山地水庫消落帶建群種植物重金屬污染降解效應

陳海生，樓 駿

(浙江同濟科技職業學院,浙江 杭州 311231)

?

山地水庫消落帶建群種植物重金屬污染降解效應

陳海生，樓 駿*

(浙江同濟科技職業學院,浙江 杭州 311231)

選取廣泛分布于浙江省長潭水庫消落帶抗旱耐淹的禾本科鄉土植物五節芒和白茅作為試驗材料，利用盆栽試驗，研究這2種植物對水庫消落帶土壤中重金屬Cu和Cd的降解效應。結果表明：這2種禾本科植物對其消落帶土壤中重金屬Cu和Cd具有明顯的去除效果。但五節芒對土壤中Cd的降解率高于白茅。在處理60 d的過程中，前期30 d植物對土壤中重金屬的降解速率高于后期30 d。因此，這2種植物特別是五節芒應作為主要的水庫消落帶生態重建建群種，從而有利于水庫消落帶良好的生態系統的形成和水庫飲用水水質的提高。

水庫消落帶；五節芒 ；白茅；重金屬污染

土壤重金屬污染具有隱蔽性強、無法微生物降解、容易通過食物鏈在植物體內數十倍積累[1]。重金屬污染植物修復是利用植物降解、轉化和固定土壤、污泥或水體中有害有毒重金屬的技術。其植物可以是高大的喬木和野生的灌木，也可以是陸生和水生的草本植物。水庫消落帶是指由于水庫運行期間水文調度引起的庫區水位周期性變化，而在庫區流域周邊形成的特殊的生態環境區域。水庫蓄水后，消落帶會被淹，消落帶土壤中重金屬及其他污染物可從土壤中溶出進入水庫水體，引起飲用水水庫水質下降，給庫區周圍的居民帶來不良影響。

曾有許多研究涉及水庫消落帶重金屬污染的分布和評價，如陳梓云等[2-3]對三峽庫區消落帶土壤的Pb和Cd進行了污染調查。許書軍等[1]對三峽庫區消落帶耕地重金屬分布特征進行了研究，周諧等[4]對三峽庫區消落帶土壤重金屬分布進行了分析評價。近年來，有很多研究熱衷于采用植物修復的方法來降解土壤重金屬污染[5]，植物修復具有成本較低、操 作 簡單、不破壞土壤結構、無二次污染等優點，是一種可靠的、易被接受且具有發展潛力的修復技術 。我國已發現多種超累集植物，并用這些植物開展了土壤及水體污染物修復工作[6]，但關于南方山地水庫消落帶土壤污染植物修復的研究還不多見。

浙江省長潭水庫是一座以供水、防洪、灌溉為主的大型水庫，主要提供臺州市“三區”(椒江區、黃巖區、路橋區)及玉環、溫嶺兩縣市的200多萬城鄉居民的生活用水[7]。隨著水庫水位的漲落，長潭水庫消落帶深度位于36～29 m，庫區會形成面積達0.7km2的消落帶區。長潭水庫消落帶內廣泛分布抗旱耐淹的禾本科鄉土植物——五節芒(Miscanthusfloridulus)和白茅(Imperatacylindricavar.major)。五節芒是禾本科(Gramineae)芒屬多年生草本植物，能夠截流雨水、涵養水源、防止表土流失和滑坡，因而具有很高的水土保持價值,是公認的水土保持物種[8-10]。五節芒侵襲、生長、繁殖、競爭和生態適應能力強，常常成為我國南方溪流、灘涂和水庫消落帶等草本群落的優勢成分[11]。白茅為禾本科白茅屬、多年生草本植物，是一種根莖發達的中生性雜草，繁殖力強，對貧瘠、干旱及中、輕度鹽漬化土壤均有較好的適應性[12]。本研究擬通過盆栽試驗，明確五節芒和白茅對重金屬的吸收特點，旨在探討這二種植物在南方山地水庫消落帶土壤重金屬污染凈化上的應用潛力，為浙江省水庫消落帶生態重建提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試植物五節芒和白茅及土壤均采自浙江省長潭水庫上垟鄉政府旁邊的消落帶上，選取自然生長、長勢一致、且當年萌發的五節芒和白茅新苗，帶土幼苗采樣后帶回溫室。采集環境，植株高度、生物量大致相同。采集時連根帶土移植。供試重金屬為固體CuSO4·5H2O和Cd3O12S3·8H2O，然后用去離子水配成溶液備用；供試儀器為沈陽分析儀器廠生產的WYX402B原子吸收分光光度計，Cu、Cd空心陰極燈。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 采用盆栽試驗，在聚乙烯塑料盆里裝土1 kg，土壤取自位于上垟鄉政府旁邊的長潭水庫消落帶上，在其中9盆土樣中分別均勻加入Cu 200 mg/kg，另外9盆加入Cd 130 mg/kg。分別在加入Cu和Cd的塑料盆中，選2盆移栽五節芒和白茅，1盆作對照，重復3次。待其生長15、30、45和60 d，在根部取土壤樣品待測。

1.2.2 測定方法 將采集的土壤樣品自然條件下風干，除去植物根須、碎石等雜物，經四分法混合均勻后，研磨過100目篩，采用火焰原子吸收分光光度法(GB/T17138-97)測定Cu和Cd含量。

2 結果與分析

2.1 五節芒和白茅對水庫消落帶土壤中Cu的降解效應

從表1可見，隨著處理時間的延長，栽種植物的和不栽種植物的消落帶土壤中Cu含量都呈下降趨勢。但不栽種植物的消落帶土壤生態系統對土壤中Cu的降解非常緩慢。而栽種植物的消落帶生態系統對土壤中Cd的降解效果十分明顯，而且五節芒消落帶生態系統對土壤中Cu的降解力要高于白茅消落帶生態系統。在處理第60天時測定，栽種白茅的消落帶土壤中Cu含量從開始處理時的227.3 mg/kg降到處理第60天時的183.4 mg/kg,降低了19.31 %。而栽種五節芒的消落帶土壤中Cu含量從開始處理時的227.3 mg/kg降到處理第60天時的165.9 mg/kg,降低了27.01 %。五節芒消落帶生態系統對土壤中Cu的降解速率比白茅消落帶生態系統要高7.70 %。

從表1還可看出，在處理60 d的過程中，前期30 d栽有植物的消落帶生態系統對土壤中Cu的降解速率要高于后30 d的降解速率。如栽種白茅的消落帶土壤中Cu含量從開始處理時的227.3 mg/kg降到處理第30天時的197.5 mg/kg，前期30 d白茅消落帶生態系統對土壤中Cu的降解率為13.11 %，而后期30 d的降解率為7.14 %。栽種五節芒的消落帶土壤中Cu含量從開始處理時的227.3 mg/kg降到處理第30天時的187.6 mg/kg，五節芒消落帶生態系統對土壤中Cu的降解率前30 d為17.47 %，而后30 d的降解率為11.57 %。

表1 不同植物對消落帶土壤中Cu的去除效應

表2 不同植物對消落帶土壤中Cd的去除效應

2.2 五節芒和白茅對水庫消落帶土壤中Cd的降解效應

從表2可見，隨著處理時間的延長，栽種植物的和不栽種植物的消落帶土壤中Cd含量都呈下降趨勢。但不栽種植物的消落帶土壤生態系統對土壤中Cd的降解非常緩慢。而栽種植物的消落帶生態系統對土壤中Cd的降解效果十分明顯，而且五節芒消落帶生態系統對土壤中Cd的降解力要高于白茅消落帶生態系統。在處理第60天時測定，栽種白茅的消落帶土壤中Cd含量從開始處理時的123.6 mg/kg降到處理第60天時的108.7 mg/kg,降低了12.06 %。而栽種五節芒的消落帶土壤中Cd含量從開始處理時的123.6 mg/kg降到處理第60天時的101.6 mg/kg，降低了17.80 %。五節芒消落帶生態系統對土壤中Cd的降解速率比白茅消落帶生態系統要高5.74 %。

從表2還可看出，在處理60 d的過程中，栽有植物的消落帶生態系統對土壤中Cd的降解能力前30 d要高于后30 d。如栽種白茅的消落帶土壤中Cd含量從開始處理時的123.6 mg/kg降到處理第30天時的113.9 mg/kg，前30 d白茅消落帶生態系統對土壤中Cd的降解率為7.85 %，而后30 d的降解率為4.57 %。栽種五節芒的消落帶土壤中Cd含量從開始處理時的123.6 mg/kg降到處理第30天時的108.9 mg/kg，五節芒消落帶生態系統對土壤中Cd的降解率前30 d為11.89 %，而后30 d的降解率為6.70 %。

3 結論與討論

(1) 水庫消落帶建群種植物要滿足如下的生物學特性：有發達的根系，能護坡固土。適應性強，不但要耐干旱耐澇漬，抗病蟲害能力強，生長迅速，有很好的生態景觀效果。而且還要具有較強的降污和水質凈化能力。各地長期的水庫消落帶生態重建實踐證明，消落帶建群種植物的選擇及配置應走本地化的道路，以地帶性植被、鄉土植物為基調，適當引進適于本地生長條件的野生植物和外地植物。五節芒和白茅都是自然生長在浙江省山地水庫消落帶上的且在當地分布較廣的野生草本植物。這類植物在當地經歷漫長的演化過程，其生理、遺傳、形態特征與當地的自然條件相適應，具有較強的逆境生存能力。

(2)廣泛分布于浙江山地水庫消落帶中的禾本科植物五節芒和白茅對消落帶土壤中重金屬Cu和Cd具有一定的吸收作用，因而對消落帶土壤中重金屬具有一定的降解能力，對飲用水水庫的水環境具有一定的改良作用。并且在處理60天的過程中，前期30 d栽有植物的消落帶生態系統對土壤中重金屬的降解速率要高于后期30 d的降解速率。但五節芒消落帶生態系統對土壤中Cd的降解率要高于白茅消落帶生態系統。

(3)在浙江南部山地水庫消落帶生態重建中，必須考慮當地的鄉土植物五節芒和白茅在恢復生態學中的重要作用。這2種植物不但耐旱耐澇，抗逆性強，而且對消落帶土壤中重金屬具有較強的降解能力。因此，消落帶中這2種植物特別是五節芒應作為主要的建群種，這樣才有利于水庫消落帶良好的生態系統的形成和水庫飲用水水質的提高。

[1]許書軍,魏世強,謝德體.三峽庫區耕地重金屬分布特征初步研究[J].水土保持學報,2003,17(4):64-66.

[2]陳梓云,彭夢俠.三峽庫區消落帶土壤中鉛污染調查[J].土壤與環境,2001,10(2)：165-166.

[3]陳梓云,彭夢俠.三峽庫區消落帶土壤中鎘污染調查與分析[J].西南民族大學學報:自然科學出版,2003,29(4):494-495.

[4]周 諧,鄭 堅,張 晟,等.三峽庫區重慶段淹沒區土壤重金屬分布及評價[J].中國環境監測,2006,22(6):86-88.

[5]鐘珍梅,楊冬雪,黃勤樓,等.土壤重金屬污染的植物修復技術研究進展[J].福建 農業學報,2006,21(S):145-151.

[6]陳同斌,范稚蓮,雷 梅,等.磷對超富集植物蜈蚣草吸收砷的影響及其科學意義[J].科學通報,2002,47(15):1156-1159.

[7]張方鋼,張東旭,趙谷風,等.黃巖長潭水庫流域主要植被類型及恢復對策[J].浙江師范大學學報(自然科學版),2006,29(1):85-91.

[8]Kao W Y,Tsai T T, ChenWH. A comparative study ofMiscanthusforidulus(Labill)Warb andM.TransmorrisonensisHayata:Photosynthetic gas exchange, leaf characteristics and growth in controlled environments[J].Annals of Botany, 1998, 81:295-299.

[9]Lew and owskiI, Scurlockb JM O, Lindvall E, et al. The development and currentstatus of perennial rhizomatous grasses as energy crops in the US and Europe[J]. Biomass and Bioenergy, 2003, 25:335-361.

[10]Zhao N X, Xiao Y F. Plant resources and its exploitation, utilization of the genusMiscanthusinAnhui Province[J]. Journal of Wuhan Botanical Research, 1990, 8(4):374-382.

[11]趙南先,蕭運峰.安徽省的芒屬植物資源及其開發利用[J].武漢植物研究,1990, 8(4):374-382.

[12]仲啟鋮,王江濤,周劍虹,等.水位調控對崇明東灘圍墾區灘涂濕地蘆葦和白茅光合、形態及生長的影響[J].應用生態學報,2014,25(2):408-418.

(責任編輯 李山云)

Effects of Constructive Species Growing in Water-level-fluctuation Zone of Mountain Reservoir on Degradation of Heavy Metal Contamination

CHEN Hai-sheng，LOU Jun*

(Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology, Zhejiang Hangzhou 311231, China)

The pot experiment was conducted onMiscanthusfloridulusandimperatacylindricaloriginally growing in water-level-fluctuation zone of changtan reservoir, Zhejiang province to study the effects of these species on degradation of heavy metal contamination such as Cu and Cd in soils of water-level-fluctuation zone of reservoir. The results showed that there existed significant effects of these species on degradation of heavy hetal contamination such as Cu and Cd in soils. But the degradation efficiency ofMiscanthusfloridulushad been greater than that ofimperatacylindrical. During the 60 days treatment, the degradation efficiency of these species in the earlier 30 days running was higher than that in the later 30 days running. It could be concluded that these two species,Miscanthusfloridulusin particular,should be acted as constructive species of water-level-fluctuation zone of reservoir in southern parts of Zhejiang province.

Water-level-fluctuation zone of reservoir；Miscanthusfloridulus；Imperatacylindrica；Heavy metal contamination

1001-4829(2016)11-2728-04

10.16213/j.cnki.scjas.2016.11.040

2015-08-21

浙江省科技廳公益性項目(2012C23031)

陳海生(1965-)，男，浙江臨海人，博士后，教授，主要從事水環境治理研究，E-mail：haishch@126.com，*為通訊作者:樓 駿(1979-)，男，浙江義烏人，講師，從事水利工程經濟研究，E-mail：loujun@zjwater.cn。

S158.3

A