山地水庫(kù)消落帶建群種植物重金屬污染降解效應(yīng)

陳海生，樓 駿

(浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院,浙江 杭州 311231)

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山地水庫(kù)消落帶建群種植物重金屬污染降解效應(yīng)

陳海生，樓 駿*

(浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院,浙江 杭州 311231)

選取廣泛分布于浙江省長(zhǎng)潭水庫(kù)消落帶抗旱耐淹的禾本科鄉(xiāng)土植物五節(jié)芒和白茅作為試驗(yàn)材料，利用盆栽試驗(yàn)，研究這2種植物對(duì)水庫(kù)消落帶土壤中重金屬Cu和Cd的降解效應(yīng)。結(jié)果表明：這2種禾本科植物對(duì)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(jié)芒對(duì)土壤中Cd的降解率高于白茅。在處理60 d的過(guò)程中，前期30 d植物對(duì)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(jié)芒應(yīng)作為主要的水庫(kù)消落帶生態(tài)重建建群種，從而有利于水庫(kù)消落帶良好的生態(tài)系統(tǒng)的形成和水庫(kù)飲用水水質(zhì)的提高。

水庫(kù)消落帶；五節(jié)芒 ；白茅；重金屬污染

土壤重金屬污染具有隱蔽性強(qiáng)、無(wú)法微生物降解、容易通過(guò)食物鏈在植物體內(nèi)數(shù)十倍積累[1]。重金屬污染植物修復(fù)是利用植物降解、轉(zhuǎn)化和固定土壤、污泥或水體中有害有毒重金屬的技術(shù)。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(kù)消落帶是指由于水庫(kù)運(yùn)行期間水文調(diào)度引起的庫(kù)區(qū)水位周期性變化，而在庫(kù)區(qū)流域周邊形成的特殊的生態(tài)環(huán)境區(qū)域。水庫(kù)蓄水后，消落帶會(huì)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(jìn)入水庫(kù)水體，引起飲用水水庫(kù)水質(zhì)下降，給庫(kù)區(qū)周圍的居民帶來(lái)不良影響。

曾有許多研究涉及水庫(kù)消落帶重金屬污染的分布和評(píng)價(jià)，如陳梓云等[2-3]對(duì)三峽庫(kù)區(qū)消落帶土壤的Pb和Cd進(jìn)行了污染調(diào)查。許書軍等[1]對(duì)三峽庫(kù)區(qū)消落帶耕地重金屬分布特征進(jìn)行了研究，周諧等[4]對(duì)三峽庫(kù)區(qū)消落帶土壤重金屬分布進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。近年來(lái)，有很多研究熱衷于采用植物修復(fù)的方法來(lái)降解土壤重金屬污染[5]，植物修復(fù)具有成本較低、操 作 簡(jiǎn)單、不破壞土壤結(jié)構(gòu)、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，是一種可靠的、易被接受且具有發(fā)展?jié)摿Φ男迯?fù)技術(shù) 。我國(guó)已發(fā)現(xiàn)多種超累集植物，并用這些植物開(kāi)展了土壤及水體污染物修復(fù)工作[6]，但關(guān)于南方山地水庫(kù)消落帶土壤污染植物修復(fù)的研究還不多見(jiàn)。

浙江省長(zhǎng)潭水庫(kù)是一座以供水、防洪、灌溉為主的大型水庫(kù)，主要提供臺(tái)州市“三區(qū)”(椒江區(qū)、黃巖區(qū)、路橋區(qū))及玉環(huán)、溫嶺兩縣市的200多萬(wàn)城鄉(xiāng)居民的生活用水[7]。隨著水庫(kù)水位的漲落，長(zhǎng)潭水庫(kù)消落帶深度位于36～29 m，庫(kù)區(qū)會(huì)形成面積達(dá)0.7km2的消落帶區(qū)。長(zhǎng)潭水庫(kù)消落帶內(nèi)廣泛分布抗旱耐淹的禾本科鄉(xiāng)土植物——五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)和白茅(Imperatacylindricavar.major)。五節(jié)芒是禾本科(Gramineae)芒屬多年生草本植物，能夠截流雨水、涵養(yǎng)水源、防止表土流失和滑坡，因而具有很高的水土保持價(jià)值,是公認(rèn)的水土保持物種[8-10]。五節(jié)芒侵襲、生長(zhǎng)、繁殖、競(jìng)爭(zhēng)和生態(tài)適應(yīng)能力強(qiáng)，常常成為我國(guó)南方溪流、灘涂和水庫(kù)消落帶等草本群落的優(yōu)勢(shì)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(fā)達(dá)的中生性雜草，繁殖力強(qiáng)，對(duì)貧瘠、干旱及中、輕度鹽漬化土壤均有較好的適應(yīng)性[12]。本研究擬通過(guò)盆栽試驗(yàn)，明確五節(jié)芒和白茅對(duì)重金屬的吸收特點(diǎn)，旨在探討這二種植物在南方山地水庫(kù)消落帶土壤重金屬污染凈化上的應(yīng)用潛力，為浙江省水庫(kù)消落帶生態(tài)重建提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試植物五節(jié)芒和白茅及土壤均采自浙江省長(zhǎng)潭水庫(kù)上垟鄉(xiāng)政府旁邊的消落帶上，選取自然生長(zhǎng)、長(zhǎng)勢(shì)一致、且當(dāng)年萌發(fā)的五節(jié)芒和白茅新苗，帶土幼苗采樣后帶回溫室。采集環(huán)境，植株高度、生物量大致相同。采集時(shí)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(yáng)分析儀器廠生產(chǎn)的WYX402B原子吸收分光光度計(jì)，Cu、Cd空心陰極燈。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用盆栽試驗(yàn)，在聚乙烯塑料盆里裝土1 kg，土壤取自位于上垟鄉(xiāng)政府旁邊的長(zhǎng)潭水庫(kù)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(jié)芒和白茅，1盆作對(duì)照，重復(fù)3次。待其生長(zhǎng)15、30、45和60 d，在根部取土壤樣品待測(cè)。

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

2 結(jié)果與分析

2.1 五節(jié)芒和白茅對(duì)水庫(kù)消落帶土壤中Cu的降解效應(yīng)

從表1可見(jiàn)，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，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(shì)。但不栽種植物的消落帶土壤生態(tài)系統(tǒng)對(duì)土壤中Cu的降解非常緩慢。而栽種植物的消落帶生態(tài)系統(tǒng)對(duì)土壤中Cd的降解效果十分明顯，而且五節(jié)芒消落帶生態(tài)系統(tǒng)對(duì)土壤中Cu的降解力要高于白茅消落帶生態(tài)系統(tǒng)。在處理第60天時(shí)測(cè)定，栽種白茅的消落帶土壤中Cu含量從開(kāi)始處理時(shí)的227.3 mg/kg降到處理第60天時(shí)的183.4 mg/kg,降低了19.31 %。而栽種五節(jié)芒的消落帶土壤中Cu含量從開(kāi)始處理時(shí)的227.3 mg/kg降到處理第60天時(shí)的165.9 mg/kg,降低了27.01 %。五節(jié)芒消落帶生態(tài)系統(tǒng)對(duì)土壤中Cu的降解速率比白茅消落帶生態(tài)系統(tǒng)要高7.70 %。

從表1還可看出，在處理60 d的過(guò)程中，前期30 d栽有植物的消落帶生態(tài)系統(tǒng)對(duì)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(kāi)始處理時(shí)的227.3 mg/kg降到處理第30天時(shí)的197.5 mg/kg，前期30 d白茅消落帶生態(tài)系統(tǒng)對(duì)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(jié)芒的消落帶土壤中Cu含量從開(kāi)始處理時(shí)的227.3 mg/kg降到處理第30天時(shí)的187.6 mg/kg，五節(jié)芒消落帶生態(tài)系統(tǒng)對(duì)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(duì)消落帶土壤中Cu的去除效應(yīng)

表2 不同植物對(duì)消落帶土壤中Cd的去除效應(yīng)

2.2 五節(jié)芒和白茅對(duì)水庫(kù)消落帶土壤中Cd的降解效應(yīng)

從表2可見(jiàn)，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，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(shì)。但不栽種植物的消落帶土壤生態(tài)系統(tǒng)對(duì)土壤中Cd的降解非常緩慢。而栽種植物的消落帶生態(tài)系統(tǒng)對(duì)土壤中Cd的降解效果十分明顯，而且五節(jié)芒消落帶生態(tài)系統(tǒng)對(duì)土壤中Cd的降解力要高于白茅消落帶生態(tài)系統(tǒng)。在處理第60天時(shí)測(cè)定，栽種白茅的消落帶土壤中Cd含量從開(kāi)始處理時(shí)的123.6 mg/kg降到處理第60天時(shí)的108.7 mg/kg,降低了12.06 %。而栽種五節(jié)芒的消落帶土壤中Cd含量從開(kāi)始處理時(shí)的123.6 mg/kg降到處理第60天時(shí)的101.6 mg/kg，降低了17.80 %。五節(jié)芒消落帶生態(tài)系統(tǒng)對(duì)土壤中Cd的降解速率比白茅消落帶生態(tài)系統(tǒng)要高5.74 %。

從表2還可看出，在處理60 d的過(guò)程中，栽有植物的消落帶生態(tài)系統(tǒng)對(duì)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(kāi)始處理時(shí)的123.6 mg/kg降到處理第30天時(shí)的113.9 mg/kg，前30 d白茅消落帶生態(tài)系統(tǒng)對(duì)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(jié)芒的消落帶土壤中Cd含量從開(kāi)始處理時(shí)的123.6 mg/kg降到處理第30天時(shí)的108.9 mg/kg，五節(jié)芒消落帶生態(tài)系統(tǒng)對(duì)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(jié)論與討論

(1) 水庫(kù)消落帶建群種植物要滿足如下的生物學(xué)特性：有發(fā)達(dá)的根系，能護(hù)坡固土。適應(yīng)性強(qiáng)，不但要耐干旱耐澇漬，抗病蟲(chóng)害能力強(qiáng)，生長(zhǎng)迅速，有很好的生態(tài)景觀效果。而且還要具有較強(qiáng)的降污和水質(zhì)凈化能力。各地長(zhǎng)期的水庫(kù)消落帶生態(tài)重建實(shí)踐證明，消落帶建群種植物的選擇及配置應(yīng)走本地化的道路，以地帶性植被、鄉(xiāng)土植物為基調(diào)，適當(dāng)引進(jìn)適于本地生長(zhǎng)條件的野生植物和外地植物。五節(jié)芒和白茅都是自然生長(zhǎng)在浙江省山地水庫(kù)消落帶上的且在當(dāng)?shù)胤植驾^廣的野生草本植物。這類植物在當(dāng)?shù)亟?jīng)歷漫長(zhǎng)的演化過(guò)程，其生理、遺傳、形態(tài)特征與當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件相適應(yīng)，具有較強(qiáng)的逆境生存能力。

(2)廣泛分布于浙江山地水庫(kù)消落帶中的禾本科植物五節(jié)芒和白茅對(duì)消落帶土壤中重金屬Cu和Cd具有一定的吸收作用，因而對(duì)消落帶土壤中重金屬具有一定的降解能力，對(duì)飲用水水庫(kù)的水環(huán)境具有一定的改良作用。并且在處理60天的過(guò)程中，前期30 d栽有植物的消落帶生態(tài)系統(tǒng)對(duì)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(jié)芒消落帶生態(tài)系統(tǒng)對(duì)土壤中Cd的降解率要高于白茅消落帶生態(tài)系統(tǒng)。

(3)在浙江南部山地水庫(kù)消落帶生態(tài)重建中，必須考慮當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)土植物五節(jié)芒和白茅在恢復(fù)生態(tài)學(xué)中的重要作用。這2種植物不但耐旱耐澇，抗逆性強(qiáng)，而且對(duì)消落帶土壤中重金屬具有較強(qiáng)的降解能力。因此，消落帶中這2種植物特別是五節(jié)芒應(yīng)作為主要的建群種，這樣才有利于水庫(kù)消落帶良好的生態(tài)系統(tǒng)的形成和水庫(kù)飲用水水質(zhì)的提高。

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(責(zé)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(xiàng)目(2012C23031)

陳海生(1965-)，男，浙江臨海人，博士后，教授，主要從事水環(huán)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(jīng)濟(jì)研究，E-mail：loujun@zjwater.cn。

S158.3

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