全 文 ：第 6卷第 8期 环境污染治理技术与设备 Vo l. 6 , No. 8
2 0 0 5年 8月 Technique s and Equipm en t fo rEnvironm en ta l Po llution Contro l Aug . 2 0 0 5
利用芦竹修复重金属污染湿地的研究
韩志萍
(湖州师范学院化学系 ,湖州 313000)
摘　要　研究了芦竹(Arundo donax linn)对 Cu2+、N i2+、C r6+重金属污染湿地的响应和对该污染湿地的影响。实验结
果表明 , 芦竹对这 3种重金属离子有一定的耐受性 , 并有不同程度的吸收 , Cu2+、N i2+和 C r6+去除率分别为 63. 8%, 42.3%
和 34.4%。芦竹在 100 m g /kg浓度的 Cu2+、N i2+污染湿地中生长正常 , 在低浓度 (55 mg /kg)C r6+污染中能存活 , 但生长速
度较慢。在 100 m g /kg浓度 Cr6+污染湿地中 ,出现急性中毒现象 , 半月后致死。在重金属污染环境中 , 芦竹普遍出现失绿
现象 , 但除高浓度 C r6+(100 mg /kg)以外 ,都能正常存活 , 表现出较强的适应性。
关键词　芦竹　重金属污染　湿地　植物修复技术
中图分类号　X703　　文献标识码　A　　文章编号　1008-9241(2005)08-0030-04
A research on restoring wetland po lluted
by som e heavy m etals using giantreed
Han Zhiping
(Departm en t ofC hem istry, Huzhou TeachersC ollege, H uzhou 313000)
Abstract　The responds of g iantreed (Arundo donax linn) to the we tland po llu ted by some heavy me tals,
such as chrom ium , copper, nickel have been studied. The effect of g ian treed on the po lluted we tland has been a l-
so studied. The experimen tal resu lts show that gian treed has good tolerance and can absorb the heavy me tals
mentioned above in va rious degrees. The Cu
2+ , N i2+ and C r6+ removal rates are 63. 8%, 42. 3% and 34.4%
respective ly. G ian treed grow s sno rmally in we tland contam inated by Cu
2+
andN i
2 +
w ith the concen tration o f 100
mg /kg and can live at low C r
6+
concen tra tion (55 mg /kg) but its g row th speed has been slow ed. G ian treed
show s acute poison ing in w e tland con tam inated by C r
6+
w ith the concen tration of 100mg /kg and could die in two
w eeks. G ian treed has the green-losing phenom enon in differen t degrees in the env ironment po llu ted by heavy
me tal ions. The g iantreed cou ld live no rmally excep t ch rom ium (100 mg /kg) of higher concentra tion, and it
show s better adaptability.
Key words　g ian treed;heavy meta l po llu tion;we tland;phy toremed iation
基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(402031);浙江省教育厅
科技项目(20010139)
收稿日期:2004 - 03 - 03;修订日期:2004 -05 - 19
作者简介:韩志萍(1954～ ), 女 ,副教授 ,主要从事环境污染治理和
土壤修复等研究。 E-m ail:h zp@hu tc. z.j cn
1　引　言
植物修复技术是利用植物对重金属的富集或代
谢转化 ,最终清除重金属污染的绿色生态技术 [ 1] 。世
界上已发现 400多种超富集植物 [ 2] ,并对此进行过多
次学术研讨[ 3] ,但对植物修复技术的应用 ,大部分处
于试验阶段[ 4] 。我国在这方面的研究更是刚刚起
步 [ 5 ～ 7] ,研究较早和报道较多的是利用水生高等植物
净化重金属污染水体 [ 8 ～ 10]和陆生草本植物对重金属
污染土壤的修复 [ 11, 12] 。 20世纪 90年代后 ,在我国的
深圳 、武汉先后开始利用芦苇床 、宽叶香蒲等人工湿
地处理系统治理污水[ 13 ～ 17] 。利用芦竹(Arundo donax
linn)修复重金属污染湿地的研究 ,还未见报道。本文
主要研究芦竹在铜 、镍 、铬污染湿地中的响应及它对
污染湿地净化作用的影响。
芦竹属于禾本科植物 ,它既像芦苇又似竹 ,既耐
旱耐热 ,又耐涝耐寒 ,适应力很强 ,在贫瘠的土壤里
或在受污染的湿地中 ,照样生根发芽 ,长成高大植
株 ,这种适应能力在其他植物中很少见。芦竹的最
大应用潜力还在于它生长快 、生物量大 ,属非食用植
物 ,可避免重金属进入食物链 。用于湿地污染修复
既能起到净化土壤作用 ,又能起到固土护堤作用 ,在
植物修复技术中 ,是较理想的选择之一。
第 8期 韩志萍:利用芦竹修复重金属污染湿地的研究
2　材料与方法
2. 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 40 cm ,高
约 40 cm的试验用瓷缸中 ,缸底层填上 3 ～ 5mm直
径碎石 ,上面铺 10 kg取自于河边的泥土 ,加入 5 kg
自来水 ,一般浸没泥土 1 cm左右 ,放置于采光良好 ,
不被雨淋 ,每天光照大于 8 h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 0.5 kg
左右 ,每块地下茎上留 3 ～ 4个嫩芽 ,长至湿土表面
3 ～ 4 cm株高时 ,每盆留 3株 ,第 2年春季来临后 ,
对各试验瓷缸进行污染模拟。
2. 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, 18]将
C r
2+、Cu2+和 N i2+离子浓度控制在 100 mg /kg,又考
虑到 C r6+的毒性较大 ,同时平行设计了 C r6+的低浓
度(50mg /kg)试验缸。具体操作是分别在 5个试验
缸内加入由分析纯试剂 CuSO 4、K2C r2O7和 N iSO4配
制成的溶液 ,并与湿土混匀 ,每一种类试验缸各自再
平行 3个。同时施加 100 mg /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。
表 1　试验缸的模拟情况
Tab le 1　S im u lated cases in test jars
编号 1 2 3 4 5
重金属离子 C r6+(1) C r6+(2) Cu2+ N i2+ 空白
空白浓度
(m g /kg) 10. 8 14. 2 8. 7
模拟浓度
(m g /kg) 106 55. 0 105. 0 103. 0
地下茎重量
(kg) 0. 45 0. 53 0. 55 0. 5 0. 4
　　注:C r6+(1)和 C r6+(2)是不同浓度的同一物质;各浓度为平行缸的平
均浓度
2. 3　实验方法及检测手段
选择具有代表性的植株进行跟踪观察 ,记录芦
竹茎 、根 、叶生长数据 ,作为芦竹的生长情况 ,每隔
2 d观察记录一次 ,异常现象用照像记录 。泥土内残
留的重金属离子 C r6+、Cu2+、N i2+含量用沪产 721型
分光光度计分析测定 [ 19, 20] ,各测定以空白瓷缸泥土
作参比试样 ,去除率和去除速度以取 3组平行缸的
平均值作为讨论数据 ,数据的相对平均偏差在 5%
～ 7%。植物叶绿素测定采用分光光度法 [ 21, 22] ,分
别在 663 nm、646 nm和 470 nm下测定叶绿素 a、叶
绿素 b和类胡萝卜素含量 。本文实验经过了 3年的
重复(2001年 、2002年和 2003年 ),经分析和比较 ,
数据较为接近 ,考虑到植物生长的复杂性及外界不
固定因素的影响 ,故采用了 2003年的试验数据进行
介绍和讨论 。
3　实验结果与讨论
3. 1　芦竹在不同重金属污染下的耐毒性比较
芦竹抗毒性能的研究见表 2和表 3,结果表明 ,
在模拟浓度 (100 mg /kg左右 )的污染湿地中 , Cu2+
和 N i2+生长良好 ,与空白植物比较 ,除有失绿现象
以外 ,其他生长情况差异较少 。在浓度较高 (106
mg /kg)毒性较强的 C r6 +污染环境中 ,芦竹在试验一
星期后 ,就已出现明显的中毒现象 ,半个月左右开始
枯萎致死。当 C r6+污染浓度降低至 55mg /kg时 ,芦
竹能存活 ,但生长缓慢 。从植物茎的生长情况分析 ,
受到污染的芦竹植物茎普遍较细 ,但高度基本不受
污染的影响 ,出现较明显的细长植株 。除此之外 ,中
毒状况还与受试植物自身的原有生物量密切相关 。
受试前植物的生物量越大 ,植株越粗壮 ,植物的耐毒
表 2　芦竹在不同重金属污染下的生长情况
Tab le 2　G row ing situat ion of gian treed in
d ifferent environm ents pollu ted by heavy m etals
受试
时间
(d)
植物生长
情况
重金属离子
C r6+(1) C r6+(2) Cu2+ N i2+ 空白
1
株高(cm) 22. 0 24. 0 15. 0 25. 5 14. 5
茎粗(cm) 6. 4 6. 1 6. 9 6. 6 6. 3
叶片数 5 5 3 4 3
12
株高(cm) 23. 6 32. 0 19. 5 35. 5 22. 0
茎粗(cm) 6. 8 6. 7 7. 5 7. 3 7. 3
叶片数 7 5 6 7 6
24
株高(cm) 23. 4 40. 1 35. 0 51. 0 43. 0
茎粗(cm) 6. 6 7. 0 7. 9 7. 6 7. 8
叶片数 5 6 8 8 8
42
株高(cm) 22. 6 43. 2 49. 0 66. 0 56. 0
茎粗(cm) 6. 4 7. 2 8. 1 7. 8 8. 0
叶片数 0 7 8 8 10
增长量
株高(cm) 19. 2 34. 0 40. 5 41. 5
茎粗(cm) 致死 1. 1 1. 2 1. 2 1. 7
叶片数 2 5 4 7
　　注:茎粗以周长计 ,量取根上部 5 cm处;各数据样本数 n=3;株
高和茎粗的标准偏差为 S(0. 131
环 境 污 染 治 理 技 术 与 设 备 第 6卷
表 3　在不同种类重金属污染湿地中芦竹受害症状
Tab le 3　The symptom s of the gian treed po isoned in d ifferent environm ents pollu ted by heavym eta ls
受试时间
(d)
金属离子污染和植物生长情况
C r6+(1) C r6+(2) Cu2+ N i2+ 空白
8 叶片泛黄 叶尖微泛黄 叶尖轻微发黄 正常 正常
16 叶尖枯黄 ,亚致死 叶片略黄 ,生长正常 叶片失绿软化 ,生长正常 有新芽长出 正常
24 新叶开始枯黄 ,茎发黄萎缩 叶尖枯黄 ,叶片泛黄 新叶尖发黄 ,老叶片软化 叶片失绿 ,生长正常 正常
30 叶片枯萎 ,地下茎腐烂 ,致死 失绿软化 ,生长正常 新叶尖发黄 ,老叶片软化 叶片失绿 ,生长正常 正常
性越强 ,不断有新芽和新叶长出 ,表现出较强的生命
力 ,土壤中的重金属离子浓度也下降较快 。
3. 2　芦竹对湿地中重金属离子浓度的影响
芦竹对不同重金属离子具有不同的去除效果 ,
并具有一定的选择性。在高浓度 (约 100 mg /kg)
Cu
2 +、N i2 +重金属污染湿地中 ,大部分芦竹都能正常
生长 ,表现出较强的适应性。表 4和图 1是芦竹在
模拟后的 24 d时间内湿地中重金属离子浓度的下
降情况 。
试验结果表明 ,芦竹对这 3种金属离子都有不
(各数据 n =3;0. 1图 1　芦竹对 3种重金属的去除率
F ig. 1　Rem oval ra te s of th ree kinds o f heavy
m eta l ions by g iantreed
表 4　芦竹对 3种重金属的去除情况
Tab le 4　Removal of three k inds of heavym eta l ions by gian treed
金属离子 初始浓度(m g /kg)
受试时间和相对湿地中剩余浓度(m g /kg)
3 d 6 d 9 d 12 d 15 d 18 d 21 d 24 d
C u2+ 105. 0 102. 0 93. 8 79. 2 63. 7 52. 5 43. 0 40. 1 38. 2
C r6+(1) 106. 0 102. 5 86. 5 70. 2 60. 2 60. 3 61. 0 60. 7 60. 8
C r6+(2) 55. 0 53. 0 50. 0 43. 3 40. 5 39. 0 39. 4 37. 6 36. 1
N i2+ 103. 1 100. 1 95. 6 85. 0 75. 0 69. 4 68. 5 66. 0 59. 4
　　注:各数据样本数 n=3;标准偏差 0. 1同程度的影响 ,随着试验时间的增加 ,湿地中重金属
离子的剩余浓度逐渐减小 ,表明芦竹对重金属的吸
收增大 。为进一步研究芦竹在 3种重金属污染中的
适应情况 ,本文对芦竹在不同时间段内的平均去除
速度 (即每 3 d的相对去除率 )进行了比较 (见图
2)。图 2表明 ,在实验的前 3 d,芦竹对重金属的吸
收速度普遍较慢 ,说明芦竹处于一个逐渐适应的阶
段 。在实验进行 6 ～ 15 d时 ,去除速度逐渐达到最
大 ,随之又开始减小。表明芦竹在 3 d以后逐渐适
应了被污染的环境 ,并对重金属开始吸收 , 9 ～ 12 d
时吸收达到高峰值 ,随后吸收速度又开始减慢 。实
验结果同时表明 ,芦竹虽然对 C r6+也有一定程度的
吸收 ,但在高浓度 (106 mg /kg)下 ,经 12 d就出现急
性中毒现象 ,去除速度急剧下降 , 15 d左右致死 。
图 2　芦竹对 3种重金属的平均去除速度
F ig.2　Average rem oval speed o f three
kinds of heavy m e ta l ions by g ian treed
3. 3　重金属污染对植物叶绿体色素含量的影响
植物叶绿素总含量的变化见表 5。芦竹在各重
32
第 8期 韩志萍:利用芦竹修复重金属污染湿地的研究
金属污染的湿地中 ,其叶绿素总含量 (叶绿素 a +
叶绿素 b),都有下降的趋势 ,症状为叶尖枯黄 ,叶片
软化 ,地上部茎出现不同程度泛黄 ,但试验表明 ,除
高浓度 (100 mg /kg)C r6+以外 ,芦竹在受试的重金属
污染中都能存活下来 ,体现出芦竹有较强的适应性 。
从叶绿素含量还可以看出 ,芦竹在污染情况下与空
白 (未加重金属 )相比 ,都有失绿现象 ,但大部分情
况是经过一段时间诱导驯化后 ,仍能存活 。与空白
相比 ,受污染的植物地上部植株普遍颜色变浅 ,有的
甚至呈黄绿色。从能存活的角度分析 ,芦竹在重金
属胁迫环境下 ,具有一定的耐受性。
表 5　在不同重金属污染下芦竹中叶绿素总含量的变化
Tab le 5　Changes of ch lorophy ll total con tent of the
g ian treed in d ifferen t heavym eta l pollu ted environm ents
受试
时间(d)
重金属离子污染类型与植物叶绿素含量(m g /g鲜重)
C r6+(1) C r6+(2) Cu2+ N i2+ 空白
10 0. 62 0. 71 0. 71 0. 70 0. 73
20 0. 37 0. 68 0. 60 0. 62 0. 80
30 0. 01 0. 32 0. 42 0. 43 1. 41
　　注:各数据样本数 n=3;标准偏差 0. 054　总　结
(1)芦竹植物在受 C r6+、Cu2+和 N i2+污染的湿
地中 ,都能存活下来 ,它对 C r6+、Cu2+和 N i2+的去除
率分别为 63.8%、42.3%和 34.4%,去除效果 Cu2+
>N i2+ >C r6+。
(2)芦竹在高浓度(106mg /kg左右 )的 C r6+污染
下 ,两周后出现急性中毒而致死 ,在低浓度(55 mg /kg
左右 )的 C r6 +污染下能存活 ,但生长速度缓慢。
(3)芦竹对重金属的吸收 ,在 9 ～ 12 d时达到高
峰值 ,随后吸收速度开始减慢。
(4)受到污染的芦竹植物茎普遍较细 ,但高度
基本不受污染的影响 ,出现较明显的细长植株 。
(5)芦竹在研究的 3种重金属污染下 ,都有失
绿现象 ,除受高浓度(106 mg /kg左右 )的 C r6 +污染
外 ,其他都能存活 ,表现出较强的适应能力和一定的
耐受性 。
从实验结果分析 ,在重金属污染湿地中 ,利用芦
竹作为修复湿地重金属污染植物是可行的 ,芦竹在
植物修复技术中具有的应用潜力 ,需要人们不断去
研究和挖掘 ,在不远的将来芦竹也许能成为湿地重
金属污染修复的一种植物资源 。
参 考 文 献
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