几种沉水植物对底泥中镉、铜、铅、锌修复作用的研究

摘要

水体重金属污染，是指排入水体的重金属物质超过了水的自净能力，使得水的组成和性质发生变化，进而使水体中生物生长条件恶化，侵人类生活和健康受到不良影响的过程。重金属不易溶解，进入水体中的重金属绝大多数均迅速由水相转为固相，最终进入水体底泥中。工农业废弃物和生活垃圾的不合理排放是水体底泥重金属污染的主要来源。底泥是河流、湖泊等众多水生生态系统的重要组成部分，在水生环境中具有重要作用。若环境发生变化，底泥中的重金属可以重新释放到水体中造成二次污染。因此，开展水体底泥重金属修复技术的研究工作显得尤为迫切。
　　本文针对江河、湖泊等水体底泥中重金属污染问题，以生态模拟的方法，选用四种常见沉水植物通过植物富集方式来清除污染底泥中的重金属镉、铜、铅、锌，以达到净化水体的目的。本研究主要的是:一是选用能够越冬的沉水植物菹草（Potamogetoncrispus）作为实验材料，在生态培养缸中以30株/缸、45株/缸、60株/缸三个种植密度梯度进行模拟静态水体底泥中重金属的富集实验。通过富集量和沉积物生物富集因子(BSAF)来了解菹草吸收和富集底泥中镉、铜、铅、锌四种重金属的效果，进而筛选出富集各种重金属效果较好的种植密度。同时，对菹草吸收重金属过程的动态过程进行监测，以期发现其富集重金属的规律;二是选用春夏季节生长旺盛的三种常见沉水植物苦草（Vallisneria natans）、黑藻（Hydrilla verticillata）和金鱼藻（Ceratophyllum demersum）作为实验材料，在相同的种植密度下进行三种沉水植物对模拟静态水体底泥中重金属的富集实验。通过富集量和沉积物生物富集因子(BSAF)来了解吸收和富集镉、铜、铅、锌四种重金属的效果，进而筛选出各重金属元素吸收较好的沉水植物，为植物生态修复底泥植物选择提供一定的参考。
　　主要研究结果表明:
　　1.在不同的种植密度下，菹草对同一元素的富集效果表现为不同。Cd富集效果排序为:45株/缸组＞60株/缸组＞30株/缸组。Cu富集效果排序为:45株/缸组＞30株/缸组＞60株/缸组。Pb富集效果排序为:45株/缸组＞60株/缸组＞30株/缸组。Zn富集效果排序为:30株/缸组＞45株/缸组＞60株/缸组。故推测当种植密度为45株/缸时，菹草对Cd、Cu、Pb的富集效果最好。种植密度为30株/缸时对Zn的富集效果最好。
　　2.菹草对底泥中的Cd、Cu、Pb、Zn都表现出显著的富集作用。在不同种植密度下，菹草吸收Cd、Cu、Pb、Zn的富集量和BSAF不同。30株/缸种植密度下，菹草对四种重金属富集能力排序为:Zn＞Cu＞Pb＞Cd。45株/缸组种植密度下，菹草对四种重金属富集能力排序为:Zn＞Cd＞Cu＞Pb。60株/缸组种植密度时，菹草对四种重金属富集能力排序为:Zn＞Pb＞Cu＞Cd。可知菹草的种植密度对其吸收重金属有一定的影响。无论在何种种植密度下，菹草对Zn的富集能力都是最强的。
　　3.相同实验条件下，通过对苦草、黑藻、金鱼藻的生物量、重金属富集量和BSAF比较，可知三种植物繁殖能力强弱顺序为:苦草＞黑藻＞金鱼藻。苦草对四种重金属的富集量的大小排序为:Zn＞Pb＞Cu＞Cd;苦草对四种重金属的富集能力的大小排序为:Cd＞Zn＞Pb＞Cu。黑藻对四种重金属的富集量的大小排序为:Cu＞Pb＞Zn＞Cd;黑藻对四种重金属的富集能力的大小排序为:Cu＞Cd＞Zn＞Pb。金鱼藻对四种重金属的富集量的大小排序为:Pb＞Cu＞Zn＞Cd;金鱼藻对四种重金属的富集能力的大小排序为:Cd=Cu＞Zn＞Pb。
　　4.苦草、黑藻、金鱼藻对Cd、Cu、Pb、Zn都有较高的生物富集能力，生物富集因子大于1，具有共富集特征。同一种沉水植物对不同的重金属有不一样的富集特征。
　　5.苦草、黑藻、金鱼藻对同一种重金属元素的富集能力不同。三种沉水植物对Cd、Pb、Zn的富集能力大小都表现为苦草＞黑藻＞金鱼藻。而对Cu则有所不同，富集能力大小表现为黑藻＞金鱼藻＞苦草。因此苦草可以作为水体底泥Cd、Pb、Zn复合重金属污染生态修复的先锋工具种，黑藻可以作为铜单一重金属污染生态修复的选择物种。
　　6.相关分析得出菹草、苦草、黑藻、金鱼藻中的Cd、Cu、Pb、Zn与其根部底泥中Cd、Cu、Pb、Zn呈极显著的负相关(p＜0.01)。通过回归分析的曲线估计，可知沉水植物植株中的重金属含量(y)与底泥中的重金属含量(x)是一种线性回归的关系。回归方程通式为y=-ax+b，判定系数R2都接近1，回归模型的显著性均达到极显著水平(p＜0.01)。