蜈蚣草在治理含砷污水中的神奇作用

　　[摘 要]作者從可以治理土壤中砷的超富集植物蜈蚣草入手，探究蜈蚣草能否治理水中的砷。設(shè)計并實施了在含砷營養(yǎng)液中培養(yǎng)蜈蚣草的試驗，得出了蜈蚣草對于水中砷的吸收能力強，可去除水中砷污染的結(jié)論；通過對比抑制、促進和正常蒸騰，得出了蒸騰作用對蜈蚣草吸收水中砷的能力影響顯著，抑制或促進蒸騰能夠降低或者增加蜈蚣草對砷的富集量的結(jié)論；由此提出了建設(shè)人工濕地、用蜈蚣草治理修復(fù)砷污染水體的建議，具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　[關(guān)鍵詞]水污染　砷　蜈蚣草　蒸騰
　　
　　一、研究背景
　　
　　2008年，我從媒體上得知了震驚全國的云南省陽宗海砷污染事件后，就開始關(guān)注砷污染問題。通過上網(wǎng)、到圖書館和科研機構(gòu)查閱資料、請教專家和老師等，得知有一種叫蜈蚣草的超富集植物可以治理土壤中的砷。同時我了解到超富集植物能夠?qū)⒏滴盏闹亟饘俅罅哭D(zhuǎn)運到植物葉片中。研究表明，蒸騰作用是植物吸收礦質(zhì)營養(yǎng)元素的一種主要動力。目前，蒸騰作用和重金屬富集能力之間的關(guān)系已經(jīng)成為研究熱點之一。
　　目前對于蜈蚣草吸收水中砷的能力，以及蜈蚣草在水污染治理方面的應(yīng)用研究較少，特別是蒸騰作用對于蜈蚣草吸收砷的影響還沒有公開的文獻報道。于是，我想到下列一些問題：
　　1　既然蜈蚣草能夠吸收土壤中的砷，是不是也能夠用它來去除水體中的砷呢?
　　2　蜈蚣草富集砷這樣毒性很強的重金屬與蒸騰作用有關(guān)嗎?
　　3　湖泊污染了是不是也可以用成本相當(dāng)?shù)土闹参镄迯?fù)技術(shù)進行治理呢?
　　帶著這些疑問，我開展了前期調(diào)查，并在實驗室進行了模擬試驗與研究。
　　
　　二、研究目的
　　
　　1　分析蜈蚣草對水中砷的吸收能力；
　　2　研究蒸騰作用對蜈蚣草吸收砷的影響：
　　3　提出解決水體砷污染的建議。
　　
　　三、研究內(nèi)容
　　
　　1　研究技術(shù)路線
　　具體技術(shù)路線見圖1。
　　2　研究時間安排與內(nèi)容(見表1)
　　3　具體研究方法
　　在研究過程中應(yīng)用環(huán)境科學(xué)、生物科學(xué)等原理，采用了資料查閱法、專家咨詢法、野外考察法、實驗室植物培養(yǎng)試驗法、比較法、統(tǒng)計等科學(xué)方法。
　　
　　4　前期調(diào)查的開展
　　我前期調(diào)查了官廳水庫、河北省懷來縣段莊村、濕地博物館、北京野鴨湖國家濕地公園等。調(diào)查內(nèi)容是官廳水庫和周圍居民的基本情況、官廳水庫污染和治理情況、濕地的功能和結(jié)構(gòu)、北京野鴨湖濕地基本情況和植被類型。
　　經(jīng)過實地考察和聽講解野鴨湖濕地，我覺得治理和修復(fù)水體污染難度大，水污染治理迫在眉睫。利用濕地清除和轉(zhuǎn)化毒物與雜質(zhì)的功能，種植適當(dāng)?shù)闹参锸侵卫砗托迯?fù)污染水體的好辦法。蜈蚣草是喜濕蕨類植物，如果它能夠很好地吸收和轉(zhuǎn)運水中的砷，將可以起到治理污染、大量吸收砷的作用，是我們利用濕地中的植物修復(fù)水體污染試驗并推廣的良好載體。
　　由于蜈蚣草多生長在南方地區(qū)，具有一定的生長區(qū)域性，因此我決定用模擬研究的方法，即通過溫室盆栽試驗?zāi)M實際污染水體的治理，來間接地研究原型。其目的是想通過對蜈蚣草吸砷的深入了解，建立一種用蜈蚣草治理修復(fù)水污染的模式，以在適宜的地方推廣使用。
　　
　　5　蜈蚣草吸收水中砷能力及蒸騰影響試驗設(shè)計與實施試驗過程如圖2所示。
　　
　　四、研究結(jié)果與分析討論
　　
　　1　蜈蚣草對水中砷的吸收能力強，是去除水中砷的超富集植物
　　一般認為超富集植物應(yīng)同時具備以下3個基本特征：植物地上部富集的重金屬達到一定的量：植物地上部的重金屬含量高于根部該種重金屬含量：植物的生長沒有出現(xiàn)明顯的毒害癥狀。
　　從本研究中的蜈蚣草吸收砷的能力試驗看來，蜈蚣草地上部分累積的砷高達536.9mg/kg，地上部分砷濃度高于地下部分1.7倍；這表明蜈蚣草具有較強的從根部吸收砷、并將根部吸收的砷大量轉(zhuǎn)運、貯存到莖、葉等地上部器官，從而將砷從生長基質(zhì)中去除，實現(xiàn)對砷污染物的凈化和去除。蜈蚣草吸收砷能力見圖3。
　　另一方面，在7天的培養(yǎng)時間中，蜈蚣草在含砷1mg/L的營養(yǎng)液中的生物量與自然條件下沒有顯著差異，表明蜈蚣草能夠在高濃度砷污染水體中正常生長，沒有表現(xiàn)出生理損害的癥狀。經(jīng)計算，蜈蚣草生長7天后，從水體中帶走了0.25mg砷，占所提供營養(yǎng)液的含砷量的10％。相當(dāng)于蜈蚣草從水體中帶走了10％的砷。
　　因此，蜈蚣草對砷的吸收滿足超富集植物的三個條件，對砷的吸收能力強，是一種優(yōu)良的、可大量吸收、去除水中砷的超富集植物。
　　
　　
　　
　　
　　2　蒸騰作用大小對蜈蚣草砷的富集量影響大
　　在本研究保持正常的蒸騰作用、抑制蒸騰和促進蒸騰三個試驗中，蜈蚣草蒸騰作用的變化如圖4所示。
　　與正常蒸騰的蜈蚣草相比，添加蒸騰作用抑制劑的蜈蚣草具有明顯較低的蒸騰速率，降低幅度大于60％。促進蒸騰的蜈蚣草具有較高的蒸騰速率，比對照約提高10％。
　　注：不同字母表示調(diào)控蒸騰導(dǎo)致的顯著差異(p<0.05，n=9)
　　保持正常的蒸騰作用、抑制蒸騰和促進蒸騰三個試驗中，蜈蚣草吸收砷的變化如圖5所示。
　　注：不同字母表示調(diào)控蒸騰導(dǎo)致的顯著差異(p<0.05，n=3)
　　上述結(jié)果表明，蜈蚣草的砷吸收能力和轉(zhuǎn)運能力均與蒸騰速率的大小密切相關(guān)，蒸騰作用對蜈蚣草砷吸收能力影響顯著。蒸騰的抑制或者促進能夠很明顯地降低或者增加蜈蚣草對砷的富集。與正常蒸騰作用的對照相比，降低蒸騰速率60％使地上部分砷濃度降低80％。促進蒸騰作用10％的幅度即可提高蜈蚣草地上部分砷濃度24％。因此，可以說，蒸騰作用是蜈蚣草去除水中砷污染的重要動力。
　　
　　3　蜈蚣草具有用于濕地系統(tǒng)修復(fù)砷污染水體的潛力，應(yīng)用前景廣闊
　　試驗證明。喜濕的陸生植物蜈蚣草可以在水體中正常生長。7天的培養(yǎng)時期內(nèi)，蜈蚣草對水中砷的去除率達到10％。適合作為濕地植物之一生長在砷污染水體中，清潔含砷污水，應(yīng)用前景廣闊。
　　本文試圖將蜈蚣草與濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)合，形成以蜈蚣草作為主體之一的濕地生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)。如圖6所示。在受砷污染的水體入水口緩流區(qū)域考察適合蜈蚣草定植生長的濕地生態(tài)系統(tǒng)，配置適宜的濕地群落結(jié)構(gòu)，形成合理的人工濕地生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)。在將蜈蚣草運用到水體污染修復(fù)工程時，可適當(dāng)通過促進蒸騰作用增加植物的富集量。
　　
　　五、研究結(jié)論
　　
　　1　蜈蚣草對水中砷的吸收能力強，可運用到水體污染修復(fù)。
　　2　增加蜈蚣草的蒸騰，可提高蜈蚣草對水中砷的富集量。
　　3　蜈蚣草可用于濕地生態(tài)系統(tǒng)治理修復(fù)砷污染水體，有較廣闊的應(yīng)用前景。
　　最后，希望大家要愛惜我們的地球，珍惜我們所擁有的環(huán)境，減少并治理污染，爭取盡快還地球母親一片藍天、一汪碧水、一方凈