水生植物在重金屬污染治理中的應用

張黎黎， 劉海龍

(1.廣東技術師范學院 天河學院，廣東 廣州 510540； 2.吉林省地質調查院，吉林 長春 130061)

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水生植物在重金屬污染治理中的應用

張黎黎1， 劉海龍2

(1.廣東技術師范學院 天河學院，廣東 廣州 510540； 2.吉林省地質調查院，吉林 長春 130061)

指出了相對于傳統的重金屬污染治理方法，利用水生植物結合微生物處理技術，有成本低，處理面積大等特點，介紹了水生植物在重金屬污染治理中的研究現狀，分析了水生植物修復重金屬污染的機理，提出了水生植物與微生物聯合治理重金屬污染的方法，并對其進行了總結與展望。

水生植物；重金屬；污染

1　引言

水體重金屬污染已被列入全球四大污染公害之一，主要是在重金屬開采、冶煉、加工過程中，產生的鉛、汞、鉻、鈷等重金屬進入大氣、水體、土壤，造成嚴重的污染。其很難降解，容易聚集，又具有不可逆轉的毒性，歷史上的水俁病和骨痛病就是重金屬污染的慘痛教訓。傳統水體重金屬污染治理方法，利用化學試劑及生物方法處理能力有限，又容易造成二次污染。相比于傳統的重金屬污染治理方法，利用水生植物結合微生物處理技術，有成本低、適用于低濃度廢水處理、處理面積大等特點。本文將對重金屬廢水的植物治理技術的研究現狀和應用前景進行綜述[1]。

2　水生植物在重金屬污染中的研究現狀

重金屬污染的防治措施在環境、生態及生物化學等領域的研究自20世紀60、70年代以來就在世界各污染地區得到重視，我國自2009年以來發生過30多起重金屬污染事件，重金屬污染防治更被提上了十二五規劃中。針對重金屬污染修復技術，黃永杰、劉登義等在八種水生植物對重金屬富集能力的比較研究[2]中發現浮萍、香蒲、水鱉、中華慈菇、蘆葦、空心蓮子草等植物有著較大的發展潛力和應用前景。王謙等在大型水生植物修復重金屬污染水體研究進展[3]中對水生植物去除重金屬的影響因素做了較詳盡的敘述，包括植物生活型、生物量、株齡、處理時間、重金屬種類、初始濃度、溫度、pH 值、其他離子等。彭克儉、秦春等在沉水植物龍須眼子菜(Potamogetonpectinatus)對鎘、鉛的吸附特性中[4]對龍須眼子菜吸附重金屬的吸附特征及吸附過程做了具體解釋。易鋒對復合污染下大藻(Pistiastratiotes)和鳳眼蓮(Eichharniacrassipes)對重金屬的吸收和富集特征[5]有深入研究。

3　水生植物修復重金屬污染的機理

根據植物修復技術的類型，C．N．Mulligan等將水生植物治理重金屬污染的機理分為植物穩定或固化、植物揮發、植物吸收和植物吸附等四種類型[6]，修復過程概括為地下和地上兩個階段(圖1)。

圖1　植物處理重金屬過程

3.1植物根系吸收重金屬并運輸到地上部

近年來，利用超富集植物吸收土壤、水體中的重金屬元素是許多專家關注的，這些植物的根莖葉、腐殖質、分泌物都可以與重金屬結合，從水體、土壤中吸收轉移至地上部分。

3.2超積累植物對重金屬離子的螯合和貯存

在運送過程中，植物利用自身的特殊物質，或者添加劑與重金屬發生螯合作用，使重金屬暫時固定，或者向上遷移，再通過多次收割去除。為了使植物吸收速度更快、吸收量更多，添加螯合劑[7]是提高植物修復效率的最佳方法。利用螯合劑的離子交換作用，與物理化學過程相結合，吸附[8]去除重金屬。這些螯合劑包括EDTA、DTPA、EGTA、檸檬酸等，但是不能不面對的就是二次污染的問題。到了最上部利用植物揮發，將吸收的重金屬轉變為毒性小的揮發性物質，從植物表皮組織空隙中揮發出去。目前在這方面研究最多的是類金屬元素硒和金屬元素汞，如將從水體中吸收的汞還原成揮發性的單質汞[9]。

4　水生植物與微生物聯用修復重金屬污染

植物輔助生物修復技術(植物促進 phytostimulation)：指通過植物活動刺激根圈內的微生物的生物降解的植物修復過程。通常情況下，植物自身不能吸收重金屬離子，但是可以通過植物根部分泌的氨基酸、酶、糖等物質刺激根部周圍的微生物活性和生化反應，達到降解土壤中有機化合物和釋放重金屬的目的。桑樹、桑橙樹和蘋果樹的根部分泌物中含有黃酮類化合物和氧雜萘鄰酮，常被用來刺激降解多環芳烴(PAH)和氯聯苯(PCBS)的微生物。張超蘭等在幾種濕地植物對重金屬鎘脅迫的生理生化響應[10]中得出美人蕉和紅蛋在含鎘廢水人工濕地生態工程修復中具有很好的應用前景。植物地上部分和地下部分的生物膜對于濕地中發生的所有微生物過程都具有重要作用(圖2)。

圖2　濕地水生植物氧的分布及植物吸氧過程

水生植物因其具有觀賞性被廣泛應用于景觀與生態中，其生態景觀價值也隨著人們對生活質量的要求與日俱增，儲榮華將水生植物處理重金屬的環境治理與藝術完美結合，以兩個景觀實例來證明水生植物的生態景觀價值[11]。

5　展望與總結

(1)一般來說植物修復技術節省投資、適應性廣、耐受性強，通常情況下，植物只對部分重金屬進行吸附，這就需要在不同環境選擇不同的植物類型，而一旦植物體內累積過多的重金屬會出現植物中毒阻礙植物生長。重金屬污染的植物通常生長緩慢，生長周期長，矮小且生物量低，不易于大型機械清理作業。重金屬植物死亡腐爛和落葉等途徑會使重金屬重新進入土壤，因此必須在植物死亡和落葉前收割并處理污染植物。目前由于植物富集在體內的重金屬離子濃度很低，不易于分離，不利于重新利用。故今后應重視處理成本和效率的雙重提高，一直困擾學術界的植物吸收重金屬后的植物處理與重金屬回收，如何才能避免二次污染也是水生植物修復重金屬污染的難題[12]。

(2)美國阿崗國家實驗室利用野生植物建立各種生物反應器，凈化石油天然氣生產過程中產生的污水及其污染物，如Newman等(1997)用白楊樹來修復三氯乙烯(TCE)污染的地下水。在這些植物修復技術中，根際耐性微生物和化學添加劑的強化作用使修復效果更加理想，大大改進了植物修復技術，故水生植物吸收與其他技術的連用是今后研究的一個方向[13]。

(3)水生植物去除水體中重金屬具有成本低、操作方便等特點，但是植物生長需要時間，達到富集轉移的過程同樣需要很長的過程，怎樣提高去除效率是今后要解決的重要課題。近幾年，分子生物學和基因工程技術[14]的應用可能將成為在提高效率方面的切入點。

[1]方云英,楊肖娥,常會慶,等.利用水生植物原位修復污染水體[J]. 應用生態學報, 2008,2(19):407～412.

[2]黃永杰，劉登義，王友保，等.八種水生植物對重金屬富集能力的比較研究[J]. 生態學雜志, 2006, 25( 5):541～ 545.

[3]王謙，成水平.大型水生植物修復重金屬污染水體研究進展[J]. 環境科學與技術, 2010,5(33).

[4]彭克儉，秦 春，游武欣，等.沉水植物龍須眼子菜(Potamogeton pectinatus)對鎘、鉛的吸附特性[J]. 生態環境, 2007, 16(6):1654～1659.

[5]易鋒.復合污染下大藻和鳳眼蓮對重金屬的吸收和富集特征[D].昆明：昆明理工大學，2011.

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[10]張超蘭，陳文慧，韋必帽，等.幾種濕地植物對重金屬鎘脅迫的生理生化響應[J]. 生態環境, 2008, 17(4): 1458～1461.

[11]儲榮華.水生植物的生態和景觀應用[D].蘇州：蘇州大學，2010.

[12]林鴻，金晶，姚雄，等.水生植物對水體的處理作用及應用[J]. 園林科技, 2010(3).

[13]梁帥，顏冬云，徐紹輝.重金屬廢水的生物治理技術研究進展[J]. 環境科學與技術,2009,11(32).

[14]鮑桐，廉梅花，孫麗娜，等.重金屬污染土壤植物修復研究進展[J]. 生態環境, 2008, 17(2): 858～865.

2016-06-24

張黎黎(1987—)，女，廣東技術師范學院天河學院碩士研究生。

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1674-9944(2016)16-0144-02