腐植酸对苦草、伊乐藻富集底泥中铜、镉的影响研究

底泥重金属污染对环境具有潜在的生态危害。利用水生植物(特别是沉水植物)对重金属污染底泥进行原位修复是一种重要的治理方式。其能在不破坏底泥生态环境,保持底泥结构和微生物活性的状况下,通过植物的根系直接将污染元素吸收,从底泥中带走,从而修复被污染的底泥。腐植酸是存在于湖泊底泥中的一种天然有机质,它具有表面积大、结构复杂、带有多种活性官能团(如:-COOH、-OH等)等性质,能够与金属离子发生很强的络合作用,从而影响了它们在环境中的形态、迁移、转化和生物有效性及毒性。本文以苦草和伊乐藻为供试植物,研究底泥不同浓度的Cu、Cd处理条件对植物生理指标及其植株富集Cu、Cd的影响；另外通过向底泥添加腐植酸以考察其对水生植物修复Cu、Cd污染底泥的影响。主要研究结果如下:
　　 1)底泥中较低浓度Cu刺激苦草的生长(生物量、叶绿素),高浓度抑制苦草的生长；而随着Cd处理浓度的增加,苦草的生物量、叶绿素含量均一直降低,在底泥Cd浓度为88.7 mg kg-1DW(含背景值)时,植株出现死亡。随着Cu处理浓度的增加,苦草体内的Cu浓度一直增加,在底泥Cu浓度为614 mg kg-1 DW(含背景值)时,根部、叶部的富集浓度分别为396,114 mg kg-1 DW；苦草体内的Cd浓度随Cd处理浓度的增加而增加,底泥Cd浓度为88.7 mg kg-1 DW(含背景值)时,根部、叶部的富集浓度分别为63.8,48.0 mg kg-1 DW。苦草根部、叶部Cu的生物富集系数分别为0.22-0.64,0.11-0.20；苦草根部、叶部Cd的生物富集系数分别为0.44-0.80,0.33-0.59。苦草根部富集Cu、Cd浓度均大于苦草叶部,并且Cu、Cd在苦草体内的转运系数分别为0.29-0.53、0.60-0.82。
　　 2)向底泥中添加腐植酸使其浓度从3.1 g kg-1 DW提高到7.9 g kg-1 DW。添加腐植酸后,在Cu处理浓度为414、614 mg kg-1 DW(含背景值)情况下,苦草叶片的叶绿素a含量与对照相比显著升高(p<0.05)；然而除了在314 mg kg-1 DW(含背景值)浓度下,叶绿素b无显著升高(p>0.05)。在Cd处理浓度情况下,叶绿素a、叶绿素b含量与对照浓度相比无显著变化(除了在48.7 mg kg-1 DW(含背景值)浓度下,叶绿素a显著升高(p<0.05))。底泥中添加腐植酸后,腐植酸降低了重金属的生物有效性。苦草根部和叶部富集Cu的浓度分别与对照相比降低了44.0-77.0％和35.0-62.7％:富集Cd的浓度分别与对照相比降低了26.4-50.3％和14.3-33.0％。
　　 3)较低浓度Cu刺激伊乐藻的生长(生物量、叶绿素),高浓度抑制伊乐藻的生长；而随着Cd处理浓度的增加,伊乐藻的生物量、叶绿素含量均一直降低。随着底泥中Cu、Cd处理浓度的增加,伊乐藻富集Cu、Cd的浓度也随之增加。当底泥含Cu量达到614 mg kg-1 DW(含背景值)时,根、叶中Cu浓度分别为:98.8、82.8 mg kg-1 DW；当底泥含Cd量达到88.7 mg kg-1 DW(含背景值)时,根、叶中Cd浓度分别达到最大值,分别为:6.50、7.85 mg kg-1 DW。伊乐藻根部、叶部Cu的生物富集系数分别为为0.13-0.21,0.11-0.17。伊乐藻根部Cd的生物富集系数为0.00-0.08,伊乐藻叶部Cd的生物富集系数为0.00-0.09。Cu、Cd在伊乐藻体内的转运系数分别为0.81-0.98、0.82-1.21。
　　 4)向底泥中添加腐植酸使其浓度从3.1 g kg-1 DW提高到7.9 g kg-1 DW。添加腐植酸后,[Cu]≥>414 mg kg-1 DW(含背景值)处理情况下伊乐藻生物量相对增长率明显降低(p<0.01),而对Cd处理情况下伊乐藻生物量相对增长率无显著变化(p>0.05)。添加腐植酸后,在Cu处理浓度下,伊乐藻根部和叶部富集Cu的浓度与对照相比分别增长了26-69％和40-78％；而与对照实验相比,在每一个处理浓度条件下,伊乐藻根部和叶部富集Cd的浓度分别降低了12-27％和11-37％。其因为是:添加腐植酸后,底泥中Cu和Cd的化学形态的转化形式是一致的。都是交换态和碳酸盐结合态重金属显著向有机物结合态重金属转化。由于Cu离子释放到水体中而Cd离子没有,从而导致了伊乐藻体内Cu浓度增加而Cd浓度减少。
　　 以上研究表明,苦草和伊乐藻都对Cu、Cd具有很强的耐受性,可以作为原位修复底泥Cu和Cd污染的植物种类应用。添加腐植酸后,交换态和碳酸盐结合态重金属显著向有机物结合态重金属转化,降低了重金属的生物可利用性。