濕地植物菖蒲對重金屬Pb富集能力的研究

馬 貴，蘇 云

(寧夏師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，寧夏 固原 756000)

濕地植物菖蒲對重金屬Pb富集能力的研究

馬 貴，蘇 云

(寧夏師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，寧夏 固原 756000)

采用水培試驗研究了菖蒲在不同濃度Pb污染(10、20、40、80、160、200 mg/L)條件下的生長狀況以及對重金屬的富集能力。結(jié)果表明：菖蒲幼苗在低濃度Pb處理時沒有出現(xiàn)中毒癥狀，在高濃度(160、200 mg/L)時有明顯的中毒癥狀。隨著Pb處理濃度的升高，菖蒲的地上部分和地下部分富集的Pb含量明顯升高。在所有Pb處理下，菖蒲地下部分Pb富集濃度均高于地上部分。當(dāng)Pb處理濃度為200 mg/L時，菖蒲體內(nèi)Pb含量均達(dá)到最高。

濕地植物；菖蒲；鉛；富集

1 引言

人工濕地是一種新興的污水處理工藝，不同濕地植物對重金屬富集能力不同，要利用植物配置出對重金屬污染凈化效果好并具有觀賞價值的人工濕地，首先要對植物的富集能力有深入認(rèn)識[1]。菖蒲是最常見的人工濕地應(yīng)用植物之一，屬天南星科多年生挺水植物，廣泛分布于我國南北各省湖泊岸邊淺水區(qū)、池塘和沼澤地中[2]。鉛是環(huán)境中常見的重金屬污染元素之一，水中過量的鉛元素對水生植物生長會產(chǎn)生不利影響，同時會大量積累在植物體內(nèi)，再通過食物鏈對人體產(chǎn)生危害[3]。找出對Pb有較強(qiáng)富集能力的水生植物對于Pb污染水體的修復(fù)具有很重要的意義。目前，有關(guān)菖蒲對污染水體修復(fù)的研究主要集中于對水體中氮和磷等的去除方面[4]。筆者采用水培試驗研究了菖蒲在不同濃度Pb污染條件下的生長狀況以及對重金屬Pb的富集能力，以期為Pb污染水體的人工濕地處理技術(shù)提供一定的實驗參考。

2 材料與方法

實驗選用的菖蒲幼苗采自當(dāng)?shù)啬乘畮熘苓厺竦兀瑢嶒炃皩⑵渲糜跔I養(yǎng)液中培養(yǎng)備用。

選取大小基本一致并長勢良好的菖蒲幼苗移栽到放有開孔泡沫板(植物生長載體)的10 L清潔塑料桶中，每桶放3株幼苗，桶內(nèi)分別注入10 L營養(yǎng)液(采用Hoagland配方)，在菖蒲幼苗在桶中營養(yǎng)液中培養(yǎng)14 d后，向桶內(nèi)以PbCl2形式添加Pb污染物。實驗共設(shè)7個處理，其中不添加重金屬的營養(yǎng)液為對照處理(0 mg/L)Pb的處理濃度為：10、20、40、80、160、200 mg/L，每個處理做6次重復(fù)。菖蒲采用露天培養(yǎng)，每3 d補(bǔ)充一次營養(yǎng)液，每天對植株的生長反應(yīng)進(jìn)行觀察、記錄。15 d后采集菖蒲樣品，進(jìn)行菖蒲體內(nèi)重金屬含量的測定(測定重復(fù)6次)。

將7個處理的菖蒲整株采回實驗室，用自來水沖洗后，再用去離子水沖洗三遍。將洗凈的菖蒲分成地上與地下兩部分放在培養(yǎng)皿中晾干，放入烘箱中殺青(105 ℃)30 min后在70 ℃下烘干8 h至恒重，用粉碎機(jī)將烘干后的樣品粉碎備用。

菖蒲樣品用微波消解法HNO3+H2O2消解，重金屬Pb的測定采用火焰原子吸收分光光度法。采用Spss統(tǒng)計軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同Pb濃度下菖蒲的生長狀況

觀察可得，在整個試驗期內(nèi)，菖蒲幼苗在Pb處理濃度為10、20、40、80 mg/L時沒有出現(xiàn)中毒癥狀。當(dāng)Pb處理濃度為160 mg/L時，菖蒲幼苗葉片在加污后第13 d開始逐漸發(fā)黃，菖蒲的株高、根數(shù)、生物量略低于對照，但差異不明顯。當(dāng)Pb處理濃度為200 mg/L時，菖蒲葉片在加污染液后的第10 d就開始變黃，且隨著污染天數(shù)的增加，變黃葉片數(shù)增加很快，菖蒲的株高、生物量均明顯低于對照。

3.2 不同Pb濃度下菖蒲對Pb的富集情況

由表1可見，受Pb污染后，隨著Pb處理濃度的升高，菖蒲的地上部分和地下部分富集的Pb含量明顯升高。菖蒲地上部分(除處理濃度10 mg/L外)和地下部分體內(nèi)Pb含量均高于對照組，當(dāng)Pb處理濃度為200 mg/L時，菖蒲地上部和地下部分體內(nèi)Pb含量均達(dá)到最高，分別為1359.40 mg/kg和1875.43 mg/kg。在對照和各個Pb處理之間，菖蒲地上和地下部分富集的Pb含量均表現(xiàn)出顯著差異(菖蒲地上部分：F=67.18，P<0.01；菖蒲地下部分：F=59.11，P<0.01)。除對照外，所有Pb處理濃度下，菖蒲地下部分Pb富集濃度均高于地上部分。菖蒲地上、地下部分Pb富集含量在低濃度處理(10、20 mg/L)之間沒有顯著差異，但均顯著低于高濃度Pb處理(40、80、160、200 mg/L)。

表1 不同2+濃度下菖蒲對Pb的富集能力

注：表中數(shù)據(jù)為meanS.D.；相同的字母表明同一生長部位Pb含量不存在顯著性的差異(最小顯著性差異多重比較，p>0.05)；**表明方差分析結(jié)果為顯著性差異(0.001

由表2可知，菖蒲地上部分和地下部分體內(nèi)中Pb含量(y)隨著水溶液中Pb2+濃度(x)的增加而增加，均呈極顯著正相關(guān)。

表2 菖蒲體內(nèi)Pb富集濃度與水溶液中Pb2+濃度的相關(guān)性

注：y為植物體內(nèi)富集的Pb含量；x為水溶液中Pb2+的濃度

5 結(jié)論與討論

濕地水生植物在人工濕地污水處理系統(tǒng)中起著非常重要的作用。本文結(jié)果指出，菖蒲幼苗在低濃度Pb時沒有出現(xiàn)中毒癥狀，高濃度Pb處理(160、200 mg/L)時有明顯的中毒癥狀，這說明菖蒲低濃度污染有一定的耐性，但隨著污染濃度的增加耐性逐漸降低，表現(xiàn)為生長受到抑制，這與周守標(biāo)等研究結(jié)果相同[5]。植物對重金屬的抗性主要通過“避讓”和“解毒” 來實現(xiàn)，不同耐性植物則表現(xiàn)出不同特性[6]，隨著Pb處理濃度的升高，菖蒲的地上部分和地下部分富集的Pb含量明顯升高，且在所有Pb處理下，菖蒲地下部分Pb富集濃度均高于地上部分，這說明水中高濃度的Pb2+促進(jìn)了菖蒲體內(nèi)Pb的富集，大量Pb積累在根系中說明菖蒲的轉(zhuǎn)移能力較弱，Stolts等研究也有相似的結(jié)果[7]。菖蒲是多年生挺水植物，生物量大、根系發(fā)達(dá)，針對菖蒲根系積累Pb而地上部不積累或者少積累Pb的生理機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

[1]韓蘇娟,尤朝陽,萬玉龍,等.6種水生植物在人工濕地中特性的比較[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010,38(12):6367～6368.

[2]張維吳,周連風(fēng),吳小剛,等.昌蒲對銅綠微囊藻的化感作用[J].中國環(huán)境科學(xué),2006,26(3):355～358.

[3]侯曉龍,劉愛琴,蔡麗平,等.金絲草對Pb的富集效果及其體內(nèi)Pb的存在形態(tài)[J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報,2013,42(6):665～669.

[4]工春景,楊海軍,劉國經(jīng),等.孤和昌蒲對富營養(yǎng)化水體凈化效率的比較[J].植物資源與環(huán)境學(xué)報,2007,16(1):40～44.

[5]周守標(biāo),王春景,楊海軍,等.孤和富蒲對重金屬的脅迫反應(yīng)及其富集能力[J].生態(tài)學(xué)報,2007,27(1):281～287.

[6]Blaylock M J,Silt D E,Dushenkov S.Enhxneed xecumulxticm of Ph in India Mustard by soil-applied chelating agents[J].Environmental Science and Techrnology,1997,31(3):860～865.

[7]Stolts E,Gregor M.Accmnulation properties of As Cd Cu Pb and Zn by fourwetland species growing in submeiged mine tailings[J].Environmental and Experinental Botany,2002(47):272～280.

2016-08-06

寧夏回族自治區(qū)自然科學(xué)基金項目(編號：NZ16249)； 寧夏師范學(xué)院科學(xué)研究基金資助項目(編號：NXSFYB1538)

馬 貴(1982—)，男，實驗師，碩士，主要從事污染生態(tài)學(xué)研究工作。

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A

1674-9944(2016)17-0082-02