不同六氯苯濃度脅迫下窄葉香蒲對(duì)貧營(yíng)養(yǎng)水體的影響研究

毛珍翠，王 蓓, 2，張翠萍，李淑英，盧國(guó)理，朱春蓉，周元清

(1.玉溪師范學(xué)院污染控制與生態(tài)修復(fù)研究中心，云南 玉溪 653100；2.云南大學(xué)生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)研究所，云南 昆明 650091)

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不同六氯苯濃度脅迫下窄葉香蒲對(duì)貧營(yíng)養(yǎng)水體的影響研究

毛珍翠1，王 蓓1, 2，張翠萍1，李淑英1，盧國(guó)理1，朱春蓉1，周元清1

(1.玉溪師范學(xué)院污染控制與生態(tài)修復(fù)研究中心，云南 玉溪 653100；2.云南大學(xué)生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)研究所，云南 昆明 650091)

采用水培法，以窄葉香蒲(TyphaLatifolia)為試驗(yàn)植物，通過測(cè)定和分析不同六氯苯(Hexachlorobenzene，簡(jiǎn)稱HCB)濃度(0mg/L、1mg/L、10mg/L)脅迫下貧營(yíng)養(yǎng)水體中TN、TP含量變化特征，研究窄葉香蒲對(duì)貧營(yíng)養(yǎng)水體的影響。結(jié)果表明：在不同濃度六氯苯脅迫下窄葉香蒲對(duì)貧營(yíng)養(yǎng)水體中TN、TP的吸收能力不同，低六氯苯濃度脅迫下更有利于窄葉香蒲吸收水體中的TN和TP。因此，可選用窄葉香蒲治理六氯苯污染，抑制貧營(yíng)養(yǎng)水體向富營(yíng)養(yǎng)化轉(zhuǎn)變。

六氯苯；脅迫；貧營(yíng)養(yǎng)水體；窄葉香蒲；水污染防治

0 引言

隨著城市和工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，大量未經(jīng)處理的生活污水和工農(nóng)業(yè)廢水流入水體中[1]，水體污染，尤其是水體富營(yíng)養(yǎng)化[2]已成為我國(guó)主要的生態(tài)環(huán)境問題[3-4]。Jiang等[5]研究發(fā)現(xiàn)水體富營(yíng)養(yǎng)化的物質(zhì)基礎(chǔ)是水體中總氮和總磷，二者濃度高低成為富營(yíng)養(yǎng)化程度的重要標(biāo)志之一。

六氯苯( Hexachlorobenzene，簡(jiǎn)稱HCB)主要來源于染料制造、有機(jī)合成中間體和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，廣泛分布于土壤、空氣、水體及底泥中，其生物蓄積性、持久殘留性、高毒性和半揮發(fā)性，會(huì)導(dǎo)致生殖及免疫機(jī)能失調(diào)、生物體內(nèi)分泌紊亂、發(fā)育紊亂以及癌癥等嚴(yán)重疾病[6]，對(duì)人體健康及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的危害極大。有學(xué)者報(bào)道，城市河流水體、自來水和底泥中均檢測(cè)出較高濃度的六氯苯[7]。

近年來，利用水生高等植物治理水體污染逐漸受到人們關(guān)注[8]，植物能通過根系從污水中吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，改善水質(zhì)[9]，而且能運(yùn)輸氧氣到根區(qū)為微生物的生長(zhǎng)、繁殖和污染物降解創(chuàng)造適宜條件[10]。目前，窄葉香蒲已被廣泛用于治理污染水體，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中的N、P污染去除效果顯著，混合污染條件下對(duì)六氯苯有降解作用[11]。混合污染水體中，某種污染物脅迫可以促進(jìn)水生高等植物對(duì)另一種污染物的吸收或降解。如在有機(jī)污染物或重金屬脅迫下，可以促進(jìn)水生植物對(duì)N、P的吸收，從而凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體。本文采用窄葉香蒲水培法，通過分析不同濃度六氯苯脅迫下貧營(yíng)養(yǎng)水體中N、P含量變化，期望能探明窄葉香蒲對(duì)貧營(yíng)養(yǎng)水體的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)植物于2015年5月21日采自撫仙湖牛摩濕地，帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行水培。供試水樣為自配滅菌Ⅲ類水體加不同濃度的(0mg/L、1mg/L、10mg/L)HCB。水質(zhì)分類參照《GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)設(shè)置4組處理：(貧營(yíng)養(yǎng)液+香蒲(0mg/L)、貧營(yíng)養(yǎng)液+香蒲+HCB(1mg/L)、貧營(yíng)養(yǎng)液+香蒲+HCB(10mg/L)、無植物種植組。每組設(shè)置3個(gè)對(duì)照。試驗(yàn)前期隔2d取1次樣(5月21日—5月30日)；實(shí)驗(yàn)中期隔3d取1次樣(5月30日—6月4日)；試驗(yàn)后期隔7 d取1次樣(6月4日—6月11日)。

TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，TP采用鉬銻抗分光光度法[12]。采集水樣前充分?jǐn)嚢杷w，試驗(yàn)期間添加滅菌Ⅲ類水體使瓶?jī)?nèi)水位穩(wěn)定。測(cè)定時(shí)觀測(cè)植物株高、根際生長(zhǎng)情況。

2 結(jié)果分析

2.1 不同六氯苯濃度脅迫下有無窄葉香蒲對(duì)貧營(yíng)養(yǎng)水體中TN、TP的影響

不同HCB濃度脅迫下有無窄葉香蒲處理對(duì)培養(yǎng)液水體中TN、TP有顯著的影響(圖1)。不同HCB濃度對(duì)水體中TN、TP含量變化幾乎毫無影響(圖1B、圖1D)，不同濃度(0mg/L、1mg/L、10mg/L)六氯苯水體經(jīng)過10 d的靜置后水體中TN的濃度比第1d分別增加了0.019mg/L、0.014mg/L和0.016mg/L，TP的濃度比第1d分別增加了0.038mg/L、0.038mg/L和0.040mg/L。表明HCB對(duì)貧營(yíng)養(yǎng)水體中TN、TP含量變化無影響。一般在風(fēng)的作用下，空氣中的N、P物質(zhì)隨風(fēng)帶入水體中，使其溶于水體中而使水體中的TN、TP含量升高；或由于溫度的升高，使水體中的N、P物質(zhì)隨水蒸氣散發(fā)到空氣中使水體中的TN、TP含量降低[13]。但HCB具有脂溶性強(qiáng)、難溶或微溶于水、揮發(fā)性小、半衰期長(zhǎng)，以及能夠在生物體內(nèi)和水體沉積物中大量富集等特性，沉積物成為水環(huán)境 HCB 的主要環(huán)境歸宿[14]。水培試驗(yàn)時(shí)，由于HCB漂浮在水面上，阻斷了水體與空氣間的物質(zhì)交換，因此水體中的TN、TP含量幾乎無變化。

窄葉香蒲在各個(gè)HCB濃度水體中對(duì)TN、TP具有吸收作用，且HCB濃度不同，吸收能力也不同(圖1A、圖1C)。植物生長(zhǎng)環(huán)境中的污染物如果超過其耐受閥值，會(huì)引發(fā)植物有機(jī)體在所有功能水平上產(chǎn)生變化和反應(yīng)[15]。整個(gè)水培過程中水培前期1mg/L HCB脅迫下窄葉香蒲吸收N、P量最多，可能是外界污染環(huán)境脅迫下窄葉香蒲大量吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而引起營(yíng)養(yǎng)物積累。3種不同HCB濃度0mg/L、1mg/L、10mg/L水體中10mg/L HCB水體中的N、P含量最高(圖1A、圖1C)，說明高濃度HCB脅迫下窄葉香蒲對(duì)N、P的吸收能力最弱，可能是由于植物周圍污染物含量較高，HCB脅迫使窄葉香蒲生理代謝活動(dòng)失調(diào)，抑制了植物對(duì)水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(N、P)的吸收。蓋玉紅等研究發(fā)現(xiàn)[16]生境中污染物濃度影響植物耐受極限值，與本研究結(jié)果一致。水培前期3種不同HCB濃度水體中1mg/L HCB水體中N、P含量最低(圖1A、圖1C)，說明低濃度HCB脅迫下可以促進(jìn)窄葉香蒲對(duì)N、P的吸收，外界污染環(huán)境脅迫作用于植物體能通過自身細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)作用抵抗脅迫[17]。

研究發(fā)現(xiàn)，混合污染水體中，某種污染物脅迫下可以促進(jìn)窄葉香蒲對(duì)另一種污染物的吸收或降解。有機(jī)污染物或重金屬脅迫下，可以促進(jìn)窄葉香蒲對(duì)N、P的吸收，從而凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體[18]。本研究中，單一污染(HCB)的貧營(yíng)養(yǎng)水體中，HCB能促進(jìn)窄葉香蒲對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)N、P的吸收，但不同濃度(0mg/L、1mg/L、10mg/L)的 HCB脅迫下窄葉香蒲對(duì)貧營(yíng)養(yǎng)水體中TN、TP的吸收能力不同。經(jīng)水培1～22d ，3種 HCB濃度(0mg/L、1mg/L、10mg/L)水體中TN 濃度分別增加0.074mg/L、0.102mg/L和0.111mg/L，TP的濃度分別增加0.035mg/L、0.001mg/L和0.041mg/L，3種HCB(0mg/L、1mg/L、10mg/L)濃度水體中TN、TP濃度增加順序排均為：10mg/L>1mg/L>0mg/L，表明不同濃度六氯苯脅迫下窄葉香蒲對(duì)貧營(yíng)養(yǎng)水體中的TN、TP具有一定的吸收能力，低六氯苯濃度脅迫下更有利于窄葉香蒲吸收水體中的TN、TP。

經(jīng)1 ～22d水培，0mg/L HCB濃度窄葉香蒲處理下水體中TN濃度增加0.074mg/L，TP增加0.035mg/L(圖1A、圖1C)；1mg/L HCB濃度下TN增加0.102mg/L，TP增加0.001mg/L；10mg/L HCB濃度下TN增加0.111mg/L，TP增加0.040mg/L(表1)。表明3種HCB濃度下，窄葉香蒲處理下TN、TP的濃度都隨水培時(shí)間的增長(zhǎng)而增加。

本實(shí)驗(yàn)植物窄葉香蒲取自撫仙湖流域內(nèi)的牛摩濕地，濕地水體屬于劣Ⅴ類水體，是富營(yíng)養(yǎng)化水體[19]。植物從生長(zhǎng)環(huán)境中吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以滿足其生長(zhǎng)發(fā)育需要的同時(shí)，會(huì)主動(dòng)和被動(dòng)地從環(huán)境中吸收許多生長(zhǎng)發(fā)育所非必須的物質(zhì)。某些物質(zhì)(如酚類)在生物體內(nèi)易于降解，在生物體內(nèi)存在的時(shí)間不長(zhǎng)，生物在不斷從外界環(huán)境中吸收的同時(shí)，其分解過程也在不停地進(jìn)行，因而不易積累；而部分物質(zhì)(如有機(jī)氮化合物)在植物體內(nèi)不易被降解，可在植物體內(nèi)以原來的形態(tài)或其他形態(tài)長(zhǎng)時(shí)間存在[20]。且植物在不同時(shí)期不同植物部位N、P量不同[21]。2月中旬的植株N、P含量均大于6月中旬的植株N、P含量，這可能與水質(zhì)起始N、P濃度較高有關(guān)，也可能因?yàn)樗参锏纳L(zhǎng)初期植株N、P含量相對(duì)較高有關(guān)。因此窄葉香蒲植株體內(nèi)N、P含量相對(duì)較高。

水培后期，窄葉香蒲根莖附近開始腐爛。生產(chǎn)者產(chǎn)生的有機(jī)物如植物殘?bào)w、枯枝落葉、滲出物及脫落物等被分解者(原生動(dòng)物和微生物)分解，它們把有機(jī)物分解為無機(jī)物，N、P重新釋放進(jìn)入水體中，致使水體中N、P含量升高[21]。但增加后的TN、TP濃度仍在貧營(yíng)養(yǎng)水體范圍內(nèi)，不會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化。面對(duì)植物殘?bào)w、枯枝落葉等被降解的問題，通過收獲或移去富集了N、P的部分，從而降低其濃度，可達(dá)到對(duì)污染環(huán)境進(jìn)行治理的目的。

表1 水體中TN、TP含量的變化 (mg/L)

2.2 相同六氯苯濃度下有無窄葉香蒲種植處理對(duì)貧營(yíng)養(yǎng)水體中TN、TP影響

相同濃度HCB脅迫下經(jīng)窄葉香蒲處理的水體中N、P含量比無窄葉香蒲處理的水體中N、P含量低(圖2)。水培7d 后，0mg/L、1mg/L和10mg/L HCB濃度脅迫下窄葉香蒲組TN濃度分別是0.764mg/L、0.761mg/L和0.049mg/L，無植物種植組TN濃度分別是0.769mg/L、0.762mg/L和0.771mg/L。0mg/L HCB脅迫下有窄葉香蒲和無窄葉香蒲處理水體中TP平均值分別為0.034mg/L和0.033mg/L；1mg/L六氯苯脅迫下有窄葉香蒲和無窄葉香蒲處理的水體中的TP平均值分別為0.034mg/L和0.033mg/L；10mg/L六氯苯脅迫下有窄葉香蒲和無窄葉香蒲處理的水體中的TP平均值分別為0.032mg/L和0.033mg/L。相同HCB濃度水體中TN、TP含量順序?yàn)椋河姓~香蒲<無窄葉香蒲，表明HCB脅迫下窄葉香蒲對(duì)貧營(yíng)養(yǎng)水體中N、P具有一定吸收能力。有研究表明窄葉香蒲能抵抗一定的污染強(qiáng)度[22]，對(duì)外界污染環(huán)境有一定的抗脅迫能力[23]，錢鳴飛等[24]發(fā)現(xiàn)窄葉香蒲根系發(fā)達(dá)，去污能力較強(qiáng)，能較好地去除N、P污染，凈化被污染水體，與本研究一致。

富營(yíng)養(yǎng)化水體中水培窄葉香蒲需要通過吸收水體中N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)完成植物個(gè)體生長(zhǎng)代謝，同時(shí)根系還能提供較大的附著面積供微生物附著，與水中微生物共同降低水體中的營(yíng)養(yǎng)元素含量，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的原位修復(fù)[25]，在貧營(yíng)養(yǎng)水體中也是如此。有研究認(rèn)為，微生物對(duì)水體中污染物質(zhì)去除主要是生物、植物、基質(zhì)、微生物相互之間的作用機(jī)制凈化水質(zhì)的過程，其中植物直接吸收N、P凈化水體的作用所占比例較少[26]。但是植物在水體生態(tài)修復(fù)過程中是必不可少的，植物不但為微生物提供附著載體，還會(huì)通過根系的呼吸為微生物提供一定的氧氣，因此植物的各種生理代謝活動(dòng)會(huì)直接關(guān)系到水體中N、P等污染物的凈化效果[27]。因此有窄葉香蒲>無窄葉香蒲，在利用窄葉香蒲治理HCB污染物的同時(shí)，還可以抑制貧營(yíng)養(yǎng)水體向富營(yíng)養(yǎng)化轉(zhuǎn)變。

3 結(jié)論

(1) 不同濃度六氯苯脅迫下窄葉香蒲對(duì)貧營(yíng)養(yǎng)水體中的TN、TP具有一定的吸收能力，低六氯苯濃度脅迫下更有利于窄葉香蒲吸收水體中的TN、TP；

(2) 有窄葉香蒲>無窄葉香蒲，利用窄葉香蒲治理六氯苯污染物的同時(shí)，還可以抑制貧營(yíng)養(yǎng)水體向富營(yíng)養(yǎng)化轉(zhuǎn)變；

(3) 水培窄葉香蒲是可行的，可為試驗(yàn)材料提供保障，需要進(jìn)一步研究水培窄葉香蒲的生長(zhǎng)特性，進(jìn)一步提高持久性降解有機(jī)污染物的降解率、抑制貧營(yíng)養(yǎng)水體向富營(yíng)養(yǎng)化轉(zhuǎn)變。

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Research on the Influence of Narrow LeafTyphaLatifoliaon Oligotrophic Water under Different Concentrations of Hexachlorobenzene Stress

MAO Zhen-cui1, WANG Bei1,2, ZHANG Cui-ping1, LI Shu-ying1, LU Guo-li1,ZHU Chun-rong1, ZHOU Yuan-qing1

(1. College of Resources and Environment, Yuxi Normal University ,Yuxi Yunnan 653100, China)

Using hydroponics and choosing narrow leafTyphaLatifoliaas the test plant, through the analysis on different stress of Hexachlorobenzene( HCB) concentrations (0 mg/L, 1 mg/L, 10 mg/L) to test the changes of TN and TP content in oligotrophic water, the influence of narrow leafTyphaLatifoliaon oligotrophic water was studied. The results showed that narrow leafTyphaLatifoliaindifferent concentration of hexachlorobenzene had various absorption abilities. In low concentration, the absorption to TN and TP were more conducive. Therefore, narrow leafTyphaLtifoliacould be usedto treat the pollution of Hexachlorobenzene in order to inhibit the transform of water from poor nutrition to eutrophication status.

hexachlorobenzene; stress; oligotrophic water; Typha Latifolia; water pollution control

2016-07-04

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31460144)；云南省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目(2014Z148)。

毛珍翠(1993-)，女，漢族，云南大理人，學(xué)士。

周元清(1974-)，女，漢族，云南元江人，博士(后)，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事污染控制與生態(tài)修復(fù)方面的研究。在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文60 余篇，其中SCI 收錄5篇。

X52

A

1673-9655(2016)06-0021-06