全 文 ：第29卷 第5期 2006年5月环境科学与技术
铬铜镍在芦竹中的富集与分布
韩志萍
(湖州师范学院,湖州 313000)
摘 要:研究芦竹(ArundodonaxLinn)在Cr、Cu、Ni污染湿地中的富集能力以及三种重金属在植株中的分布情况。结果表明:生长期8
个月后,芦竹在20.4和55.0mg/kgCr污染湿地中,对Cr的富集量:根13.86mg/kg(DW)和15.29mg/kg(DW);茎1.37mg/kg(DW)和3.59mg/kg(DW);叶
6.37mg/kg(DW)和8.22mg/kg(DW)。在51.3和105mg/kgCu污染湿地中,对Cu的富集量:根35.6mg/kg(DW)和44.1mg/kg(DW);茎3.30mg/kg(DW)和
4.14mg/kg(DW);叶6.75mg/kg(DW)和8.86mg/kg(DW)。在61.0和103.0mg/kgNi污染湿地中,对Ni的富集量:根20.37mg/kg(DW)和26.74mg/kg
(DW);茎11.86mg/kg(DW)和13.03mg/kg(DW);叶12.2mg/kg(DW)和15.77mg/kg(DW)。三种金属在植株中的分布情况很相似,都是根>叶>茎,
生物富集系数(Bioconcentrationfactor)均<1。可以认为芦竹对这三种重金属能富集,但不具备超富集植物的特征。
关键词:芦竹; 植物修复; 湿地; 生物富集
中图分类号:X173 文献标识码:A 文章编号:1003-6504(2006)05-0106-03
随着植物修复技术的不断深入,超富集植物的种
类和数量在不断增加,我国境内先后发现了能超富集
铜的鸭跖草(Commelinacommunis)[1];超富集砷的大叶
井口草(PteriscreticaL)[2]和蜈蚣草(PterisvitataL)[3];
超富集镉的宝山堇菜(Violabaoshanensis)[4];超富集锌
的东南景天(SedumalfrediH)[5];超富集锰的商陆
(PhytolaccaacinosaRoxb)[6]等一批超富集植物,这些
研究对修复重金属污染土壤,尤其是矿山地的植被恢
复起到不可估量的作用。国内外发现和研究的超富集
植物大部分适合于矿区土壤污染修复,对湿地重金属
污染的植物修复技术虽有报道但数量较少。评判超富
集植物一般依据三个指标[7],一是植物地上部(茎和
叶)的重金属含量达到其临界标准,二是植物地上部
重金属含量大于土壤中重金属含量,即生物富集系
数>1,同时还需要满足转运系数(地上部重金属含量
与根部重金属含量之比值)>1,三是植物在满足上述
两个条件的前提下,没有出现明显受害症状。实际上,
由于植物受自身或外界环境的影响,不同环境不同区
域会出现很大差异,即使是同一种植物,由于污染环
境的变化,耐受性和富集特性也会有显著变化[8]。为使
植物修复技术更好地走向工程应用,研究筛选生物量
大,有一定重金属富集能力,对特殊环境有一定耐受
性和广泛适应性的植物,对植物修复技术有一定的现
实意义。湿地修复应用较多的植物有芦苇(Phrag-
mitescommunis),宽叶香蒲(Typhalatifohia),灯心草
(Junousefusus),凤眼莲(Eichhorniacrassipes)等[9]。
报道居多的是利用水生植物降解有机物和氮磷富营
养污染[10-12],芦竹(ArundodonaxLinn)对湿地重金属
污染的富集和修复研究未见报道。本文研究适合湿
地生长的水生植物芦竹在Cr、Cu、Ni污染湿地中的富
集作用及重金属在植株中的分布。芦竹与其他挺水
植物相比,具有生物量大、适应性强、耐受性好等特
点[13]。在105mg/kg浓度Cu或103mg/kg浓度Ni污染下,
生长正常,生物量无显著差异;在55mg/kg浓度的Cr
污染下芦竹能成活,但与对照相比生物量降低。芦竹
对这三种金属有一定程度的富集,与超富集植物的
指标和特征对照,不具备超富集植物的特性,但鉴于
芦竹的生物量、耐受性及经济、环境效应,它具有一定
的应用前景。
1 材料与方法
1.1实验材料采集和培养
受试芦竹取自于湖州市环渚乡河滩边野生芦竹。
冬季先将野生芦竹地下茎埋于直径40cm,高约40cm的
试验用瓷缸中,缸底层填上3～5mm直径碎石,上面铺
10kg取自于河边的泥土,加入5kg自来水,一般浸没泥
土1cm左右,放置于采光良好,不被雨淋,每天光照>8h
的棚内。为使试验有可参比性,每瓷缸中的地下茎净重
量修剪到0.5kg左右,每块地下茎上留3～4个嫩芽,长至
湿土表面3～4cm株高时,每盆留3株,第二年春季来临
后,对各试验瓷缸进行污染模拟。
1.2 人工污染湿地模拟
参照文献报道的超富集植物的富集数据[6,14]将Cu2+、
Ni2+离子浓度控制在100mg/kg左右,考虑到Cr6+的毒
性较大,设计Cr6+的浓度为55.0和20.4mg/kg。具体操
基金项目:浙江省自然科学基金项目(402031);浙江省教育厅科技资助
项目(20010139)
作者简介:韩志萍(1954-),女,教授,主要从事环境污染治理和土壤修
复等研究,发表论文20余篇,(电话)0572-7202160(电子信箱)hzp@hutc.
zj.cn。
106· ·
作是分别在试验缸内加入由分析纯试剂CuSO4,
K2Cr2O7,NiSO4配制成的溶液,并与湿土混匀,每一污
染种类各平行三个试验缸。同时施加100mg/kg的钾
(KNO3),磷,氮[(NH4)2HPO4]肥料,以不加金属离子的
原湿土作为空白试验缸,各试验缸的模拟和种植情况
见表1。
铬铜镍在芦竹中的富集与分布 韩志萍
1.3 方法与检测手段
Cr6+、Cu2+、Ni2+金属离子含量测定采用分光光度
法[14],Cr6+测定方法为二苯卡巴肼分光光度法,Cu2+测
定方法为双环乙酮草酰二腙(BOC)分光光度法,Ni2+
测定方法为丁二酮肟镍分光光度法。植物体内重金属
测定的取样是平行选取代表性植株的茎、叶和根,先
用自来水和去离子水清洗,后于80℃烘箱中干燥24h,
粉碎、灰化后用硝酸消解待测,土壤中 Cr、Cu、Ni含
量,采用王水消解后测其含量。各数据样本数n=3,标
准偏差0.12 结果与讨论
2.1 Cr、Cu、Ni在芦竹中的富集与分布
芦竹在Cr6+污染湿地中生长的临界污染浓度应
<55mg/kg,否则很难存活。在100mg/kgCr6+左右污染
湿地中,大约1周开始出现中毒症状,半个月亚致死,
24天完全死亡。在较低浓度(≤55mg/kg)下,芦竹能
存活,与对照相比,生物量偏小,生长速度缓慢[13]。芦
竹对Cr6+的富集与分布见表2,表中数据为8个月生长
期后芦竹植株内的Cr6+的浓度,无论是高污染浓度还
是低污染浓度,芦竹对Cr6+的富集都是根>叶>茎,根
富集量是叶的一倍多,表明芦竹对Cr6+的转运能力极
低。从富集系数和转运系数分析,芦竹对Cr6+不具备
超富集植物的特征。从现有文献中,很少看到对Cr6+
的超富集植物,这可能与Cr元素的特性有关,Cr元素
毒性大,一般不参与植物酶系统的作用,至今还没有
与Cr形成植物络合素或金属硫蛋白之类的相关报
道,研究也表明芦竹对Cr6+耐性较弱[13],在富集作用
上也没有特殊表现。
表1试验缸的模拟情况
样号 Cr(A) Cr(B) Cr(CK) Cu(A) Cu(B) Cu(CK) Ni(A) Ni(B) Ni(CK)
重金属浓度(mg/kg) 20.4 55.0 10.8 51.3 105.0 14.2 61.0 103.0 8.7
地下茎重量(kg) 0.45 0.52 0.53 0.55 0.60 0.50 0.62 0.48 0.4
*浓度和地下茎重量为3个平行缸的平均数据;(A)(B)是不同浓度的同一物质;(CK)为空白试验缸;下同。
Cu2+、Ni2+污染对芦竹的生长虽有影响,但生物量
变化不很显著[13]。Cu2+、Ni2+在芦竹植株内的富集和分
布与Cr6+富集相似,即根>叶>茎。芦竹对Cu2+、Ni2+的富
集主要集中在根系,这可能与芦竹根系发达呈块状以
及根粗而多节的特性有关;另一方面也可能与重金属
诱导植物形成重金属结合蛋白(MT)或螯合肽(PC)有
关[15]。已有研究表明[16],在诱导PC合成能力和诱导PC
合成酶的活性上Cu2+不如Cd2+,但仍有其作用,而且植
物螯合肽(PC)与植物重金属耐性机制有直接关系。比
较三种金属的富集量(见图1),根部富集Cu>Ni>Cr,叶
和茎内富集均Ni>Cu>Cr,说明芦竹对Ni的转运能力相
对较大。
2.2 富集特征评价
评价植物是否具有对重金属的富集能力,应用较
多的指标和特征有三种:一种是1983年由Baker等提
出的植物叶片或地上部(干重)中含重金属的参考值
[17];一种是采用生物富集系数[7](BCF),即地上部植物
表2芦竹对Cr、Cu、Ni的富集与分布
*L/S,S/S表示叶、茎富集系数 ;L/R,S/R表示叶、茎转运系数。
重金属含量(mg/kgDW) 生物富集系数 转运系数
样号 叶 茎 根 土壤 L/S S/S L/R S/R
Cr(A) 6.37 1.37 13.86 20.4 0.31 0.067 0.46 0.099
Cr(B) 8.22 3.59 15.29 55.0 0.15 0.065 0.54 0.23
Cr(CK) 3.27 1.08 4.21 10.8 0.30 0.10 0.78 0.25
Cu(A) 6.75 3.30 35.60 51.3 0.13 0.064 0.19 0.09
Cu(B) 8.86 4.14 44.10 105.0 0.084 0.04 0.20 0.094
Cu(CK) 2.21 0.77 13.82 14.2 0.16 0.054 0.58 0.20
Ni(A) 12.2 10.86 20.37 61.0 0.20 0.19 0.60 0.58
Ni(B) 15.77 13.03 20.74 103.0 0.15 0.13 0.59 0.49
Ni(CK) 3.63 2.29 3.83 8.7 0.42 0.26 0.95 0.60
107· ·
第29卷 第5期 2006年5月环境科学与技术
(上接第105页)
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(收稿2005-04-26;修回2005-07-27)
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
体内重金属含量与土壤中该重金属含量之比,同时还
需满足转运系数S/R>1(地上部植物体内或叶片内重
金属含量与根系中该重金属含量之比)的基本特征[17]。
无论从富集量,生物富集系数,还是转运系数分析,芦
竹对Cu、Ni、Cr的富集,都不符合超富集植物的要求,
不属于这三种重金属的超富集植物或指示植物。需要
说明的是现有文献对Cr的富集临界标准和富集特征
还没有一个准确的参考值,Cr元素又具有其特殊性,
例如毒性强,形态可变性大,不易被生物所吸收等,因
此对Cr的富集特征很难合理评价。芦竹虽然不是这三
种重金属的超富集植物,但它具有的优势是生物量
大、根系发达、繁殖容易、抗病虫害性能强等生物特
性,因此修复多种重金属复合污染湿地有一定的应用
潜力。
3 结语
(1)芦竹在Cr、Cu、Ni污染湿地中能存活,并对三
种重金属均有吸收,富集量达不到超富集植物临界标
准值,由于芦竹的生物量很大,所以它的绝对富集量
较大。
(2)Cr、Cu、Ni在芦竹植株体中的分布均为根>叶>
茎,富集系数和转运系数<1,从富集系数和转运系数
分析,芦竹对Cr、Cu、Ni重金属不具备超富集特征。
(3)由于芦竹其独特生物性能优于其他湿地植
物,对多种重金属具有一定的耐受性和富集能力,适
合于重金属复合污染湿地修复。在湿地种植,既能修复
湿地重金属污染,又能起到固土护堤保护湿地生态环
境作用,研究和挖掘芦竹的生态潜力,具有一定的现
实意义。
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(收稿2005-03-28;修回2005-06-08)
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AbstractID:1003-6504(2006)05-0095-02-EA
Abstract:Flyashwasaddedtoregulatemoisturecontentafter
dehydrateofsludgeofwastewatertreatmentplant.Fermentamong
fermentedpotwithoxygenwasmadetofurtherreducemoisturecontent
andkilharmfulmicroorganisminthesludge.Thecompostingsludge
mixedwithstraw poleandchemicalfertilizertomakecompound
fertilizer,whichcanapplytoricegrowing,withtheyieldincreaseby
11.4%permuandalindexmeetingthenationalcriteria.
Keywords:sludgecomposting;compoundfertilizer;farmlandtesting
SecondaryPolutionControlofCitySolidWaste
Incineration
LIUYu-cheng1,LIUYu-bin2,LITai-fu1
(1.SchoolofElectronicInformationEngineering,ChongqingUniversity
ofScienceandTechnology,Chongqing400050;
2.SchoolofComputerScience,PanzhihuaUniversity,
Panzhihua617000)
AbstractID:1003-6504(2006)05-0097-03-EA
Abstract:Becauseofcomplicatedvarietyanduncertaintyincitysolid
waste,itisdificulttoimplementsuficientincineration,andalso
secondarypolutionwilbeproduced.Itcanenhancetheresponsespeed
ofsystem and implementwaste suficientincineration to apply
frequency-varyingtechniqueandInteligentcontrolthatisableto
guaranteethestrictrequirementofair-fuelratiointhemunicipalsolid
waste incineration.Based on thediscussion ofcity solid waste
characteristic,itisanalyzedtocontrolproblemofsecondarypolution,
optimizingcontrolstrategyofincinerationprocess,adjustingmodeofwind
quantity,system architectureandtherelatedtechniques.
Key words: wasteincinerator;controlstrategy;frequency-varying
technique;inteligentcontrol;controlsystemarchitecture
StudyandApplicationofBio-treatmentofSludge
WUChong-dan,YANGPing,GUOYong
(SchoolofArchitectureandEnvironment,SichuanUniversity,
Chengdu610065)
AbstractID:1003-6504(2006)05-0100-03-EA
Abstract:Sludgebio-treatmenttechnologiesincludepre-positionand
post-positionofsludgetreatment.Sludgepre-positiontreatmentcould
beachievedbymicroorganismownmetabolismandpredationbetween
microbialpopulationaswelasimprovementofprocessandreactors.
Sludgepost-positionofbio-treatmentwassludgedigestionthatcould
beusedbythermophilic-mesophilicco-phasedanaerobicdigestionand
egg-shapeddigester.Themethodsreflectedthepresentstatusand
progressofsludgebio-treatment.
Key words:sludge reduction;microorganism predation;OSA;
anaerobicdigestion;egg-shapeddigester
ExperimentalMeasurementofReadilyBiodegradable
CODFractioninMunicipalWastewater
LUPei-li1,ZHANGDai-jun1,2,CAOHai-bin1
(1.SchoolofResourceandEnvironmentScience,ChongqingUniversity,
Chongqing400030;
2.KeyLaboratoryofMinistryofEducationforSouthwesternResource
ExploitationandEnvironmentDisasterControlEngineering,
Chongqing400030)
AbstractID:1003-6504(2006)05-0103-04-EA
Abstract:Thedevelopmentofexperimentalmeasurementofreadily
biodegradableCODfractionwasreviewed,withbiologicalmethodsas
emphasis.Themethodswereassessedtofindshortcomingsandkey
pointsneededtobecaredinthepractice,whichwouldprovidereference
forfurtherimprovement.Furtherworkshouldbedonetoenhancethe
applicationofactivatedsludgemodelinChina.
Keywords:municipalwastewater;readilybiodegradableCOD;OUR;
NUR
AccumulationandDistributionofChromium,Copper
andNickelinArundodonaxLinn
HANZhi-ping
(HuzhouTeachersColege,Huzhou313000)
AbstractID:1003-6504(2006)05-0106-03-EA
Abstract:TheaccumulationanddistributionofArundodonaxLinnto
wetlandspolutedbyCr,CuandNiwerestudied.Resultsshowedthat
after8monthsgrowth,inCr6+contaminatedwetlandwithconcentration
of20.4mg/kgand55.0mg/kg,theaccumulationamountwere13.86mg/
kgand15.29mg/kgattheplantroot,1.37mg/kgand3.59mg/kgatthe
plantstem,6.37mg/kgand8.22mg/kgattheleaf.Inthewetland
contaminatedbyCu2+ionwithconcentrationof51.3mg/kgand105mg/
kg,theaccumulationamountwere35.6mg/kgand44.1mg/kgatitsroot,
3.30mg/kgand4.14mg/kgatitsstem,6.75mg/kgand8.86mg/kgatits
leaf.InthewetlandcontaminatedbyNi2+ ionwithconcentrationof
61.0mg/kgand103.0mg/kg,theaccumulationamountwere20.37mg/kg
and26.74mg/kgatitsroot,11.86mg/kgand13.03mg/kgatitsstem,
12.2mg/kgand15.77mg/kgatitsleaf.Theaccumulationefectofal
wassimilar,withbio-concentrationfactorlessthan1.Arundodonax
Linnwasconcludedtoaccumulateheavymetalsinwetlands,butwasnt
ahyper-accumulationplantforCr,CuandNi.
Keywords:ArundodonaxLinn;phytoremediation;wetland;bio-
concentration
MechanismandApplicationofPbO2Electrodewith
HighOverpotentialinTreatingWastewater
WANYa-zhen,ZHANGWen-hui
(SchoolofChemicalEngineering,ZhengzhouUniversity,
Zhengzhou450002)
AbstractID:1003-6504(2006)05-0109-03-EA
Abstract:ElectrochemicaloxidationtechnologyandpropertiesofPbO2
was introduced, including mechanism of direct and indirect
electrochemicaloxidationprocessaswelasintermediatesoxidation
process.Thetechnologyiswidelyappliedtothetreatmentofpolutants
specialfordegradationofbiocideorganiccompounds.
Key words: electrochemicaloxidation;PbO2electrode;mechanism;
polutant
ReviewonUncertaintyAnalysisMethodsin
EnvironmentModel
XINGKe-xia,GUOHuai-cheng
(SchoolofEnvironmentScience,PekingUniversity,Beijing100871)
AbstractID:1003-6504(2006)05-0112-03-EA
Abstract:Approachesforrepresentationofuncertaintywasintroduced
onthebasisofuncertaintyclassificationinenvironmentmodel.The
mathematicalmethodsthatappliedtouncertaintyanalysisofenvironment
modelweresummarized,withanalysisoftheapplicationarea,meritsand
demerits.Finalytheexistingproblem and developmenttrend of
uncertaintyanalysismethodinenvironmentmodelwerepresented.
Keywords:environmentmodel;uncertaintyanalysis
EnvironmentalScienceandTechnology
Vol.29,No.5,May2006 Abstract
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