead， the efficiency of lead removal reached 87.1%-93.2%.

[Conclusion] This study proved that using unit biomass mixed seedlings was better than using unit biomass single kind of seedlings in the removal process of lead from water.

Key words Plant seedlings； Phytoremediation； Heavy metal lead

我國大約90%的城市河流受到不同程度的污染，河道沉積物中的大量污染物尤其是重金屬嚴(yán)重超標(biāo)，是限制沉積物資源化的主要因素^[1]。鉛是一種常見的有毒害作用的重金屬，對健康的潛在危害，已日益引起人們的關(guān)注。鉛對人體的所有器官都能夠造成損害，具體表現(xiàn)為：影響智力與骨骼的發(fā)育，造成消化不良、內(nèi)分泌失調(diào)，導(dǎo)致貧血、高血壓、心律失常以及破壞免疫功能等^[2]，此外，重金屬鉛進(jìn)入環(huán)境，會(huì)對水體、土壤造成污染。

目前國內(nèi)外關(guān)于重金屬污染修復(fù)的方法很多，生物修復(fù)是其中一種。生物修復(fù)是利用生物體及其衍生物對重金屬進(jìn)行吸收/吸附來處理環(huán)境中重金屬污染的方法^[3]。與傳統(tǒng)的物理和化學(xué)方法相比，生物修復(fù)技術(shù)具有成本低、來源廣、無二次污染的特點(diǎn)，尤其適用于低濃度重金屬的去除^[4]。生物修復(fù)技術(shù)的主體包括植物、動(dòng)物和微生物。其中應(yīng)用較為廣泛、治理效果顯著的是植物修復(fù)和微生物修復(fù)^[5]。自20世紀(jì)80年代以來，植物修復(fù)技術(shù)已經(jīng)成為環(huán)境污染治理方面研究的熱點(diǎn)問題，并且開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化初始階段^[6]。植物對污染水體的生物監(jiān)測及植物修復(fù)方面的研究已經(jīng)有一些相關(guān)的研究報(bào)道^[7-10]。1997年Ilya Raskin等曾指出種苗過濾（Blasto filtration）代表了植物修復(fù)技術(shù)用于含重金屬廢水處理的發(fā)展方向^[11]。目前關(guān)于不同植物修復(fù)重金屬污染水體的研究較多，但是關(guān)于混合植物治理重金屬廢水的研究較為少見。該研究即通過探究在同一試驗(yàn)條件下，豌豆、玉米以及混合幼苗對不同濃度的鉛溶液中鉛的去除效果，探討幼苗在處理含鉛廢水中的效果及應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 幼苗培養(yǎng)

試驗(yàn)地點(diǎn)為南通大學(xué)植物園。將同一批購買的豌豆、玉米種子均勻放置在潮濕的紗布上，培養(yǎng)室溫為20～25 ℃，進(jìn)行萌發(fā)。7 d后，將發(fā)芽的豌豆、玉米苗種在花盆中，每天適量澆水一次，并記錄種苗的生長情況。30 d后，將幼苗取出，用自來水沖洗干凈，晾干，稱重，進(jìn)行重金屬鉛去除試驗(yàn)。

1.2 鉛標(biāo)準(zhǔn)曲線

用實(shí)驗(yàn)室配置好的10 mg/L鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別配制成1、2、4、 6、8、10 mg/L的溶液，用火焰原子吸收光譜法進(jìn)行測定。

1.3 鉛去除試驗(yàn)方法

準(zhǔn)確稱量507.8 mg的Pb（NO3）2（分析純）固體粉末溶于25 ml雙蒸水，定容于25 ml容量瓶中，配成含鉛濃度為10 mg/ml的母液，然后分別向3組各3個(gè)裝有4 L自來水的干凈塑料盆中加入0.4 ml、2 ml、4 ml的母液，配制成3組含鉛分別為1 mg/L、5 mg/L、10 mg/L的鉛溶液。將稱重的豌豆、玉米幼苗分別加入前兩組水溶液中，再將豌豆幼苗、玉米幼苗按相同生物量比例混合后，加入第3組的3個(gè)塑料盆中。保證每組內(nèi)3個(gè)盆中加入的幼苗生物量基本相同，并且每個(gè)盆中的植物幼苗均勻分散懸浮在溶液中。最后，每間隔一段時(shí)間，先將盆中溶液混勻后，再準(zhǔn)確量取10 ml水樣用于測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉛標(biāo)準(zhǔn)曲線

用火焰原子吸收光譜法測定不同濃度鉛溶液1 mg/L、2 mg/L、4 mg/L、6 mg/L、8 mg/L、10 mg/L的吸光度，所得到的吸光度如表1所示，并擬合得到回歸方程，見圖1。

2.3 3組幼苗去除鉛含量變化情況 由表2可以看出，在試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，3組試驗(yàn)中，植物幼苗能在很短的時(shí)間內(nèi)去除較大量的鉛，并在接下來的24 h內(nèi)保持相對平衡，波動(dòng)較小。3組幼苗單位重量（10 g）去除鉛的量隨著水體中鉛濃度的升高而提高。由觀察數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，24 h內(nèi)單位重量的混合幼苗去除水體中鉛的量基本多于單位重量的豌豆幼苗或者玉米幼苗。

3 結(jié)論與討論

（1）采用植物幼苗去除水體中的鉛時(shí)，幼苗都會(huì)在1 h內(nèi)達(dá)到去除水體中鉛的最大量，并很快達(dá)到平衡，波動(dòng)較小，顯示出幼苗處理含鉛廢水的高效性與穩(wěn)定性。

（2）在試驗(yàn)所設(shè)置的鉛濃度水平下，水體中的鉛含量越高，單位重量（10 g）幼苗去除的鉛的量越多。

（3）單位重量的混合幼苗去除水體中鉛的量基本多于單位重量的豌豆幼苗或者玉米幼苗，顯示幼苗混合處理含鉛污水效果更好。

（4）試驗(yàn)中處理后的水體，基本都達(dá)到或者接近國家廢水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中的鉛含量標(biāo)準(zhǔn)（1 mg/L），其中較高濃度的鉛溶液（10 mg/L）去除率達(dá)到87.1%～93.2%，利用幼苗去除水體中鉛污染具有較為良好的效果。

（5）試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，3組的鉛去除過程都存在1 h內(nèi)先達(dá)到頂峰，接下來再下降的情況，猜測是幼苗葉片先吸附一定量鉛，后又溶于水中，導(dǎo)致出現(xiàn)水體中鉛的含量先減少再增加的情況。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳卿，高亞潔，李東梅，等.紫花苜蓿對重金屬污染河道底泥的修復(fù)能力研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（28）：17376-17378.

[2] 萬雙秀，王俊東.鉛污染的危害及防治[J].微量元素與健康研究，2005，22（1）：63-65.

[3] 劉劍飛，胡留杰，廖敦秀，等.食用菌生物修復(fù)重金屬污染研究進(jìn)展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，22（2）：543-548.

[4] 李飛宇.土壤重金屬污染的生物修復(fù)技術(shù)[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34（12H）：148-151.

[5] 張貴龍，任天志，郝桂娟，等.生物修復(fù)重金屬污染土壤的研究進(jìn)展[J].化工環(huán)保，2007，27（4）：328-333.

[6] 何娜，張玉龍，孫占祥，等.水生植物修復(fù)氮、磷污染水體研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染與防治，2012，34（3）：73-78.

[7] CARDWELL A J，HAWKER D W，GREENWAY M.Metal accumulation in aquatic macrophytes from southeast Queensland，Australia[J].Chemosphere，2002，48：653-663.

[8] BALDANTONI D，ALFANI A，TOMMASI P D，et al.Assessment of macron and microelement accumulation capability of two aquatic plants[J].Environ.Pollut，2004，130：149-156.

[9] FRITIOFF A，KAUTSKY L，GREGER M.Influence of temperature and salinity on heavy metal uptake by submersed plants[J].Environ Pollut，2005，133：265-274.

[10] 黃永杰，劉登義，王友保，等.八種水生植物對重金屬富集能力的比較研究[J].生態(tài)學(xué)雜志，2006，25（5）：541.

[11] ILYA R，ROBERT D S，DAVID E S.Phytoremediation of metals：using plants to remove pollutants from the environment[J].Current Opinion in Biotechnology，1997，8（2）：221-226.