濕地植物菖蒲對(duì)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(duì)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(yàn)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(zhǎng)狀況以及對(duì)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(shí)沒(méi)有出現(xiàn)中毒癥狀，在高濃度(160、200 mg/L)時(shí)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(shí)，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(duì)重金屬富集能力不同，要利用植物配置出對(duì)重金屬污染凈化效果好并具有觀賞價(jià)值的人工濕地，首先要對(duì)植物的富集能力有深入認(rèn)識(shí)[1]。菖蒲是最常見(jiàn)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(guó)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(jiàn)的重金屬污染元素之一，水中過(guò)量的鉛元素對(duì)水生植物生長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生不利影響，同時(shí)會(huì)大量積累在植物體內(nèi)，再通過(guò)食物鏈對(duì)人體產(chǎn)生危害[3]。找出對(duì)Pb有較強(qiáng)富集能力的水生植物對(duì)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(duì)污染水體修復(fù)的研究主要集中于對(duì)水體中氮和磷等的去除方面[4]。筆者采用水培試驗(yàn)研究了菖蒲在不同濃度Pb污染條件下的生長(zhǎng)狀況以及對(duì)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(shí)驗(yàn)參考。

2 材料與方法

實(shí)驗(yàn)選用的菖蒲幼苗采自當(dāng)?shù)啬乘畮?kù)周邊濕地，實(shí)驗(yàn)前將其置于營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)備用。

選取大小基本一致并長(zhǎng)勢(shì)良好的菖蒲幼苗移栽到放有開(kāi)孔泡沫板(植物生長(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)液(采用Hoagland配方)，在菖蒲幼苗在桶中營(yíng)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(shí)驗(yàn)共設(shè)7個(gè)處理，其中不添加重金屬的營(yíng)養(yǎng)液為對(duì)照處理(0 mg/L)Pb的處理濃度為：10、20、40、80、160、200 mg/L，每個(gè)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(yíng)養(yǎng)液，每天對(duì)植株的生長(zhǎng)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(cè)定(測(cè)定重復(fù)6次)。

將7個(gè)處理的菖蒲整株采回實(shí)驗(yàn)室，用自來(lái)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(cè)定采用火焰原子吸收分光光度法。采用Spss統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)狀況

觀察可得，在整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)，菖蒲幼苗在Pb處理濃度為10、20、40、80 mg/L時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)中毒癥狀。當(dāng)Pb處理濃度為160 mg/L時(shí)，菖蒲幼苗葉片在加污后第13 d開(kāi)始逐漸發(fā)黃，菖蒲的株高、根數(shù)、生物量略低于對(duì)照，但差異不明顯。當(dāng)Pb處理濃度為200 mg/L時(shí)，菖蒲葉片在加污染液后的第10 d就開(kāi)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(duì)照。

3.2 不同Pb濃度下菖蒲對(duì)Pb的富集情況

由表1可見(jiàn)，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(duì)照組，當(dāng)Pb處理濃度為200 mg/L時(shí)，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(duì)照和各個(gè)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(duì)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(méi)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(duì)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(zhǎng)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(shí)沒(méi)有出現(xiàn)中毒癥狀，高濃度Pb處理(160、200 mg/L)時(shí)有明顯的中毒癥狀，這說(shuō)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(zhǎng)受到抑制，這與周守標(biāo)等研究結(jié)果相同[5]。植物對(duì)重金屬的抗性主要通過(guò)“避讓”和“解毒” 來(lái)實(shí)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(shuō)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(shuō)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(duì)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(yáng),萬(wàn)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(duì)銅綠微囊藻的化感作用[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2006,26(3):355～358.

[3]侯曉龍,劉愛(ài)琴,蔡麗平,等.金絲草對(duì)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(bào),2013,42(6):665～669.

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

[5]周守標(biāo),王春景,楊海軍,等.孤和富蒲對(duì)重金屬的脅迫反應(yīng)及其富集能力[J].生態(tài)學(xué)報(bào),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(xiàng)目(編號(hào)：NZ16249)； 寧夏師范學(xué)院科學(xué)研究基金資助項(xiàng)目(編號(hào)：NXSFYB1538)

馬 貴(1982—)，男，實(shí)驗(yàn)師，碩士，主要從事污染生態(tài)學(xué)研究工作。

X52

A

1674-9944(2016)17-0082-02