含铬污水修复的水生植物筛选

姜虎生，王 艳，张 晶，徐 东，王宏燕

(1.辽宁石油化工大学环境与生物工程学院，辽宁 抚顺 113001；2.抚顺市给水工程设计科研院，辽宁 抚顺 113008；3.东北农业大学资源与环境学院，黑龙江 哈尔滨 150030)

近年来我国水体重金属污染问题十分突出。由于重金属具有不易降解性和生物富集性[1]，在环境中极易沉积，若在水体中积累到一定程度就会严重危害水体-水生植物-水生动物系统，并可能通过食物链直接或间接地影响人类健康[2]。

水体重金属污染修复治理主要采用两条基本途径，一是降低重金属在水体中的迁移能力和生物可利用性；二是将重金属从被污染水体中彻底清除。人工湿地是人为创造一个适宜于水生植物或湿生植物生长的环境用于处理废水的一种工艺。其原理就是通过植物对重金属元素或有机物质的特殊富集和降解能力来去除环境中的污染物或消除污染物的毒性，达到污染治理与生态修复的目的[3，4]。所以，植物是人工湿地处理污水系统中非常重要的组成部分，是最重要的去污成分之一。

铬是一种常见的致癌物质，对人体和农作物均有毒害作用，它能降低生化过程的需氧量，从而发生内窒息，铬盐对肠、胃均有剌激作用[5]。电镀、化工、印染等行业都会有含铬污水排出，虽然利用天然或人工湿地处理已取得了一定成果，但处理含铬污水在我国北方还较少见。

作者在此以我国北方水生植物芦苇、水芹菜、香蒲为研究对象，采用水培法研究了它们对含铬污水的吸收和富集作用。

1 实验

1.1 材料

2010年5月从抚顺市抚西河周边采集野生植物5种，包括挺水植物、浮水植物(挖取植株时要避免伤害地下根系，保持地下茎完整无损，同时做好保湿处理)，将其放入水中培养5 d后，筛选出长势好的芦苇、水芹菜、香蒲3种植物备用。

1.2 方法

分别配制浓度为0.25 mg·L-1、1 mg·L-1、5 mg·L-1、10 mg·L-1的Cr2+溶液，用其培养芦苇、水芹菜、香蒲3种植物。每天向培养容器中加蒸馏水至原始刻度以补充失去的水分，15 d后，将植物吸收后的培养液过滤，采用3510型原子吸收分光光度计测定；植物则用清水冲净，将其根、茎叶分开，剪断，于70 ℃烘干至恒重，用高氯酸-硝酸消解后测定。

2 结果与讨论

2.1 3种植物对Cr2+去除率的比较(图1)

图1 不同Cr2+浓度下，3种植物对Cr2+的去除率

由图1可见，芦苇对Cr2+的吸收去除效果最好，当Cr2+浓度为1 mg·L-1时，去除率达到70.9%；当Cr2+浓度达到10 mg·L-1时，芦苇仍可以继续吸收Cr2+，而水芹菜和香蒲则达到最大耐受浓度而死亡。

2.2 3种植物不同部位对Cr2+的吸收富集效果比较(表1)

表1 不同Cr2+浓度下，3种植物对 Cr2+的吸收富集效果

由表1可以看出：

(1)Cr2+浓度为0.25 mg·L-1时，3种植物对Cr2+的吸收大小依次为：芦苇>水芹菜>香蒲；不同部位对Cr2+的吸收大小依次为：芦苇根>水芹菜根>香蒲根>芦苇茎叶>水芹菜茎叶>香蒲茎叶。表明3种植物的根部对Cr2+的吸收均大于茎叶部对Cr2+的吸收。芦苇根部对Cr2+的吸收率为茎叶部的12.1倍；水芹菜根部对Cr2+的吸收率为茎叶部的14.9倍；香蒲根部对Cr2+的吸收率为茎叶部的27.4倍。

(2)Cr2+浓度为1 mg·L-1时，3种植物对Cr2+的吸收都有所增加，其吸收大小依为：芦苇>香蒲>水芹菜；不同部位对Cr2+的吸收大小依次为：芦苇根>香蒲根>水芹菜根>水芹菜茎叶>芦苇茎叶>香蒲茎叶。芦苇根部对Cr2+的吸收率为茎叶部的9.3倍；水芹菜根部对Cr2+的吸收率为茎叶部的3.6倍；香蒲根部对Cr2+的吸收率为茎叶部的7.4倍。

(3)Cr2+浓度为5 mg·L-1时，水芹菜和香蒲都开始相继出现枯黄现象。3种植物对Cr2+的吸收大小依次为：芦苇>香蒲>水芹菜；不同部位对Cr2+的吸收大小依次为：芦苇根>香蒲根>水芹菜根>芦苇茎叶>水芹菜茎叶>香蒲茎叶。芦苇根部对Cr2+的吸收率为茎叶部的6.6倍；水芹菜根部对Cr2+的吸收率为茎叶部的8.0倍；香蒲根部对Cr2+的吸收率为茎叶部的20.1倍。

(4)Cr2+浓度为10 mg·L-1时，香蒲和水芹菜达到最大耐受浓度而死亡。芦苇对Cr2+的吸收情况为：芦苇根>芦苇茎叶。芦苇根部对Cr2+的吸收率为其茎叶部的10.1倍。

这说明，不同的水生植物以及同一植物的不同部位对Cr2+的吸收富集作用明显不同。

2.3 3种植物的转移系数和富集系数

2.3.1 植物的转移系数(图2)[6]

图2 不同Cr2+浓度下，3种植物的转移系数

由图2可见，相同Cr2+浓度下，3种植物的转移系数(TF)不同：当Cr2+浓度为0.25 mg·L-1时，芦苇TF>水芹菜TF>香蒲TF；当Cr2+浓度为1 mg·L-1时，水芹菜TF>香蒲TF>芦苇TF；当Cr2+浓度为5 mg·L-1时，芦苇TF>水芹菜TF>香蒲TF。同种植物在不同Cr2+浓度下的转移系数也不相同：对于芦苇，TF(5 mg·L-1)>TF(1 mg·L-1)>TF(0.25 mg·L-1)；对于香蒲，TF(1 mg·L-1)>TF(5 mg·L-1)>TF(0.25 mg·L-1)；对于水芹菜，TF(1 mg·L-1)>TF(5 mg·L-1)>TF(0.25 mg·L-1)。

3种植物的转移系数均小于1，说明Cr2+大部分积累在根部，向地上部运输较少。

2.3.2 植物的富集系数(图3)

图3 不同Cr2+浓度下，3种植物的富集系数

由图3可见，同种植物在不同Cr2+浓度下的富集系数(F)不同：对于芦苇，F(0.25 mg·L-1)>F(1 mg·L-1)>F(5 mg·L-1)；对于水芹菜，F(1 mg·L-1)>F(0.25 mg·L-1)>F(5 mg·L-1)；对于香蒲，F(1 mg·L-1)>F(0.25 mg·L-1)>F(5 mg·L-1)。相同Cr2+浓度下，3种植物的富集系数也不相同：当Cr2+浓度为0.25 mg·L-1时，芦苇的富集系数达到0.51、水芹菜为0.29、香蒲为0.08，芦苇是3种植物中最高的；当Cr2+浓度为1 mg·L-1时，芦苇的富集系数为0.39、水芹菜为0.44、香蒲为0.34，芦苇的富集系数低于水芹菜的富集系数；当Cr2+浓度为5 mg·L-1时，芦苇的富集系数为0.12、水芹菜为0.03、香蒲为0.01，芦苇的富集系数再次高于水芹菜和香蒲。这表明植物的富集系数受到重金属浓度的影响。

3 结论

在不同Cr2+浓度下，采用水培法研究了芦苇、水芹菜、香蒲3种植物对Cr2+的吸收和富集作用。结果发现，芦苇对Cr2+的吸收去除效果最好；Cr2+在植物根部的富集明显高于茎叶部，且芦苇对Cr2+具有较好的富集效果。

[1] 王焕校.污染生态学[M].北京：高等教育出版社，2000：211-215.

[2] 黄海涛，梁延鹏，魏彩春，等.水体重金属污染现状及其治理技术[J].广西轻工业，2009，25(5)：99-100.

[3] 张志政，王惠，张迪.人工湿地在污水处理中的应用[J].山西化工，2009，29(5)：66-68.

[4] 杨华，马继侠.人工湿地在农业面源污染治理中的应用[J].工程建设与设计，2009，(10)：66-70.

[5] 刘志阔，兰云峰.重金属污染与人体健康[J].科技园地，1991,(2)：35.

[6] 罗亚平，李明顺，张学洪，等.广西荔浦锰矿区优势植物重金属累积特征[J].广西师范大学学报(自然科学版)，2005，23(4)：89-93.