濕地植物蘆葦對砷的吸收作用

龐慶莊，李紀偉，甘曉潔，郭楚楠，魏超*

（1.海南省水利水電勘測設(shè)計研究院，海南 海口 570000）

（2. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利學(xué)院，遼寧 沈陽 110866）

近年來，國內(nèi)外大量研究表明，植物能從土壤中吸收必需元素如銅、鎳等，也會從土壤中吸收非必需元素如鎘、鉛和砷等。當(dāng)過量的鉛、鎘被植物吸收后，會在植物植株內(nèi)進行積累和轉(zhuǎn)運，對植物的生理活動產(chǎn)生影響，并且會進入到食物鏈，影響到人類健康。各種重金屬在植物體內(nèi)的積累和運移有很大的差異，不同植物對重金屬的策略也不一致，有的采用富集策略，也有的采用排斥策略。經(jīng)過對各種植物分析比較，重金屬的累積在同一物種的不同品種中也有較大的差別，研究表明蘆葦富集鎳的能力較強。吸收和轉(zhuǎn)運能力不同影響植物植株內(nèi)重金屬的累積。鉛、鎘一般在植物根表皮、皮層中積累。在非致死濃度，極少量鎘進入中柱組織。這些金屬在內(nèi)皮層的含量比相鄰?fù)馄蛹毎暮恳?。絕大部分鎘保留在根部，這在一定程度上減少了鎘對植物地上部分的影響。如大豆中98% 以上的鎘保留在根中，而只有2% 的鎘轉(zhuǎn)運到地上部分。

砷俗稱砒，是一種非金屬元素，在古代三氧化二砷被稱為砒霜。砷與其化合物隨著農(nóng)藥、除草劑、殺蟲劑的使用，越來越多地隨著地表徑流，出現(xiàn)在各個生態(tài)系統(tǒng)。砷是植物非必需的類金屬元素，廣泛存在于自然界中，砷過量攝入不僅會對植物生長產(chǎn)生毒害，而且在植物的可食部位累積并通過食物鏈對人體健康構(gòu)成威脅。研究濕地植物蘆葦對砷的吸收特征，可為生物措施凈化污水提供指導(dǎo)和依據(jù)。

1 試驗設(shè)計

本研究試驗污水取自盤錦市某造紙廠排污口，廢水的CODCr初始濃度為300 mg·L-1（C3），用清水分別稀釋為CODCr濃度為175 mg·L-1（C2）和50 mg·L-1（C1）3 個濃度梯度進行造紙廢水灌溉試驗，清水對照（CK）。每組試驗設(shè)3 組重復(fù)。根據(jù)《灌溉試驗規(guī)范》植物生育階段的劃分標(biāo)準，將蘆葦?shù)恼麄€生長季分成發(fā)芽期、展葉期、快速. 生長期、抽穗期和成熟期5 個生長期，對應(yīng)的季節(jié)分別為5 月、6 月、8 月、9 月和10 月。以小試裝置模擬天然濕地，用混凝土砌筑的12 個大小相同的試驗池。每個試驗池中的蘆葦栽植的株距×行距為0.04 m×0.04 m，栽植數(shù)約為1 250 株。

2 結(jié)果與分析

結(jié)果表明，在不同濃度造紙廢水灌溉條件下，蘆葦植株內(nèi)砷含量隨生長期的變化情況如圖1 所示。清水灌溉組CK，蘆葦莖、葉、穗、根中砷的平均含量分別為：0.356 mg·kg-1、0.306 mg·kg-1、0.191 mg·kg-1、0.404 mg·kg-1。在CODCr濃度為50 mg·L-1條件下，蘆葦莖、葉、穗、根中砷含量隨生長期均呈逐漸增加的趨勢，均在成熟期達到最大值，分別為3.312 mg·kg-1、2.463 mg·kg-1、2.870 mg·kg-1、5.938 mg·kg-1。

蘆葦莖、葉、穗、根中砷的平均含量分別為：1.622 mg·kg-1、1.334 mg·kg-1、2.095 mg·kg-1、3.216 mg·kg-1，分別是清水灌溉組CK 的4.56 倍、4.36 倍、10.97 倍和7.96 倍。在CODCr濃度為175 mg·L-1條件下，蘆葦莖、葉、穗、根中的砷含量隨生長期均呈逐漸增加的趨勢，均在成熟期達到最大值，分別為6.033 mg·kg-1、3.795 mg·kg-1、4.700 mg·kg-1、11.557 mg·kg-1。

蘆葦莖、葉、穗、根中砷的平均含量分別為：3.672 mg·kg-1、2.347 mg·kg-1、3.620 mg·kg-1、6.905 mg·kg-1。 在CODCr濃 度 為300 mg·L-1條 件 下， 蘆 葦 莖、 葉、穗、根中的砷含量隨生長期均呈逐漸增加的趨勢，均在成熟期達到最大值，分別為10.602 mg·kg-1、6.423 mg·kg-1、9.020 mg·kg-1、16.524 mg·kg-1。

蘆葦莖、葉、穗、根中砷的平均含量分別為：7.590 mg·kg-1、4.587 mg·kg-1、6.953 mg·kg-1、10.773 mg·kg-1，分別是清水灌溉組CK 的21.32 倍、14.99 倍、36.40 倍、26.67 倍。

綜上，在不同CODCr濃度造紙廢水灌溉條件下，隨生長期，蘆葦植株內(nèi)各部分砷含量均呈逐漸增加趨勢，經(jīng)過造紙廢水灌溉后，蘆葦葉中砷含量最少，蘆葦根中砷含量最多，穗、莖、根對砷的吸收能力強于蘆葦葉，各部分對砷的吸收能力從大到小為：根＞莖＞穗＞葉。蘆葦?shù)叵虏糠值纳楹看笥谔J葦?shù)厣喜糠?。造紙廢水在土壤中沉積的砷大多數(shù)會吸附于蘆葦?shù)牡叵虏糠?。而在清水灌溉條件下，蘆葦各部分對砷的吸收能力從大到小為：根＞莖＞葉＞穗，可能因為當(dāng)蘆葦植株內(nèi)砷含量較多時，蘆葦穗會吸收多余的砷，從而能減小砷對葉的毒害。

分析表明，蘆葦?shù)叵虏糠值纳楹看笥诘厣喜糠?。有研究表明，植物對砷的吸收主要是在地下部分，再由地下部分轉(zhuǎn)移到地上部分，蘆葦植株內(nèi)砷的運移機制仍有待于進一步研究。

3 結(jié)論

研究表明，蘆葦植株各部位對銅的吸收規(guī)律為：根＞穗＞葉＞莖；蘆葦植株各部位對砷的吸收規(guī)律為：根＞莖＞穗＞葉，蘆葦葉中砷含量最少，蘆葦根中砷含量最多，穗、莖、根對砷的吸收能力強于蘆葦葉。