含鉻污水修復的水生植物篩選

姜虎生，王 艷，張 晶，徐 東，王宏燕

(1.遼寧石油化工大學環境與生物工程學院，遼寧 撫順 113001；2.撫順市給水工程設計科研院，遼寧 撫順 113008；3.東北農業大學資源與環境學院，黑龍江 哈爾濱 150030)

近年來我國水體重金屬污染問題十分突出。由于重金屬具有不易降解性和生物富集性[1]，在環境中極易沉積，若在水體中積累到一定程度就會嚴重危害水體-水生植物-水生動物系統，并可能通過食物鏈直接或間接地影響人類健康[2]。

水體重金屬污染修復治理主要采用兩條基本途徑，一是降低重金屬在水體中的遷移能力和生物可利用性；二是將重金屬從被污染水體中徹底清除。人工濕地是人為創造一個適宜于水生植物或濕生植物生長的環境用于處理廢水的一種工藝。其原理就是通過植物對重金屬元素或有機物質的特殊富集和降解能力來去除環境中的污染物或消除污染物的毒性，達到污染治理與生態修復的目的[3，4]。所以，植物是人工濕地處理污水系統中非常重要的組成部分，是最重要的去污成分之一。

鉻是一種常見的致癌物質，對人體和農作物均有毒害作用，它能降低生化過程的需氧量，從而發生內窒息，鉻鹽對腸、胃均有剌激作用[5]。電鍍、化工、印染等行業都會有含鉻污水排出，雖然利用天然或人工濕地處理已取得了一定成果，但處理含鉻污水在我國北方還較少見。

作者在此以我國北方水生植物蘆葦、水芹菜、香蒲為研究對象，采用水培法研究了它們對含鉻污水的吸收和富集作用。

1 實驗

1.1 材料

2010年5月從撫順市撫西河周邊采集野生植物5種，包括挺水植物、浮水植物(挖取植株時要避免傷害地下根系，保持地下莖完整無損，同時做好保濕處理)，將其放入水中培養5 d后，篩選出長勢好的蘆葦、水芹菜、香蒲3種植物備用。

1.2 方法

分別配制濃度為0.25 mg·L-1、1 mg·L-1、5 mg·L-1、10 mg·L-1的Cr2+溶液，用其培養蘆葦、水芹菜、香蒲3種植物。每天向培養容器中加蒸餾水至原始刻度以補充失去的水分，15 d后，將植物吸收后的培養液過濾，采用3510型原子吸收分光光度計測定；植物則用清水沖凈，將其根、莖葉分開，剪斷，于70 ℃烘干至恒重，用高氯酸-硝酸消解后測定。

2 結果與討論

2.1 3種植物對Cr2+去除率的比較(圖1)

圖1 不同Cr2+濃度下，3種植物對Cr2+的去除率

由圖1可見，蘆葦對Cr2+的吸收去除效果最好，當Cr2+濃度為1 mg·L-1時，去除率達到70.9%；當Cr2+濃度達到10 mg·L-1時，蘆葦仍可以繼續吸收Cr2+，而水芹菜和香蒲則達到最大耐受濃度而死亡。

2.2 3種植物不同部位對Cr2+的吸收富集效果比較(表1)

表1 不同Cr2+濃度下，3種植物對 Cr2+的吸收富集效果

由表1可以看出：

(1)Cr2+濃度為0.25 mg·L-1時，3種植物對Cr2+的吸收大小依次為：蘆葦>水芹菜>香蒲；不同部位對Cr2+的吸收大小依次為：蘆葦根>水芹菜根>香蒲根>蘆葦莖葉>水芹菜莖葉>香蒲莖葉。表明3種植物的根部對Cr2+的吸收均大于莖葉部對Cr2+的吸收。蘆葦根部對Cr2+的吸收率為莖葉部的12.1倍；水芹菜根部對Cr2+的吸收率為莖葉部的14.9倍；香蒲根部對Cr2+的吸收率為莖葉部的27.4倍。

(2)Cr2+濃度為1 mg·L-1時，3種植物對Cr2+的吸收都有所增加，其吸收大小依為：蘆葦>香蒲>水芹菜；不同部位對Cr2+的吸收大小依次為：蘆葦根>香蒲根>水芹菜根>水芹菜莖葉>蘆葦莖葉>香蒲莖葉。蘆葦根部對Cr2+的吸收率為莖葉部的9.3倍；水芹菜根部對Cr2+的吸收率為莖葉部的3.6倍；香蒲根部對Cr2+的吸收率為莖葉部的7.4倍。

(3)Cr2+濃度為5 mg·L-1時，水芹菜和香蒲都開始相繼出現枯黃現象。3種植物對Cr2+的吸收大小依次為：蘆葦>香蒲>水芹菜；不同部位對Cr2+的吸收大小依次為：蘆葦根>香蒲根>水芹菜根>蘆葦莖葉>水芹菜莖葉>香蒲莖葉。蘆葦根部對Cr2+的吸收率為莖葉部的6.6倍；水芹菜根部對Cr2+的吸收率為莖葉部的8.0倍；香蒲根部對Cr2+的吸收率為莖葉部的20.1倍。

(4)Cr2+濃度為10 mg·L-1時，香蒲和水芹菜達到最大耐受濃度而死亡。蘆葦對Cr2+的吸收情況為：蘆葦根>蘆葦莖葉。蘆葦根部對Cr2+的吸收率為其莖葉部的10.1倍。

這說明，不同的水生植物以及同一植物的不同部位對Cr2+的吸收富集作用明顯不同。

2.3 3種植物的轉移系數和富集系數

2.3.1 植物的轉移系數(圖2)[6]

圖2 不同Cr2+濃度下，3種植物的轉移系數

由圖2可見，相同Cr2+濃度下，3種植物的轉移系數(TF)不同：當Cr2+濃度為0.25 mg·L-1時，蘆葦TF>水芹菜TF>香蒲TF；當Cr2+濃度為1 mg·L-1時，水芹菜TF>香蒲TF>蘆葦TF；當Cr2+濃度為5 mg·L-1時，蘆葦TF>水芹菜TF>香蒲TF。同種植物在不同Cr2+濃度下的轉移系數也不相同：對于蘆葦，TF(5 mg·L-1)>TF(1 mg·L-1)>TF(0.25 mg·L-1)；對于香蒲，TF(1 mg·L-1)>TF(5 mg·L-1)>TF(0.25 mg·L-1)；對于水芹菜，TF(1 mg·L-1)>TF(5 mg·L-1)>TF(0.25 mg·L-1)。

3種植物的轉移系數均小于1，說明Cr2+大部分積累在根部，向地上部運輸較少。

2.3.2 植物的富集系數(圖3)

圖3 不同Cr2+濃度下，3種植物的富集系數

由圖3可見，同種植物在不同Cr2+濃度下的富集系數(F)不同：對于蘆葦，F(0.25 mg·L-1)>F(1 mg·L-1)>F(5 mg·L-1)；對于水芹菜，F(1 mg·L-1)>F(0.25 mg·L-1)>F(5 mg·L-1)；對于香蒲，F(1 mg·L-1)>F(0.25 mg·L-1)>F(5 mg·L-1)。相同Cr2+濃度下，3種植物的富集系數也不相同：當Cr2+濃度為0.25 mg·L-1時，蘆葦的富集系數達到0.51、水芹菜為0.29、香蒲為0.08，蘆葦是3種植物中最高的；當Cr2+濃度為1 mg·L-1時，蘆葦的富集系數為0.39、水芹菜為0.44、香蒲為0.34，蘆葦的富集系數低于水芹菜的富集系數；當Cr2+濃度為5 mg·L-1時，蘆葦的富集系數為0.12、水芹菜為0.03、香蒲為0.01，蘆葦的富集系數再次高于水芹菜和香蒲。這表明植物的富集系數受到重金屬濃度的影響。

3 結論

在不同Cr2+濃度下，采用水培法研究了蘆葦、水芹菜、香蒲3種植物對Cr2+的吸收和富集作用。結果發現，蘆葦對Cr2+的吸收去除效果最好；Cr2+在植物根部的富集明顯高于莖葉部，且蘆葦對Cr2+具有較好的富集效果。

[1] 王煥校.污染生態學[M].北京：高等教育出版社，2000：211-215.

[2] 黃海濤，梁延鵬，魏彩春，等.水體重金屬污染現狀及其治理技術[J].廣西輕工業，2009，25(5)：99-100.

[3] 張志政，王惠，張迪.人工濕地在污水處理中的應用[J].山西化工，2009，29(5)：66-68.

[4] 楊華，馬繼俠.人工濕地在農業面源污染治理中的應用[J].工程建設與設計，2009，(10)：66-70.

[5] 劉志闊，蘭云峰.重金屬污染與人體健康[J].科技園地，1991,(2)：35.

[6] 羅亞平，李明順，張學洪，等.廣西荔浦錳礦區優勢植物重金屬累積特征[J].廣西師范大學學報(自然科學版)，2005，23(4)：89-93.