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本研究选取美人蕉(CannaindicaLinn.)、芦苇(PhragmitesaustralisL.)为湿地植物材料,模拟人工湿地。塑料大桶规格,高70cm,口径65cm。在离桶底10cm处外壁安装水龙头,桶底层为鹅卵石,上层铺黄砂,砂石以3:1比例填充模拟人工湿地。并添加不同浓度K2Cr207(分别含O、l、20、50mg·L-1Cr6+)的生活污水作为铬(Ⅵ)污染源。研究不同浓度Cr6+条件下,(1)、两种湿地对污水的CODcr、氨氮净化、TP及铬的净化效果,并研究两种植物对铬的积累规律;(2)、铬对两种植物叶片Pro、MDA、POD、叶绿素、对光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间C02浓度(Ci)等的影响。此外,利用50mg·L-1Cr6+对美人蕉、芦苇进行10d、20d、30d胁迫处理,分别采集植物根尖。在电子显微镜下观察植物根尖细胞微管结构变化,及Cr6+离子在根部细胞结构的分布状态。试验结果如下:
(1)随着Cr6+浓度逐渐升高,两种湿地系统对CODcr、氨氮去除率均逐渐下降,且美人蕉湿地的净化效果要好于芦苇。同时,在低浓度(0、1、20mg·L-1)条件下,湿地对氨氮的去处效果均较为理想,两种湿地系统在不同浓度Cr6+条件下湿地系统对TP净化效果的能力较为稳定。
(2)湿地对lmg·L-1浓度Cr6+净化效果较高(达50%以上),随处理Cr6+浓度增大、处理时间的延长,美人蕉、芦苇湿地对重金属吸收能力都呈现出下降趋势,体内Cr6+积累量逐渐加大,但芦苇忍耐、积累铬的能力大于美人蕉。
(3)在不同的铬浓度下,随着处理时间延长美人蕉、芦苇的叶片Pro的含量呈先升高后逐渐下降的趋势,且低浓度的Cr6+表现出促进、高浓度(50mg·Lq)抑制Pro合成。植物叶片MDA含量随处理时间的延长呈逐渐增加趋势。
(4)1mg·L-1Cr6+处理后美人蕉、芦苇的根系活力,叶片可溶性糖含量分别高于CK,同时SOD、POD活性得到激活;但经20、50mg-L·-1Cr6+浓度处理后,根系活力、可溶性糖含量、SOD活性分别低于CK,但20mgL-1Cr6+处理对POD活性依旧有很好的促进作用。此外,该浓度Cr6+对植物叶片叶绿素的合成有抑制作用,且抑制效果与处理浓度、时间成正相关。此外,在长期50mg.L-1Cr6+胁迫下,美人蕉、芦苇植株不能正常生长。
(5)低浓度Cr6+(1、20mg.L-l)一定程度上提高了植物的光合速率(Pn),高浓度(50mgL-1)则表现出较为严重的抑制效果。重金属Cr6+对Gs的影响变化趋势与Pn总体一致,在同一时期下美人蕉、芦苇的Gs表现为:lmg.L--处理>20mg.L1-处理>50mg·L-1处理,而Tr的变化规律与G。基本一致。但美人蕉、芦苇叶片的Ci变化趋势与Gs、Pn相反,即随着Cr6+胁迫程度的加重、处理时间的延长,Ci逐渐增加。
(6)在共焦激光扫描显微镜下观察,发现初期的美人蕉根尖细胞微管骨架都能很好地被标记,在一些薄壁细胞内呈网络状排列。芦苇分生区中微管主要在细胞质中平行排列成束或放射状排列.还有的是呈网络状排列。而50mg·L-1Cr6+不同处理的美人蕉、芦苇根尖各细胞则较为模糊,仅表皮可少许标记。透射电镜观察植物根尖结构显示,美人蕉、芦苇的对照根尖细胞结构完整,细胞壁、核仁、核膜等细胞器较清晰。在50mg·L-1重金属铬(Cr6+)处理过程中,重金属大部分沉积在细胞壁间隙、液泡或细胞膜。随着处理时间的延长,液泡中积累的量也越来越多,形成Cr6+离子大颗粒。
试验综合结果显示,低浓度Cr6+能有效促进美人蕉、芦苇生长,从而使湿地植物在湿地净化污水方面有很好的实际应用价值,为利用人工湿地来修复低浓度Cr6+污染环境方面,提供一定的理论参考依据。