重金屬污染治理“小幫手”

葉瑩 康庭瑞 徐睿 姚宇飛

河岸帶是河流與陸地生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵過渡地帶，是健康河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分和評價標志。土壤重金屬污染評價是考察區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)的重要手段。在河岸帶土壤重金屬污染嚴重的情況下，如果土壤隨著地表徑流不斷流入河流，會成為河流沉積物的主要物質(zhì)源。河岸帶土壤的健康與否還會影響兩岸的植被生長，影響景觀效應(yīng)。

溫榆河全長約47.5千米，是唯一以北京為發(fā)源地的河流，其支流在明朝時就是兩岸農(nóng)田灌溉的重要水源，被稱為北京的母親河，同時承擔著昌平區(qū)、順義區(qū)以及其他部分城區(qū)的排水任務(wù)，也是沿岸居民的一條景觀河道。近年來，隨著溫榆河沿岸經(jīng)濟的迅速發(fā)展，河岸帶土壤面臨嚴重的重金屬污染問題。

重金屬對植物有很大危害，主要表現(xiàn)為植被萎黃、生長緩慢、產(chǎn)量下降，甚至可能伴隨養(yǎng)分吸收受阻、植物代謝紊亂和豆科植物固氮能力降低的現(xiàn)象。長期以來，國內(nèi)外學(xué)者對土壤重金屬污染治理進行了大量研究，取得了一定的治理效果。但目前采用傳統(tǒng)的物理、化學(xué)治理方法的修復(fù)成本極高，很難被大面積推廣應(yīng)用。植物修復(fù)是一種新興且發(fā)展前景較好的綠色環(huán)境修復(fù)技術(shù)，具有廣域性、永久性、價廉性和易操作等特點，被廣泛關(guān)注。

本文通過測定溫榆河上、中及下游河岸帶土壤的重金屬含量，在污染嚴重的區(qū)域選取三種優(yōu)勢植物，并測定其根、莖、葉中該區(qū)域污染最嚴重的金屬含量，以期篩選出能有效富集重金屬的植物，為溫榆河河岸帶提供植物修復(fù)應(yīng)用的科學(xué)依據(jù)。

一、采集樣品

1.土壤樣品

在每個采樣點近岸沿平行河流方向10 m 長度范圍內(nèi)，隨機采取0～10 cm深度沉積物樣品5次，混合記為1個樣品。將采集的樣品剔除植物殘體和石塊，每次采集樣品400 g，采集樣品總質(zhì)量為1 kg，去除袋內(nèi)的空氣后密封并登記編號。

2.植物樣品

對中游的溫榆河大橋、孫河、葦溝橋三個點進行采樣，每個采樣點采用梅花形布點法，選取代表性、生長旺盛、數(shù)量較多的3種植物（植物的根、莖和葉齊全，濕質(zhì)量在100 g左右），并確認該植物的名稱。

二、樣品的處理與分析

用清水沖洗植物樣品表層，再用蒸餾水沖洗兩遍后風(fēng)干，將植物按根、莖、葉剪開分類，置于80 ℃～90 ℃烘箱中烘干，最后裝入自封袋中，標好樣品名與編號。

樣品送至上海復(fù)達檢測技術(shù)集團有限公司，檢測依據(jù)GB 15618—2018，儀器：ICP-OES，儀器型號：安捷倫7700（檢出限2 mg/kg）。

三、結(jié)果與分析

1.溫榆河河岸帶土壤中的重金屬含量

溫榆河河岸帶土壤中重金屬的采樣時間為2020年11月，此時為溫榆河的枯水期。根據(jù)溫榆河的流向，選取的五個采樣點分別位于溫榆河的上游、中游及下游，具體位置為馬坊橋、溫榆河大橋、孫河、葦溝橋、北關(guān)閘。

將河岸帶土壤中重金屬含量與北京市土壤重金屬背景值比較，結(jié)果表明，溫榆河河岸帶土壤中的重金屬As、Zn、Pb、Cu和Cd嚴重超標，其中Cu和Zn超標最嚴重。

2.重金屬污染嚴重區(qū)域優(yōu)勢植物中的重金屬含量

我們選取As、Zn、Pb、Cu和Cd污染比較嚴重的河岸帶區(qū)域（溫榆河大橋、孫河、葦溝橋），采集該區(qū)域的優(yōu)勢植物，并測量這些植物根、莖、葉中的重金屬含量。通過測定，和尚草、車軸草和巴天模酸的根、莖、葉均對Zn具有吸收累積作用。

蓼草根和蘆葦根對Pb的累積較明顯，累積量分別是5.354 8 mg/kg和6.711 8 mg/kg。車軸草根對Cu的累積較明顯，累積量是2.538 mg/kg。可能是這些植物的根系分泌物通過改變根系環(huán)境，使重金屬更易累積在根部。其他植物部位因?qū)χ亟饘俚睦鄯e量過低，儀器未檢測出。Cu和Zn是植物生長所需的微量元素，Zn參與植物的多種酶反應(yīng)。Pb不是植物生長所必需的元素。植物體內(nèi)，Pb的正常含量為0.1～41.7 mg/kg，Zn的為1～160 mg/kg，Cu的為0.4～45.8 mg/kg，具體含量還取決于植物的種類及其生長的環(huán)境。

3.生物富集系數(shù)及轉(zhuǎn)運系數(shù)評估

植物對重金屬的吸收具有選擇性，不同植物對同一種重金屬的吸收能力不同，同一種植物對不同重金屬的吸收能力也存在差異。一般用生物富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運系數(shù)來評估植物對重金屬的吸收能力，以及將重金屬從根部向莖葉轉(zhuǎn)移的能力。

生物富集系數(shù)（BCF）等于植物體內(nèi)某種重金屬元素含量與土壤中同種重金屬含量的比值。對于草本植物來說，BCF小于0.5，表明植物對重金屬的積累能力較弱，BCF大于等于0.5而小于等于1.0，則表明該植物對重金屬有一定的累積能力。

修復(fù)能力的強弱除了與植物的富集系數(shù)有關(guān)外，還取決于植物的轉(zhuǎn)運系數(shù)。轉(zhuǎn)運系數(shù)（TF）等于植物地上部分重金屬含量與植物根系中該金屬含量的比值，轉(zhuǎn)運系數(shù)反映的是植物吸收重金屬后從根部向莖、葉轉(zhuǎn)移的能力。TF大于1，說明植物能大量吸收某種重金屬，并將其從地下部分轉(zhuǎn)移到地上部分。多次種植、收割TF大于1的植物就可以將重金屬逐漸從土壤中除去。

本文的優(yōu)勢植物中只有和尚草、車軸草和巴天酸模能將重金屬轉(zhuǎn)移到莖、葉，通過圖2的數(shù)據(jù)能計算出三種植物對Zn的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運系數(shù)。

由表4可知，對于Zn，三種優(yōu)勢植物的生物富集系數(shù)都小于0.5，巴天酸模的莖和葉的轉(zhuǎn)運系數(shù)都大于1，表現(xiàn)出較強的轉(zhuǎn)運能力。

一般認為，超富集植物應(yīng)滿足3個標準：1.植物地上部分富集的某種元素的含量達到生長在同一介質(zhì)非超富集植物地上部分含量的100倍以上（不同重金屬，其超富集植物富集濃度界限也有所不同。其中Zn為10 000 mg/kg， Pb為1000 mg/kg， Cu為1000 mg/kg）。2.植物地上部分重金屬含量大于根部的重金屬含量。3.植物生長沒有出現(xiàn)明顯的毒害癥狀。

基于以上分析可以得出，三種優(yōu)勢植物中的巴天酸模對Zn的耐受性較強，可作為Zn污染的潛在修復(fù)植物。

四、結(jié)論

溫榆河河岸帶土壤中重金屬As、Zn、Pb、Cu和Cd嚴重超標，以Cu和Zn最嚴重。和尚草、車軸草和巴天酸模的莖、根、葉對Zn具有很好的吸收作用。蘆葦、蓼草和車軸草對Pb和Cu的累積主要集中在根部。

本次調(diào)查所采集的優(yōu)勢植物均沒有達到超富集植物的標準，但它們是生長在重金屬污染土壤的優(yōu)勢植物，表現(xiàn)出對重金屬有較強的耐受性。巴天酸模對Zn的耐受性較強，可作為Zn污染的潛在修復(fù)植物。（指導(dǎo)老師：周炳江? ?黃青松? ?李亞君）

專家點評

本文研究了北京市溫榆河河岸帶植物重金屬污染狀況，文章結(jié)構(gòu)完整，思路清晰。選題恰當，聯(lián)系生活實際，是一篇優(yōu)秀的小論文。

第一，本文選題來源于生活。以溫榆河河岸帶植物污染情況為研究內(nèi)容，引導(dǎo)人們關(guān)注環(huán)境變化，運用“植物修復(fù)”等所學(xué)知識解決一些現(xiàn)實問題，提升了社會責(zé)任感。

第二，本文具有很強的實踐性。從實驗方案的設(shè)計到方案的執(zhí)行，再到結(jié)果的分析，符合學(xué)生的認知能力，學(xué)生可以獨立完成，有利于培養(yǎng)學(xué)生提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計實驗等科學(xué)探究的能力。

可以進一步完善的是，如果能從污染不嚴重的區(qū)域采集植物測定其中的重金屬含量，則論據(jù)更充足，結(jié)論更有說服力。