湿地植物菖蒲对重金属Pb富集能力的研究

马 贵，苏 云

(宁夏师范学院 化学化工学院，宁夏 固原 756000)

湿地植物菖蒲对重金属Pb富集能力的研究

马 贵，苏 云

(宁夏师范学院 化学化工学院，宁夏 固原 756000)

采用水培试验研究了菖蒲在不同浓度Pb污染(10、20、40、80、160、200 mg/L)条件下的生长状况以及对重金属的富集能力。结果表明：菖蒲幼苗在低浓度Pb处理时没有出现中毒症状，在高浓度(160、200 mg/L)时有明显的中毒症状。随着Pb处理浓度的升高，菖蒲的地上部分和地下部分富集的Pb含量明显升高。在所有Pb处理下，菖蒲地下部分Pb富集浓度均高于地上部分。当Pb处理浓度为200 mg/L时，菖蒲体内Pb含量均达到最高。

湿地植物；菖蒲；铅；富集

1 引言

人工湿地是一种新兴的污水处理工艺，不同湿地植物对重金属富集能力不同，要利用植物配置出对重金属污染净化效果好并具有观赏价值的人工湿地，首先要对植物的富集能力有深入认识[1]。菖蒲是最常见的人工湿地应用植物之一，属天南星科多年生挺水植物，广泛分布于我国南北各省湖泊岸边浅水区、池塘和沼泽地中[2]。铅是环境中常见的重金属污染元素之一，水中过量的铅元素对水生植物生长会产生不利影响，同时会大量积累在植物体内，再通过食物链对人体产生危害[3]。找出对Pb有较强富集能力的水生植物对于Pb污染水体的修复具有很重要的意义。目前，有关菖蒲对污染水体修复的研究主要集中于对水体中氮和磷等的去除方面[4]。笔者采用水培试验研究了菖蒲在不同浓度Pb污染条件下的生长状况以及对重金属Pb的富集能力，以期为Pb污染水体的人工湿地处理技术提供一定的实验参考。

2 材料与方法

实验选用的菖蒲幼苗采自当地某水库周边湿地，实验前将其置于营养液中培养备用。

选取大小基本一致并长势良好的菖蒲幼苗移栽到放有开孔泡沫板(植物生长载体)的10 L清洁塑料桶中，每桶放3株幼苗，桶内分别注入10 L营养液(采用Hoagland配方)，在菖蒲幼苗在桶中营养液中培养14 d后，向桶内以PbCl2形式添加Pb污染物。实验共设7个处理，其中不添加重金属的营养液为对照处理(0 mg/L)Pb的处理浓度为：10、20、40、80、160、200 mg/L，每个处理做6次重复。菖蒲采用露天培养，每3 d补充一次营养液，每天对植株的生长反应进行观察、记录。15 d后采集菖蒲样品，进行菖蒲体内重金属含量的测定(测定重复6次)。

将7个处理的菖蒲整株采回实验室，用自来水冲洗后，再用去离子水冲洗三遍。将洗净的菖蒲分成地上与地下两部分放在培养皿中晾干，放入烘箱中杀青(105 ℃)30 min后在70 ℃下烘干8 h至恒重，用粉碎机将烘干后的样品粉碎备用。

菖蒲样品用微波消解法HNO3+H2O2消解，重金属Pb的测定采用火焰原子吸收分光光度法。采用Spss统计软件对实验数据进行分析处理。

3 结果与分析

3.1 不同Pb浓度下菖蒲的生长状况

观察可得，在整个试验期内，菖蒲幼苗在Pb处理浓度为10、20、40、80 mg/L时没有出现中毒症状。当Pb处理浓度为160 mg/L时，菖蒲幼苗叶片在加污后第13 d开始逐渐发黄，菖蒲的株高、根数、生物量略低于对照，但差异不明显。当Pb处理浓度为200 mg/L时，菖蒲叶片在加污染液后的第10 d就开始变黄，且随着污染天数的增加，变黄叶片数增加很快，菖蒲的株高、生物量均明显低于对照。

3.2 不同Pb浓度下菖蒲对Pb的富集情况

由表1可见，受Pb污染后，随着Pb处理浓度的升高，菖蒲的地上部分和地下部分富集的Pb含量明显升高。菖蒲地上部分(除处理浓度10 mg/L外)和地下部分体内Pb含量均高于对照组，当Pb处理浓度为200 mg/L时，菖蒲地上部和地下部分体内Pb含量均达到最高，分别为1359.40 mg/kg和1875.43 mg/kg。在对照和各个Pb处理之间，菖蒲地上和地下部分富集的Pb含量均表现出显著差异(菖蒲地上部分：F=67.18，P<0.01；菖蒲地下部分：F=59.11，P<0.01)。除对照外，所有Pb处理浓度下，菖蒲地下部分Pb富集浓度均高于地上部分。菖蒲地上、地下部分Pb富集含量在低浓度处理(10、20 mg/L)之间没有显著差异，但均显著低于高浓度Pb处理(40、80、160、200 mg/L)。

表1 不同2+浓度下菖蒲对Pb的富集能力

注：表中数据为meanS.D.；相同的字母表明同一生长部位Pb含量不存在显著性的差异(最小显著性差异多重比较，p>0.05)；**表明方差分析结果为显著性差异(0.001

由表2可知，菖蒲地上部分和地下部分体内中Pb含量(y)随着水溶液中Pb2+浓度(x)的增加而增加，均呈极显著正相关。

表2 菖蒲体内Pb富集浓度与水溶液中Pb2+浓度的相关性

注：y为植物体内富集的Pb含量；x为水溶液中Pb2+的浓度

5 结论与讨论

湿地水生植物在人工湿地污水处理系统中起着非常重要的作用。本文结果指出，菖蒲幼苗在低浓度Pb时没有出现中毒症状，高浓度Pb处理(160、200 mg/L)时有明显的中毒症状，这说明菖蒲低浓度污染有一定的耐性，但随着污染浓度的增加耐性逐渐降低，表现为生长受到抑制，这与周守标等研究结果相同[5]。植物对重金属的抗性主要通过“避让”和“解毒” 来实现，不同耐性植物则表现出不同特性[6]，随着Pb处理浓度的升高，菖蒲的地上部分和地下部分富集的Pb含量明显升高，且在所有Pb处理下，菖蒲地下部分Pb富集浓度均高于地上部分，这说明水中高浓度的Pb2+促进了菖蒲体内Pb的富集，大量Pb积累在根系中说明菖蒲的转移能力较弱，Stolts等研究也有相似的结果[7]。菖蒲是多年生挺水植物，生物量大、根系发达，针对菖蒲根系积累Pb而地上部不积累或者少积累Pb的生理机制有待进一步研究。

[1]韩苏娟,尤朝阳,万玉龙,等.6种水生植物在人工湿地中特性的比较[J].安徽农业科学，2010,38(12):6367～6368.

[2]张维吴,周连风,吴小刚,等.昌蒲对铜绿微囊藻的化感作用[J].中国环境科学,2006,26(3):355～358.

[3]侯晓龙,刘爱琴,蔡丽平,等.金丝草对Pb的富集效果及其体内Pb的存在形态[J].福建农林大学学报,2013,42(6):665～669.

[4]工春景,杨海军,刘国经,等.孤和昌蒲对富营养化水体净化效率的比较[J].植物资源与环境学报,2007,16(1):40～44.

[5]周守标,王春景,杨海军,等.孤和富蒲对重金属的胁迫反应及其富集能力[J].生态学报,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

宁夏回族自治区自然科学基金项目(编号：NZ16249)； 宁夏师范学院科学研究基金资助项目(编号：NXSFYB1538)

马 贵(1982—)，男，实验师，硕士，主要从事污染生态学研究工作。

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1674-9944(2016)17-0082-02