全 文 ：核 农 学 报 2004．18(1)：51 54
ActaAgrieuhuraeNucleatae Sinica
文章编号 ：1000．8551(2004)01．051．04
水生植物对水体中低浓度 Zr的富集效应
史建君 杨子银 陈晖
(1．浙江大学原子核农业科学研究所 农业部核农学重点开放实验室，浙江 杭州 310029
2．浙江工程学 院物理教学部 ，浙江 杭州 310033)
摘 要：采用模拟污染物 的同位素示踪技术研究 了3种水生植物对水体 中低浓度 zr的富集效
应。结果表明：(1)水生植物(金鱼藻、卡州萍和水葫芦)对低浓度水体中的 zr均具有较强的
富集能力 ，富集 系数 CF值达 56．78～l12．94，因此这 3种水生植物可作为检测水体 Zr污染的
指示生物；(2)在 zr轻微污染的水体中放养水生植物后，水中的 zr比活度随时间呈下降趋
势，放养3d就下降了50％，因此，可用这 3种水生植物净化被 zr轻微污染的水体，其中以水
葫芦最为合适；(3)放养水生植物前后，底泥中 zr的比活度和总活度均非常接近，仅下降
0．5％，表明底泥吸附的 zr不易解吸而进入水体，底泥对 zr具有强烈的吸附和固定作用。因
此，通过放养水生植物净化底泥中的 zr污染物效果不明显。
关键词：95Zr；水生植物 ；富集；富集 系数 ；水体
EFFECT OF AQUATIC PLANTS ON Zr CONCENT RATION IN SLIGHTLY POLLUTED WATER
SHI Jian—jun YANG Zi—yin CHEN Hui
(1．Key Lab ofNuclear Agriculturel Science，theMinistry ofAgricultural，Institute ofNuclear
Agricultural Sciences，Zhejiang University，Hangzhou，Zhejiang 310029；
2．Division ofPhysics Teaching，Zhejiang lnstit~e ofScience and Technology，Hangzhou，Z^ 310033，China)
5l
Abstract：Efect of three aquatic plants(Ceratophyllum demersum，Azolla caroliniana and Eichhornia crassipes)on
Zr concentration in slightly polluted water was studied by using isotope tracer techniques．The results showed that
the aquatic plants had strong ability of Zr concentration in water．The concentration factor(CF)were from 56．78
to 112．94．SO three aquatic plants were suggested be bio—indicators for Zr poluted water．Th e specific activity of
Zr in water decreased with time when the aquatic plants were put in slightly”Zr polluted water．Th e descent of
specifc activity of Zr in water was very quick during the beginning period(0～3d)．The time for the specifc
activity reduced to 50％ was only 3 days，indicating that thres aquatic plants could be used to purge slishtly Zr
poluted water．Th e efect of Eichhomia crassipes on purging Zr in water Was the best among the three aquatic
plants．Th e specifc activity of Zr in bottom clay only decreased 5％ after putting aquatic plants in water．
indicating that desorption of Zr from bottom clay Was not easy．As the botom clay had strong ability of adsorption
and fixation to Zr，the efect of aquatic plant on pu晒ng Zr adsorpted by botom clay Was not visible．
Key words：”Zr；aquatic plant；concentration；concentration factor；water
核动力装置可能引发的潜在放射性污染物中，放射性锆( zr)与放射性锶和铯一样成为研究者关注
的重要对象 ，近年来有关 zr在环境中的行为特性研究已引起学术界的广泛关注，在土壤中的特性
收稿 日期：2002．11 08
基金项目：国家自然科学基金资助项目 (39970147)；浙江省核农学重点实验室人才基金资助项目
作者简介：史建君(1961一)，男，浙江杭州人，教授，，主要从事污染物环境行为和放射生态学研究。
维普资讯 http://www.cqvip.com
核 农 学 报 18卷
研究已有少量报道 ，但有关采用农业措施和生物方法进行核污染生态环境治理的研究主要集中在锶
和铯的研究上 ，而对放射性锆的研究鲜见报道。本试验选取 3种我国常见的水生植物(卡州萍、金
鱼藻和水葫芦)为生物材料，采用模拟方法和示踪技术相结合研究 Zr在水体中的行为和水生植物对水
体中低浓度蛄Zr的吸收和富集动态，旨在探明放射性锆在水体的行为特性并寻求对其具有超强浓集能
力的水生植物，为治理被放射性锆轻微污染的水体提供可能的途径和方法。
1 材料与方法
1．1 供试材料
供试土壤为小粉土，取自浙江大学农业与生物技术学院实验农场，使用前经粉碎，去除石块、植物根
系等杂物，土壤的主要理化性质为：pH值(水浸，水土比=5／1)6．0，pH值(盐浸)5．5，有机质 19．0g／kg，交
换性总酸 0．05cmol／kg，交换性钙 11．8cmol／kg，交换性镁 1．5cmol／kg，粘粒 12．5％。水生植物卡州萍
(Azola caroliniana W．)、金鱼藻(Ceratophylum demersum L．)、水葫芦(Eichhornia crasipes Solm)由浙江大学
环资学院提供 。
蛄ZrO：为黑色粉末状固体，比活度为2．284×108Bq／g，放化纯度大于 95％，由中国原子能研究院同位
素所提供，使用前用氢氟酸 将其转化为 1．233×lOBq／ml(2001—03—20)的 zrFd溶液。实验时再稀释到
合适的比活度。
1．2 方法
试验在2只40cm×50cm×40cm的玻璃缸中进行，每缸内装小粉土5．0 kg作底泥，装水42kg(水深约
21cm)，静置 1周后 ，每缸分别引入比活度为 2．466×lOBq／ml(2001—03—20，下同)的蛄zr水溶液 10ml，用玻
璃棒谨慎搅拌使之均匀，约合水体中蛄Zr的原始比活度为 58．7Bq／ml，即放养鲫鱼若干尾(为了制造与 自
然水体比较接近的水域环境)，1个月后捕起鲫鱼。静置 10d后，每缸放养金鱼藻、卡州萍各 30g、水葫芦
4株(每株重约 14g)。
于放养水生植物后 3、7和 14d采样。每池随机吸取水样 2×20ml，取金鱼藻和卡州萍各20g，取水葫
芦 4株 ，金鱼藻和卡州萍各取 10g(每种样品共 4个重复 )，水葫芦分别称量后 (共 8个重复)装入 ~75mm
×110mm的一次性塑料测样杯中进行活体测量，测量后即放回玻璃缸中。最后 1次采样(14d)的水葫芦
进行活体测量后，将其分为根、茎、叶3个部分，分别称重后(共 8个重复)装入测样杯中待测量。
蛄zr发射p和 射线，放射性测量采用 BH1224型微机一多道一体化能谱仪(北京核仪器厂生产)测其
射线。该谱仪配置倒置的 q,70mm NaI闪烁探头，安装在铅屏蔽室中。测样器皿采用自备的 q,75mm×
110mm的一次性塑料测样杯，将其置于倒置的闪烁探头上面，并用自制的定位装置固定测量位置，以保
证所有样品测量几何位置的一致性。探头工作电压623V，阈值0．28。选取 1个谱峰(240～300道) 。进
行计数测量，测量结果经探测效率、死时间、衰变等校正后换算成样品的放射性活度和比活度，测量误差
控制在 5％以内。
2 结果与分析
2．1 水体 中蜡zr的变化动态
在水体中放养水生植物后 ，由于水生植物的吸收和吸附作用，使得水中的蛄zr比活度随时间呈下降
趋势(表 1)。放养初期(0～3a)下降很快，仅3d就下降了50％，后期(3～14d)趋于平缓。经指数回归分
析，水中蛄Zr的比活度 C (Bq／m1)与时间 t(d)之间呈指数负相关，C (t)=0．0209e ‘+0．016，r =
0．9455，式中的常数项 0．016表明，随着时间的延长，水体中的蛄Zr比活度将趋于稳定。这是由于在蛄Zr
浓度极低的水体中，水生植物的吸收、富集作用也会随之减弱，同时随着水体中蛄Zr浓度的下降，底泥中
吸附的蛄Zr也会有少量解吸而进入水体，这几种因素的综合作用决定了水体中的蛄zr浓度会达到一个动
态平衡状态而趋于稳定。
维普资讯 http://www.cqvip.com
1期 水生植物对水体中低浓度 zr的富集效应 53
2．2 水生植物对蛄Zr的吸收和富集
水生植物金鱼藻、卡州萍和水葫芦都能吸收低浓度水体中的 zr，并具有较强的富集作用，富集系数
CF值¨¨ 达 56．78～112．94(表2)。水生植物对 zr的吸收吸附速度很快，放养成后仅 3d，已达到较高的
比活度，其中金鱼藻中的比活度已达最大值(1．767 Bq／g)，卡州萍和水葫芦中的比活度也分别达到最大
值(试验期间)的80．2％和 72．8％。随时间的延长，金鱼藻中 zr的比活度呈缓慢下降趋势，分析其原
因，一是随时间的延长，水体的比活度下降使其吸附的 zr发生解吸而向水体释放，另一方面金鱼藻的
自然生长，生物量随之增大，导致其内的 zr单位鲜重的活度(即比活度)下降，亦即生长稀释致使其内
的比活度呈逐渐下降。而卡州萍和水葫芦中的比活度随时间呈缓慢上升，表明这两种水生植物对 zr
的吸收吸附速率大于解吸和生物稀释速率。3种水生植物对低浓度水体中 zr的富集系数均随时间而
上升，其中卡州萍和水葫芦的上升幅度较大。比较 3种水生植物的富集能力，总体上看相差不多，短时
间(3d)内的富集能力金鱼藻最高(CF=76．83)，较长时间(14d)后卡州萍(CF=112．94)和水葫芦(cF=
105．59)较高。比较植物个体的大小、单位水面的生物量以及生长速度，认为选用水葫芦净化 zr轻微污
染的水体 比较合适。
表 2 水生植物对 Zr的吸收、吸附和富集
Table 2 Absorption．adsorptipn and concentration of Zr in water by aquatic plants
2．3 蛄zr在水葫芦各部位中的分布
放养 14d后， zr在水葫芦各部位中的分布列于表 3。可见在植物各部位中均检测到 zr的存在，表
明水葫芦根系能吸收水体中的 Zr，并有少量向水上部组织输运。根中的比活度最高，叶片次之，茎中较
低 ，表 明水葫芦吸收吸附 zr的主要部位是须根组织 ，这显然与其有巨大表面积的细长众多的须根组织
有关。考虑各部位的质量，则水葫芦吸收吸附的 Zr有 82．45％集中在根部，水上部组织中(茎和叶)仅
占 17．55％。
2．4 底泥中蛄Zr的变化
水生植物引入系统时(0d)和试验结束时(14d)底泥中的 Zr变化状况列于表4。可见0d和14d时底
泥中 zr的的比活度和总活度非常接近，仅下降0．5％，表明被底泥吸附的 zr不易被解吸而进入水体，
底泥对 zr具有较强的吸附和固定作用。这就决定了水体中的 zr比活度由于水生植物的吸收吸附作
维普资讯 http://www.cqvip.com
54
用而随时间呈下降趋势(表 1)。
表 3 Zr在水葫芦各部位中的分布
Acta Agricultura~Nucleatae Sinica
2004，18(1)：51—54
表 4 底泥中 zr的变化
3 结论
3．1 水生植物金鱼藻、卡州萍和水葫芦都能吸附和吸收低浓度水体中的 zr，并具有较强的富集作用，
富集系数 cF达 56．78～1l2．94，因此可作为检测水体 zr污染的指示植物。
3．2 在低浓度水体中放养水生植物后，水中的 zr比活度随时间呈下降趋势。放养初期(0～3d)下降速
度很快 ，仅 3d就下降了50％，因此可用上述 3种水生植物净化被 zr轻微污染的水体。考虑植物个体
的大小、单位水面的生物量以及生长速度，认为选用水葫芦作为 zr污染水体的生物净化材料较为合
适。
3．3 放养水生植物前后，底泥中 zr的比活度和总活度均非常接近，仅下降 0．5％，表明底泥吸附的％
不易解吸而进入水体，从而被水生植物吸收、吸附。底泥对 zr具有强烈的吸附和固定作用。因此，通
过放养水生植物净化底泥中的 Zr污染物效果不明显。
参考文献：
[2]
[3]
[9]
[1O]
[11]
Kruglov S V，Vasil’yeva N A，Kurinov A D，et a1
． Distribution of radionuelides from Chemobyl falout with regard to fractions of the soil．particle
distribution of sod—podzotic soils．Eurasian Soil Science，1996，28(7)：26—35．
Mosulishvili L M，Shoniya N I，Katamadze N M，el a1．Environmental radionuelide distribution in the Republic of Ge0晒a after the Chernobyl
catastrophe．Zhurnal Analitichaskol Khimi，1994，49(1)：135—139．
Yirehenko Y P，Agapkina G 1．Organic radionuclide compounds in soils surrounding the Chernobyl Nuclear Power Plant．Eurasian Soil Science，
1993，25(12)：51—59．
刘立丽，史建君，赵希岳，等． zr在土壤中淋溶与垂直迁移的研究 ．环境科学，2001，22(6)：127～131．
赵希岳，史建君，刘立丽，等．放射性核素”zr在土壤中吸附的研究 ．农业环境保护，2001，20(5)：305 307．
朱永懿，扬俊诚 ，陈景坚，等．施用钾盐对降低”’cs从土壤一农作物转移率的效应．核农学报，1999，13(4)：242～247．
朱永懿，扬俊诚 ，陈景坚，等．施肥和翻耕措施对减少水稻吸收“ cs的效应．核农学报，1998，12(3)：165 170．
Shenber M A，Johanson K J．Intluence of zeolite on the availability of radiocaesium in soil to plants．Science of the Total Environment，1992，
113：287～295．
陈寿椿主编．重要无机化学反应 (第三版)．上海：上海科学技术出版社，1994．1018 1036．
陈晖，史建君．”zr水样的测量方法研究．上海交通大学学报，2001，19(2)：121 125．
Whicker F W。Schuhz V．Radioecolo~ ：Nuclear Energy and the Enviromnent，Vo1．II．Boca Raton，FL：CRC Press，1982．61—63．
维普资讯 http://www.cqvip.com