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[摘 要]作者从可以治理土壤中砷的超富集植物蜈蚣草入手，探究蜈蚣草能否治理水中的砷。设计并实施了在含砷营养液中培养蜈蚣草的试验，得出了蜈蚣草对于水中砷的吸收能力强，可去除水中砷污染的结论；通过对比抑制、促进和正常蒸腾，得出了蒸腾作用对蜈蚣草吸收水中砷的能力影响显著，抑制或促进蒸腾能够降低或者增加蜈蚣草对砷的富集量的结论；由此提出了建设人工湿地、用蜈蚣草治理修复砷污染水体的建议，具有广阔的应用前景。
[关键词]水污染 砷 蜈蚣草 蒸腾
一、研究背景
2008年，我从媒体上得知了震惊全国的云南省阳宗海砷污染事件后，就开始关注砷污染问题。通过上网、到图书馆和科研机构查阅资料、请教专家和老师等，得知有一种叫蜈蚣草的超富集植物可以治理土壤中的砷。同时我了解到超富集植物能够将根系吸收的重金属大量转运到植物叶片中。研究表明，蒸腾作用是植物吸收矿质营养元素的一种主要动力。目前，蒸腾作用和重金属富集能力之间的关系已经成为研究热点之一。
目前对于蜈蚣草吸收水中砷的能力，以及蜈蚣草在水污染治理方面的应用研究较少，特别是蒸腾作用对于蜈蚣草吸收砷的影响还没有公开的文献报道。于是，我想到下列一些问题：
1 既然蜈蚣草能够吸收土壤中的砷，是不是也能够用它来去除水体中的砷呢?
2 蜈蚣草富集砷这样毒性很强的重金属与蒸腾作用有关吗?
3 湖泊污染了是不是也可以用成本相当低廉的植物修复技术进行治理呢?
带着这些疑问，我开展了前期调查，并在实验室进行了模拟试验与研究。
二、研究目的
1 分析蜈蚣草对水中砷的吸收能力；
2 研究蒸腾作用对蜈蚣草吸收砷的影响：
3 提出解决水体砷污染的建议。
三、研究内容
1 研究技术路线
具体技术路线见图1。
2 研究时间安排与内容(见表1)
3 具体研究方法
在研究过程中应用环境科学、生物科学等原理，采用了资料查阅法、专家咨询法、野外考察法、实验室植物培养试验法、比较法、统计等科学方法。
4 前期调查的开展
我前期调查了官厅水库、河北省怀来县段庄村、湿地博物馆、北京野鸭湖国家湿地公园等。调查内容是官厅水库和周围居民的基本情况、官厅水库污染和治理情况、湿地的功能和结构、北京野鸭湖湿地基本情况和植被类型。
经过实地考察和听讲解野鸭湖湿地，我觉得治理和修复水体污染难度大，水污染治理迫在眉睫。利用湿地清除和转化毒物与杂质的功能，种植适当的植物是治理和修复污染水体的好办法。蜈蚣草是喜湿蕨类植物，如果它能够很好地吸收和转运水中的砷，将可以起到治理污染、大量吸收砷的作用，是我们利用湿地中的植物修复水体污染试验并推广的良好载体。
由于蜈蚣草多生长在南方地区，具有一定的生长区域性，因此我决定用模拟研究的方法，即通过温室盆栽试验模拟实际污染水体的治理，来间接地研究原型。其目的是想通过对蜈蚣草吸砷的深入了解，建立一种用蜈蚣草治理修复水污染的模式，以在适宜的地方推广使用。
5 蜈蚣草吸收水中砷能力及蒸腾影响试验设计与实施试验过程如图2所示。
四、研究结果与分析讨论
1 蜈蚣草对水中砷的吸收能力强，是去除水中砷的超富集植物
一般认为超富集植物应同时具备以下3个基本特征：植物地上部富集的重金属达到一定的量：植物地上部的重金属含量高于根部该种重金属含量：植物的生长没有出现明显的毒害症状。
从本研究中的蜈蚣草吸收砷的能力试验看来，蜈蚣草地上部分累积的砷高达536.9mg/kg，地上部分砷浓度高于地下部分1.7倍；这表明蜈蚣草具有较强的从根部吸收砷、并将根部吸收的砷大量转运、贮存到茎、叶等地上部器官，从而将砷从生长基质中去除，实现对砷污染物的净化和去除。蜈蚣草吸收砷能力见图3。
另一方面，在7天的培养时间中，蜈蚣草在含砷1mg/L的营养液中的生物量与自然条件下没有显著差异，表明蜈蚣草能够在高浓度砷污染水体中正常生长，没有表现出生理损害的症状。经计算，蜈蚣草生长7天后，从水体中带走了0.25mg砷，占所提供营养液的含砷量的10％。相当于蜈蚣草从水体中带走了10％的砷。
因此，蜈蚣草对砷的吸收满足超富集植物的三个条件，对砷的吸收能力强，是一种优良的、可大量吸收、去除水中砷的超富集植物。
2 蒸腾作用大小对蜈蚣草砷的富集量影响大
在本研究保持正常的蒸腾作用、抑制蒸腾和促进蒸腾三个试验中，蜈蚣草蒸腾作用的变化如图4所示。
与正常蒸腾的蜈蚣草相比，添加蒸腾作用抑制剂的蜈蚣草具有明显较低的蒸腾速率，降低幅度大于60％。促进蒸腾的蜈蚣草具有较高的蒸腾速率，比对照约提高10％。
注：不同字母表示调控蒸腾导致的显著差异(p<0.05，n=9)
保持正常的蒸腾作用、抑制蒸腾和促进蒸腾三个试验中，蜈蚣草吸收砷的变化如图5所示。
注：不同字母表示调控蒸腾导致的显著差异(p<0.05，n=3)
上述结果表明，蜈蚣草的砷吸收能力和转运能力均与蒸腾速率的大小密切相关，蒸腾作用对蜈蚣草砷吸收能力影响显著。蒸腾的抑制或者促进能够很明显地降低或者增加蜈蚣草对砷的富集。与正常蒸腾作用的对照相比，降低蒸腾速率60％使地上部分砷浓度降低80％。促进蒸腾作用10％的幅度即可提高蜈蚣草地上部分砷浓度24％。因此，可以说，蒸腾作用是蜈蚣草去除水中砷污染的重要动力。
3 蜈蚣草具有用于湿地系统修复砷污染水体的潜力，应用前景广阔
试验证明。喜湿的陆生植物蜈蚣草可以在水体中正常生长。7天的培养时期内，蜈蚣草对水中砷的去除率达到10％。适合作为湿地植物之一生长在砷污染水体中，清洁含砷污水，应用前景广阔。
本文试图将蜈蚣草与湿地生态系统结合，形成以蜈蚣草作为主体之一的湿地生态修复系统。如图6所示。在受砷污染的水体入水口缓流区域考察适合蜈蚣草定植生长的湿地生态系统，配置适宜的湿地群落结构，形成合理的人工湿地生态修复系统。在将蜈蚣草运用到水体污染修复工程时，可适当通过促进蒸腾作用增加植物的富集量。
五、研究结论
1 蜈蚣草对水中砷的吸收能力强，可运用到水体污染修复。
2 增加蜈蚣草的蒸腾，可提高蜈蚣草对水中砷的富集量。
3 蜈蚣草可用于湿地生态系统治理修复砷污染水体，有较广阔的应用前景。
最后，希望大家要爱惜我们的地球，珍惜我们所拥有的环境，减少并治理污染，争取尽快还地球母亲一片蓝天、一汪碧水、一方净土。
[关键词]水污染 砷 蜈蚣草 蒸腾
一、研究背景
2008年，我从媒体上得知了震惊全国的云南省阳宗海砷污染事件后，就开始关注砷污染问题。通过上网、到图书馆和科研机构查阅资料、请教专家和老师等，得知有一种叫蜈蚣草的超富集植物可以治理土壤中的砷。同时我了解到超富集植物能够将根系吸收的重金属大量转运到植物叶片中。研究表明，蒸腾作用是植物吸收矿质营养元素的一种主要动力。目前，蒸腾作用和重金属富集能力之间的关系已经成为研究热点之一。
目前对于蜈蚣草吸收水中砷的能力，以及蜈蚣草在水污染治理方面的应用研究较少，特别是蒸腾作用对于蜈蚣草吸收砷的影响还没有公开的文献报道。于是，我想到下列一些问题：
1 既然蜈蚣草能够吸收土壤中的砷，是不是也能够用它来去除水体中的砷呢?
2 蜈蚣草富集砷这样毒性很强的重金属与蒸腾作用有关吗?
3 湖泊污染了是不是也可以用成本相当低廉的植物修复技术进行治理呢?
带着这些疑问，我开展了前期调查，并在实验室进行了模拟试验与研究。
二、研究目的
1 分析蜈蚣草对水中砷的吸收能力；
2 研究蒸腾作用对蜈蚣草吸收砷的影响：
3 提出解决水体砷污染的建议。
三、研究内容
1 研究技术路线
具体技术路线见图1。
2 研究时间安排与内容(见表1)
3 具体研究方法
在研究过程中应用环境科学、生物科学等原理，采用了资料查阅法、专家咨询法、野外考察法、实验室植物培养试验法、比较法、统计等科学方法。
4 前期调查的开展
我前期调查了官厅水库、河北省怀来县段庄村、湿地博物馆、北京野鸭湖国家湿地公园等。调查内容是官厅水库和周围居民的基本情况、官厅水库污染和治理情况、湿地的功能和结构、北京野鸭湖湿地基本情况和植被类型。
经过实地考察和听讲解野鸭湖湿地，我觉得治理和修复水体污染难度大，水污染治理迫在眉睫。利用湿地清除和转化毒物与杂质的功能，种植适当的植物是治理和修复污染水体的好办法。蜈蚣草是喜湿蕨类植物，如果它能够很好地吸收和转运水中的砷，将可以起到治理污染、大量吸收砷的作用，是我们利用湿地中的植物修复水体污染试验并推广的良好载体。
由于蜈蚣草多生长在南方地区，具有一定的生长区域性，因此我决定用模拟研究的方法，即通过温室盆栽试验模拟实际污染水体的治理，来间接地研究原型。其目的是想通过对蜈蚣草吸砷的深入了解，建立一种用蜈蚣草治理修复水污染的模式，以在适宜的地方推广使用。
5 蜈蚣草吸收水中砷能力及蒸腾影响试验设计与实施试验过程如图2所示。
四、研究结果与分析讨论
1 蜈蚣草对水中砷的吸收能力强，是去除水中砷的超富集植物
一般认为超富集植物应同时具备以下3个基本特征：植物地上部富集的重金属达到一定的量：植物地上部的重金属含量高于根部该种重金属含量：植物的生长没有出现明显的毒害症状。
从本研究中的蜈蚣草吸收砷的能力试验看来，蜈蚣草地上部分累积的砷高达536.9mg/kg，地上部分砷浓度高于地下部分1.7倍；这表明蜈蚣草具有较强的从根部吸收砷、并将根部吸收的砷大量转运、贮存到茎、叶等地上部器官，从而将砷从生长基质中去除，实现对砷污染物的净化和去除。蜈蚣草吸收砷能力见图3。
另一方面，在7天的培养时间中，蜈蚣草在含砷1mg/L的营养液中的生物量与自然条件下没有显著差异，表明蜈蚣草能够在高浓度砷污染水体中正常生长，没有表现出生理损害的症状。经计算，蜈蚣草生长7天后，从水体中带走了0.25mg砷，占所提供营养液的含砷量的10％。相当于蜈蚣草从水体中带走了10％的砷。
因此，蜈蚣草对砷的吸收满足超富集植物的三个条件，对砷的吸收能力强，是一种优良的、可大量吸收、去除水中砷的超富集植物。
2 蒸腾作用大小对蜈蚣草砷的富集量影响大
在本研究保持正常的蒸腾作用、抑制蒸腾和促进蒸腾三个试验中，蜈蚣草蒸腾作用的变化如图4所示。
与正常蒸腾的蜈蚣草相比，添加蒸腾作用抑制剂的蜈蚣草具有明显较低的蒸腾速率，降低幅度大于60％。促进蒸腾的蜈蚣草具有较高的蒸腾速率，比对照约提高10％。
注：不同字母表示调控蒸腾导致的显著差异(p<0.05，n=9)
保持正常的蒸腾作用、抑制蒸腾和促进蒸腾三个试验中，蜈蚣草吸收砷的变化如图5所示。
注：不同字母表示调控蒸腾导致的显著差异(p<0.05，n=3)
上述结果表明，蜈蚣草的砷吸收能力和转运能力均与蒸腾速率的大小密切相关，蒸腾作用对蜈蚣草砷吸收能力影响显著。蒸腾的抑制或者促进能够很明显地降低或者增加蜈蚣草对砷的富集。与正常蒸腾作用的对照相比，降低蒸腾速率60％使地上部分砷浓度降低80％。促进蒸腾作用10％的幅度即可提高蜈蚣草地上部分砷浓度24％。因此，可以说，蒸腾作用是蜈蚣草去除水中砷污染的重要动力。
3 蜈蚣草具有用于湿地系统修复砷污染水体的潜力，应用前景广阔
试验证明。喜湿的陆生植物蜈蚣草可以在水体中正常生长。7天的培养时期内，蜈蚣草对水中砷的去除率达到10％。适合作为湿地植物之一生长在砷污染水体中，清洁含砷污水，应用前景广阔。
本文试图将蜈蚣草与湿地生态系统结合，形成以蜈蚣草作为主体之一的湿地生态修复系统。如图6所示。在受砷污染的水体入水口缓流区域考察适合蜈蚣草定植生长的湿地生态系统，配置适宜的湿地群落结构，形成合理的人工湿地生态修复系统。在将蜈蚣草运用到水体污染修复工程时，可适当通过促进蒸腾作用增加植物的富集量。
五、研究结论
1 蜈蚣草对水中砷的吸收能力强，可运用到水体污染修复。
2 增加蜈蚣草的蒸腾，可提高蜈蚣草对水中砷的富集量。
3 蜈蚣草可用于湿地生态系统治理修复砷污染水体，有较广阔的应用前景。
最后，希望大家要爱惜我们的地球，珍惜我们所拥有的环境，减少并治理污染，争取尽快还地球母亲一片蓝天、一汪碧水、一方净土。