（生态学专业论文）几种植物对水体锌离子的耐性与吸收比较研究.pdf

摘要 水体中的锌离子浓度变化能对植物的生长产生显著影响：随处理 锌离子浓度的升高，三种植物均表现为生物量变化逐渐减少，而相对 受害率数值则逐渐上升；而在相同锌离子浓度胁迫下，各植物的抗性 指标变化存在又一定的差异，这主要体现在水花生抗性指标的变化与 浮萍及黑藻植物有明显不同的规律。 在不同水平锌离子胁迫下，三种植物不同生理指标的变化规律 为：随处理中锌离子浓度的升高，三种植物体内超氧自基含量和丙二 醛含量在总体上均有逐渐升高的趋势，且变化幅度逐渐加大；而s o d 酶和p o d 酶活性则均体现出增强而后降低的趋势，并最终降至低于正 常水平。另外，对于同一植物，同一指标在不同处理的变化幅度有较 大差异：对于不同植物，同一指标变化的临界锌离子浓度也有不同。 总体来看，在锌离子胁迫下，三种植物的抗氧化酶活性均对其各自的 抗锌离子能力有重要影响。 对三种植物吸收积累锌离子的能力比较显示：当实验处理锌离子 浓度为0 0 5 m g l 。的较低水平时，三种植物体内均能够积累较高浓 度的锌。其中，黑藻的根、茎、叶中的单位锌含量均可达到其干重 l 的超积累水平；另不同植物各部位的锌含量变化情况及分配比例 及亦各有不同。 在相同的环境锌离子浓度下，三种植物干粉材料吸附锌离子的能 力各有不同，且各自的吸附能力随环境锌离子浓度升高而有所上升， 且水花生吸附锌离子能力强于另两种植物。另外，三种植物体不同部 位吸附锌离子的能力差异不大，这与对锌离子吸收的情况不同。 关键词：水花生；浮萍；黑藻；耐性：吸收 a b s t r a c t t h ed a t aa n a l y s i sc o m p a r i s o ni n d i c a t e d ：t h r e ek i n d o fp l a n t st o z i n ci o n p h y s i o l o g i c a l r e f l e c t i o na n d p a t i e n t e x i s t e n c ec e r t a i n d i f f e r e n c e ：t h ea l t e r n a n t h e r ap f ，d x p r o f d e st o l e r a n c et oe n v i r o n m e n t z i n ci o ni sr e m a r k a b l yl o w e rt h a no t h e rt w ok i n d s ，t h ez i n ci o ne n d u r e a b i l i t yo fl e m n a m i n o rl i n n a n dh y d r i l l a v e r t i c i l l a t at ot h ew a t e r e n v i r o n m e n ti nt ob es t r o n g e r ，b o t ho fw h i c hc a nc o m p l e t et h en o r m a l g r o w t hi nc o n d i t i o no ft h ew a t e rb o d yz i n ci o nd e n s i t yi s5 m g l 一，b u t i n d i c a t en ot o l e r a n c ed i f 托r e n e et oe a c ho t h e r p l a n t st h i sk i n d o f p a t i e n t d i f f e r e n c ei s p o s s i b l y r e l a t e dt oi t sv i v oa n t i - o x i d i z e d m e c h a n i s mi nb o d y t h e c o m p a r i s o n a b o u tt h r e ek i n d so f p l a n t ，sp h y s i o l o g i c a l r e f l e c t i o na n dp a t i e n c et ot h ez i n ci o nd e m o n s t r a t e ss o m eg e n e r a l i t y l a w s ：w h i l ed e a l i n gw i t ht h er i s i n gd e n s i t yo fz i n ci o n ，t h e r ei sat r e n d o fr i s i n gg r a d u a l l yo nc o n t e n t6 fo x y g e ni o na n dm d a ，a n dt h er a i s e r a n g eb o t hs t r e n g t h e ng r a d u a l l y ；b u ts o de n z y m ea n dp o de n z y m e a c t i v i t ym a n i f e s t st h et e n d e n c yw h i c ha tf i r s te n h a n c e m e n ta n dt h e n r e d u c e s ，a n df i n a l l yi ti sl o w e rt h a nt h en o r m a ll e v e l m o r e o v e r ， d i f f e r e n tp l a c ep e r f o r m a n c ei nt h a t ：r e g a r d i n gi d e n t i c a lp l a n t ，i d e n t i c a l t a r g e t i nd i f f e r e n tp r o c e s s i n gc h a n g es c o p ed i f f e r e n c e ；r e g a r d i n gt h e d i f f e r e n tp l a n t ，t h ei d e n t i c a lt a r g e tc h a n g ec r i t i c a lz i n ci o nd e n s i t yi s n o tt h es a m e t h eo v e r a l lv i e w e d ，t h r e ek i n d o fp l a n t s r e s p e c t i v e p h y s i o l o g i e st a r g e tc h a n g ea sc l o s ec o r r e l a t i o nt oz i n ci o nt o l e r a n c e c o m p a r i s o nt ot h r e ek i n d so fp l a n t sa b s o r p t i o na c c u m u l a t i o nz i n c i o na b i l i t yd e m o n s t r a t i o nt h a t ：e v e nt h ee n v i r o n m e n tz i n ci o nd e n s i t y i n v e r yl o wl e v e l ，t h r e ek i n d o fp l a n t si nv i v oh a v eh i g hu n i tz i n c c o n t e n ti nb o d y i nn o r m a lg r o w t hc o n d i t i o n ，r o o t ，s t e m ，l e a fu n i tz i n c 2 c o n t e n to fh y d r i l l av e r t i c i l l a t ac a nr e a c ht h e i rd r yw e i g h t1p e r c e n t a c c u m u l a t i o nc o m p e t e n e e ；i na d d i t i o n ，h y d r i l l av e r t i c i l t a t ai sak i n do f f a s tg r o w i n gp l a n t ，w h i c hc a nb ee a s i l yc o l l e c t e d ，a sw e l la si t ，sg r e a t l y t o l e r a n c et oz i n ci o ni nw a t e r t h e r e f o r e i fc o n s i d e r e dt ob eu s e df o r r e p a i r i n gp o l l u t e dw a t e r ，h y d r i l t av e r t i c i t l a t aw i l lm a n i f e s t si t sb r i g h t a p p l i c a t i o np o t e n t i a l t h r e ek i n do fp l a n t sd r i e dn o o d l e s e sa l lh a v et h eg o o da d s o r p t i o n z i n ci o na b i l i t y ，b u tb e h a v e st h ec e r t a i nd i f f e r e n c ea d s o r p t i o nz i n ci o n a b i l i t yi nd i f f e r e n tp r o c e s s i n ga n db e t w e e nt h ed i f f e r e n tp l a n t d i f f e r e n t p o s i t i o no ft h r e ek i n d so fp l a n t sh a sd i f f e r e n c ei ni t sa b i l i t yt oa b s o r bo f z i n ci o ni nw a t e r t oa l t e r n a n t h e r ap h i l o x e r o i d e s ，t h ea d s o r p t i o nz i n c i o na b i l i t yi sh i g h e rt h a nt h eo t h e rt w op l a n t s w h i l et h ea b s o r p t i o n z i n ci o na b i l i t yo fd i f f e r e n tp a r t sd on o ts h o wr e m a r k a b l yd i f f e r e n c e s ， s oi ti sa n o t h e rc a s et ot h ep l a n t so b s o r b t i o no fz i n ci o ni nw a t e r k e y w o r d s ：a l l e r 现d h | ) 4 e r 矗p h i l o x e r o i d e s ；l e m n a m i n o r l i n n ：h y d r i l l a v e r t i c i l l a t a ；p a t i e n c e ； a b s o r p t i o n ； 3 1 文献综述 1 1 环境重金属污染概述： 1 1 1 重金属污染的定义 重金属指密度4 o 以上约6 0 种元素或密度在5 o 以上的4 5 种元 素。砷、硒是非金属，但它的毒性及某些性质与重金属相似，所以将 其列入重金属污染物范围内。环境污染方面所指的重金属主要指生物 毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属 铜、钴、镍、锡、钒等污染物。重金属污染是指人们的生产和生活而 造成的重金属对大气、水体、土壤、生物圈等的环境污染。 1 1 2 金属污染的种类及特点 由于重金属在人类生产和生活中得到越来越广泛的应用，这使得 环境中存在着各种各样的重金属污染源： ( 1 ) 大气中的重金属污染： 大气中的重金属污染有自然来源和人为来源两种，由宇宙天体 作用及地球上各种地质作用而使某些重金属元素进入大气中属于自 然来源，人为来源的重金属主要为工业生产、汽车尾气排放及汽车轮 胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘等，它们主要分布在工 矿的周围和公路、铁路的两侧。各种元素的两种来源间比例不同。据 统计，全球由自然来源进入大气的重金属中，铅仅占其向大气总释放 量3 5 左右，镉所占的比例也很低，只有总释放量的1 5 ，而铬、铜 的比例比较高，分别约为5 9 和4 4 。人为活动释放到大气中的重金 属铅、镉、镍、钴、铜的数量远大于它们的自然输入量。如人为来源 的镉有3 1 0 0 1 2 0 4 0 t a ，锌为7 0 2 5 0 1 9 3 5 0 0 t a ，铅为2 8 8 7 0 0 3 7 6 0 0 0 t a ，铜为1 9 8 6 0 5 0 8 7 0 t a 。在多种复杂的途径中，以化石 燃料的燃烧和金属冶炼过程中的释放较为重要。大气中的重金属可以 4 通过呼吸作用随气体进入人体，也可以沿食物链通过消化系统被人体 吸收，对人群的危害极大。 ( 2 ) 水体中的重会属污染： 在没有人为污染的情况下，水体中的重金属的含量取决于水与土 壤、岩石的相互作用，其值一般很低，不会对人体健康造成危害。但 工矿业废水、生活污水等未经适当处理即向外排放，污染了土壤，废 弃物罐放场受流水作用以及富含重金属的大气沉降物输入，都使水体 重金属含量急剧升高，导致水体受到重金属污染。水体重金属污染物 排放源主要集中在大、中城市，因此其主要危害人群也相对集中于城 市地区。重金属通过直接饮水、食用被污水灌溉过的蔬菜、粮食等途 径，很容易进入人体内，威胁人体健康。 ( 3 ) 士壤中的重金属污染： 人为作用是使土壤遭受重金属污染的重要原因。在金属矿床开 发、城市化、固体废弃物堆积以及为提高农业生产而施用化肥、农药、 污泥及污水灌溉过程中，都可以使重金属在土壤中大量积累。积累在 土壤中的重金属可以通过淋溶作用进入水体，也可以通过种植等农业 活动进入农作物，进而对人体及生态系统造成危害。 重金属污染的特点包括n 。3 1 ： ( 1 ) 除被悬浮物带走的外，会因吸附沉淀作用而富集于排污口 附近的底泥中，成为长期的次生污染源； ( 2 ) 水中各种无机配位体( 氯离子、硫酸离子、氢氧离子等) 和有 机配位体( 腐蚀质等) 会与其生成络合物或螫合物，导致重金属有更大 的水溶解度而使已进入底泥的重金属又可能重新释放出来； ( 3 ) 重金属的价态不同，其活性与毒性不同。其形态又随p h 和 氧化还原条件而转化。 ( 4 ) 对生物体的毒性：微量浓胰即可产生毒性( 一般为1 1 0 鬣 宠秀，汞、锈为0 。0 i 0 0 0 l 毫克羚) ；在微生物箨蠲会转纯为毒 毂更强的有机金属化合物( 如甲基浓) ；可被生物富集，通过食物链避 八人体，造成慢性中毒，危害人体健康。重金属的污染有时会对人类 造成攫大豹您害，铡翔霾本发生的水侯瘸( 豪污染) 帮置癌瘸( 锈污染) 等公害病，都是由重金属污染弓f 超的，所以，威严格控制治理环境中 的重金属污染。 1 2 重金属对植物伤害的生理效应 1 ，2 。1 重鑫耩瓣蓬秘戆携害效应 重金属怒植物的非必需元素，熙对植物生长和发育毒饿显著的污 絷魏震。在长麓熬进纯遐壤孛植物棼翱应逸产黛了多耱抵藏重金羼毒 辫的防御机制“1 。重金属胁追与其崧形式的氧化胁迫相似，能导致大 嫩的活性氧盔由基产生，自由基对植物细胞膜有伤害作用，植物体自 赛产生一耱绦护系统来瀵涂产玺懿囊叁墓，颤躐轻鑫害。遂套爨护系 统由非酶抗裁化保护荆( 还原型谷胱甘肤g s h 、抗坏血酸a s a 、a 一生育 酚等) 和抗躐化保护酶淡( 超氧化物歧化酶s o d 、过氧化物酶p o d 、过 裁纯氢酶c a t 、谷魏蓥敦还琢酶g 鬟等缝或，拣经生理学磷究发现， 干旱、盐碱、低温、重窳属等各种逆境和作物艇长发育与篡体内抗氧 化保护系统的变化相关，而且许多研究结果表明植物对不同胁迫有类 酝熬爱应规毽，絮套耱耱遥往往都警致接懿傣癌积累麓氨酸、可滚娃 糖、g s h 、抗坏血酸等，也引起了抗飘化保护酶炎s o d 、c a t 、p o d 、g r 铎活性的变化。但是，当细胞内的徽金属离子使这种防御体系达到饱 秘菇，在錾熬串游襄鹣熬忿疆鬻子簸会逶蓬不瓣豹途径予撬窝疆霉缨 胞的正常代谢过程晦1 ，导数植物生长异常直至梦e 亡。 活性氧对植秘缨胞巾戆伤害传爝体蕴在：( 1 ) 鼹类的避氧纯：多不 饱和脂类对过氧化过程徽敏感，在过氧佬时，羧舞由基与单线态氧可 6 与亚甲基反窿，形成二烷基，滕过载佬物自由基，氢过氧化褥”3 。避莪 纯耪鑫两藻可疑舅井静甭键帮黼骑酸夺取 i ，弓i 菱一个链式翡过氟纯 反应。( 2 ) 膜脂的过瓶化：膜脂的过氧化会婚致膜结构和功能的破坏。 露二醛楚滕类过氧纯的产物之一，鬻攫予过氯铯溅定。己烧、残拣、 乙舔等疑炎遣会释藏疆来，当然也可爱予过氧纯潺是p 1 。3 ) 氧化形 成的醛的效应：脂类澈氧化形成的醛可与徵囱质结合并使其失活”。 ( 4 ，羟蠡壹基戆效藏：羟基由基搿健蛋自矮变经，与d n a 碱基发生葳瘟 疑面弓l 怒突变。( s ) 鬣造氧纯秘豹效应：氢过氧证穆哥德酶( 特鬟憩 c a l v i l 2 错环中的一般光激活的酶) 失活，并可使有氧酸脱羧。 建黪缨琏戆摅裁诬系统获葜对溪缝氧的薅豫圭簧爨羲氧鼗黪荧 和抗氧化剂类。抗氧他酶类可增强植物的耐逆性，主瓣包括超氧化物 歧他酶( s o d ) 和过氧化物酶( p o d ) 等： ( 1 ) 超氧纯翰艘化酶( s o d ) 。s o d 是黧物体内防御氧化损伤黼一 种十分擞薅的金属酶，其功能是将o ”歧化为h 2 0 ：，s o d 襁涛除0 2 - 的同 蛙，还麓阻止f e ”重新受0 4 终薅还舔生成f e ”0 2 一f 醉”一f e 2 + + o ) 而催纯f e n t o n 疑虑( h 2 0 ：斗f e ”一o h 十f e ”斗o h 一) 产生鞭多 的o h 。擞委以f e 。s o d ，m n s o d 和c u s o d ，z n s o d 的形式襻在于细胞腿、 碡绿髂、线粒髂鞍过载诬餐酶髂肉。其枣罄努是缀成缝表这，劈舞 一部分越诱导性的或爨生长发肖调节。细臌的氧化还躐状态也是谰控 s o d 的因撩。由核编码，而且在不同物种中三种同工酶的量是不同的。 姿重金属骆遣导致滔经襞形斌趱操霹，s o d 靛表运合袋拜毫豳3 。 ( 2 ) 澈氧化物酶( p o d ) 。过氯化物酶广泛存在乎植物体内不阉姐 缓孛，过载毒毪秘酶侮为活性较高酶适应往鬻，薤够爱酸援辏生长发育 麓特点，体内代辩状况以及对辩羿环境的邋应往。重金属胁追能诱导 植物组织中p o d 总瀚性升高，邀是植物对所有污染胁蛾的共同响廒。 p o d 活性酶增热哥熊跫枣予羹金簇戆赫遗产生了一些瓣疆秘体有害 静过氧化耪，疆着这释物质豹增加，p o d 利用h 2 0 2 来催纯这些对自 身有害的过氧化物( p o d 底物) 的辍化和分解，由于底物浓度的增加丽 彳 诱导p o d 活性逐渐增加所致。同时由于p o d 具有吲哚乙酸氧化酶的 作用，它可以氧化生长素( i a a ) ，因此p o d 活性的增加势必破坏和减 少i a a 的含量或将其转化为不活跃的物质，从而改变生长素的含量。 再加上p o d h 2 0 2 分解系统参与叶绿素的降解，并与叶绿素含量呈高 度负相关”，对植株生长及生物量的积累造成影响。 1 2 2 重金属超积累植物 重金属超积累植物是指那些自然生长在金属污染土壤上的、能够 在它们的地上部分蓄集异常高的重金属的植物，如n i 、z n 、c u 、c o 和p b 等，其浓度远远超过了那些正常情况下被认为是植物毒性的浓 度1 。迄今总共有4 1 5 种各种金属的超富集植物被先后发现“”。它 们分布属于不同的科属，其生活型从很小的一年生草本到多年生的灌 木和乔木。从分类学角度而言，至今已被鉴定的金属超富集植物的种 数占所有被子植物种类的不到0 2 。在超富集植物中，现已发现有 几种能同时超富集两种或以上的重金属。具这种特性的植物举例如： e o i i a n t h u sb i f o r m i f o l i u s ( c u 、c o ) ，r h l a s p i r o t u n d i f o i i u ms s p c e p a e i f o l i u m ( p b 、z n ) 和一c a e r u l e s c e n s ( z n 、c d 、p b ) 1 。 迄今还未完全了解植物对金属累积和耐性之间的确切关系。由于 超累积植物通常是自然定居在金属污染的土壤上，因此，超富集的特 征可能被认为是忍耐机理的一种表现形式。一些研究者指出，金属的 超累积与耐性之间并没有相关性，两者可能具有独立的特征重金属， 而其他一些研究人员则认为，超累积植物应具有高度的耐性或超耐性 ( h y p e r t o l e r a n c e ) “。目前发现至少在含超积累植物最多的a l y s s u m 属内，n i 的超积累种类的耐性远大于非耐性种“。 由于超累积植物以及其它对过量金属具有耐性的植物能够在高 金属含量的环境中生长，因此是这种污染环境中能够生长的唯一一类 植物，是进行植被生态恢复的先锋种类，可以为进行生态恢复提供条 件；况且一些超积累植物还可以通过累积从环境中提取金属，如果对 8 其进行收割移除，就可以逐渐减少这类环境中的金属含量，达到改良 环境的目的。如果人为地有目的、有计划地加快这一进程，就成了植 物修复。同时，由于超积累植物只生长于金属污染的士壤上，因此， 它也是找矿的指示植物，所以这也激发了人们进一步寻找和利用超积 累植物进行植物修复的热情，在这方面开展了大量工作“”。 1 3 环境重金属污染的修复方法： 1 3 1 环境重金属污染的生物修复： 生物修复，又称生物恢复或生物治理，是指利用生物( 包括微生 物、植物和动物) 对环境污染物包括重金属的吸收、吸附、代谢、降 解等功能，在环境中对污染物质的消除过程起到催化和加速作用，即 快速去除环境污染物质而不产生二次污染的生态过程“。根据修复过 程中发挥主要作用的生物类群而划分为微生物修复、植物修复、动物 修复和生态修复。但任何一个修复不仅依靠的是多种生物的作用，而 且也是一个复杂的生态过程，有生物与有毒物质的作用和反作用，也 包含有毒物质的物理化学变化。如即使不是以植物为主进行的修复， 在有植物的存在下也会极大地提高修复速度和效果，主要是由于根际 圈的存在可以显著增强微生物修复的效果“。而植物修复也有许多微 生物的构成的群落的巨大作用以及动物的有利作用h “。 矿山开发、工农业生产和密集的城市生活活动造成了严重的环境 污染和生态破坏。据估计，我国处于退化状态的生态系统面积已占国 土面积的4 5 以上阳”，修复技术是治理退化生态系统的重要手段。生 物修复技术的应用体现在以下几个方面： ( 1 ) 矿业废弃地的生态恢复：近年来，我国对矿业废弃地的污染 治理与土地复垦工作较为重视，并取得了显著成绩。胡振棋印6 “7 1 白 中科和赵景b 报道了煤矿区土地复垦与生态重建的理论与实践方法， 提出了各种因地制宜的修复措施。黄铭洪等n 们系统总结了有关有色金 9 属矿业废弃嫩生态恢复理论与技术殿用的研究成果，如筛选出了多种 逶波于不嗣愿矿生态恢复的植物种类，硒究了不列重金矮在定居植物 中的迁移和积豢规律等。 ( 2 ) 垃圾填埋场的生物修复：垃圾填埋场的主要问题悬产生大量 豹壤淫气钵耨愆圾渗滤液，对大气移缝表建下麓( 蓉造成了严重污染。 我图城市生活垃圾的产量大、无害化处理程度低，对环境造成的污染 和破坏尤为严麓。据统计，全国城镇生活垃圾嗣产量人均为0 7 - 1 0 k g ，并戳每冬1 0 静速度继续增长。全藿大审小城市( 镔) 生活垃圾 年产量近2 x 1 0 8 t ，而垃圾的利用率却很低，在北京和上海等大城市 仅为1 一5 。蹿前，一些大中城市仅采翻简单填埋的方式处理垃圾， 不畿占矮7 犬豢遥，还污染承源秘主壤环蓑，纛密天髂链壤秘“。姜 必巍等”“的研究表明：调节渗滤液n p 比可以撮高藻类净化污染物的 效聚。增加磷肥导致n p 比下降有利予对有机物、n h 。- n 和嫩金属的 啜睃净纯。因惩，建议在渗滤滚审逶警蘧零 充p 戳提高净能效果。姜 必巍等“”还研究了不同质地土壤对渗滤液的净化效果，结果发现粘土 和壤土的净化效果最好。靴檀狗牙蕈等植物可以健进壤对渗滤波中 奔穰耱、p 、n l t n 及重鑫瓣静吸毂。 ( 3 ) 污水殿受污染湖泊的生物修发：我国许多河流湖泊水体都处 手魄较严重豹污染获态，藏镰毒继续麓裁豹趋势。我国承资潆极其襞 乏，水污染治理因而显得特别重要和迫切。人工浸地是生物修复污水 的黛要技术之一，其基本原理是利用混地水体中的微生物和瀣地植物 终瓣、吸浚纛羧滚污瘩孛戆污染魏，获嚣遮鬟骖笈污拳懿效象 4 3 】。 德物是人工瀛地的重要缀成部分，张甲耀和夏贼林 4 4 的试验表明， 植物对全氮污染的修复效果十分显蔫。郑雅杰 4 5 1 在深圳自泥垸人工 溪穗秘磅究茨魂，浸邃裁耱芦苇、努一豁莩、菠攀爨鸯霹污裁力强，援 系发达、茎叶茂盛、抗病能力强，去污效果好等优点。 1 0 环境污染生物修复的研究还是一门十分年辍的学科，在我国，从 认识裂开展磷究工终至今只有近十年戆时阀。戮姥，还存在以下一些 辱待解决的阐题： ( 1 ) 研究广度和深度有待进一步拓展：环境污染生物修复的研究 蔗个多学秘豹科学体袭，需要蘩溅、位学、黧秘学、，远举、生态学 及工程技术等多学科技术的支撑。隧前，我国程遮方面的研究多集中 在农药污染的微生物降解、石油降解、土壤和水体的重金属去除等少 数冗个矮壤，铮对我鋈篷态破舔与繇境污染实鼯懿蒙截经磷究较多。 ( 2 ) 应用研究跟不上学科发展的要求：生物修复技术怒一门实 焉憋缀强藜学辩，它兹磷究藏票嘉娶鼹实酝应溪豹效采来骏嚣、落瑗 和提高。欧荚在这方面的研究非常深入，且生物修复技术的应用非 常普遍，市场规模越来越丈。我国生物修复技术应用研究薇许多领域 綦零是空叁或耱究缀苓兖分，获乏蔽塞藜援摸识窝产鼗讫痰愆，泰场 威用尚未形成。目前我国对工矿业废彝地和退还生态系统恢复尚无强 制性的法规和标准，这释观上限制了生物修复技术的应用。 1 3 2 植物修笈技术的优势： 与黄统戆污染主壤修复技术摇魄，楚耪蘩燹技寒有以下嚣著豹撬 点# ( 1 ) 成本低。c u n n i n g h a m 对利用各种技术治理块4 。9 6 h m 2 铅污 染主遣戆或零遴行了售溅魄较( 美元) ：挖攘壤壤法，1 2 0 0 万：仡拳 淋洗法，6 3 0 0 万；客土法，6 0 万；檎物提取法，仅为2 0 万。 ( 2 ) 植物修复是原伎修复，不霰簧挖掘、运输，毙适用于大面积 静浮染。 ( 3 ) 植物修复技术对土壤性质和周围生态环境的影响小，是真正 意义上嚣“绿色磐复技寒” 1 4 水体重金属污染的植物修复研究： 1 4 1 水体蘸金属污染现状 隶薅愚入类毂戳生移弱主要鑫然资源之一，又是人类生态强凌鹣 煎要组成部分，也是物质生物地球化学循环的储库，对环境具有一定 的敏感桎。由于人类活幼的影响，进入水体环境中的污染物质越来越 多，这些污染镌绘繇凌穰入俸毽藤逡藏了译多淘莲。奁没纛入受污染 的情况下，水体中的重众属含量取决于水与土壤、岩石的相互作用， 一般很低，不会对人体燃康造成危铸h ”。然而，随着城市化进程的加 快雾王农韭鹣逐猛发震，大譬未经楚毽懿辕零绽毅、污絷豹壤、王 业和生活污水，以及大气沉降物不断排入水中，使得各种麓金属污染 物进入水体；特别是随精采矿、冶炼、化工、电镀、电子、制革等杼 鼗鹣发展，淤及民蔼蠢舔凌弃穆不会毽壤理帮壤菝，重金瓣污染穆事 故性排放以及大量化肥、农药的施用，使水体燃浮物和沉积物中的熏 众属含量急删升高“”。 我国作为饮用永水源的地表水童要为河流、湖泊及水庠，有关部 门对这几娄水体的监测情况分析认为，主要的麓金属污染为汞。地表 零竣廷拳源骢锈污染莰次手象，铬秘镪污染瞧绻鞍普遍，蔟宅重金燕 如镍、铊、铰、铜在中阕各类地表水饮用水体巾的超标现象也很严羹 【4 9 】 o 长江是我国最大豹湃流，徐小漓等”研究搬遭，三蛱霹区汪段沉 积物中重金属元素含量艇要受上游泥沙以及沿江城市和工厂“三废” 摊放的影响，已受到不麟程度豹污染，贵州鄂嬲列的汞矿开发已对鸟 江下游酶生态与环境产生较大静影晌，如洪渡河已遭到严重静汞添 染，z h a n g 镣”通过沿长江河口五个工业点的调查发现，葫洞口由于 瓣近污染物鹣直接排敷，c u 、z n 帮孙的浓度黢麓。黄河聃“、珠江h “、 海河强钳等也鬣刭不同莺金属不同稔发的污染。 2 太湖是我国的第三大淡水湖，在区域经济和社会发展中具有举足 轻重的地位。据戴秀丽和孙成”报道，太湖沉积物中重金属污染可划 分为3 个区域，c u 的污染级别高于其它污染会属。作为吉林市，长 春市饮用水源地的松花湖，与2 0 世纪8 0 年代初相比，入湖河流沉积 物重金属，特别是汞的污染有加重趋势，生物体内重金属汞呈明显富 集1 。 由于工业“三废”的排放及酸雨的影响，进入江河等的污染物最 终流入海洋，造成海水中重金属负荷加重。据监测，大连湾底泥中污 染物几乎全部超标。渤海锦州湾底泥中熏金属z n 、p b 、c d 和h g 等超 标达1 5 0 倍以上，致使底栖生物体内有毒重金属大大超过国家食品卫 生标准“”。由此可见，博大的海洋也未能幸免于重金属的污染，如不 重视和控制，将愈发严重。 1 4 2 水体重金属污染植物修复概述 水生植物分为挺水植物( 如芦苇、香蒲等) 、沉水植物( 如轮藻属、 金鱼藻、狐尾藻等) 和水面漂浮植物( 如水葫芦等) 。能用于植物修复 的植物类型应具有以下几个特性；一是即使在污染物浓度较低时也有 较高的积累率；二是能在体内富集高浓度的污染物；三是能同时吸收 积累几种重金属；四是生长快，生物量大；五是具有抗虫、抗病能力。 对于挺水植物来说，由于它们生长在终年淹水的还原性土壤环境中， 重金属多与硫化物等结合、沉淀，不易吸收，一般不将挺水植物作为 修复植物。利用藻类治理重金属污染也有一定的研究，绿藻对c u 、 p b 、c d 、h g 等重金属离子的去除率达8 0 一9 0 ，并且发现死亡的藻类 细胞比活的藻细胞具有更强的吸附能力。但由于藻类沉人水底会造成 底泥的增多，从而增加污染修复的难度，此方法利用较少。目前对于 重金属污染水域的修复主要集中于水面漂浮植物，利用水葫芦、水芹 菜等植物来治理重金属污水都取得了巨大的成功，是以后水体重金属 污染修复发展的重点。 重金属污染水体的槭物修复悬指通过植物系统及其根系移去，撵 发或稳定求体环境中静耋金磊污染钕，或降低污染穆中数重金属毒 健，黻弼达弼清除污染、修复或浚疆水俸为毽豁静一静技术。匿藤按 飙机理可将泼技术分为植物挥发、植物吸收、撼物吸附曼种类型。 ( i ) 缓褥撵发是指煎金i | 霪通过梭秘终熙产生毒装小瓣簿美态戆 质。目前在这方面研究最多的是金属元素汞和兴金属元素硒。从水体 中吸取豹汞述原戚挥发性的单质最。植物挥发为水体环境中具有生物 辫性汞翡去滁提供了一种潜在可裁缝，诚蒸，稹戆挥发辩将承蠛孛戆 骥金属转移掇大气，着从区域整体环境质量考虑，利用植物挥发修撬 水与重金属，应以不损辔大气质爨为前提”“。 ( 2 ) 檬物吸收也称穰物过滤戴植物萃取，它是一种蒸永久性和 广域性于体的植物修簸途径，已成为众人瞩目、风靡垒球的一种植 稳去藩辱境污染元素( 褥裂是重受愿兹方法。它是嚣臻专缝檀蘩撰、 邀吸收一种溅几种污絷物，尤其怒熬金属，并将其转移、储存到植耪 熬叶，然后收割茎叶离地处理。谯其中专性槭物是特指超积累植物。 怒羧素捷豹怒指蒽耋鑫震元素懿啜蔽塞逶蓬一觳毽饕1 0 0 结疆主魏 植物，它积累的c r ，c o ，n i ，c a ，p b 的含爨般在0 1 ( 干重) 阻 上，积累的m n ，z n 含激般在1 ( 千重) 以上。在受重盒属污染的水 俸孛，连续放券豆浚超积累藿黪熬霄可麓去豫蒋毒金嚣。 ( 3 ) 植物吸附直接发生在植物粮( 或茎叶) 部表面。袭面吸附可 熬楚去臻拳体重金霾最快麴一多。它是峦鳌含蓠子交换翻逡撂牲强嫂 铸物理鞍诬攀过程共瓣佟鞯静结聚，虽不要求生物活性，在死去斡穗 物体表面也埘以发生。黼于沉水植物和浮叶撤生植物而吉，植物吸附 楚它餐去酴鍪佥疆熬麦螫方式。 关于利用水生植物泮化重金属污水修复工糕的应用，瞬前使用得 较多的是人工湿地技术鞠生物塘工程。 ( 1 ) 人工湿地技术。湿地处避系统是一种鞴甩低漆激避和沼泽 1 4 地处理污水的方法。人工湿地是在一定长宽比及底面坡降的挂地中， 按一定的坡度填充一定规格的填料，如砾石。在填料表层土壤中种植 一些处理性能良好，成活率高，生长周期长，美观及有经济价值的植 物，构成一个湿地生态系统。在运行中含重金属的污水缓慢流过生长 植物的土壤表面，在耐水性植物和土壤共同作用下得以净化。目前人 工湿地常用的植物为水生或半水生的维管植物，如破铜钱、水芹菜等。 它们能在水牛长期的吸收铅、铜和锡等金属。 ( 2 ) 氧化塘。氧化塘又称稳定塘或生物塘。它是利用库塘等水 生生态系统对污水的净化作用，进行污水原位处理的工程措施。通过 向池塘内投放对重金属有富集作用的植物，如水葫芦，水芹莱，黑 麦草、香蒲等，然后定期收割，达到去除重金属的目的。如水葫芦， lh m 2 水葫芦一昼夜就能从水中吸收锰4k g ，汞8 9g ，镍2 9 7g 、铅1 0 4 g ，并能从低于1 x 1 0 “的含镉废水中，除去9 7 的镉。污水中的砷对 它生长有抑制的作用，但它仍然能富集砷，使体内砷的含量达到水中 砷浓度的几十倍。 当然由于植物生长受季节控制，而且重金属累积过多，会对植物 造成毒害，如果采用氧化塘和人工湿地结合处理的方法，可以利用多 种植物，在不同季节对污水进行净化，达到更好的净化效果。 利用植物去除水体中的重金属是最近才发展起来的新技术，今后 应着重加强以下几方面的研究：( 1 ) 寻找对重金属有高富集且能适应 寒冷环境里生长的水生植物。( 2 ) 水生植物根际环境中重金属行为研 究。( 3 ) 利用基因工程培育高富集水生植物。( 4 ) 开发修复效率高， 运行费用低的新型生物修复技术。 1 4 3 水体锌污染研究概述 锌最大的用途是用于镀锌工业，也常用于铸件、油漆工业。橡胶 和塑料工业中应用氧化锌做填料。污染环境的锌主要是各工业生产部 门排出的含锌的废水。普通每克土壤锌含量在1 0 3 0 0 xl o g ，平均 1 5 为5 0 l06 9 。贵州黄壤每克锌含量平均为8 3 6 7 1 0 - , 3 9 ：云贵高原黑 色、棕色、黄色和红色石灰士平均每克锌含量为12 1 、2 9 6 、l2 2 、2 13 1 0g l ”6 “。 我国的几大水系业已普遍遭受到不同程度的重金属污染。对我国 七大水系中水质最好的长江的水质调查表明，其近岸水域已受到不同 程度的重金属污染，其中z n 、p b 、c d 、c u 、c r 等元素污染严重”“， 2 1 个沿江主要城市中，攀枝花、宜昌、南京、武汉、上海、重庆6 个城市的重金属累积污染百分率已达到6 5 ”。另外，尽管目前根据 有关部门近五年来对河流、湖泊、及水这几类水体的监测情况分析认 为超标最严重的重金属是h g 和c d ，但其他重金属如锌、铜、铬、铅、 镍、铊、镀的污染仍普遍存在皿“。其中，重金属z n 的污染已比较普 遍且较严重：对一些海湾地区的水质的重金属污染调查研究表明，除 z n 在海泊河口外有两站超过国家一类海水水质标准及渔业水质标准 ( 1 0 0 ug l 1 ) ，其它重金属污染均未超标抽“；倪倩等对典型的城 市工业区湖泊重金属污染状况( 以武汉墨水湖为例) 的调查研究表明： 墨水湖湖水及生物( 鱼) 中z n 等重金属元素含量较高，尚未构成污染 危害，但湖底沉积物中8 种重金属元素均高出环境背景值和生态效应 临界值( t e l ) ，污染严重，其中z n 、c r 、n i 已超过生态效应必然浓度 值( p e l ) ，值得注意的是z n 元素高出环境背景值1 5 倍之多。另外， 有研究表明，z n 是工业污泥和生活污泥中主要的超标重金属元素之 一，而且在超标的重金属元素中，z n 的溶出量最高，对环境的影响 较大，因此对环境中z n 污染的处理是很重要的”“。 z n 在植物中具有重要作用如”，它是植物生长发育不可缺少的元 素。锌是部分酶的组分，与叶绿素和生长素的合成有关，缺锌时叶片 失绿，光合作用减弱，缺z n 还会阻碍植物叶绿体的发育，使植物出 现明显的小叶病症状哺“，并造成植物植株矮小；z n 是植物激素i a a 的重要原料，缺乏z n 时植物体的吲哚乙酸含量会降低；另外，硫酸 锌是农业生产中常用的一种微量元素肥料。 1 6 但环境中过量的锌会对植物产生伤害作用：过量的锌会伤害植物 禳系，谴其稷系豹生长受赛燕褥，魏舞恣会导致疆耱德上部分产生褐 色斑点和坏死。当用锌污染的水灌溉水稻时，土壤单位锌含量达2 2 5 1 0 一g 时，其叶片嫩现褪绿；土壤单位锋含量达4 5 x1 06 9 嬲，其 时片变袋淡绿琶，蹩长不良；壤单位锌含量这l l 。4 1 0g 辩，其 叶片出现褐色斑点，并且出现分蘖减少，根系短而稀疏的生理瘢状。 然露，餐镑犷瓣秀采等使臻凌孛熬z n 元素超遭糠兹正豢生长戆 需要。尽管z n 的毒蚀远弱于h g ，c d ，a s 等堂众属( 毒性系数：h g = c d = 4 0 ， a s = 1 0 ，z n = 1 ) “”，憾过量z n 仍会对环境造成污染并影响植物细胞的 绩稳霸凌麓，簸嚣瓣檀携产生瓣害”“。嚣蘩关于z 魏辩蕴魏戆影旗静 研究多集中在对陆激植物生理嫩化的影响的研究m 】。对水生植物，尤 其是水嫩维管束植物对z n 的毒性效应及吸收净化研究工作缺乏簌统 擐遂。 研究证明，对环境中重金属污染的治溅和修复，利用化学、物理 方法处攥污染秘易浚成二次污絷显成本蹇，难大霞积低浓发鲍污染兹 更难处濑，丽利用稳物修复污染鹩永体和壤有操作简单、投资少、 不造成篡次污染独特优势，已缀在国内外受到重视并逐渐走向应用。 求体是人类生态环境茨重要缎成部分，水俸霪金属污染的檀耱修复磋 究工 筝融成为重金属污染植物修复领域中的热点闯纛 ”7 ”。鉴子馘上 所述，我们采集了湖泊中不同缴境的几种优势生长檄物作为实验材 辩，舞麟了这些捷黪对水钵中繁金羼z n 2 + 憨生理薤聿蛙及蔽牧净纯效栗 比较的熬础研究工律，旨在为熬金属污染的植物修复领域研究及环境 污染治理的实践工作提供有用科学依据及参考。 2 实验材料设备和方法 2 1 实验材料及设备 1 7 2 1 1 植物材料： 水花生，学名：a 1t e r n a nz h e r ap h j l o x e r o i d e s ( m a r t j6 r i s e b 英文名：a i g a t o ra 1 t e r n a n t h e r a ，科名：苋科( a m a r a m h a c a e j 。 多年生宿根性草本。茎基部匍匐，上部伸展，中空，有分枝，节腋处 疏生细柔毛。叶对生，长圆状倒卵形或倒卵状披针形，顶端圆钝，有 芒尖，基部渐狭，表面有贴生毛，边缘有睫毛。头状花。序单生于叶腋， 总花梗长l 6 厘米，花期6 9 月。全国各地多有栽培，也见野生于 稻田边、池沼、水沟边及潮湿地区：北京、上海、浙江、江西等地都 已栽培。全草药用，能清热利尿，凉血解毒。生长繁殖快，适应性强， 产量高，供作绿肥和饲料，也可作放养菱角的防风围带。 浮萍，学名：l e m n am i n o r ，力力英文名：c o m m o nd u c k w e e d ， 科名：浮萍科( l e m n a c e a e ) ，叶状体对称，倒卵状椭圆形或近圆形， 长2 5 毫米，宽2 3 毫米，有不明显的3 脉，两面绿色；根鞘无附 属物，根尖钝形。果实近陀螺状；种子有深纵脉纹。花期6 7 月。 在我国各省都是常见的水面浮生植物。全革可作家畜和家禽的饲料。 黑藻，学名：砂d r i l l av e r t i c i l l a t a 英文名：h y d r i l l a 科名： 水鳖科( e y d r o c b a r i s ) ，多年生沉水小草本。叶片呈带状批针形，边缘 有小齿或近全缘，中肋明显，叶4 8 枚轮生，茎伸长，分枝少。雌 雄佛焰苞各生于叶腋。种子长圆形，花、果期8 一l o 月。生于淡水 中。世界广布，我国南北各地均有，可做饵料，饲料及绿肥。 2 1 2 其它材料 其他实验材料：去离子水：霍格兰溶液( h o a g l a n d ss o l u t i o n ) 母 液，每升溶液中含：m g s o4 ，2 m m o l ：k 2 h 。p o 。，i m m o i ；c a ( n 0 3 ) ：4 h2 0 ， 5 m m 0 1 ；k n 0 3 ，5 m m o l ；f e s 0 4 7 h 2 0 ，0 0 2 m m 0 1 ：n a 2 一e d t a ，0 0 2 m m o l ： h 3 8 0 3 ，0 0 4 5 m m o l ：m n c i2 h 2 0 ，0 0 1 m m o l ：z n s o 0 8pm o l l ： c u s 0 4 5 h2 0 ，