本發(fā)明屬于水體重金屬污染技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種菖蒲對水中鉛富集能力的模擬方法。

背景技術(shù)：

隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展，各類合成材料、藥品和化工產(chǎn)品的廣泛使用，環(huán)境污染問題日益突出。在環(huán)境污染物中，重金屬毒性大，難以消除，而且通過食物鏈富集放大，危害人類健康。其中，鉛是已知毒性最大的重金屬污染物之一，具有極強的累積性和不可逆性。水體中的鉛主要來源于巖石、土壤、大氣降塵以及含鉛廢水的排放，并且地質(zhì)條件以及含鉛金屬管道的輸送的水都將造成鉛的污染，其來源途徑眾多，是水環(huán)境中常見的重金屬污染物之一。水體重金屬污染有兩種基本的治理途徑：一是降低重金屬在水體中的遷移和轉(zhuǎn)化能力即固定，二是重金屬在水體中徹底清除。目前，國內(nèi)外用來固定或清除重金屬修復(fù)水環(huán)境的方法主要有有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)法。相較于物理與化學(xué)修復(fù)，生物修復(fù)具有費用省、無二次污染，環(huán)境風險小等特點，成為新興的研究熱點，植物修復(fù)是生物修復(fù)的一個分支。1983年，美國科學(xué)家chaney首先提出利用植物來消除重金屬污染的設(shè)想，現(xiàn)已被科學(xué)界和政府部門認可和選用。水生植物能夠固定和吸收水環(huán)境中的重金屬污染物，而且具有改善水生生態(tài)環(huán)境，提供觀賞和經(jīng)濟價值，在水體污染治理和環(huán)境修復(fù)中得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)植物對污染物的吸收富集特性選擇合適的植物品種是植物修復(fù)的關(guān)鍵，因此圍繞不同濕地植物對某一重金屬吸收富集能力的對比研究較多。但水環(huán)境中往往是多種污染物共存，植物對某種重金屬的吸收富集不但受植物自身影響，還受環(huán)境中其他共存污染物的影響。環(huán)境中的污染物多種多樣，它們對植物富集重金屬能力的影響各有不同。目前的實驗方案往往采用的是在同一污染條件下，不同濕地植物對重金屬富集能力對比，缺乏不同污染條件下濕地植物的富集能力的對比以及復(fù)合污染的有關(guān)影響的模擬。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：菖蒲對水中鉛的富集能力不明確，不能反映復(fù)合污染對菖蒲富集能力的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種菖蒲對水中鉛富集能力的模擬方法。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種菖蒲對水中鉛富集能力的模擬方法，所述菖蒲對水中鉛富集能力的模擬方法包括以下步驟：

步驟一，取容積為1l的玻璃瓶25個，選取長勢一樣的植株修剪后每個玻璃瓶放三株菖蒲，將玻璃瓶以1-25順序編號；

步驟二，對植物的生長管理采用露天培養(yǎng)的方法，始終保持充足的光照和通風，每隔7天對培養(yǎng)液中水溶性鉛濃度和鋅濃度用火焰原子吸收法進行檢測，同時將玻璃瓶中的廢液添加至標記處；

步驟三，用四分法準確稱量樣品地上部分和地下部分，放入5ml坩堝中，先在低溫電爐上碳化粉末30min；再將坩堝轉(zhuǎn)入馬弗爐中灰化5h；向灰化后的樣品粉末中加入1:1的硝酸溶液10ml并滴入1滴雙氧水，進行樣品的稀釋、提取，之后過濾入25ml容量瓶內(nèi)，并用去離子水定容至刻度；

步驟四，將有懸浮物的溶液倒入燒杯中在電熱板上小火加熱，反復(fù)多次直至灰分完全溶解，冷卻后過濾入25ml容量瓶內(nèi)，并用去離子水定容至刻度，全程用加入10ml去離子水并加入1滴雙氧水的為作為對照，最后用火焰原子吸收法測量pb²⁺和zn²⁺的含量。

進一步，所述步驟一中：其中1-5號為模擬污染物以pb(no3)2的形態(tài)添加，用去離子水溶解pb(no3)2并配制成pb²⁺濃度梯度為0mg/l、5mg/l、10mg/l、20mg/l、50mg/l實驗共設(shè)計5種處理；

不添加pb²⁺的營養(yǎng)液為對照組，6-10號為(pb(no3)2+zn(no3)2)復(fù)合污染，pb²⁺濃度固定為10mg/l，zn²⁺以zn(no3)2的形態(tài)添加，zn²⁺濃度梯度為0mg/l、5mg/l、10mg/l、20mg/l、50mg/l實驗共設(shè)5組處理，不添加zn²⁺含pb²⁺10mg/l的營養(yǎng)液為對照組。

11-15號是(pb(no3)2+edta)絡(luò)合污染，pb²⁺濃度固定為10mg/l，edta二鈉鹽投加濃度分別為0mg/l、5mg/l、10mg/l、20mg/l、50mg/l實驗共設(shè)5組處理，不添加edta含pb²⁺10mg/l的營養(yǎng)液為對照組。

16-20號是(pb(no3)2+zn(no3)2)復(fù)合污染，pb²⁺濃度固定為50mg/l，zn²⁺投加濃度分別為0mg/l、5mg/l、10mg/l、50mg/l、100mg/l實驗共設(shè)5組處理，不添加zn²⁺含pb²⁺50mg/l的營養(yǎng)液為對照組；

21-25(pb(no3)2+edta)絡(luò)合污染，pb²⁺和edta二鈉以1:1的質(zhì)量濃度投加，濃度分別為0mg/l、5mg/l、10mg/l、50mg/l、100mg/l實驗共設(shè)5組處理，不添加pb²⁺和edta的營養(yǎng)液為對照組。

進一步，所述步驟二中：將處理后的樣品植株用自來水沖洗干凈，植株上的水擦干，分為地上部分和地下部分用電子天平秤分別稱其鮮重；放入烘箱中殺青1h，將殺青后的植物樣品在80℃下烘干7h至恒重，將烘干的樣品用電子天平稱其重量，得到地上部分和地下部分的干重；用研缽將恒重的樣品研磨，并將樣品粉末放入乙烯袋中備用。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種應(yīng)用所述菖蒲對水中鉛富集能力的模擬方法的水體鉛污染處理系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種應(yīng)用所述菖蒲對水中鉛富集能力的模擬方法的水體重金屬污染處理系統(tǒng)。

本發(fā)明的優(yōu)點及積極效果為：通過模擬不同濃度含鉛廢水和復(fù)合污染廢水研究菖蒲對水中鉛富集能力；分析菖蒲對不同濃度的鉛的富集情況、菖蒲植株根莖葉的富集能力以及在zn、edta與pb共存時菖蒲對鉛富集情況。本發(fā)明可為植物修復(fù)重金屬污染水體的處理技術(shù)作參考，通過模擬實驗獲得菖蒲在不同的污染環(huán)境中對水中鉛的富集能力，為菖蒲在水體污染治理和環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用提供參考。實驗表明低濃度含鉛廢液對植物的生長起促進作用；鉛進入植物體時首先作用于植物的根部，菖蒲不能有效地將重金屬轉(zhuǎn)移到莖葉部分，導(dǎo)致根部受到明顯毒害；zn的存在促進植物對pb的吸收，兩者對植物的毒性作用表現(xiàn)為協(xié)同效應(yīng)；而含有edta的含鉛廢液中，植物吸收鉛的能力受到抑制，pb和edta對植物的毒性作用表現(xiàn)為拮抗效應(yīng)。以上模擬實驗在實驗室中小規(guī)模進行，成本低廉，實驗條件可控。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的菖蒲對水中鉛富集能力的模擬方法流程圖。

圖2是本發(fā)明實施例提供的菖蒲植物生物量變化示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例提供的菖蒲植株根長變化示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例提供的菖蒲植株高度變化示意圖。

圖5是本發(fā)明實施例提供的在pb(no3)2初始濃度為10mg/l的廢液中同時不同濃度zn(no3)2存在下pb²⁺濃度變化示意圖。

圖6是本發(fā)明實施例提供的在pb(no3)2初始濃度為10mg/l的廢液中同時不同濃度edta存在下pb²⁺濃度變化示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的菖蒲對水中鉛富集能力的模擬方法包括以下步驟：

s101：取容積為1l的玻璃瓶25個，選取長勢一樣的植株修剪后每個玻璃瓶放三株菖蒲，將玻璃瓶以1-25順序編號，其中1-5號為模擬污染物以pb(no3)2的形態(tài)添加，用去離子水溶解pb(no3)2并配制成pb²⁺濃度梯度為0mg/l、5mg/l、10mg/l、20mg/l、50mg/l實驗共設(shè)計5種處理；

s102：對植物的生長管理采用露天培養(yǎng)的方法，始終保持充足的光照和通風，每隔7天對培養(yǎng)液中水溶性鉛濃度和鋅濃度用火焰原子吸收法進行檢測，同時將玻璃瓶中的廢液添加至標記處；

s103：用四分法準確稱量樣品地上部分和地下部分(0.4000±0.0001)g，放入5ml坩堝中，先在低溫電爐上碳化粉末至不冒煙為止(約30min)；再將坩堝轉(zhuǎn)入馬弗爐中灰化5h；向灰化后的樣品粉末中加入1:1的硝酸溶液10ml并滴入1滴雙氧水，進行樣品的稀釋、提取，之后過濾入25ml容量瓶內(nèi)，并用去離子水定容至刻度；

s104：將有懸浮物的溶液倒入燒杯中在電熱板上小火加熱，反復(fù)多次直至灰分完全溶解，冷卻后過濾入25ml容量瓶內(nèi)，并用去離子水定容至刻度，全程用加入10ml去離子水并加入1滴雙氧水的為作為對照，最后用火焰原子吸收法測量pb²⁺和zn²⁺的含量。

下面結(jié)合試驗對本發(fā)明的應(yīng)用效果作詳細的描述。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試植物是菖蒲屬(acorusl.)植物菖蒲(acoruscalamusl.)。活植物栽培于四川省成都市新都縣某苗圃的水栽苗，采集時間為2016年5月4日。實驗前將根部用自來水清洗干凈并置于暴曬后的自來水中饑餓處理一周。之后放入含有5ml的培養(yǎng)液和具濃度梯度的廢液中培養(yǎng)。

1.2試驗方法

取容積為1l的玻璃瓶25個，選取長勢一樣的植株修剪后每個玻璃瓶放三株菖蒲，將玻璃瓶以1-25順序編號，其中1-5號為模擬污染物以pb(no3)2的形態(tài)添加，用去離子水溶解pb(no3)2并配制成pb²⁺濃度梯度為0mg/l、5mg/l、10mg/l、20mg/l、50mg/l實驗共設(shè)計5種處理，其中不添加pb²⁺的營養(yǎng)液為對照組。6-10號為(pb(no3)2+zn(no3)2)復(fù)合污染，pb²⁺濃度固定為10mg/l，zn²⁺以zn(no3)2的形態(tài)添加，zn²⁺濃度梯度為0mg/l、5mg/l、10mg/l、20mg/l、50mg/l實驗共設(shè)5組處理，不添加zn²⁺含pb²⁺10mg/l的營養(yǎng)液為對照組。11-15號是(pb(no3)2+edta)絡(luò)合污染，pb²⁺濃度固定為10mg/l，edta二鈉鹽投加濃度分別為0mg/l、5mg/l、10mg/l、20mg/l、50mg/l實驗共設(shè)5組處理，不添加edta含pb²⁺10mg/l的營養(yǎng)液為對照組。16-20號是(pb(no3)2+zn(no3)2)復(fù)合污染，pb²⁺濃度固定為50mg/l，zn²⁺投加濃度分別為0mg/l、5mg/l、10mg/l、50mg/l、100mg/l實驗共設(shè)5組處理，不添加zn²⁺含pb²⁺50mg/l的營養(yǎng)液為對照組。21-25(pb(no3)2+edta)絡(luò)合污染，pb²⁺和edta二鈉以1:1的質(zhì)量濃度投加，濃度分別為0mg/l、5mg/l、10mg/l、50mg/l、100mg/l實驗共設(shè)5組處理，不添加pb²⁺和edta的營養(yǎng)液為對照組。

對植物的生長管理采用露天培養(yǎng)的方法，始終保持充足的光照和通風。每隔7天對培養(yǎng)液中水溶性鉛濃度和鋅濃度用火焰原子吸收法進行檢測，同時將玻璃瓶中的廢液添加至標記處。在此期間對植株進行觀察、記錄，室內(nèi)溫度變化范圍為20-25℃。將處理后的樣品植株用自來水沖洗干凈，將植株上的水擦干，分為地上部分和地下部分用電子天平秤分別稱其鮮重。放入烘箱中殺青1h，將殺青后的植物樣品在80℃下烘干7h至恒重，將烘干的樣品用電子天平稱其重量，得到地上部分和地下部分的干重。用研缽將恒重的樣品研磨，并將樣品粉末放入乙烯袋中備用。

1.3測定方法

用四分法準確稱量樣品地上部分和地下部分(0.4000±0.0001)g，放入5ml坩堝中，先在低溫電爐上碳化粉末至不冒煙為止(約30min)。再將坩堝轉(zhuǎn)入馬弗爐中灰化5h；向灰化后的樣品粉末中加入1:1的硝酸溶液10ml并滴入1滴雙氧水，進行樣品的稀釋、提取，之后過濾入25ml容量瓶內(nèi)，并用去離子水定容至刻度，將有懸浮物的溶液倒入燒杯中在電熱板上小火加熱，反復(fù)多次直至灰分完全溶解，冷卻后過濾入25ml容量瓶內(nèi)，并用去離子水定容至刻度，全程用加入10ml去離子水并加入1滴雙氧水的為作為對照，最后用火焰原子吸收法測量pb²⁺和zn²⁺的含量。

2結(jié)果與分析

2.1生長反應(yīng)

2.1.1植物不同組織的受害情況

菖蒲通過吸收、富集水中的鉛來凈化受污染的含鉛的水體，但當水體中的鉛達到一定的濃度則對植物的不同組織產(chǎn)生一定程度的損傷。

(1)將菖蒲放在不同濃度梯度的含鉛廢水中培養(yǎng)，在第3天葉片邊緣處稍有發(fā)黃的跡象，在第10天葉片全部發(fā)黃。葉片黃化的原因可能是由于植物收到鉛的毒害后影響其葉綠素合成減少或者降解增多，改變植物中類胡蘿卜素與葉綠素的比例，從而使葉片因缺乏葉綠素而黃化。

(2)根部受鉛毒害的情況，在培養(yǎng)第7天時根部開始有新芽長出，在培養(yǎng)第30天時根部開始腐爛。

2.1.2植物生長情況

在培養(yǎng)菖蒲的過程中，菖蒲植株的生物量、植株的根長度以及植株的高度均發(fā)生變化。如圖2所示，在鉛濃度小于10mg/l時，生物量有所增加；在濃度為20mg/l時，生物量下降，可見低濃度含鉛廢液對菖蒲的生長代謝起促進作用。如圖3和圖4可知，受鉛毒害的植株的根長和株高的增長變化不太明顯，而未加鉛廢液的植株的根長增長較快，說明含鉛廢液對植物的根的生長起了一定的抑制作用。

2.2復(fù)合污染研究

2.2.1pb、zn復(fù)合污染研究

在含有pb、zn廢液的廢水中培養(yǎng)菖蒲植株，第3天時植株的部分葉片開始發(fā)黃，第7天時植株的葉片全部發(fā)黃。如圖5所示，在培育35天后水樣中的pb的濃度幾乎為0，可以看出在zn的存在下促進植物對鉛的吸收?？梢?，在zn和pb對植物的毒害表現(xiàn)為協(xié)同效應(yīng)，zn的存在使植物的中毒更為嚴重。

2.2.2pb、edta復(fù)合污染研究

在含有pb、edta廢液的廢水中培養(yǎng)菖蒲植株，第3天時植株的葉片邊緣稍有發(fā)黃，第10天時部分葉片發(fā)黃。如圖6所示，隨著水樣中edta的濃度增高，水樣中鉛的濃度增高，可見edta的存在抑制植物對鉛的吸收。edta和pb對植物的毒害表現(xiàn)為拮抗效應(yīng)，edta的存在減輕pb對植物的毒害作用。

2.3植物的不同組織對鉛的富集情況

由表1中數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)可以看出，植株的富集量隨著鉛濃度的增加而增加，兩者呈正相關(guān)關(guān)系。植株根部的富集系數(shù)遠遠大于莖葉的富集系數(shù)，說明鉛進入植物體后主要作用于植物的根部。從而可知富集系數(shù)越大，其富集能力越強，富集量越大。又由轉(zhuǎn)移系數(shù)都小于1，均在0.05～0.30之間，說明菖蒲植株不能有效地將根部的重金屬轉(zhuǎn)移到莖葉部分。

富集量＝植物對重金屬吸收量/植物干重(mg/kg)

富集系數(shù)＝植物地上部(或根)重金屬含量/溶液該元素含量

轉(zhuǎn)移系數(shù)＝植物地上部分重金屬含量/根部該元素含量

表1菖蒲對不同濃度的pb的富集量、富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)

菖蒲在不同濃度的含鉛廢液中對鉛的吸收濃度不同，而菖蒲在相同濃度的zn-pb、pb-edta復(fù)合污染廢液中對鉛的吸收能力不同。在鉛濃度小于10mg/l時，生物量有所增加；在鉛濃度為20mg/l時，生物量下降；受鉛毒害的植株的根長和株高變化不明顯，而未加鉛廢液的植株的根長增長較快。在同時含有pb和zn的廢液中，經(jīng)過35天培養(yǎng)后的水樣中pb的濃度幾乎為0mg/l。而在同時含有pb和edta的廢液中，隨水樣中edta濃度增高，水樣中pb的濃度越高。對于植株的富集量而言，植株的富集量隨著鉛濃度的增加而增加，根部的富集系數(shù)遠遠大于莖葉的富集系數(shù)。

綜上所述可得，低濃度含鉛廢液對植物的生長總體上起到促進作用，但對植物根的生長有一定的抑制作用。鉛進入植物體時首先作用于植物的根部，但菖蒲不能有效的將重金屬轉(zhuǎn)移到莖葉部分，導(dǎo)致根部受到明顯毒害。zn促進植物對pb的吸收，兩者對植物的毒性作用表現(xiàn)為協(xié)同效應(yīng)。而含有edta的含鉛廢液中，植物吸收鉛的能力受到抑制，pb和edta對植物的毒性作用表現(xiàn)為拮抗效應(yīng)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。