张黎黎， 刘海龙

(1.广东技术师范学院 天河学院，广东 广州 510540； 2.吉林省地质调查院，吉林 长春 130061)



水生植物在重金属污染治理中的应用

张黎黎1， 刘海龙2

(1.广东技术师范学院 天河学院，广东 广州 510540； 2.吉林省地质调查院，吉林 长春 130061)

指出了相对于传统的重金属污染治理方法，利用水生植物结合微生物处理技术，有成本低，处理面积大等特点，介绍了水生植物在重金属污染治理中的研究现状，分析了水生植物修复重金属污染的机理，提出了水生植物与微生物联合治理重金属污染的方法，并对其进行了总结与展望。

水生植物；重金属；污染

1　引言

水体重金属污染已被列入全球四大污染公害之一，主要是在重金属开采、冶炼、加工过程中，产生的铅、汞、铬、钴等重金属进入大气、水体、土壤，造成严重的污染。其很难降解，容易聚集，又具有不可逆转的毒性，历史上的水俣病和骨痛病就是重金属污染的惨痛教训。传统水体重金属污染治理方法，利用化学试剂及生物方法处理能力有限，又容易造成二次污染。相比于传统的重金属污染治理方法，利用水生植物结合微生物处理技术，有成本低、适用于低浓度废水处理、处理面积大等特点。本文将对重金属废水的植物治理技术的研究现状和应用前景进行综述[1]。

2　水生植物在重金属污染中的研究现状

重金属污染的防治措施在环境、生态及生物化学等领域的研究自20世纪60、70年代以来就在世界各污染地区得到重视，我国自2009年以来发生过30多起重金属污染事件，重金属污染防治更被提上了十二五规划中。针对重金属污染修复技术，黄永杰、刘登义等在八种水生植物对重金属富集能力的比较研究[2]中发现浮萍、香蒲、水鳖、中华慈菇、芦苇、空心莲子草等植物有着较大的发展潜力和应用前景。王谦等在大型水生植物修复重金属污染水体研究进展[3]中对水生植物去除重金属的影响因素做了较详尽的叙述，包括植物生活型、生物量、株龄、处理时间、重金属种类、初始浓度、温度、pH 值、其他离子等。彭克俭、秦春等在沉水植物龙须眼子菜(Potamogetonpectinatus)对镉、铅的吸附特性中[4]对龙须眼子菜吸附重金属的吸附特征及吸附过程做了具体解释。易锋对复合污染下大藻(Pistiastratiotes)和凤眼莲(Eichharniacrassipes)对重金属的吸收和富集特征[5]有深入研究。

3　水生植物修复重金属污染的机理

根据植物修复技术的类型，C．N．Mulligan等将水生植物治理重金属污染的机理分为植物稳定或固化、植物挥发、植物吸收和植物吸附等四种类型[6]，修复过程概括为地下和地上两个阶段(图1)。

图1　植物处理重金属过程

3.1植物根系吸收重金属并运输到地上部

近年来，利用超富集植物吸收土壤、水体中的重金属元素是许多专家关注的，这些植物的根茎叶、腐殖质、分泌物都可以与重金属结合，从水体、土壤中吸收转移至地上部分。

3.2超积累植物对重金属离子的螯合和贮存

在运送过程中，植物利用自身的特殊物质，或者添加剂与重金属发生螯合作用，使重金属暂时固定，或者向上迁移，再通过多次收割去除。为了使植物吸收速度更快、吸收量更多，添加螯合剂[7]是提高植物修复效率的最佳方法。利用螯合剂的离子交换作用，与物理化学过程相结合，吸附[8]去除重金属。这些螯合剂包括EDTA、DTPA、EGTA、柠檬酸等，但是不能不面对的就是二次污染的问题。到了最上部利用植物挥发，将吸收的重金属转变为毒性小的挥发性物质，从植物表皮组织空隙中挥发出去。目前在这方面研究最多的是类金属元素硒和金属元素汞，如将从水体中吸收的汞还原成挥发性的单质汞[9]。

4　水生植物与微生物联用修复重金属污染

植物辅助生物修复技术(植物促进 phytostimulation)：指通过植物活动刺激根圈内的微生物的生物降解的植物修复过程。通常情况下，植物自身不能吸收重金属离子，但是可以通过植物根部分泌的氨基酸、酶、糖等物质刺激根部周围的微生物活性和生化反应，达到降解土壤中有机化合物和释放重金属的目的。桑树、桑橙树和苹果树的根部分泌物中含有黄酮类化合物和氧杂萘邻酮，常被用来刺激降解多环芳烃(PAH)和氯联苯(PCBS)的微生物。张超兰等在几种湿地植物对重金属镉胁迫的生理生化响应[10]中得出美人蕉和红蛋在含镉废水人工湿地生态工程修复中具有很好的应用前景。植物地上部分和地下部分的生物膜对于湿地中发生的所有微生物过程都具有重要作用(图2)。

图2　湿地水生植物氧的分布及植物吸氧过程

水生植物因其具有观赏性被广泛应用于景观与生态中，其生态景观价值也随着人们对生活质量的要求与日俱增，储荣华将水生植物处理重金属的环境治理与艺术完美结合，以两个景观实例来证明水生植物的生态景观价值[11]。

5　展望与总结

(1)一般来说植物修复技术节省投资、适应性广、耐受性强，通常情况下，植物只对部分重金属进行吸附，这就需要在不同环境选择不同的植物类型，而一旦植物体内累积过多的重金属会出现植物中毒阻碍植物生长。重金属污染的植物通常生长缓慢，生长周期长，矮小且生物量低，不易于大型机械清理作业。重金属植物死亡腐烂和落叶等途径会使重金属重新进入土壤，因此必须在植物死亡和落叶前收割并处理污染植物。目前由于植物富集在体内的重金属离子浓度很低，不易于分离，不利于重新利用。故今后应重视处理成本和效率的双重提高，一直困扰学术界的植物吸收重金属后的植物处理与重金属回收，如何才能避免二次污染也是水生植物修复重金属污染的难题[12]。

(2)美国阿岗国家实验室利用野生植物建立各种生物反应器，净化石油天然气生产过程中产生的污水及其污染物，如Newman等(1997)用白杨树来修复三氯乙烯(TCE)污染的地下水。在这些植物修复技术中，根际耐性微生物和化学添加剂的强化作用使修复效果更加理想，大大改进了植物修复技术，故水生植物吸收与其他技术的连用是今后研究的一个方向[13]。

(3)水生植物去除水体中重金属具有成本低、操作方便等特点，但是植物生长需要时间，达到富集转移的过程同样需要很长的过程，怎样提高去除效率是今后要解决的重要课题。近几年，分子生物学和基因工程技术[14]的应用可能将成为在提高效率方面的切入点。

[1]方云英,杨肖娥,常会庆,等.利用水生植物原位修复污染水体[J]. 应用生态学报, 2008,2(19):407～412.

[2]黄永杰，刘登义，王友保，等.八种水生植物对重金属富集能力的比较研究[J]. 生态学杂志, 2006, 25( 5):541～ 545.

[3]王谦，成水平.大型水生植物修复重金属污染水体研究进展[J]. 环境科学与技术, 2010,5(33).

[4]彭克俭，秦 春，游武欣，等.沉水植物龙须眼子菜(Potamogeton pectinatus)对镉、铅的吸附特性[J]. 生态环境, 2007, 16(6):1654～1659.

[5]易锋.复合污染下大藻和凤眼莲对重金属的吸收和富集特征[D].昆明：昆明理工大学，2011.

[6]C.N.Mulligan ，R.N.Yong，B.F.Gibbs.Remediation technologies for metal-contaminated soils and groundwater:an evauation [J]. Engineering Geology, 2001(60):193～207.

[7]李俊,李科林.水生植物处理污染水研究现状及应用前景[J]. 安徽农业科学,2007,35(34):11159～11161.

[8]Evaluation of remediation process with plant-derived biosurfactant for recovery of heavy metals fromcontaminated soils[J]. Kyung-Jin Hong a, Shuzo Tokunaga b, Toshio Kajiuchi. Chemosphere, 2002(49):379～387.

[9]吴建强,黄沈发,丁玲.水生植物水体修复机理及其影响因素[J]. 水资源保护, 2007,4(23).

[10]张超兰，陈文慧，韦必帽，等.几种湿地植物对重金属镉胁迫的生理生化响应[J]. 生态环境, 2008, 17(4): 1458～1461.

[11]储荣华.水生植物的生态和景观应用[D].苏州：苏州大学，2010.

[12]林鸿，金晶，姚雄，等.水生植物对水体的处理作用及应用[J]. 园林科技, 2010(3).

[13]梁帅，颜冬云，徐绍辉.重金属废水的生物治理技术研究进展[J]. 环境科学与技术,2009,11(32).

[14]鲍桐，廉梅花，孙丽娜，等.重金属污染土壤植物修复研究进展[J]. 生态环境, 2008, 17(2): 858～865.

2016-06-24

张黎黎(1987—)，女，广东技术师范学院天河学院硕士研究生。

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1674-9944(2016)16-0144-02