（作物栽培学与耕作学专业论文）铬对湿地净化污水效果、湿地植物生理特性及根尖超微结构的影响.pdf

f i b 1 ， f l 承诺书 本人郑重声明：所呈交 的成果和相关知识产权属广 表过的研究成果，也不包含 供过重要帮助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者橼私飘卜 嗍2 年占月拥 学位论文版权使用授权书 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本人保证不以 其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容；按照学校要求提交学位论文的 印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览 服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的 的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 ： 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 本学位论文属于 。 口保密，在年解密后适用本授权书。留不保密。 学位论文全文电子版提交后： 翻同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览。 j 作者签名： 导师签名： 日期：塑 ! ：鱼! 丝 日期：坐! 三! 拿蔓 ， 声 f 。 i 铬对湿地净化污水效果、锚l 地植物生理特性及根尖超微结构的影响 铬对湿地净化污水效果、湿地植物生理特性 及根尖超微结构的影响 摘要 本研究选取美人蕉( c a n n ai n d i c al i n n ) 、芦苇( p h r a g m i t e sa u s t r a l i sl ) 为湿地植物 材料，模拟人工湿地。塑料大桶规格，高7 0c l l l ，口径6 5c n l 。在离桶底1 0c l t i 处外 壁安装水龙头，桶底层为鹅卵石，上层铺黄砂，砂石以3 ：1 比例填充模拟人工湿地。 并添加不同浓度k 2 c r 2 0 7 ( 分别含0 、l 、2 0 、5 0m g l 1c r 6 + ) 的生活污水作为铬( ) 污染源。研究不同浓度c r 6 + 条件下，( 1 ) 、两种湿地对污水的c o d 。，、氨氮净化、t p 及铬的净化效果，并研究两种植物对铬的积累规律；( 2 ) 、铬对两种植物叶片p r o 、 m d a 、p o d 、叶绿素、对光合速率( p n ) 、气孔导度( g 。) 、蒸腾速率( t r ) 、胞间c 0 2 浓度( c i ) 等的影响。此外，利用5 0m g l 1c r 6 + 对美人蕉、芦苇进行1 0 d 、2 0 d 、3 0 d 胁迫处理，分别采集植物根尖。在电子显微镜下观察植物根尖细胞微管结构变化，及 c r 6 + 离子在根部细胞结构的分布状态。试验结果如下： ( 1 ) 随着c r 6 + 浓度逐渐升高，两种湿地系统对c o d 。，、氨氮去除率均逐渐下降， 且美人蕉湿地的净化效果要好于芦苇。同时，在低浓度( o 、1 、2 0 m g l 。1 ) 条件下， 湿地对氨氮的去处效果均较为理想，两种湿地系统在不同浓度c r 6 + 条件下湿地系统对 t p 净化效果的能力较为稳定。 ( 2 ) 湿地对l m g l 。1 浓度c r 6 + 净化效果较高( 达5 0 以上) ，随处理c r 6 + 浓度增大、 处理时间的延长，美人蕉、芦苇湿地对重金属吸收能力都呈现出下降趋势，体内c r 6 + 积累量逐渐加大，但芦苇忍耐、积累铬的能力大于美人蕉。 ( 3 ) 在不同的铬浓度下，随着处理时间延长美人蕉、芦苇的叶片p r o 的含量呈先 升高后逐渐下降的趋势，且低浓度的c r 6 + 表现出促进、高浓度( 5 0 m g l 以) 抑制p r o 合成。植物叶片m d a 含量随处理时间的延长呈逐渐增加趋势。 ( 4 ) 1m g - l 。1c ，处理后美人蕉、芦苇的根系活力，叶片可溶性糖含量分别高于 c k ，同时s o d 、p o d 活性得到激活；但经2 0 、5 0m g l - 1c r 6 + 浓度处理后，根系活力、 ，0；l 铬对湿地净化污水效果、沮地植物生理特性及根尖超微结构的影响 可溶性糖含量、s o d 活性分别低于c k ，但2 0m g l 1c r 6 + 处理对p o d 活性依旧有很 好的促进作用。此外，该浓度c ，对植物叶片叶绿素的合成有抑制作用，且抑制效果 与处理浓度、时间成正相关。此外，在长期5 0m g l 。c ，胁迫下，美人蕉、芦苇植 株不能正常生长。 ( 5 ) 低浓度c ，( 1 、2 0m g l d ) 一定程度上提高了植物的光合速率( p n ) ，高浓度 ( 5 0m g l 。1 ) 则表现出较为严重的抑制效果。重金属c r 6 + 对g 。的影响变化趋势与p n 总体一致，在同一时期下美人蕉、芦苇的g 。表现为：l m g l 处理 2 0 m g l - 1 处理 5 0m g l d 处理，而t r 的变化规律与g 。基本一致。但美人蕉、芦苇叶片的c i 变化趋势 与g 。、p n 相反，即随着c r 6 + 胁迫程度的加重、处理时间的延长，c i 逐渐增加。 ( 6 ) 在共焦激光扫描显微镜下观察，发现初期的美人蕉根尖细胞微管骨架都能很 好地被标记，在一些薄壁细胞内呈网络状排列。芦苇分生区中微管主要在细胞质中平 行排列成束或放射状排列，还有的是呈网络状排列。而5 0m g l 1c ，不同处理的美 人蕉、芦苇根尖各细胞则较为模糊，仅表皮可少许标记。透射电镜观察植物根尖结构 显示，美人蕉、芦苇的对照根尖细胞结构完整，细胞壁、核仁、核膜等细胞器较清晰。 在5 0m g l - 1 重金属铬( o r 6 + ) 处理过程中，重金属大部分沉积在细胞壁间隙、液泡或 细胞膜。随着处理时间的延长，液泡中积累的量也越来越多，形成c r 6 + 离子大颗粒。 试验综合结果显示，低浓度c r 6 + 能有效促进美人蕉、芦苇生长，从而使湿地植物 在湿地净化污水方面有很好的实际应用价值，为利用人工湿地来修复低浓度c r 6 + 污染 环境方面，提供一定的理论参考依据。 关键词：c r 6 + ；美人蕉；芦苇；c o d c r ；氨氮；t p ；生理特性； 超微结构 i i 弋 ； 广西大掌硕士掌位论文 铬对湿地净化污水效果湿地植物生理特性及根尖超微结构的影响 e f f e c t so fcr 6 + o nr e m o v a le f f i c i e n c i e so fw e t l a n d ， p h y s i o l o g i c a lp a r a m e t e r sa n dr o o t c e l lu l t r a s t r u c t u r eo f w e t l a n dp l a n t s m e il i m i n ( c o l l e g eo f a g r i c u l t u r e ，g u a n g x iu n i v e r s i t y , n a n n i n g5 3 0 0 0 4 ，c h i n a ) a b s t r a c t t h i ss t u d ys e l e c t e dc a n n a ( c a n n ai n d i c al i n n ) ，r e e d ( p h r a g m i t e sa u s t r a l i sl ) f o r t h ew e t l a n dp l a n tm a t e r i a l s p l a s t i cb u c k e ts i z ew a s7 0c mh i g ha n dw i t ha6 5c n ld i a m e t e r , 10c ma w a yf r o mt h eb a r r e le n do fo f f i c ei n s t a l l e df a u c e tw a l l t h eb a r r e lb o t t o mf o rt h e p e b b l e s ，t h eu p p e rs h o p p e dy e l l o ws a n d ，g r a v e lw e r ef i l l e da 3 ：1r a t i oo fs i m u l a t e dw e t l a n d a n dd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so fk z c r ：0 7 ( e a c ht r e a t m e n tc o n t a i n e d0 ，1 ，2 0 ，5 0m g l 。1c r 6 + ) f o rd o m e s t i cs e w a g ea sc h r o m i u m ( ) s o u r c e s t h em a i nc o n t e n t so ft h ep a p e ra f t e r d i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so fc r 6 + t r e a t m e n ti n c l u d e d ： ( 1 ) t h ep u r i f i c a t i o ne f f e c to fc o d e r ( c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ) ，a m m o n i an i t r o g e n p u r i f i c a t i o n ，t p ( t o t a lp h o s p h o r u s ) a n dc h r o m i u mi nt w ow e t l a n d sw e r er e s e a r c h e d ，a n d a l s oi n c l u d i n gt h ee f f e c to fc h r o m i u ma c c u m u l a t i o ni nt w os p e c i e so f p l a n t s ( 2 ) e f f e c to fc h r o m i u mo np r o ，m d a ，p o d ，c h l o r o p h y l l ，t h ep h o t o s y n t h e t i cr a t e ( p n ) ， s t o m a t a lc o n d u c t a n c e ( g s ) ，t r a n s p i r a t i o nr a t e ( t r ) ，i n t e r c e l l u l a rc 0 2c o n c e n t r a t i o n ( c i ) a n d o t h e re f f e c t si nt h el e a v e so ft w op l a n t s i na d d i t i o n ，u n d e rt h e5 0m g l 1c r 6 + s t r e s s e df o r 10 d a y s ，2 0 d a y s ，3 0 d a y s ，t h er o o tt i p so fc a n n a , r e e dw e r ec o l l e c t e d r o o tt i pc e l l s ， s t r u c t u r a l c h a n g e so fm i e r o t u b u l e s a n dc ，i o n si n t h er o o tc e l l s s t r u c t u r eo ft h e d i s t r i b u t i o nw e r eo b s e r v e df r o me l e c t r o nm i c r o s c o p e t h er e s u l t sw e r ea sf o l l o w i n g s ： ( 1 ) w i t ht h ec ，c o n c e n t r a t i o ng r a d u a l l yi n c r e a s e d ，t w ow e t l a n ds y s t e m so nc o d a m m o n i an i t r o g e nr e m o v a lr a t ed e c r e a s e dg r a d u a l l y , a n dt h ep u r i f i c a t i o no fc a n n aw e t l a n d s i i i ，；0 广西大掌硕士掌位论文 铬对湿地净化污水效果、埋地植物生理特性及根尖超微结构的影响 b e t t e rt h a nt h er e e d m e a n w h i l e ，a tl o wc o n c e n t r a t i o n s ( o ，1 ，2 0 m g l - 1 ) c o n d i t i o n s ， w e t l a n d so nt h ee f f e c t so fa m m o n i aw e r em o r ei d e a lp l a c ef o rt h et w ow e t l a n ds y s t e m si n d i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so fc r 6 + ，a n dt h ew e t l a n ds y s t e mu n d e rp u r i f y i n ge f f e c to nt h e a b i l i t yo ft pr e l a t i v e l ys t a b l e ( 2 ) u n d e r1m g l 。1c r 6 + ，t h ew e t l a n d sp u r i f i c a t i o ne f f i c i e n c yw e r eh i g h ( m o r et h a n 5 0 ) ，b yt h ep r o c e s s i n gc r 6 + c o n c e n t r a t i o na n dt r e a t m e n tt i m e ，c a n n aa n dr e e dw e t l a n d s o nh e a v ym e t a la b s o r p t i o nc a p a c i t yh a dad o w n w a r dt r e n d ，c r 6 + a c c u m u l a t i o ni np l a n t s b o d yg r a d u a l l yi n c r e a s e d b u tt h ep a t i e n c ea n da b i l i t yo fr e e dt oa c c u m u l a t ec h r o m i u m w e r em u c hb e t t e rt h a nt h ec a n n aw e t l a n d ( 3 ) t h ep r oc o n t e n t so fc a n n aa n dr e e d sl e a v e sw e r ef i r s ti n c r e a s e da n dt h e ng r a d u a l l y d e c l i n e d ，a f t e rd i f f e r e n tc h r o m i u mc o n c e n t r a t i o n sb yt r e a t m e n tt i m ei n c r e a s i n g a n dl o w c o n c e n t r a t i o n so fc r 6 + h a dap r o m o t i o n ，b u th i g hc o n c e n t r a t i o n ( 5 0m g l - 1 ) i n h i b i t i o np r o s y n t h e s i s m d ac o n t e n ti np l a n t s l e a v e sw i t ht h et r e a t m e n tt i m ea l s oi n c r e a s e dg r a d u a l l y ( 4 ) u n d e rt h e1m g l - 1c r 6 + t r e a t m e n t ，r o o ta c t i v i t y , l e a fs o l u b l es u g a rc o n t e n to fc a n n a a n dr e e dw e r eh i g h e rt h a nc o n t r o lt r e a t m e n t ，w h i l es o d ，p o da c t i v i t yw e r ea c t i v a t e d h o w e v e r , a f t e r2 0 ，5 0m g l 1c r 6 + c o n c e n t r a t i o n s ，t h er o o ta c t i v i t i e s ，s o l u b l es u g a rc o n t e n t ， s o da c t i v i t i e sw e r el o w e rt h a nt h ec o n t r 0 1 a n d2 0m g l lc rt r e a t m e n to np o d a c t i v i t i e sw a ss t i l lav e r yg o o dr o l ei np r o m o t i n g i na d d i t i o n ，t h es y n t h e s i so fc h l o r o p h y l l i nl e a v e si n h i b i t e da f t e rt h ec o n c e n t r a t i o no fc h r o m i u m ，a n dt h ei n h i b i t i o nh a dap o s i t i v e c o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ec o n c e n t r a t i o na n dt i m e c a n n aa n dr e e dc o u l dn o tg r o wn o r m a l l y u n d e r5 0m g l 。1c r 6 + t r e a t m e n ta f t e ra l o n gt e r m ( 5 ) l o wc o n c e n t r a t i o n so fc r 6 + ( 1 ，2 0m g l 。1 ) h a ds o m ee x t e n ti n c r e a s i n gp l a n t s p h o t o s y n t h e t i cr a t e ( p n ) ，b u th i g hc o n c e n t r a t i o n ( 5 0m g l 。1 ) s h o w e dam o r es e v e r e i n h i b i t o r ye f f e c t e f f e c t so fc r 6 + o nt h eg so ft r e n d sa n dp ng e n e r a la g r e e m e n tw e r et h e s a m e ，a tt h es a m et i m eu n d e rt h ec a n n aa n dr e e dg sv a l u e sw e r e ：1m g l l 2 0m g l 。l 5 0 ： 广西大掌硕士掌位论文 铬对湿地净化污水效果湿地植物生理特性及根尖超微结构的影响 f r o mf l u o r e s c e n c em i c r o s c o p e m e r i s t e m a t i cz o n eo fr e e dm a i n l yi nt h ec y t o p l a s mo f m i c r o t u b u l e sa r r a n g e di np a r a l l e lb e a m ，a n dh a dr a d i a ls h a p ew h i c hh a dn e t w o r ks t r u c t u r e u n d e r5 0m g l + 1 c ，b yd i f f e r e n tt i m e s ，t h et i pc e l l so fc a n n aa n dr e e dw e r ev e r yv a g u e ， o n l yal i t t l es k i nc o u l db em a r k e d w h i l es c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y , a p i c a lc e l l m e m b r a n e ，c e l lw a l l ，n u c l e o l u s ，n u c l e a rm e m b r a n ea n do t h e ro r g a n e l l e so fc a n n aa n dr e e d i nc o n t r o lw e r ec l e a r i nt h e5 0m g l - 1o fc r 6 + t r e a t m e n tp r o c e s s ，t h em a j o r i t yo fh e a v y m e t a l sd e p o s i t e di nt h ec e l lw a l ls p a c e ，v a c u o l e sa n dc e l lm e m b r a n e a tt h es a m et i m e ， m o r ea n dm o r ec r 6 + i o n sw e r ea c c u m u l a t e di nv a c u o l ew h i l et h e t r e a t i n gt i m ew a s p r o l o n g e d ，a n db e c a m el a r g e rp a r t i c l e sa tl a s t t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ，l o wc o n c e n t r a t i o no fc r 6 + c o u l de f f e c t i v e l yp r o m o t et h e g r o w t ho fp l a n t s t h u sw e t l a n dp l a n t sh a v eav e r yg o o da p p l i c a t i o nv a l u ei nr e m e d yo f c r 6 + p o l l u t e de n v i r o n m e n ti nf u t u r e ，a n do u t c o m e sa l s oc a np r o v i d ec e r t a i nt h e o r e t i c a l r e f e r e n c e k e yw o r d s ：c ，；c a n n ai n d i c al i n n ；p h r a g m i t e sa u s t r a l i s 厶a m m o n i an i t r o g e n ； c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ；t o t a lp h o s p h o r u s ；p h y s i o l o g i c a lp a r a m e t e r s ；u l t r a s t r u c t u r e v 广西大掌硕士学位论文 铬对湿地净化污水效果、湿地植物生理特性及根尖超微结构的影响 缩写词 e n g l i s ha b b r e v i a t i o n su s e di nt h ed i s s e r t a t i o n c m c i c r 6 + c o d c r c w g s i s k m d a n n u p n c e l lm e m b r a n e细胞膜 c a r b o nd i o x i d ec o n c e n t r a t i o no fc e l ls p a c e 胞间二氧化碳浓度 c h r o m i u m ( ) c h e m i c a lo x y g e n c e l lw a l l s t o m a t a lc o n d u c t a n c e 六价铬 化学需氧量 细胞壁 气孔导度 i n t e r c e l l u l a rs p a c e细胞间隙 k a r y o t h e c a m a l o n a l d e h y d e n u c l e u s n u c l e o l u s n e t p h o t o s y n t h e t i c r a t e 核膜 丙二醛 细胞核 核仁 光合速率 葺 2 3 测定方法1 1 2 3 1 脯氨酸( p r o ) 含量的测定1 1 2 3 2 丙二醛( m d a ) 含量的测定1 2 2 3 3 根系活力( t t c ) 的测定1 2 2 3 4 可溶性糖含量的影响的测定一1 3 2 3 5 超氧化物岐化酶( s o d ) 的测定1 4 v h 铬对湿地净化污水效果。湿地植物生理特性及根尖超微结构的影响 2 3 6 过氧化物酶活性( p o d ) 的测定1 4 2 3 7 叶绿素含量的测定1 4 2 3 8 光合日变化测定1 4 2 3 9 污水水质及水样、植株中铬测定方法1 4 2 3 1 0 根尖微管骨架的观察- 1 5 2 3 1 1c ，在根尖细胞分布的观察15 2 4 试验所需的主要仪器1 5 3 结果与分析1 6 3 1 不同c r 6 + 浓度处理对两种湿地污水净化效果的影响1 6 3 1 1 不同c ，浓度处理两种湿地对化学需氧量( c o d 。，) 去除率的影响1 6 3 1 2 不同c r 6 + 浓度处理两种湿地对氨氮去除率的影响1 6 3 1 3 不同c ，浓度处理两种湿地对总磷( t p ) 去除率的影响。1 7 3 1 4 不同c r 6 + 浓度处理两种湿地对铬去除率的影响1 8 3 1 5 不同c r 6 + 浓度处理对湿地植物体铬积累量影响1 8 3 2 不同c r 6 + 浓度处理对两种湿地植物生理特性影响1 9 3 2 1 不同c r 6 + 浓度处理对叶片脯氨酸( p r o ) 含量影响1 9 3 2 2 不同c r 6 + 浓度处理对叶片丙二醛( m d a ) 含量影响2 0 3 2 3 不同c r 6 + 浓度处理对根系活力( t t c ) 的影响2 0 3 2 4 不同c r 6 + 浓度处理对叶片可溶性糖含量的影响2 1 3 2 5 不同c ，浓度处理对叶片超氧化物岐化酶( s o d ) 活性的影响2 2 3 2 6 不同c ，浓度处理对叶片过氧化物酶( p o d ) 活性影响2 2 3 2 7 不同c r 6 + 浓度处理对叶片叶绿素含量影响2 3 3 2 8 不同c r 6 + 浓度处理对光合速率( p n ) 影响2 4 3 2 9 不同c r 6 + 浓度处理对气孔导度( g 。) 影响2 5 3 2 1 0 不同c r 6 + 浓度处理对蒸腾速率( t r ) 影响2 5 3 2 1 l 不同c ，浓度处理对胞间c 0 2 浓度( c i ) 影响2 6 3 3 不同c r 6 + 浓度处理对两种湿地植物根尖微管结构影响2 7 3 3 1 不同c ，浓度处理对美人蕉根尖微管结构影响2 8 3 3 1 1c k ( 对照) 处理对美人蕉根尖微管结构影响2 8 3 3 1 25 0m g l 。1c ，处理对美人蕉根尖微管结构影响2 9 v 1 i i 镥对湿地净化污水效果、沮地植物生理特性a 根尖超微结构的影响 3 3 2 不同c ，浓度处理对芦苇根尖微管结构影响。3 0 3 3 2 1 c k ( 对照) 处理对芦苇根尖微管结构影响3 0 3 3 2 2 5 0m g l jc ，处理对芦苇根尖微管结构影响3 1 3 4 铬在湿地植物根尖结构分布3 3 3 4 1c ，在美人蕉根尖超微结构分布3 4 3 4 2c ，在芦苇根尖超微结构分布3 5 4 讨论3 7 4 1c ，对湿地净化污水效果影响。3 7 4 2 湿地对c ，去除率及植物体内c r 6 + 积累量3 7 4 3 含c ，污水对美人蕉、芦苇生理特性影响3 8 4 4 对植物微管及细胞结构影响4 1 4 5 本研究的创新与特色4 2 5 问题与展望4 3 致谢4 4 参考文献。4 5 附勇匙51 i x 铬对湿地净化污水效果、湿地植物生理特性及根尖超微结构的影响 1 前言 1 1 人工湿地现状 上世纪七十年代蓬勃兴起的人工湿地，是由人工建造并监督控制，模拟自然生态 系统中各生物之间相互作用而达到净化污水效果的目的。沈耀良( 1 9 9 9 ) 等人专著显 示，人工湿地具有过滤、吸附、吸收、微生物分解等众多重要功能。由于，人工湿地 在建设、运行等方面具有高效率、低投资、低运转费用等众多优点，是近年来发展较 快、应用较广的一项生态污水处理技术，在国内外均得到广泛应用。 1 1 1 国外应用与研究现状 目前，人工湿地技术在国外已经得到了广泛的发展和应用。据统计，在二十世纪 九十年代，美国有6 0 0 多座自然、人工湿地正在投人使用，而英国多达2 4 0 多座人工 湿地在使用，其他国家如德国、丹麦、瑞典等发达国家均有人工湿地成功运行实例报 道。大多数湿地系统种植芦苇、香蒲、荷花等挺水植物，并采用各自类型基质床，不 同程度起到了净化污水的良好效果，满足了当地水质排放标准的要求。此外，国外研 究人员关于人工湿地在处理生活污水、市政废水等方面也做了大量的研究。 1 1 2 国内应用与研究现状 我国人工湿地项目的研究始于“七五”期间，1 9 8 0 年开始在北京昌平进行修建 的自由水面流人工湿地，设计规模为每天处理5 0 0 t 的生活污水和工业废水。到目前 为止，已经成功运行的还有深圳白泥坑沙田人工湿地污水处理厂、广州抽水蓄能电站 等。国内关于人工湿地研究也有大量报道，如中国科学院水生所吴振斌等人( 2 0 0 2 ) 发展了上行下行流污水处理技术，清华大学采用潜流湿地处理低浓度农村污水，李科 德等( 1 9 9 5 ) 采用芦苇床来模拟人工湿地处理生活污水。人工湿地因其投入低、效率 高及方便运行管理等优点，越来越多地被用来处理生活污水、农田污水、工业废水、 城市暴雨等多种类型的污水。此外，它们还可以用来净化富营养化的地表水，也取得 了一定的效果。 人工湿地对污水中的有机物、氮、磷、重金属等皆有很好的去除效果。主要是由 于湿地植物根际具有较高的氧化还原电势，可为好氧微生物的创造有利生长条件。而 植物床内各种微生物之间的协同作用，更能进一步有效地去除水体污染物。其中 n h 3 n 通过硝化、反硝化连续反应得到去除；p 0 4 3 + p 通过沉淀、过滤、吸附、固结 等理化作用而去除。目前，吴振斌等( 2 0 0 2 ) 研究人工垂直流湿地对受污染地表水中 铬对湿地净化污水效果，湿地植物生理特性反根尖超微结构的影响 的氮、磷均有良好的净化效果，其中对氨氮和t p 的平均去除率分别达到1 6 5 、 2 5 8 ；此外对c o d 、b o d 去除率也分别高达5 3 6 、7 8 7 。 1 1 3 污水主要指标及目前防治措施 污水主要的指标：c o d 、氨氮、t p 等。 ( 1 ) c o d 是英文c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d 的缩写，中文名称为“化学需氧量， 它在一定程度上反映了水体受到有机物污染的程度。c o d 含量高低，可表明水体中 还原性物质含量的高低。而还原性物质可降低水体中溶解氧的含量，导致水生生物缺 氧以至死亡，水质腐败变臭。目前，水体中有机物主要来源于生活、工业废水的排放 以及动植物腐烂分解。因此，我国将c o d 作为重点控制的水污染物指标，在国家地 表水环境质量标准规定，生活饮用水源c o d 浓度应小于1 5m g l ，而一般景观用 水应小于4 0 m g l - 1 。目前对c o d 的控制主要措施有：控制源头，禁止将废弃化学试 剂、废油、有机废液、高浓度有机废水等污染物排入城镇排水系统；提高城镇生活污 水的集中处理率。将生活污水全部收集到污水管道，汇入城镇污水处理厂，处理后排 放或回用，杜绝污水直接排入雨水管道以及河流、湖泊、水库等环境水体的现象；控 制工业排放。尤其是化工、制药、纺织、食品加工等行业，要在废水排放稳定达标的 基础上，进一步深化处理和回用，削减c o d 排放量；控制农村和农业污染，防止养 殖废水、肥料、农药等有机物流入水体。 ( 2 ) 氨氮。污水中氨氮主要来源于人、动物的排泄物，而生活污水中平均含氮 量每人每年可达2 5 4 5 k g 。雨水径流、农用化肥的流失、化工、炼焦、鞣革、冶金 等工业废水中也是氮的一个重要来源。当氨溶于水时，一部分生成氨离子，一部分形 成非离子氨。其中，非离子氨是引起水生生物毒害的主要因子，而氨离子相对基本无 毒。国家标准三类地面水，非离子氨的浓度不得超过0 0 2m g l 。氨氮是水体中的营 养元素，可直接导致水富营养化现象产生，是水体中的主要耗氧污染物，对鱼类及某 些水生生物有严重的毒害作用，因此如何有效地净化污水中氨氮显得极其重要。 ( 3 ) t p 。磷元素以正磷酸盐、焦磷酸盐、偏磷酸盐、缩合硫酸盐等形式存在水 中。水体中的磷是藻类生长需要的一种关键元素，过量磷会造成水体污秽异臭，它是 湖泊发生富营养化和海湾出现赤潮的主要原因。而生活污水、化肥、有机磷农药及洗 涤剂所用的磷酸盐增洁剂是其主要来源等，因此根据我国地面水环境质量标准规定， 湖泊类水中总磷含量不得超过0 0 6m g l 一。 2 铬对湿地净化污水效果、湿地植物生理特性及根尖超微结构的影响 1 2 重金属铬污染现状 目前，国内冶金及化学生产中每年大约排出2 - - - 3 x 1 0 4 t 铬渣，有害成分主要是可 溶性铬酸钠、酸溶性铬酸钙等离子，其中六价铬的流失而构成对生态环境造成较大污 染。铬渣在露天堆存时，长期经雨水冲淋后六价铬离子随雨水溶渗、流失，渗入地表， 从而污染了江河、湖泊，进一步危害农田、水产及人体健康。目前s c h w a r z ，m e r t z ( 2 0 0 4 ) 等人研究确认，c r 3 + 是组成葡萄糖耐量因子的必要成分。但大部分研究认为 c r 6 + 是一种毒性较大的致畸、致突变剂( 顾公望，1 9 9 3 ) 并成为环境污染中的五毒之 一。c r 6 + 容易进入细胞内，并被还原为c ，同时产生c r 5 + 中间体及多种氧自由基， 也具有较强的毒性。而c ，毒性很小，并不具有致癌性。c r 6 十较易吸收，毒性高于c ， 几十倍，其吸收率约为c r 3 + 的九倍，因此铬中毒大都由c r 6 + 引起。c r 6 + 的化合物具有 很强的氧化作用，可以对人体的消化道、呼吸道、皮肤和粘膜造成严重危害，也可通 过皮肤接触可能导致过敏，更能造成遗传性基因缺陷，吸入也可致癌。而通过呼吸空 气中含有不同浓度的铬酸酐时，会造成不同程度的沙哑、鼻粘膜萎缩等疾病，严重时 还会引起鼻中隔穿孔和支气管扩张等。 过量的重金属进入环境参与生物系统的循环，最后通过植物的吸收进入食物链从 而严重危及动物和人类的健康，并对生态环境己遭受严重破坏。因此，国际饮用水卫 生标准规定c ，浓度不得超过0 0 5m g l - 1 ，而灌溉水中不得超过0 1m g l 。随着人口 增长和工业的发展，废渣废水的排放及矿山废弃地的增加，加之各种化学物质在人类 活动中的广泛使用，各种重金属污染越来越成为作物生产的限制因子。自二十世纪六 十年代日本发现“骨痛病 、“水俣病”的成因以来，重金属污染日益引起世界各国的 广泛关注。而我国十四个省区发现的克山病与低s e 带的地理分布一致，且与m o 含量 亦存在一定关系。魏树和( 2 0 0 4 ) 报道，我国目前被重金属污染的耕地面积巨大，已 达2 o x l 0 8 h m 2 ，同时被重金属污染的粮食多达1 2 x 1 0 4t 年。因此，如何合理有效的净 化重金属是环境工作者一份意义深远而艰巨的任务。 3 铬对湿地净化污水效果、湿地植物生理特性及根尖超微结构的影响 1 3 重金属铬污染对植物的生理生化影响 1 3 1 铬胁迫对植物光合系统的影响 植物叶片的气孔是光合作用过程中水分散失、c 0 2 进出的主要途径。因此，气孔 导度的变化会直接或间接影响到植物的光合、蒸腾作用。一般在逆境条件下( 尤其是 重金属、盐胁迫条件下) ，植物对逆境最常见的适应性反应表现为：可自动调节气孔， 通过防止体内水分的过度散失，从而有利于自身保持较高的光合速率。在胁迫条件下， 植物气孔发挥了主动调节的作用，因此植物不会出现蒸腾速率过快的现象。 黄立华等( 2 0 0 9 ) 利用苏打盐碱胁迫羊草，发现该植物能够主动适盐碱逆境胁迫。 结果显示，p n 与g s 、c i 日变化呈极显著负相关( r 分别为0 8 9 3 ，o 8 5 8 ) ，而与t r 日 变化呈极显著正相关( r 为0 9 3 2 ) 。关义新( 1 9 9 5 ) 等学者研究认为，植物的p n 在处 于胁迫条件下会受到气孔、非气孔因素的双重作用影响，但只有当叶内c i 增加( k 减少) ，非气孔限制为光合作用的主要因素。 由于，叶片中的叶绿素是植物进行光合作用的部位，其含量直接反应植物光合作 用的强弱。严重玲( 1 9 9 5 ) 等学者将叶绿素含量当作衡量叶片衰老的重要指标之一。 郭峰( 2 0 0 6 ) 、王涛等( 2 0 0 6 ) 试验表明，低浓度c r 6 + 可以增加叶片叶绿素的含量， 但随着处理浓度的增加及毒害时间的延续，叶绿素含量会开始急剧下降。王涛等 ( 2 0 0 6 ) 研究却发现2 0m g l - 1 c ，处理可以有效刺激植物叶中叶绿素的合成，但当浓 度高于2 2 0m g l 1 后c r 3 + 便会对叶绿素合成起到破坏作用，严重破坏叶绿体的基本功 能。此外，外国学者e d w i n ( 1 9 9 3 ) 认为叶绿体片层中捕光c h l a b p r o 复合体的合成 也会受到重金属毒害。 1 3 2 铬胁迫对植物根系活力的影响 植物根系具有吸收水分、无机盐等重要的机理功能，也是众多物质合成、转化的 器官。它对环境的变化反应较为敏感，所以在生命活动过程中扮演着十分重要的角色。 根系活力直接体现了植物个体生长、营养状况。李建政( 2 0 0 6 ) 研究认为，c r 6 + 对植 物的毒害效应主要是发生根部，通过对根系正常生理代谢的影响从而实现了对整个植 株影响。同时，徐心诚( 2 0 0 8 ) 等研究表明，低浓度c ，对黄瓜种子的萌发、幼苗的 根系生长有一定促进作用。此外，杨和连( 2 0 0 9 ) 通过外施2m