不同六氯苯濃度脅迫下窄葉香蒲對貧營養(yǎng)水體的影響研究

毛珍翠，王 蓓, 2，張翠萍，李淑英，盧國理，朱春蓉，周元清

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

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不同六氯苯濃度脅迫下窄葉香蒲對貧營養(yǎng)水體的影響研究

毛珍翠1，王 蓓1, 2，張翠萍1，李淑英1，盧國理1，朱春蓉1，周元清1

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

采用水培法，以窄葉香蒲(TyphaLatifolia)為試驗植物，通過測定和分析不同六氯苯(Hexachlorobenzene，簡稱HCB)濃度(0mg/L、1mg/L、10mg/L)脅迫下貧營養(yǎng)水體中TN、TP含量變化特征，研究窄葉香蒲對貧營養(yǎng)水體的影響。結果表明：在不同濃度六氯苯脅迫下窄葉香蒲對貧營養(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，抑制貧營養(yǎng)水體向富營養(yǎng)化轉(zhuǎn)變。

六氯苯；脅迫；貧營養(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，尤其是水體富營養(yǎng)化[2]已成為我國主要的生態(tài)環(huán)境問題[3-4]。Jiang等[5]研究發(fā)現(xiàn)水體富營養(yǎng)化的物質(zhì)基礎是水體中總氮和總磷，二者濃度高低成為富營養(yǎng)化程度的重要標志之一。

六氯苯( Hexachlorobenzene，簡稱HCB)主要來源于染料制造、有機合成中間體和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，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，會導致生殖及免疫機能失調(diào)、生物體內(nèi)分泌紊亂、發(fā)育紊亂以及癌癥等嚴重疾病[6]，對人體健康及整個生態(tài)系統(tǒng)的危害極大。有學者報道，城市河流水體、自來水和底泥中均檢測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注[8]，植物能通過根系從污水中吸收營養(yǎng)物質(zhì)，改善水質(zhì)[9]，而且能運輸氧氣到根區(qū)為微生物的生長、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，對富營養(yǎng)化水體中的N、P污染去除效果顯著，混合污染條件下對六氯苯有降解作用[11]?；旌衔廴舅w中，某種污染物脅迫可以促進水生高等植物對另一種污染物的吸收或降解。如在有機污染物或重金屬脅迫下，可以促進水生植物對N、P的吸收，從而凈化富營養(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養(yǎng)水體中N、P含量變化，期望能探明窄葉香蒲對貧營養(yǎng)水體的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗植物于2015年5月21日采自撫仙湖牛摩濕地，帶回實驗室內(nèi)進行水培。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)量標準》。

1.2 實驗方法

實驗設置4組處理：(貧營養(yǎng)液+香蒲(0mg/L)、貧營養(yǎng)液+香蒲+HCB(1mg/L)、貧營養(yǎng)液+香蒲+HCB(10mg/L)、無植物種植組。每組設置3個對照。試驗前期隔2d取1次樣(5月21日—5月30日)；實驗中期隔3d取1次樣(5月30日—6月4日)；試驗后期隔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]。采集水樣前充分攪拌水體，試驗期間添加滅菌Ⅲ類水體使瓶內(nèi)水位穩(wěn)定。測定時觀測植物株高、根際生長情況。

2 結果分析

2.1 不同六氯苯濃度脅迫下有無窄葉香蒲對貧營養(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培養(yǎng)液水體中TN、TP有顯著的影響(圖1)。不同HCB濃度對水體中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對貧營養(yǎng)水體中TN、TP含量變化無影響。一般在風的作用下，空氣中的N、P物質(zhì)隨風帶入水體中，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、難溶或微溶于水、揮發(fā)性小、半衰期長，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]。水培試驗時，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HCB濃度水體中對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)。植物生長環(huán)境中的污染物如果超過其耐受閥值，會引發(fā)植物有機體在所有功能水平上產(chǎn)生變化和反應[15]。整個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養(yǎng)物質(zhì)而引起營養(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失調(diào)，抑制了植物對水體中營養(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脅迫下可以促進窄葉香蒲對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窄葉香蒲對另一種污染物的吸收或降解。有機污染物或重金屬脅迫下，可以促進窄葉香蒲對N、P的吸收，從而凈化富營養(yǎng)化水體[18]。本研究中，單一污染(HCB)的貧營養(yǎng)水體中，HCB能促進窄葉香蒲對營養(yǎng)物質(zhì)N、P的吸收，但不同濃度(0mg/L、1mg/L、10mg/L)的 HCB脅迫下窄葉香蒲對貧營養(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貧營養(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的濃度都隨水培時間的增長而增加。

本實驗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，是富營養(yǎng)化水體[19]。植物從生長環(huán)境中吸收營養(yǎng)物質(zhì)以滿足其生長發(fā)育需要的同時，會主動和被動地從環(huán)境中吸收許多生長發(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)存在的時間不長，生物在不斷從外界環(huán)境中吸收的同時，其分解過程也在不停地進行，因而不易積累；而部分物質(zhì)(如有機氮化合物)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)長時間存在[20]。且植物在不同時期不同植物部位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，也可能因為水生植物的生長初期植株N、P含量相對較高有關。因此窄葉香蒲植株體內(nèi)N、P含量相對較高。

水培后期，窄葉香蒲根莖附近開始腐爛。生產(chǎn)者產(chǎn)生的有機物如植物殘體、枯枝落葉、滲出物及脫落物等被分解者(原生動物和微生物)分解，它們把有機物分解為無機物，N、P重新釋放進入水體中，致使水體中N、P含量升高[21]。但增加后的TN、TP濃度仍在貧營養(yǎng)水體范圍內(nèi)，不會導致水體富營養(yǎng)化。面對植物殘體、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，可達到對污染環(huán)境進行治理的目的。

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貧營養(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含量順序為：有窄葉香蒲<無窄葉香蒲，表明HCB脅迫下窄葉香蒲對貧營養(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度[22]，對外界污染環(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，去污能力較強，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等營養(yǎng)物質(zhì)完成植物個體生長代謝，同時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養(yǎng)元素含量，實現(xiàn)對水體的原位修復[25]，在貧營養(yǎng)水體中也是如此。有研究認為，微生物對水體中污染物質(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會直接關系到水體中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，還可以抑制貧營養(yǎng)水體向富營養(yǎng)化轉(zhuǎn)變。

3 結論

(1) 不同濃度六氯苯脅迫下窄葉香蒲對貧營養(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，還可以抑制貧營養(yǎng)水體向富營養(yǎng)化轉(zhuǎn)變；

(3) 水培窄葉香蒲是可行的，可為試驗材料提供保障，需要進一步研究水培窄葉香蒲的生長特性，進一步提高持久性降解有機污染物的降解率、抑制貧營養(yǎng)水體向富營養(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

國家自然科學基金項目(31460144)；云南省教育廳重點項目(2014Z148)。

毛珍翠(1993-)，女，漢族，云南大理人，學士。

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

X52

A

1673-9655(2016)06-0021-06