不同六氯苯浓度胁迫下窄叶香蒲对贫营养水体的影响研究

毛珍翠，王 蓓, 2，张翠萍，李淑英，卢国理，朱春蓉，周元清

(1.玉溪师范学院污染控制与生态修复研究中心，云南 玉溪 653100；2.云南大学生态学与地植物学研究所，云南 昆明 650091)



不同六氯苯浓度胁迫下窄叶香蒲对贫营养水体的影响研究

毛珍翠1，王 蓓1, 2，张翠萍1，李淑英1，卢国理1，朱春蓉1，周元清1

(1.玉溪师范学院污染控制与生态修复研究中心，云南 玉溪 653100；2.云南大学生态学与地植物学研究所，云南 昆明 650091)

采用水培法，以窄叶香蒲(TyphaLatifolia)为试验植物，通过测定和分析不同六氯苯(Hexachlorobenzene，简称HCB)浓度(0mg/L、1mg/L、10mg/L)胁迫下贫营养水体中TN、TP含量变化特征，研究窄叶香蒲对贫营养水体的影响。结果表明：在不同浓度六氯苯胁迫下窄叶香蒲对贫营养水体中TN、TP的吸收能力不同，低六氯苯浓度胁迫下更有利于窄叶香蒲吸收水体中的TN和TP。因此，可选用窄叶香蒲治理六氯苯污染，抑制贫营养水体向富营养化转变。

六氯苯；胁迫；贫营养水体；窄叶香蒲；水污染防治

0 引言

随着城市和工农业的发展，大量未经处理的生活污水和工农业废水流入水体中[1]，水体污染，尤其是水体富营养化[2]已成为我国主要的生态环境问题[3-4]。Jiang等[5]研究发现水体富营养化的物质基础是水体中总氮和总磷，二者浓度高低成为富营养化程度的重要标志之一。

六氯苯( Hexachlorobenzene，简称HCB)主要来源于染料制造、有机合成中间体和农业生产活动，广泛分布于土壤、空气、水体及底泥中，其生物蓄积性、持久残留性、高毒性和半挥发性，会导致生殖及免疫机能失调、生物体内分泌紊乱、发育紊乱以及癌症等严重疾病[6]，对人体健康及整个生态系统的危害极大。有学者报道，城市河流水体、自来水和底泥中均检测出较高浓度的六氯苯[7]。

近年来，利用水生高等植物治理水体污染逐渐受到人们关注[8]，植物能通过根系从污水中吸收营养物质，改善水质[9]，而且能运输氧气到根区为微生物的生长、繁殖和污染物降解创造适宜条件[10]。目前，窄叶香蒲已被广泛用于治理污染水体，对富营养化水体中的N、P污染去除效果显著，混合污染条件下对六氯苯有降解作用[11]。混合污染水体中，某种污染物胁迫可以促进水生高等植物对另一种污染物的吸收或降解。如在有机污染物或重金属胁迫下，可以促进水生植物对N、P的吸收，从而净化富营养化水体。本文采用窄叶香蒲水培法，通过分析不同浓度六氯苯胁迫下贫营养水体中N、P含量变化，期望能探明窄叶香蒲对贫营养水体的影响。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验植物于2015年5月21日采自抚仙湖牛摩湿地，带回实验室内进行水培。供试水样为自配灭菌Ⅲ类水体加不同浓度的(0mg/L、1mg/L、10mg/L)HCB。水质分类参照《GB3838-2002地表水环境质量标准》。

1.2 实验方法

实验设置4组处理：(贫营养液+香蒲(0mg/L)、贫营养液+香蒲+HCB(1mg/L)、贫营养液+香蒲+HCB(10mg/L)、无植物种植组。每组设置3个对照。试验前期隔2d取1次样(5月21日—5月30日)；实验中期隔3d取1次样(5月30日—6月4日)；试验后期隔7 d取1次样(6月4日—6月11日)。

TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法，TP采用钼锑抗分光光度法[12]。采集水样前充分搅拌水体，试验期间添加灭菌Ⅲ类水体使瓶内水位稳定。测定时观测植物株高、根际生长情况。

2 结果分析

2.1 不同六氯苯浓度胁迫下有无窄叶香蒲对贫营养水体中TN、TP的影响

不同HCB浓度胁迫下有无窄叶香蒲处理对培养液水体中TN、TP有显著的影响(图1)。不同HCB浓度对水体中TN、TP含量变化几乎毫无影响(图1B、图1D)，不同浓度(0mg/L、1mg/L、10mg/L)六氯苯水体经过10 d的静置后水体中TN的浓度比第1d分别增加了0.019mg/L、0.014mg/L和0.016mg/L，TP的浓度比第1d分别增加了0.038mg/L、0.038mg/L和0.040mg/L。表明HCB对贫营养水体中TN、TP含量变化无影响。一般在风的作用下，空气中的N、P物质随风带入水体中，使其溶于水体中而使水体中的TN、TP含量升高；或由于温度的升高，使水体中的N、P物质随水蒸气散发到空气中使水体中的TN、TP含量降低[13]。但HCB具有脂溶性强、难溶或微溶于水、挥发性小、半衰期长，以及能够在生物体内和水体沉积物中大量富集等特性，沉积物成为水环境 HCB 的主要环境归宿[14]。水培试验时，由于HCB漂浮在水面上，阻断了水体与空气间的物质交换，因此水体中的TN、TP含量几乎无变化。

窄叶香蒲在各个HCB浓度水体中对TN、TP具有吸收作用，且HCB浓度不同，吸收能力也不同(图1A、图1C)。植物生长环境中的污染物如果超过其耐受阀值，会引发植物有机体在所有功能水平上产生变化和反应[15]。整个水培过程中水培前期1mg/L HCB胁迫下窄叶香蒲吸收N、P量最多，可能是外界污染环境胁迫下窄叶香蒲大量吸收营养物质而引起营养物积累。3种不同HCB浓度0mg/L、1mg/L、10mg/L水体中10mg/L HCB水体中的N、P含量最高(图1A、图1C)，说明高浓度HCB胁迫下窄叶香蒲对N、P的吸收能力最弱，可能是由于植物周围污染物含量较高，HCB胁迫使窄叶香蒲生理代谢活动失调，抑制了植物对水体中营养物质(N、P)的吸收。盖玉红等研究发现[16]生境中污染物浓度影响植物耐受极限值，与本研究结果一致。水培前期3种不同HCB浓度水体中1mg/L HCB水体中N、P含量最低(图1A、图1C)，说明低浓度HCB胁迫下可以促进窄叶香蒲对N、P的吸收，外界污染环境胁迫作用于植物体能通过自身细胞渗透调节作用抵抗胁迫[17]。

研究发现，混合污染水体中，某种污染物胁迫下可以促进窄叶香蒲对另一种污染物的吸收或降解。有机污染物或重金属胁迫下，可以促进窄叶香蒲对N、P的吸收，从而净化富营养化水体[18]。本研究中，单一污染(HCB)的贫营养水体中，HCB能促进窄叶香蒲对营养物质N、P的吸收，但不同浓度(0mg/L、1mg/L、10mg/L)的 HCB胁迫下窄叶香蒲对贫营养水体中TN、TP的吸收能力不同。经水培1～22d ，3种 HCB浓度(0mg/L、1mg/L、10mg/L)水体中TN 浓度分别增加0.074mg/L、0.102mg/L和0.111mg/L，TP的浓度分别增加0.035mg/L、0.001mg/L和0.041mg/L，3种HCB(0mg/L、1mg/L、10mg/L)浓度水体中TN、TP浓度增加顺序排均为：10mg/L>1mg/L>0mg/L，表明不同浓度六氯苯胁迫下窄叶香蒲对贫营养水体中的TN、TP具有一定的吸收能力，低六氯苯浓度胁迫下更有利于窄叶香蒲吸收水体中的TN、TP。

经1 ～22d水培，0mg/L HCB浓度窄叶香蒲处理下水体中TN浓度增加0.074mg/L，TP增加0.035mg/L(图1A、图1C)；1mg/L HCB浓度下TN增加0.102mg/L，TP增加0.001mg/L；10mg/L HCB浓度下TN增加0.111mg/L，TP增加0.040mg/L(表1)。表明3种HCB浓度下，窄叶香蒲处理下TN、TP的浓度都随水培时间的增长而增加。

本实验植物窄叶香蒲取自抚仙湖流域内的牛摩湿地，湿地水体属于劣Ⅴ类水体，是富营养化水体[19]。植物从生长环境中吸收营养物质以满足其生长发育需要的同时，会主动和被动地从环境中吸收许多生长发育所非必须的物质。某些物质(如酚类)在生物体内易于降解，在生物体内存在的时间不长，生物在不断从外界环境中吸收的同时，其分解过程也在不停地进行，因而不易积累；而部分物质(如有机氮化合物)在植物体内不易被降解，可在植物体内以原来的形态或其他形态长时间存在[20]。且植物在不同时期不同植物部位N、P量不同[21]。2月中旬的植株N、P含量均大于6月中旬的植株N、P含量，这可能与水质起始N、P浓度较高有关，也可能因为水生植物的生长初期植株N、P含量相对较高有关。因此窄叶香蒲植株体内N、P含量相对较高。

水培后期，窄叶香蒲根茎附近开始腐烂。生产者产生的有机物如植物残体、枯枝落叶、渗出物及脱落物等被分解者(原生动物和微生物)分解，它们把有机物分解为无机物，N、P重新释放进入水体中，致使水体中N、P含量升高[21]。但增加后的TN、TP浓度仍在贫营养水体范围内，不会导致水体富营养化。面对植物残体、枯枝落叶等被降解的问题，通过收获或移去富集了N、P的部分，从而降低其浓度，可达到对污染环境进行治理的目的。

表1 水体中TN、TP含量的变化 (mg/L)

2.2 相同六氯苯浓度下有无窄叶香蒲种植处理对贫营养水体中TN、TP影响

相同浓度HCB胁迫下经窄叶香蒲处理的水体中N、P含量比无窄叶香蒲处理的水体中N、P含量低(图2)。水培7d 后，0mg/L、1mg/L和10mg/L HCB浓度胁迫下窄叶香蒲组TN浓度分别是0.764mg/L、0.761mg/L和0.049mg/L，无植物种植组TN浓度分别是0.769mg/L、0.762mg/L和0.771mg/L。0mg/L HCB胁迫下有窄叶香蒲和无窄叶香蒲处理水体中TP平均值分别为0.034mg/L和0.033mg/L；1mg/L六氯苯胁迫下有窄叶香蒲和无窄叶香蒲处理的水体中的TP平均值分别为0.034mg/L和0.033mg/L；10mg/L六氯苯胁迫下有窄叶香蒲和无窄叶香蒲处理的水体中的TP平均值分别为0.032mg/L和0.033mg/L。相同HCB浓度水体中TN、TP含量顺序为：有窄叶香蒲<无窄叶香蒲，表明HCB胁迫下窄叶香蒲对贫营养水体中N、P具有一定吸收能力。有研究表明窄叶香蒲能抵抗一定的污染强度[22]，对外界污染环境有一定的抗胁迫能力[23]，钱鸣飞等[24]发现窄叶香蒲根系发达，去污能力较强，能较好地去除N、P污染，净化被污染水体，与本研究一致。

富营养化水体中水培窄叶香蒲需要通过吸收水体中N、P等营养物质完成植物个体生长代谢，同时根系还能提供较大的附着面积供微生物附着，与水中微生物共同降低水体中的营养元素含量，实现对水体的原位修复[25]，在贫营养水体中也是如此。有研究认为，微生物对水体中污染物质去除主要是生物、植物、基质、微生物相互之间的作用机制净化水质的过程，其中植物直接吸收N、P净化水体的作用所占比例较少[26]。但是植物在水体生态修复过程中是必不可少的，植物不但为微生物提供附着载体，还会通过根系的呼吸为微生物提供一定的氧气，因此植物的各种生理代谢活动会直接关系到水体中N、P等污染物的净化效果[27]。因此有窄叶香蒲>无窄叶香蒲，在利用窄叶香蒲治理HCB污染物的同时，还可以抑制贫营养水体向富营养化转变。

3 结论

(1) 不同浓度六氯苯胁迫下窄叶香蒲对贫营养水体中的TN、TP具有一定的吸收能力，低六氯苯浓度胁迫下更有利于窄叶香蒲吸收水体中的TN、TP；

(2) 有窄叶香蒲>无窄叶香蒲，利用窄叶香蒲治理六氯苯污染物的同时，还可以抑制贫营养水体向富营养化转变；

(3) 水培窄叶香蒲是可行的，可为试验材料提供保障，需要进一步研究水培窄叶香蒲的生长特性，进一步提高持久性降解有机污染物的降解率、抑制贫营养水体向富营养化转变。

[1] 陈水勇. 水体富营养化的形成、危害和影响[J]. 环境科学与技术, 1999(2):11-15.

[2] 洪小琴.惠女水库水质富营养化原因分析及污染控制[J].海峡科学, 2014(7): 7-9.

[3] 朱华兵, 严少华, 封克, 等.水葫芦和香蒲对富营养化水体及其底泥养分的吸收[J]. 江苏农业学报, 2012, 28(2): 326-331.

[4] 周怀东, 彭文启. 水污染与环境修复[M].北京:化学工业出版社, 2005.

[5] Jiang H.H, Wu ZL, Liang D H.r. Research on water quality of world lakes III[J].World Environment, 2000, 13(4): 35-37.

[6] 陈晓东, 吕永生. 六氯苯环境污染及健康危害[J].中国公共卫生, 2000, 16(9): 17-21.

[7] 楚文海, 高乃云, 李青松, 等.六氯苯污染源水的饮用水应急处理工艺研究[J].中国环境科学, 2008, 28(6): 507-511.

[8] 卢进登, 陈红兵, 赵丽娅, 等.人工浮床栽培7种植物与富营养化水体中的生长特性研究[J].环境污染治理技术与设备, 2006, 7(7): 58-61.

[9] 高阳俊, 孙从军. 2种人工浮床植物对大清河水质净化效果的研究[J]. 安徽农业科学, 2009, 37(7): 3183-3185.

[10]李慎瑰, 赵以军, 程凯. 湿地植物根际微生物生物处理生活污水的模型规模研究[J].工业安全与环保, 2009, 35(8):9-10．

[11] 高阳俊, 孙从军.2种人工浮床植物对大清河水质净化效果的研究[J]. 安徽农业科学,2009, 37(7):3183-3185.

[12] 本书编委会. 水和废水监测分析方法(第4版)[M].北京: 中国环境科学出版社, 2002．

[13] 陈春华, 李巧香. 海口湾的台风及其对海水水质的影响机制分析[J]. 海洋学报, 2002, 24(2): 54-65.

[14] 亓学奎, 马召辉, 王英, 等. 有机氯农药在太湖水体-沉积物中的交换特征[J].生态环境学报, 2014, 23(12): 1958-1963.

[15] AshrafM．Some important physiological selection criteria for salt tolerance in plants [J].Flora, 2004(199):361-376．

[16] 盖玉红，董宝池，魏健．盐生和非盐生植物对混合盐碱胁迫的生理生化指标的响应[J].吉林农业大学学报, 2013, 35(2): 132-136.

[17] 郭焕晓，马牧源，孙红文．中国北部沿海高盐度地区人工湿地植物研究[J]．铁道工程学报, 2006 (9): 6-9．

[18] 朱华兵, 严少华, 封克, 等. 水葫芦和香蒲对富营养化水体及其底泥养分的吸收[J]. 江苏农业学报, 2012, 28(2): 326-331.

[19] 吴献花, 李荫玺，侯长定. 抚仙湖环境现状分析[J]. 玉溪师范学院学报, 2002(2): 66-68.

[20] 乔玉辉. 污染生态学[M]. 北京: 化学工业出版社, 2008.

[21] 茅孝仁, 周金渡. 几种生态浮床常用水生植物的水质净化能力研究[J]. 浙江农业科学, 2011(1):157-159.

[22] Nilramisakom S, Thiravetyan P, Nakbanpote W .Synthetic reactive dye wastewater treatment by narrow-leaved cattails(Typha angustifolia Linn.): effects of dye, salinity and metals[J].Science ofthe Total Environment, 2007(384): 67-76．

[23] 王凤永, 郭朝晖, 苗旭峰, 等. 东方香蒲对重度污染土壤中As、Cd、Pb的耐性与累积特征[J]. 农业环境科学学报, 2011, 30(10): 1966-1971．

[24] 钱鸣飞, 李勇, 黄勇. 芦苇和香蒲人工湿地系统净化微污染河水效果比较[J]. 工业用水与废水, 2008, 39(6): 55-58．

[25] Klomjek P, Nitisoravut S. Constructed treatment wetland：a study of eight plant species under saline conditions[J]. Chemosphere, 2005(58): 585-593．

[26] 李林锋, 年跃刚, 蒋高明. 植物吸收在人工湿地脱氮除磷中的贡献[J]．环境科学研究, 2009(3):337-342．

[27] 韩永和, 李敏. 植物一微生物联合修复技术治理水体富营养[J]. 水处理技术, 2012(3):1-6．

Research on the Influence of Narrow LeafTyphaLatifoliaon Oligotrophic Water under Different Concentrations of Hexachlorobenzene Stress

MAO Zhen-cui1, WANG Bei1,2, ZHANG Cui-ping1, LI Shu-ying1, LU Guo-li1,ZHU Chun-rong1, ZHOU Yuan-qing1

(1. College of Resources and Environment, Yuxi Normal University ,Yuxi Yunnan 653100, China)

Using hydroponics and choosing narrow leafTyphaLatifoliaas the test plant, through the analysis on different stress of Hexachlorobenzene( HCB) concentrations (0 mg/L, 1 mg/L, 10 mg/L) to test the changes of TN and TP content in oligotrophic water, the influence of narrow leafTyphaLatifoliaon oligotrophic water was studied. The results showed that narrow leafTyphaLatifoliaindifferent concentration of hexachlorobenzene had various absorption abilities. In low concentration, the absorption to TN and TP were more conducive. Therefore, narrow leafTyphaLtifoliacould be usedto treat the pollution of Hexachlorobenzene in order to inhibit the transform of water from poor nutrition to eutrophication status.

hexachlorobenzene; stress; oligotrophic water; Typha Latifolia; water pollution control

2016-07-04

国家自然科学基金项目(31460144)；云南省教育厅重点项目(2014Z148)。

毛珍翠(1993-)，女，汉族，云南大理人，学士。

周元清(1974-)，女，汉族，云南元江人，博士(后)，教授，硕士生导师，主要从事污染控制与生态修复方面的研究。在国内外学术刊物上发表论文60 余篇，其中SCI 收录5篇。

X52

A

1673-9655(2016)06-0021-06