蜈蚣草对砷的生物富集研究

蜈蚣草对砷的生物富集研究

摘要：砷具有致癌、致突变和致畸性，是一种对免疫系统有害的物质。高砷地下水严重威胁全球数百万人的健康。超富集植物以其对重金属的耐性、富集性等特性展示了它在重金属污染修复方面的巨大潜力。利用超富集植物修复环境污染的研究获得了学术界和公众的普遍关注。近年来，发现蜈蚣草可高效去除污染土壤和水环境中的砷。

关键词：砷、超富集植物、蜈蚣草、植物修复

1.1砷的危害及研究现状

1.1.1砷的危害

砷是一种原浆型毒物，具有致突变、致癌和致畸性（郑凤英等，2006），是我国砒霜的主要成分。砷化物是可由呼吸道、食物或皮肤接触中进入人体，能抑制酶的活性，干扰人体代谢过程，使中枢神经系统发生紊乱，并导致毛细血管扩张(Saha，1999)。如果人类长时间暴露在含砷环境中，会诱发肝癌、皮肤癌等，还会诱发畸胎。现在越来越多的癌症与含砷饮用水密切相关（肖细元，2003）。砷的慢性作用可导致皮肤有色素沉着以及手脚有角质物质生成，从而进一步发展为皮肤癌。长期饮用含砷的地下水，爆发肝癌、皮肤癌及其它癌症的几率将高达10%。另外土壤和水体的砷污染还会导致粮食减产，造成经济损失。

1.1.2砷的来源

自然界中的矿物燃料煤和石油中含有一定量的砷，在冶炼燃烧过程中进入大气后产生大量砷化物，通过植物吸收和火山活动等自然过程可连续地将砷化物分散到土壤环境中。在世界各地，由于稀有金属矿的开采和铜矿、金矿的工业活动、居民燃用的高砷煤还有冶金、玻璃、陶瓷、制革、农药、某些有机和无机化学品制造、炼油和稀土提取等领域工业废水的排放，以及农业含砷杀虫剂的使用，使得多数区域遭受砷污染。过量的自然和人为来源砷，由于地球化学作用，使砷广泛存在于地表和地下水体中，进入地质大循环和生物地球化学小循环后，将表现出其地球化学危害行为（郑凤英等，2006）。

1.1.3砷的污染现状

由不同来源的砷化物进入环境后，在局部地区聚集，引起环境中砷含量升高，进而造成砷污染公害的事件时有发生。砷污染及其危害己逐渐成为一个世界性突出的环境问题。水体中砷污染程度也更加严重。

目前受到砷污染危害的国家主要有：孟加拉、印度、智利、泰国、美国、中国、阿根廷、巴西、墨西哥、德国、西班牙、英国、加拿大、越南（Smedley&Klnniburgh，2002）。另外，日本政府己将砷中毒继铅中毒、水俣病、痛骨病等严重污染疾病，宣布为第四公害病。

近年来，我国不断出现砷污染和砷中毒事件。在内蒙、贵州、山西、台湾、湖南、广西等地区砷危害严重。我国自1956-1984年共发生了30多起砷污染事件，使砷广泛存在于地表与地下水体中（廖自基，1992）。由于被污染的饮用水中砷浓度达到100μg/L，就极易致癌，所以我国将砷列入水中优先控制污染物名单。从2003 年开始，国际上对饮用水标准进行了修订，将砷的允许含量从50 μg·L-1降至10 μg·L-1（郑凤英等，2006）。

1.1.4 治理砷污染的主要方法

在砷污染的修复方法中，传统的土壤修复方法主要有以下几种：（1）固化/稳定化法；（2）玻璃化法；（3）土壤淋洗/酸提取法；（4）冶炼回收法；（5）吸附法（杨洁等，2003）。

目前处理废水或饮用水中砷的方法有：物化法（凝结/过滤、离子交换、反渗透法），化学法（石灰软化、氧化铁或活性氧化铁（铝）吸附）和生物法等，但对于大流域、低含量的砷则很难处理。并且常规处理方法中：化学处理法处理含砷废水时存在成本高，并且处理后生成的浮渣易产生二次污染等缺点；物理处理法只能够处理浓度较低、处理量不大、组成单纯并且有较高回收价值的含砷废水，而往往工业废水的成分较复杂，所以物理法实用化程度较低；生物处理法处理含砷废水时，虽然具有经济、高效且无二次污染等优点，但是目前理论上尚未成熟，实际应用到工业中不多（孙桂琴，2008）。因此，研究具有成本低廉、操作简便、符合饮用水标准特性的深度处理方法直接处理水中As至关重要。

1.1.5 植物修复

植物修复技术就是指利用植物提取、吸收、分解、转化或固定土壤、沉积物或地表水、地下水中有毒有害污染物技术的总称。从广义上讲就是是利用包括高大的乔木、灌木、草本植物等众多植物去除土壤、空气、水体、沉积物或污泥中的重金属、有机物等污染物的技术。按其修复的机理和过程分，植物修复可以包括植物稳定、植物挥发、根际过滤、根际降解和植物萃取等技术。

植物修复(phy-toremediation)与传统修复相比，具有利用太阳能、安全、成本低、生态协调及环境美化功能等特点（廖晓勇等，2007），常常也被称之为绿色修复。超积累植物这一概念在1977年第一次由新西兰地质学家Brooks提出，是指那些能超量积累某些化学元素的野生植物。超积累植物一般生长于矿山区、成矿作用带或某些特定的地表土壤中，常常构成一个孤立的“生态学岛屿”。对于植物富集化学元素究竟要达到多少才能被列入超积累植物的范畴，目前还没有统一的标准。但超积累植物一般都具备以下两点特征：（1）是该植物对某种或某几种重金属具有超常耐性；（2）是该植物对重金属具有超量积累性（蒋彬，2002）。超积累植物(Hyperaccumulator)是指对某种重金属元素的吸收量超过一般植物吸收量的100倍以上的植物（褚贵新&任岗，2001）。根据目前发现的超积累植物已达400余种(Chen & Wei, 2002)，其中多为十字花科植物，以镍超积累植物类型最多，约290种。有的超积累植物可同时积累多种重金属元素，如铜和钴的超积累植物有约50种，铜的约24种，钴的约26种，其中有9种对铜和钴都有超积累能力，As的超富集植物研究较晚，但是比较系统（Chen & Fan，2002）。一般超积累植物体内某种重金属元素含量应大于一定的标准，必须有较高的运输该重金属的能力。植物所吸收的金属元素大多分布在地上部分，而相对于非超积累植物，其地下根系的Zn、Ni等重金属含量往往是地上部的10倍以上（褚贵新&任岗，2001）。并且超积累植物在进行产后处置-灰化后,其灰分中重金属含量可提高10倍,更有利于对重金属的回收利用（万云兵等，2002）。一般利用植物修复污染环境必须以下两点具备：（1）是高效降解有机污染物、耐受或超富集重金属污染物的植物材料；（2）是要获得最佳修复效果的理论知识及实际操作关键技术（涂书新，2004）。