陈海生，楼 骏

(浙江同济科技职业学院,浙江 杭州 311231)



山地水库消落带建群种植物重金属污染降解效应

陈海生，楼 骏*

(浙江同济科技职业学院,浙江 杭州 311231)

选取广泛分布于浙江省长潭水库消落带抗旱耐淹的禾本科乡土植物五节芒和白茅作为试验材料，利用盆栽试验，研究这2种植物对水库消落带土壤中重金属Cu和Cd的降解效应。结果表明：这2种禾本科植物对其消落带土壤中重金属Cu和Cd具有明显的去除效果。但五节芒对土壤中Cd的降解率高于白茅。在处理60 d的过程中，前期30 d植物对土壤中重金属的降解速率高于后期30 d。因此，这2种植物特别是五节芒应作为主要的水库消落带生态重建建群种，从而有利于水库消落带良好的生态系统的形成和水库饮用水水质的提高。

水库消落带；五节芒 ；白茅；重金属污染

土壤重金属污染具有隐蔽性强、无法微生物降解、容易通过食物链在植物体内数十倍积累[1]。重金属污染植物修复是利用植物降解、转化和固定土壤、污泥或水体中有害有毒重金属的技术。其植物可以是高大的乔木和野生的灌木，也可以是陆生和水生的草本植物。水库消落带是指由于水库运行期间水文调度引起的库区水位周期性变化，而在库区流域周边形成的特殊的生态环境区域。水库蓄水后，消落带会被淹，消落带土壤中重金属及其他污染物可从土壤中溶出进入水库水体，引起饮用水水库水质下降，给库区周围的居民带来不良影响。

曾有许多研究涉及水库消落带重金属污染的分布和评价，如陈梓云等[2-3]对三峡库区消落带土壤的Pb和Cd进行了污染调查。许书军等[1]对三峡库区消落带耕地重金属分布特征进行了研究，周谐等[4]对三峡库区消落带土壤重金属分布进行了分析评价。近年来，有很多研究热衷于采用植物修复的方法来降解土壤重金属污染[5]，植物修复具有成本较低、操 作 简单、不破坏土壤结构、无二次污染等优点，是一种可靠的、易被接受且具有发展潜力的修复技术 。我国已发现多种超累集植物，并用这些植物开展了土壤及水体污染物修复工作[6]，但关于南方山地水库消落带土壤污染植物修复的研究还不多见。

浙江省长潭水库是一座以供水、防洪、灌溉为主的大型水库，主要提供台州市“三区”(椒江区、黄岩区、路桥区)及玉环、温岭两县市的200多万城乡居民的生活用水[7]。随着水库水位的涨落，长潭水库消落带深度位于36～29 m，库区会形成面积达0.7km2的消落带区。长潭水库消落带内广泛分布抗旱耐淹的禾本科乡土植物——五节芒(Miscanthusfloridulus)和白茅(Imperatacylindricavar.major)。五节芒是禾本科(Gramineae)芒属多年生草本植物，能够截流雨水、涵养水源、防止表土流失和滑坡，因而具有很高的水土保持价值,是公认的水土保持物种[8-10]。五节芒侵袭、生长、繁殖、竞争和生态适应能力强，常常成为我国南方溪流、滩涂和水库消落带等草本群落的优势成分[11]。白茅为禾本科白茅属、多年生草本植物，是一种根茎发达的中生性杂草，繁殖力强，对贫瘠、干旱及中、轻度盐渍化土壤均有较好的适应性[12]。本研究拟通过盆栽试验，明确五节芒和白茅对重金属的吸收特点，旨在探讨这二种植物在南方山地水库消落带土壤重金属污染净化上的应用潜力，为浙江省水库消落带生态重建提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试植物五节芒和白茅及土壤均采自浙江省长潭水库上垟乡政府旁边的消落带上，选取自然生长、长势一致、且当年萌发的五节芒和白茅新苗，带土幼苗采样后带回温室。采集环境，植株高度、生物量大致相同。采集时连根带土移植。供试重金属为固体CuSO4·5H2O和Cd3O12S3·8H2O，然后用去离子水配成溶液备用；供试仪器为沈阳分析仪器厂生产的WYX402B原子吸收分光光度计，Cu、Cd空心阴极灯。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 采用盆栽试验，在聚乙烯塑料盆里装土1 kg，土壤取自位于上垟乡政府旁边的长潭水库消落带上，在其中9盆土样中分别均匀加入Cu 200 mg/kg，另外9盆加入Cd 130 mg/kg。分别在加入Cu和Cd的塑料盆中，选2盆移栽五节芒和白茅，1盆作对照，重复3次。待其生长15、30、45和60 d，在根部取土壤样品待测。

1.2.2 测定方法 将采集的土壤样品自然条件下风干，除去植物根须、碎石等杂物，经四分法混合均匀后，研磨过100目筛，采用火焰原子吸收分光光度法(GB/T17138-97)测定Cu和Cd含量。

2 结果与分析

2.1 五节芒和白茅对水库消落带土壤中Cu的降解效应

从表1可见，随着处理时间的延长，栽种植物的和不栽种植物的消落带土壤中Cu含量都呈下降趋势。但不栽种植物的消落带土壤生态系统对土壤中Cu的降解非常缓慢。而栽种植物的消落带生态系统对土壤中Cd的降解效果十分明显，而且五节芒消落带生态系统对土壤中Cu的降解力要高于白茅消落带生态系统。在处理第60天时测定，栽种白茅的消落带土壤中Cu含量从开始处理时的227.3 mg/kg降到处理第60天时的183.4 mg/kg,降低了19.31 %。而栽种五节芒的消落带土壤中Cu含量从开始处理时的227.3 mg/kg降到处理第60天时的165.9 mg/kg,降低了27.01 %。五节芒消落带生态系统对土壤中Cu的降解速率比白茅消落带生态系统要高7.70 %。

从表1还可看出，在处理60 d的过程中，前期30 d栽有植物的消落带生态系统对土壤中Cu的降解速率要高于后30 d的降解速率。如栽种白茅的消落带土壤中Cu含量从开始处理时的227.3 mg/kg降到处理第30天时的197.5 mg/kg，前期30 d白茅消落带生态系统对土壤中Cu的降解率为13.11 %，而后期30 d的降解率为7.14 %。栽种五节芒的消落带土壤中Cu含量从开始处理时的227.3 mg/kg降到处理第30天时的187.6 mg/kg，五节芒消落带生态系统对土壤中Cu的降解率前30 d为17.47 %，而后30 d的降解率为11.57 %。

表1 不同植物对消落带土壤中Cu的去除效应

表2 不同植物对消落带土壤中Cd的去除效应

2.2 五节芒和白茅对水库消落带土壤中Cd的降解效应

从表2可见，随着处理时间的延长，栽种植物的和不栽种植物的消落带土壤中Cd含量都呈下降趋势。但不栽种植物的消落带土壤生态系统对土壤中Cd的降解非常缓慢。而栽种植物的消落带生态系统对土壤中Cd的降解效果十分明显，而且五节芒消落带生态系统对土壤中Cd的降解力要高于白茅消落带生态系统。在处理第60天时测定，栽种白茅的消落带土壤中Cd含量从开始处理时的123.6 mg/kg降到处理第60天时的108.7 mg/kg,降低了12.06 %。而栽种五节芒的消落带土壤中Cd含量从开始处理时的123.6 mg/kg降到处理第60天时的101.6 mg/kg，降低了17.80 %。五节芒消落带生态系统对土壤中Cd的降解速率比白茅消落带生态系统要高5.74 %。

从表2还可看出，在处理60 d的过程中，栽有植物的消落带生态系统对土壤中Cd的降解能力前30 d要高于后30 d。如栽种白茅的消落带土壤中Cd含量从开始处理时的123.6 mg/kg降到处理第30天时的113.9 mg/kg，前30 d白茅消落带生态系统对土壤中Cd的降解率为7.85 %，而后30 d的降解率为4.57 %。栽种五节芒的消落带土壤中Cd含量从开始处理时的123.6 mg/kg降到处理第30天时的108.9 mg/kg，五节芒消落带生态系统对土壤中Cd的降解率前30 d为11.89 %，而后30 d的降解率为6.70 %。

3 结论与讨论

(1) 水库消落带建群种植物要满足如下的生物学特性：有发达的根系，能护坡固土。适应性强，不但要耐干旱耐涝渍，抗病虫害能力强，生长迅速，有很好的生态景观效果。而且还要具有较强的降污和水质净化能力。各地长期的水库消落带生态重建实践证明，消落带建群种植物的选择及配置应走本地化的道路，以地带性植被、乡土植物为基调，适当引进适于本地生长条件的野生植物和外地植物。五节芒和白茅都是自然生长在浙江省山地水库消落带上的且在当地分布较广的野生草本植物。这类植物在当地经历漫长的演化过程，其生理、遗传、形态特征与当地的自然条件相适应，具有较强的逆境生存能力。

(2)广泛分布于浙江山地水库消落带中的禾本科植物五节芒和白茅对消落带土壤中重金属Cu和Cd具有一定的吸收作用，因而对消落带土壤中重金属具有一定的降解能力，对饮用水水库的水环境具有一定的改良作用。并且在处理60天的过程中，前期30 d栽有植物的消落带生态系统对土壤中重金属的降解速率要高于后期30 d的降解速率。但五节芒消落带生态系统对土壤中Cd的降解率要高于白茅消落带生态系统。

(3)在浙江南部山地水库消落带生态重建中，必须考虑当地的乡土植物五节芒和白茅在恢复生态学中的重要作用。这2种植物不但耐旱耐涝，抗逆性强，而且对消落带土壤中重金属具有较强的降解能力。因此，消落带中这2种植物特别是五节芒应作为主要的建群种，这样才有利于水库消落带良好的生态系统的形成和水库饮用水水质的提高。

[1]许书军,魏世强,谢德体.三峡库区耕地重金属分布特征初步研究[J].水土保持学报,2003,17(4):64-66.

[2]陈梓云,彭梦侠.三峡库区消落带土壤中铅污染调查[J].土壤与环境,2001,10(2)：165-166.

[3]陈梓云,彭梦侠.三峡库区消落带土壤中镉污染调查与分析[J].西南民族大学学报:自然科学出版,2003,29(4):494-495.

[4]周 谐,郑 坚,张 晟,等.三峡库区重庆段淹没区土壤重金属分布及评价[J].中国环境监测,2006,22(6):86-88.

[5]钟珍梅,杨冬雪,黄勤楼,等.土壤重金属污染的植物修复技术研究进展[J].福建 农业学报,2006,21(S):145-151.

[6]陈同斌,范稚莲,雷 梅,等.磷对超富集植物蜈蚣草吸收砷的影响及其科学意义[J].科学通报,2002,47(15):1156-1159.

[7]张方钢,张东旭,赵谷风,等.黄岩长潭水库流域主要植被类型及恢复对策[J].浙江师范大学学报(自然科学版),2006,29(1):85-91.

[8]Kao W Y,Tsai T T, ChenWH. A comparative study ofMiscanthusforidulus(Labill)Warb andM.TransmorrisonensisHayata:Photosynthetic gas exchange, leaf characteristics and growth in controlled environments[J].Annals of Botany, 1998, 81:295-299.

[9]Lew and owskiI, Scurlockb JM O, Lindvall E, et al. The development and currentstatus of perennial rhizomatous grasses as energy crops in the US and Europe[J]. Biomass and Bioenergy, 2003, 25:335-361.

[10]Zhao N X, Xiao Y F. Plant resources and its exploitation, utilization of the genusMiscanthusinAnhui Province[J]. Journal of Wuhan Botanical Research, 1990, 8(4):374-382.

[11]赵南先,萧运峰.安徽省的芒属植物资源及其开发利用[J].武汉植物研究,1990, 8(4):374-382.

[12]仲启铖,王江涛,周剑虹,等.水位调控对崇明东滩围垦区滩涂湿地芦苇和白茅光合、形态及生长的影响[J].应用生态学报,2014,25(2):408-418.

(责任编辑 李山云)

Effects of Constructive Species Growing in Water-level-fluctuation Zone of Mountain Reservoir on Degradation of Heavy Metal Contamination

CHEN Hai-sheng，LOU Jun*

(Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology, Zhejiang Hangzhou 311231, China)

The pot experiment was conducted onMiscanthusfloridulusandimperatacylindricaloriginally growing in water-level-fluctuation zone of changtan reservoir, Zhejiang province to study the effects of these species on degradation of heavy metal contamination such as Cu and Cd in soils of water-level-fluctuation zone of reservoir. The results showed that there existed significant effects of these species on degradation of heavy hetal contamination such as Cu and Cd in soils. But the degradation efficiency ofMiscanthusfloridulushad been greater than that ofimperatacylindrical. During the 60 days treatment, the degradation efficiency of these species in the earlier 30 days running was higher than that in the later 30 days running. It could be concluded that these two species,Miscanthusfloridulusin particular,should be acted as constructive species of water-level-fluctuation zone of reservoir in southern parts of Zhejiang province.

Water-level-fluctuation zone of reservoir；Miscanthusfloridulus；Imperatacylindrica；Heavy metal contamination

1001-4829(2016)11-2728-04

10.16213/j.cnki.scjas.2016.11.040

2015-08-21

浙江省科技厅公益性项目(2012C23031)

陈海生(1965-)，男，浙江临海人，博士后，教授，主要从事水环境治理研究，E-mail：haishch@126.com，*为通讯作者:楼 骏(1979-)，男，浙江义乌人，讲师，从事水利工程经济研究，E-mail：loujun@zjwater.cn。

S158.3

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