重金屬污染治理“小幫手”

葉瑩 康庭瑞 徐睿 姚宇飛

河岸帶是河流與陸地生態(tài)系統(tǒng)的關鍵過渡地帶，是健康河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分和評價標志。土壤重金屬污染評價是考察區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)的重要手段。在河岸帶土壤重金屬污染嚴重的情況下，如果土壤隨著地表徑流不斷流入河流，會成為河流沉積物的主要物質源。河岸帶土壤的健康與否還會影響兩岸的植被生長，影響景觀效應。

溫榆河全長約47.5千米，是唯一以北京為發(fā)源地的河流，其支流在明朝時就是兩岸農(nóng)田灌溉的重要水源，被稱為北京的母親河，同時承擔著昌平區(qū)、順義區(qū)以及其他部分城區(qū)的排水任務，也是沿岸居民的一條景觀河道。近年來，隨著溫榆河沿岸經(jīng)濟的迅速發(fā)展，河岸帶土壤面臨嚴重的重金屬污染問題。

重金屬對植物有很大危害，主要表現(xiàn)為植被萎黃、生長緩慢、產(chǎn)量下降，甚至可能伴隨養(yǎng)分吸收受阻、植物代謝紊亂和豆科植物固氮能力降低的現(xiàn)象。長期以來，國內外學者對土壤重金屬污染治理進行了大量研究，取得了一定的治理效果。但目前采用傳統(tǒng)的物理、化學治理方法的修復成本極高，很難被大面積推廣應用。植物修復是一種新興且發(fā)展前景較好的綠色環(huán)境修復技術，具有廣域性、永久性、價廉性和易操作等特點，被廣泛關注。

本文通過測定溫榆河上、中及下游河岸帶土壤的重金屬含量，在污染嚴重的區(qū)域選取三種優(yōu)勢植物，并測定其根、莖、葉中該區(qū)域污染最嚴重的金屬含量，以期篩選出能有效富集重金屬的植物，為溫榆河河岸帶提供植物修復應用的科學依據(jù)。

一、采集樣品

1.土壤樣品

在每個采樣點近岸沿平行河流方向10 m 長度范圍內，隨機采取0～10 cm深度沉積物樣品5次，混合記為1個樣品。將采集的樣品剔除植物殘體和石塊，每次采集樣品400 g，采集樣品總質量為1 kg，去除袋內的空氣后密封并登記編號。

2.植物樣品

對中游的溫榆河大橋、孫河、葦溝橋三個點進行采樣，每個采樣點采用梅花形布點法，選取代表性、生長旺盛、數(shù)量較多的3種植物（植物的根、莖和葉齊全，濕質量在100 g左右），并確認該植物的名稱。

二、樣品的處理與分析

用清水沖洗植物樣品表層，再用蒸餾水沖洗兩遍后風干，將植物按根、莖、葉剪開分類，置于80 ℃～90 ℃烘箱中烘干，最后裝入自封袋中，標好樣品名與編號。

樣品送至上海復達檢測技術集團有限公司，檢測依據(jù)GB 15618—2018，儀器：ICP-OES，儀器型號：安捷倫7700（檢出限2 mg/kg）。

三、結果與分析

1.溫榆河河岸帶土壤中的重金屬含量

溫榆河河岸帶土壤中重金屬的采樣時間為2020年11月，此時為溫榆河的枯水期。根據(jù)溫榆河的流向，選取的五個采樣點分別位于溫榆河的上游、中游及下游，具體位置為馬坊橋、溫榆河大橋、孫河、葦溝橋、北關閘。

將河岸帶土壤中重金屬含量與北京市土壤重金屬背景值比較，結果表明，溫榆河河岸帶土壤中的重金屬As、Zn、Pb、Cu和Cd嚴重超標，其中Cu和Zn超標最嚴重。

2.重金屬污染嚴重區(qū)域優(yōu)勢植物中的重金屬含量

我們選取As、Zn、Pb、Cu和Cd污染比較嚴重的河岸帶區(qū)域（溫榆河大橋、孫河、葦溝橋），采集該區(qū)域的優(yōu)勢植物，并測量這些植物根、莖、葉中的重金屬含量。通過測定，和尚草、車軸草和巴天模酸的根、莖、葉均對Zn具有吸收累積作用。

蓼草根和蘆葦根對Pb的累積較明顯，累積量分別是5.354 8 mg/kg和6.711 8 mg/kg。車軸草根對Cu的累積較明顯，累積量是2.538 mg/kg?？赡苁沁@些植物的根系分泌物通過改變根系環(huán)境，使重金屬更易累積在根部。其他植物部位因對重金屬的累積量過低，儀器未檢測出。Cu和Zn是植物生長所需的微量元素，Zn參與植物的多種酶反應。Pb不是植物生長所必需的元素。植物體內，Pb的正常含量為0.1～41.7 mg/kg，Zn的為1～160 mg/kg，Cu的為0.4～45.8 mg/kg，具體含量還取決于植物的種類及其生長的環(huán)境。

3.生物富集系數(shù)及轉運系數(shù)評估

植物對重金屬的吸收具有選擇性，不同植物對同一種重金屬的吸收能力不同，同一種植物對不同重金屬的吸收能力也存在差異。一般用生物富集系數(shù)和轉運系數(shù)來評估植物對重金屬的吸收能力，以及將重金屬從根部向莖葉轉移的能力。

生物富集系數(shù)（BCF）等于植物體內某種重金屬元素含量與土壤中同種重金屬含量的比值。對于草本植物來說，BCF小于0.5，表明植物對重金屬的積累能力較弱，BCF大于等于0.5而小于等于1.0，則表明該植物對重金屬有一定的累積能力。

修復能力的強弱除了與植物的富集系數(shù)有關外，還取決于植物的轉運系數(shù)。轉運系數(shù)（TF）等于植物地上部分重金屬含量與植物根系中該金屬含量的比值，轉運系數(shù)反映的是植物吸收重金屬后從根部向莖、葉轉移的能力。TF大于1，說明植物能大量吸收某種重金屬，并將其從地下部分轉移到地上部分。多次種植、收割TF大于1的植物就可以將重金屬逐漸從土壤中除去。

本文的優(yōu)勢植物中只有和尚草、車軸草和巴天酸模能將重金屬轉移到莖、葉，通過圖2的數(shù)據(jù)能計算出三種植物對Zn的富集系數(shù)和轉運系數(shù)。

由表4可知，對于Zn，三種優(yōu)勢植物的生物富集系數(shù)都小于0.5，巴天酸模的莖和葉的轉運系數(shù)都大于1，表現(xiàn)出較強的轉運能力。

一般認為，超富集植物應滿足3個標準：1.植物地上部分富集的某種元素的含量達到生長在同一介質非超富集植物地上部分含量的100倍以上（不同重金屬，其超富集植物富集濃度界限也有所不同。其中Zn為10 000 mg/kg， Pb為1000 mg/kg， Cu為1000 mg/kg）。2.植物地上部分重金屬含量大于根部的重金屬含量。3.植物生長沒有出現(xiàn)明顯的毒害癥狀。

基于以上分析可以得出，三種優(yōu)勢植物中的巴天酸模對Zn的耐受性較強，可作為Zn污染的潛在修復植物。

四、結論

溫榆河河岸帶土壤中重金屬As、Zn、Pb、Cu和Cd嚴重超標，以Cu和Zn最嚴重。和尚草、車軸草和巴天酸模的莖、根、葉對Zn具有很好的吸收作用。蘆葦、蓼草和車軸草對Pb和Cu的累積主要集中在根部。

本次調查所采集的優(yōu)勢植物均沒有達到超富集植物的標準，但它們是生長在重金屬污染土壤的優(yōu)勢植物，表現(xiàn)出對重金屬有較強的耐受性。巴天酸模對Zn的耐受性較強，可作為Zn污染的潛在修復植物。（指導老師：周炳江? ?黃青松? ?李亞君）

專家點評

本文研究了北京市溫榆河河岸帶植物重金屬污染狀況，文章結構完整，思路清晰。選題恰當，聯(lián)系生活實際，是一篇優(yōu)秀的小論文。

第一，本文選題來源于生活。以溫榆河河岸帶植物污染情況為研究內容，引導人們關注環(huán)境變化，運用“植物修復”等所學知識解決一些現(xiàn)實問題，提升了社會責任感。

第二，本文具有很強的實踐性。從實驗方案的設計到方案的執(zhí)行，再到結果的分析，符合學生的認知能力，學生可以獨立完成，有利于培養(yǎng)學生提出問題、作出假設、設計實驗等科學探究的能力。

可以進一步完善的是，如果能從污染不嚴重的區(qū)域采集植物測定其中的重金屬含量，則論據(jù)更充足，結論更有說服力。