沉水植物对Cu、Pb污染底泥的修复效果

———沉水植物对Cu、Pb污染底泥的修复效果鄱阳湖是中国最大的淡水湖。鄱阳湖流域主要由饶河、赣江、修河、抚河和信河这5大水系构成。其流域内矿产资源特别丰富，这就导致在采矿的过程中会产生大量的重金属废水。这些废水积少成多，通过地表径流的方式流入鄱阳湖，最终导致湖泊水体受到严峻的污染。此外，由于大量工业废水、生活污水的胡乱排放和工业化、城市化进程的快速进展，大面积的湖泊水体遭到严峻的重金属侵害。由于重金属具有难以降解的特点且重金属污染现象普遍存在，越来越多的学者投入治理重金属污染的讨论当中。目前，针对鄱阳湖水体重金属污染的大量讨论中，成果集中表现于湖区水体的重金属含量较低，但湖底底泥中的大部分重金属含量却严峻超标，其中以Cu、Zn和Pb尤为严峻。当重金属浓度超过肯定范围时，会对水生植物的生长产生巨大影响，严峻时甚至导致植物停止生长。

鄱阳湖湿地由于物产极为丰富，生物种类繁多，成为许多专家学者的讨论对象。大面积湖区都有各种不同种类的沉水植物分布。沉水植物对水体重金属有肯定的富集作用大量文献表明，由于苦草地下茎繁殖力量较强、金鱼藻生长范围广和黑藻的无性繁殖等特点，使得这3种沉水植物成为了鄱阳湖湿地的优势。因此，苦草、黑藻和金鱼藻的生理生长进展，对鄱阳湖湿地的生态环境进展有着至关重要的作用。

由于沉水植物是水生生态系统的重要组成部分，且能够修复重金属污染严峻的水体和底泥。许多学者提出以种植沉水植物的方式进行湖泊污染治理修复。鄱阳湖地区湖底底泥重金属含量极高，污染严峻，必需实行相应的措施来解决这一问题。目前已经有一部分学者针对此问题进行了讨论。谢佩君等讨论苦草、黒藻和金鱼藻对重金属的富集效果发觉：对Cu的富集，黒藻是3种沉水植物中最强的，对Pb的富集苦草最强。这3种沉水植物不但在单种状况下对重金属有较高的富集作用，且死亡后依旧存在肯定的吸附重金属力量。本文采纳不同的种植模式，探究沉水植物(苦草、黑藻和金鱼藻)对重金属污染下鄱阳湖底泥的修复效果，为找出最佳的种植模式供应理论依据。

一、材料与方法

1.1样品处理

于枯水期在饶河地区设置15个调查点。通过测其重金属含量选取污染比较严峻的沉积物作为试验底泥材料。将底泥集中于白色塑料桶中。搅拌匀称后置于通风口处，风干、磨碎、过筛60目。混合搅拌数次后加肯定量的水(使底泥中重金属分布匀称)，使底泥处于可种植状态。取一部分底泥测其重金属背景值(Cu：316.8mg/kg;Pb：246.7mg/kg)。

试验用沉水植物样品苦草、黑藻和金鱼藻均采于赣抚平原六干渠。选择较为健壮，长势相近的样品作为试验材料。采回样品之后将底泥清洗洁净，选取材料长度为15cm左右，将材料放入Hoagland养分液中培育3d。

1.2试验设计

试验采纳室外模拟自然 环境。不仅以苦草、黑藻和金鱼藻的单种形式为例，还采纳了9种不同的混种种植模式。同时，每个样品组设置4个重复组(表1)。

整个试验分为4个阶段(6月中旬至9月下旬)，每个阶段27d。所以，试验在第27d，54d，81d和108d分别进行1次破坏性采样，同时取其肯定量的种植底泥。测定植物体和根部土样的重金属含量。重复3次，取其平均值作为最终数据。试验共经受108d，蒸发的水分由暴晒的自来水补充。

1.3样品处理与测定

将植物样品和底泥样品风干后研磨，密闭保存，称取0.1000g样品进行HNO3JHC1O4消解，制备待测液，测定样品中的Cu和Pb含量，绘制重金属标准曲线，最终将待测样品放入等离子质谱仪中进行测定。

1.4数据处理与分析

生物富集系数(BSFA)表示生物积累沉淀物中污染物的力量，是衡量生物体富集底泥重金属力量的重要指标。可由苦草、黒藻和金鱼藻3种沉水植物体内的Cu、Pb含量与底泥中Cu、Pb含量之比来计算。

去除率可由下式计算：

式中R为去除率，C。为初始底泥中重金属含量，C为试验结束时底泥中的重金属含量。

试验最终数据以3次测定的平均值为准。数据使用EXCEL进行整理汇总，用SPSS19.0对植物体和底泥中的重金属含量进行分析。

二、结果与分析

2.1沉水植物对底泥中Cu和Pb的富集

2.1.1沉水植物对底泥中Cu的富集

沉水植物苦草、黑藻和金鱼藻按12种不同的种植模式培育。每种种植模式对重金属Cu的富集力量都不相同，如表2所示。沉水植物单种状况下，黒藻对底泥中Cu的富集力量是最强的，其富集量达到239.5mg/kg，说明3种植物中，黒藻对Cu的富集效果是最好的。从混种角度来看，对Cu的富集最高的是苦黑(9：9)模式，达到278.9mg/kg，甚至优于黒藻单种模式。苦金(6：12)和黑金(6：12)这两种模式的Cu富集增量也较为显著，其值分别为277.2mg/kg和241.95mg/kg，略低于苦黑(9：9)。整体上看，12种种植模式经过4个阶段的富集，其Cu富集量是原来的4~5倍。

综上所述，就Cu富集力量而言，苦黑(9：9)的种植模式是最优的。

2.1.2沉水植物对底泥中Pb的富集

沉水植物对重金属Pb的富集结果如表2所示。单种模式下，这3种沉水植物对Pb的富集相差不大，且主要体现在第3阶段，苦草的Pb富集量最大，为126.2mg/kg;混种模式的富集力量主要体现在第一阶段，最大富集量为苦黑(9：9)的130.8mg/kg，其余种植模式的富集量均在120mg/kg左右，并且Pb的富集量远远小于对Cu的富集。说明这3种沉水植物对Cu的富集力量高于Pb。

2.2沉水植物对底泥中Cu和Pb的富集系数

2.2.1沉水植物对底泥中Cu的富集系数

生物富集系数能够反映植物体对重金属的吸附和富集力量。不同种植模式下，沉水植物对底泥中Cu的富集系数各不相同，如表3所示。明显，单种状况下，黒藻的富集系数是最大的，其值为3.1。苦草为2.45，介于两者之间。金鱼藻最小。说明黒藻对Cu的富集效果最好，混种模式中，苦黑(9：9)的生物富集系数尤为突出，为5.69，是其他种植模式的2到3倍。苦金(6：12)的富集系数与黒藻单种相当。其余种植模式的富集系数普遍在2.0左右。各个阶段富集系数的增长差距不大。

2.2.2沉水植物对底泥中Pb的富集系数

沉水植物对底泥中Pb的富集系数，如表3所示。单种模式下，苦草的富集系数大于黒藻和金鱼藻，说明苦草对Pb的富集效果最好，其值为1.19。混种模式中，苦黑(9：9)的富集系数最大，为1.23。其余种植方式对Pb的富集系数都相差不大。第1阶段富集系数的增幅相对较大，是其他阶段的3倍左右。第4阶段的变化最小。对Pb的富集系数在数值上整体较Cu富集系数低，这里也说明沉水植物对Cu的富集力量高于Pb的富集。

2.3沉水植物对底泥中Cu和Pb的去除率

对最终底泥中Cu和Pb的含量进行测定(表4)，找出对Cu、Pb去除效果最好的种植模式。

从表4可以看出：单种状况下，黑藻对Cu的去除效果是最好的，其去除率为72.31%；Pb去除率最大的是苦草，去除率为53.10%。苦黑(9：9)的混种模式对Cu和Pb的富集力量是全部混种模式中最高的，其去除率分别为82.13%和54.21%。因此，苦黑(9：9)的混种模式对Cu和Pb的去除效果分别优于黑藻单种和苦草单种。其余混种模式对Cu和Pb的去除率普遍比黑藻单种低。整体来看，沉水植物苦草、黑藻和金鱼藻对Cu的去除率较Pb的去除率高。

三、争论

(1)从单种的状况来看，3种沉水植物中对Cu富集效果最好的是黑藻，对Pb富集效果最好的是苦草。这里与李巧云的讨论结果相符合。且苦草、黑藻和金鱼藻对重金属Cu的富集力量要高于对Pb的富集力量，可能是由于Cu是植物生长所需的微量元素之一，且有助于植物光合作用的缘由。而pb不是植物生长必要的元素。

(2)从苦草、黑藻和金鱼藻两两混种的模式来看，对重金属Cu和Pb的富集量最高的是苦黑(9：9)的混种模式，最大值分别为278.9mg/kg和130.8mg/kg。另外苦黑(12：6)模式下的Pb富集量值为125.3mg/kg，仅次于苦黑(9：9)，但其Cu富集量却比大多种植模式都低。这说明相同沉水植物根据不同比例搭配混种，可以对不同的重金属产生不同的富集效果。这里与王激清和杨远祥的讨论成果搭配的很好。不足的是本次试验所选择的比例较少，只有9：9、6：12和12：6这3种，没有更深层次的讨论。

(3)从苦草、黑藻和金鱼藻对重金属Cu和Pb的富集阶段来看。苦草主要体现在第一阶段，黑藻主要体现在第2阶段，而金鱼藻主要是第3阶段。说明苦草、黑藻和金鱼藻分别在6月中旬到7月上旬、7月上旬到7月底和7月底到9月中旬对重金属Cu和Pb的富集效果最好。这可能与沉水植物的光强需求有关，也可能与植物的根系有关。由于苦草是带根种植，而黑藻和金鱼藻是不带根种植。

(4)植物体对重金属的富集力量与其生物富集系数成正比，对cu和Pb的富集3种植物都是渐渐上升增加的。其中，黑藻的Cu富集系数是最大的，为3.10。对Pb的富集力量最大的是苦草，其富集系数为1.19。这里也说明对Cu的富集强度高于Pb。混种模式中，苦黑(9：9)的种植模式对Cu和Pb的富集系数最大，分别为5.69和1.23。都远远高于其余种植模式。说明苦黑(9：9)的种植模式是12种中最优的。

四、结束语

(1)从这3种沉水植物的整个生长周期来看，单种模式下，对Cu富集：黒藻〉苦草〉金鱼藻，对Pb的富集：苦草〉黒藻〉金鱼藻。根据不同比例的混种模式对重金属的富集效果也各不相同，综合底泥中重金属富集量、生物富集系数和去除率这3个指标，苦黑(9：9)模式对Cu-Pb复合底泥的修复效果最佳。

(2)不管是单种模式，还是混种模式，这3种沉水植物对于Cu的富集效果都要高于Pb的富集。这说明，Cu-Pb复合污染状况下，Cu的重金属吸附竞争力量大于Pb。

鄱阳湖是中国最大的淡水湖。鄱阳湖流域主要由饶河、赣江、修河、抚河和信河这5大水系构成。其流域内矿产资源特别丰富，这就导致在采矿的过程中会产生大量的重金属废水。这些废水积少成多，通过地表径流的方式流入鄱阳湖，最终导致湖泊水体受到严峻的污染。此外，由于大量工业废水、生活污水的胡乱排放和工业化、城市化进程的快速进展，大面积的湖泊水体遭到严峻的重金属侵害。由于重金属具有难以降解的特点且重金属污染现象普遍存在，越来越多的学者投入治理重金属污染的讨论当中。目前，针对鄱阳湖水体重金属污染的大量讨论中，成果集中表现于湖区水体的重金属含量较低，但湖底底泥中的大部分重金属含量却严峻超标，其中以Cu、Zn和Pb尤为严峻。当重金属浓度超过肯定范围时，会对水生植物的生长产生巨大影响，严峻时甚至导致植物停止生长。

鄱阳湖湿地由于物产极为丰富，生物种类繁多，成为许多专家学者的讨论对象。大面积湖区都有各种不同种类的沉水植物分布。沉水植物对水体重金属有肯定的富集作用大量文献表明，由于苦草地下茎繁殖力量较强、金鱼藻生长范围广和黑藻的无性繁殖等特点，使得这3种沉水植物成为了鄱阳湖湿地的优势。因此，苦草、黑藻和金鱼藻的生理生长进展，对鄱阳湖湿地的生态环境进展有着至关重要的作用。

由于沉水植物是水生生态系统的重要组成部分，且能够修复重金属污染严峻的水体和底泥。许多学者提出以种植沉水植物的方式进行湖泊污染治理修复。鄱阳湖地区湖底底泥重金属含量极高，污染严峻，必需实行相应的措施来解决这一问题。目前已经有一部分学者针对此问题进行了讨论。谢佩君等讨论苦草、黒藻和金鱼藻对重金属的富集效果发觉：对Cu的富集，黒藻是3种沉水植物中最强的，对Pb的富集苦草最强。这3种沉水植物不但在单种状况下对重金属有较高的富集作用，且死亡后依旧存在肯定的吸附重金属力量。本文采纳不同的种植模式，探究沉水植物(苦草、黑藻和金鱼藻)对重金属污染下鄱阳湖底泥的修复效果，为找出最佳的种植模式供应理论依据。

一、材料与方法

1.1样品处理

于枯水期在饶河地区设置15个调查点。通过测其重金属含量选取污染比较严峻的沉积物作为试验底泥材料。将底泥集中于白色塑料桶中。搅拌匀称后置于通风口处，风干、磨碎、过筛60目。混合搅拌数次后加肯定量的水(使底泥中重金属分布匀称)，使底泥处于可种植状态。取一部分底泥测其重金属背景值(Cu：316.8mg/kg;Pb：246.7mg/kg)。

试验用沉水植物样品苦草、黑藻和金鱼藻均采于赣抚平原六干渠。选择较为健壮，长势相近的样品作为试验材料。采回样品之后将底泥清洗洁净，选取材料长度为15cm左右，将材料放入Hoagland养分液中培育3d。

1.2试验设计

试验采纳室外模拟自然 环境。不仅以苦草、黑藻和金鱼藻的单种形式为例，还采纳了9种不同的混种种植模式。同时，每个样品组设置4个重复组(表1)。

整个试验分为4个阶段(6月中旬至9月下旬)，每个阶段27d。所以，试验在第27d，54d，81d和108d分别进行1次破坏性采样，同时取其肯定量的种植底泥。测定植物体和根部土样的重金属含量。重复3次，取其平均值作为最终数据。试验共经受108d，蒸发的水分由暴晒的自来水补充。

1.3样品处理与测定

将植物样品和底泥样品风干后研磨，密闭保存，称取0.1000g样品进行HNO3JHC1O4消解，制备待测液，测定样品中的Cu和Pb含量，绘制重金属标准曲线，最终将待测样品放入等离子质谱仪中进行测定。

1.4数据处理与分析

生物富集系数(BSFA)表示生物积累沉淀物中污染物的力量，是衡量生物体富集底泥重金属力量的重要指标。可由苦草、黒藻和金鱼藻3种沉水植物体内的Cu、Pb含量与底泥中Cu、Pb含量之比来计算。

去除率可由下式计算：

式中R为去除率，C。为初始底泥中重金属含量，C为试验结束时底泥中的重金属含量。

试验最终数据以3次测定的平均值为准。数据使用EXCEL进行整理汇总，用SPSS19.0对植物体和底泥中的重金属含量进行分析。

二、结果与分析

2.1沉水植物对底泥中Cu和Pb的富集

2.1.1沉水植物对底泥中Cu的富集

沉水植物苦草、黑藻和金鱼藻按12种不同的种植模式培育。每种种植模式对重金属Cu的富集力量都不相同，如表2所示。沉水植物单种状况下，黒藻对底泥中Cu的富集力量是最强的，其富集量达到239.5mg/kg，说明3种植物中，黒藻对Cu的富集效果是最好的。从混种角度来看，对Cu的富集最高的是苦黑(9：9)模式，达到278.9mg/kg，甚至优于黒藻单种模式。苦金(6：12)和黑金(6：12)这两种模式的Cu富集增量也较为显著，其值分别为277.2mg/kg和241.95mg/kg，略低于苦黑(9：9)。整体上看，12种种植模式经过4个阶段的富集，其Cu富集量是原来的4~5倍。

综上所述，就Cu富集力量而言，苦黑(9：9)的种植模式是最优的。

2.1.2沉水植物对底泥中Pb的富集

沉水植物对重金属Pb的富集结果如表2所示。单种模式下，这3种沉水植物对Pb的富集相差不大，且主要体现在第3阶段，苦草的Pb富集量最大，为126.2mg/kg;混种模式的富集力量主要体现在第一阶段，最大富集量为苦黑(9：9)的130.8mg/kg，其余种植模式的富集量均在120mg/kg左右，并且Pb的富集量远远小于对Cu的富集。说明这3种沉水植物对Cu的富集力量高于Pb。

2.2沉水植物对底泥中Cu和Pb的富集系数

2.2.1沉水植物对底泥中Cu的富集系数

生物富集系数能够反映植物体对重金属的吸附和富集力量。不同种植模式下，沉水植物对底泥中Cu的富集系数各不相同，如表3所示。明显，单种状况下，黒藻的富集系数是最大的，其值为3.1。苦草为2.45，介于两者之间。金鱼藻最小。说明黒藻对Cu的富集效果最好，混种模式中，苦黑(9：9)的生物富集系数尤为突出，为5.69，是其他种植模式的2到3倍。苦金(6：12)的富集系数与黒藻单种相当。其余种植模式的富集系数普遍在2.0左右。各个阶段富集系数的增长差距不大。

2.2.2沉水植物对底泥中Pb的富集系数

沉水植物对底泥中Pb的富集系数，如表3所示。单种模式下，苦草的富集系数大于黒藻和金鱼藻，说明苦草对Pb的富集效果最好，其值为1.19。混种模式中，苦黑(9：9)的富集系数最大，为1.23。其余种植方式对Pb的富集系数都相差不大。第1阶段富集系数的增幅相对较大，是其他阶段的3倍左右。第4阶段的变化最小。对Pb的富集系数在数值上整体较Cu富集系数低，这里也说明沉水植物对Cu的富集力量高于Pb的富集。

2.3沉水植物对底泥中Cu和Pb的去除率

对最终底泥中Cu和Pb的含量进行测定(表4)，找出对Cu、Pb去除效果最好的种植模式。

从表4可以看出：单种状况下，黑藻对Cu的去除效果是最好的，其去除率为72.31%；Pb去除率最大的是苦草，去除率为53.10%。苦黑(9：9)的混种模式对Cu和Pb的富集力量是全部混种模式中最高的，其去除率分别为82.13%和54.21%。因此，苦黑(9：9)的混种模式对Cu和Pb的去除效果分别优于黑藻单种和苦草单种。其余混种模式对Cu和Pb的去除率普遍比黑藻单种低。整体来看，沉水植物苦草、黑藻和金鱼藻对Cu的去除率较Pb的去除率高。

三、争论

(1)从单种的状况来看，3种沉水植物中对Cu富集效果最好的是黑藻，对Pb富集效果最好的是苦草。这里与李巧云的讨论结果相符合。且苦草、黑藻和金鱼藻对重金属Cu的富集力量要高于对Pb的富集力量，可能是由于Cu是植物生长所需的微量元素之一，且有助于植物光合作用的缘由。而pb不是植物生长必要的元素。

(2)从苦草、黑藻和金鱼藻两两混种的模式来看，对重金属Cu和Pb的富集量最高的是苦黑(9：9)的混