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水体重金属污染已成为全球水资源短缺的一个重要因素,也是国内外水环境污染治理的难题。在重金属污染水体修复的手段中,植物修复是一种耗能低、效果好的新技术,已经引起国内外学术界的高度重视。植物修复技术关键是寻找或培育出能够忍耐和积累重金属、生物量较大、适应性较广的植物材料。
本文以水生植物大藻(Pistia stratiotes L.)为植物材料,以重金属离子铜(Cu2+)、锌(Zn2+)和镉(Cd2+)为胁迫因子,分别采用单一重金属污染和复合重金属污染处理的方法,就大藻对Cu2+、Zn2+、Cd2+的毒性反应和去除效率进行了初步研究。实验主要内容如下:(1)通过观察大藻在模拟重金属污染水体中叶片和根系的受伤情况,评价了Cu2+、Zn2+、Cd2+对大藻生理指标的影响;通过测定大藻在模拟重金属污染水体中叶片叶绿素和丙二醛含量的变化,评价了Cu2+、Zn2+、Cd2+对大藻生化指标的影响:(2)通过测定培养液中的重金属含量,评价了大藻系统对Cu2+、Zn2+、Cd2+的去除效率。通过测定大藻组织(茎叶和根系)中的重金属含量,评价了大藻对Cu2+、Zn2+、Cd2+的富集效果。
主要研究结果如下:(1)单一重金属污染处理下,通过观察大藻叶片和根系两个生理指标,结合对应症状的伤害评分,得出重金属离子对大藻叶片的伤害程度排序为:Cu2+>Cd2+>Zn2+,重金属离子对大藻根系的伤害程度排序为:Cd2+>Cu2+>Zn2+。(2)单一重金属污染处理下,通过测定叶片叶绿素和丙二醛含量的变化,得出重金属离子对大藻叶绿素合成的抑制作用排序为:Cu2+>Cd2+>Zn2+。重金属对引起大藻丙二醛含量上升的效果排序为:Cd2+>Cu2+>Zn2+。(3)单一重金属污染处理下:大藻系统对重金属离子去除率效率排序为:Zn2+>Cu2+>Cd2+;大藻所富集的重金属元素的绝对量排序为:Zn2+>Cu2+>Cd2+;茎叶和根系中重金属富集倍数的排序为:Cd2+>Zn2+>Cu2+。(4)在重金属离子复合污染处理下,Cu+Cd复合污染、Cu+Zn复合污染和Cu+Zn+Cd复合污染对大藻叶片和根系的伤害表现出了协同作用,Zn+Cd复合污染对大藻叶片和根系的伤害表现出了拮抗作用。
根据重金属离子对大藻的生理生化指标的影响,结合大藻对重金属离子的去除效率和富集倍数:Zn2+对大藻的生理生化指标影响相对最小,并且大藻对Zn2+去除效率最高,因此可以作为水体Zn2+污染的修复植物;大藻对Cu2+的去除效率适中,但是Cu2+对大藻的生理生化指标影响最迅速,短期就可对大藻造成伤害,所以不适合作为Cu2+元素污染的修复植物,但可以作为Cu2+污染污水的指示植物。大藻可以作为5ppm以下Cd2+污染水体的修复植物,但对去除效率较低,10ppm、20ppm的Cd2+污染对大藻生理生化指标破坏作用明显。大藻不合适作Cu+Zn复合污染、Cu+Cd复合污染和Cu+Zn+Cd复合污染的修复植物,但是可以作为Zn+Cd复合污染的修复植物。