蘆葦

蘆葦為禾本科多年生草木，高約 1~3 公尺，生長於灌溉溝渠旁、河 堤沼澤等地，學名為 Phragmites communis，俗名為 reed。蘆葦之植株高 大，地下根莖發達，葉片 2 公分寬，葉舌 1 公厘長，蘆葦花朵為圓錐花 序，雌雄同株，花序長約15~25 公分，小穗長 1.4 公分，為白綠色或褐色，

每一小穗由3 朵小花組成，花序最下方之小穗為雄，其餘均雌雄同花。

蘆葦對於都市廢水之重金屬具去除之功效，Vymazal et al. (2007) 於 溼地系統利用蘆葦作為植栽去除水體重金屬。植體重金屬累積量各部位 濃度趨勢依序為根>地下莖>葉>莖。人工濕地蘆葦根、根莖、莖及葉重金 屬鋅累積量依序為76、21、38 及 22.1 mg/kg，這與自然溼地淨化系統之 蘆葦累積趨勢相似，重金屬鋅累積量分別為 61.3、22.7、11.6 及 20.3 mg/kg。但在重金屬銅累積方面就有明顯之提升，在人工濕地中蘆葦，根、

根莖、莖及葉重金屬累積量依序為30.8、33、4.9 及 19.1 mg/kg，而自然 溼地蘆葦銅累積量則為 28、4.6、10.1 及 7.3 mg/kg，相比之下人工濕地 蘆葦對生活污水重金屬銅吸收量是有明顯增加。Southichak et al. (2006) 植體中之木質素及纖維素具有高吸收水體金屬離子之能力，而蘆葦是由 高木質素及纖維素組成，故蘆葦對於水體重金屬具有良好之吸附能力。

2.4 提升植生復育之螯合劑介紹及運用實例

以植生復育整治受重金屬污染之土壤，植物應挑選具備超量吸收重 金屬能力、快速之生長率及生物質量大。而土壤底泥之性質與重金屬之 鍵結型態，即重金屬之生物有效性，亦影響植生復育之效益。故可添加 螯合劑以改變土壤之鍵結型態，增其植物對重金屬累積量。

而常用之土壤萃取劑為 EDTA (ethylenediamineteteraacetic acid)、

DTPA (diethylene triamine pentaaceticacid)、NTA (nitrilotriacetic acid)、

EDDS、檸檬酸、葡萄酸、草酸、醋酸及磷酸等。其中以 EDTA、DTPA 及檸檬酸較為常用，而NTA 乃因研究指出為一種致癌物質而不被推薦使 用 (Peter, 1999)。

2.4.1 乙二胺四乙酸(EDTA)

EDTA 分 子 量 為 292.24 ， 化 學 式 為 (HO₂CCH₂)₂NCH₂CH₂N(CH₂CO₂H)₂，結構式則如下圖 2.2 所示，價錢大 約在每公斤為2100 元。

圖2.2、EDTA 結構式

EDTA 為一種有機螯合劑，無色晶體，比重 1.665，在 240℃下分解，

稍溶於水與鹼金屬氫氧化物中和形成水溶性鹽類，毒性低 (張, 2005)。國 外學者Pastor and Aparicio (2007) 之實驗結果發現，利用 EDTA 及 DTPA 兩 種 螯 合 劑 對 於 廢 銅 礦 場 植 物 Agrostis castellana 及 Corrigiola telephiifolia 吸收重金屬具提升之效益，於植體 A. castellana 分別添加水、

EDTA 及 DTPA 進行植體吸收重金屬比較，植體銅累積量為 27、1494 及 622 ppm，鋅則為 68、94、75 ppm，對於植體 C. telephiifolia 則重金屬銅 累積量分別為41、3420 及 493 ppm，鋅為 61、71、60 ppm，使用 EDTA 對於植體重金屬吸收效率較添加DTPA 之植體佳。而 Komarek et al. (2007) 利用螯合劑 EDTA 提升種植玉蜀黍及白楊樹吸收重金屬吸收之效益，高 濃度組土壤重金屬鉛濃度為1360 ppm，低濃度組濃度則為 200 ppm，由 螯合劑萃取土壤重金屬以EDTA 比 EDDS 萃取率佳，EDTA 對重金屬鉛 萃取率有 60%。於高濃度組玉蜀黍對重金屬鉛吸收有好之效益，添加 EDTA 濃度分別為 0、3、6 及 9 mmol，玉蜀黍鉛累積量分別為 86.1、202、

259 及 365 mg/kg。而白楊樹較適合種植於低濃度重金屬土壤中，添加 EDTA 濃度為 0、3、6 及 9 mmol，鉛之吸收量則為 5.84、5.34、7.14 及 10.2 mg/kg。添加 EDTA 有助於白楊樹生長，其原因為 EDTA 之添加可 助於白楊樹所缺乏重金屬鐵之吸收。而Luo et al. (2006) 因實驗結果發現 土壤中鈣與鉛互為競爭吸附，土壤中鈣離子濃度會影響 EDTA 對於重金 屬鉛之萃取。

2.4.2 三乙四胺五乙酸(DTPA)

DTPA 分 子 量 為 393.35 ， 化 學 式 為 [(HOOCCH₂)₂NCH₂CH₂]₂NCH₂COOH，結構式則如圖 2.3 所示，價錢大約 每公斤為4700 元。

圖2.3、DTPA結構式

學者Conesa and Faz (2007) 於西班牙廢棄礦區以添加螯合劑DTPA提 升植體紅鞘草Hyparrhenia hirta及Zygophyllum fabago重金屬累積量；先比 較以DTPA萃取土壤重金屬之效果，結果以鉛萃取效率最高，其次為鋅，

銅則最差，萃取率依序為7%、5%及 1%，而以添加水對於土壤重金屬鉛 銅鋅之萃取率則僅有 3%、1%及 1%。添加螯合劑DTPA對於植體紅鞘草 根部重金屬累積量最高，銅、鉛及鋅含量分別為6、150 及 600 mg/kg，

其植物傳輸係數TF(C_shoots/C_roots)依序為 0.8、0.8 及 0.3，而對於植體 Zygophyllum fabago則以地上部位芽重金屬累積量最多，分別為 13、75 及770 mg/kg， TF則為 1.5、0.7 及 1.5。而Gupta and Sinha (2007) 以添 加DTPA針對遭受皮革工廠污染之土壤進行四種植物植生復育之研析，其 植物吸收重金屬之優劣為Cassia fistula > Sida acuta > Ricinus communis =

Calotropis procera。植體對於有毒重金屬大多以根部累積最多，而必要之 微量金屬則以儲存於地上部位居多，對於重金屬之吸收順序分別為 K >

Na > Fe > Cr > Mn > Zn > Cu > Pb > Ni > Cd > Co，此四種植體對於重金屬 之吸收以鉻在植體傳輸上效果最佳，且地面上之累積效果最明顯。

2.4.3 乙二胺琥珀酸(EDDS)

EDDS分子量為358.19，化學式為C₁₀H₁₃N₂Na₃O₈，結構式則如圖2.4 所示，價錢大約在每公斤為73260元。

圖2.4、EDDS 結構式

添加螯合劑能提高植物吸收重金屬之效益，但螯合劑對於植物生長 亦有傷害，故在挑選螯合劑應以易生物分解為主，如 EDDS 及檸檬酸。

EDDS 有 SS-、RS-及 RR-等同分異構物，僅 SS-EDDS 為生物可分解性。

其重金屬錯合物包括Cr、Fe、Pb、Cd、Na、Cu、Ni 皆可生物分解。Hg-EDDS 由於其毒性而不被微生物分解(Vandevivere et al., 2001)。EDDS 為易生物 分解之螯合劑，添加於土壤中有助於灌木類植物對於重金屬吸收，國外 學者Meers et al. (2007) 探討五種柳樹對重金屬 Cd、Cr、Cu、Ni、Pb 及 Zn 進行植生復育之可行性，實驗以添加 EDDS 針對三種不同污染程度土

壤進行植生復育整治實驗。植體對於鎘及鋅有較高之吸收效果，在高濃 度重金屬土壤中，添加 EDDS 與控制組相較下，植體莖部重金屬鎘之含 量可提升 60%、葉部則可提升 35%。在廢礦場土壤中，莖葉則係能分別 提升97%及 45%。添加 EDDS 對於植體並不能增加植體質量，推測其原 因可能為重金屬吸收過多造成生物毒害性。並非 EDDS 為易生物分解之 螯合劑對植體生長就不會有毒害性，Evangelou et al. (2007) 研究菸草吸 收重金屬之效益，結果顯示添加過量的 EDDS 對於菸草具有毒害性。實 驗使用螯合劑濃度為1.5 至 50 mmol/kg，而 EDDS 對於植體毒害性可由 添加3.125 mmol 之盆栽顯示。在低濃度組土壤實驗中，添加 EDDS 對於 植物吸收重金屬銅具成效，且重金屬主要累積於根部。螯合劑 EDDS 及 EDTA 濃度為 1.5 mmol/kg，對於植體重金屬銅之吸收可提升 7 倍及 12 倍，但植體對重金屬鎘吸收卻無顯著提升。對於受多種重金屬污染之土 壤，添加螯合劑並非能提升植物吸收重金屬，原因於添加螯合劑 EDDS 及EDTA 對重金屬銅有良好之累積效果，對鎘卻無顯著之提升。

由於 EDDS 是屬於易生物分解螯合劑，故若沒有固定時間添加，可 能會導致植物尚未吸收前就被生物分解。Luo et al. (2005) 研究以小麥及 豆子進行植生復育，對於植體吸收重金屬鉛及鎘，添加 EDDS 效果較 EDTA 差，其原因為 EDDS 具生物迅速降解之能力，EDDS 之重金屬錯 合物之生物降解能力由高至低分別為鎘>鉛>鋅>銅，故鎘及鉛之重金屬錯 合物，在被植體吸收前則先被生物給分解。而實驗中螯合劑對土壤萃取 效果，可作為植物吸收重金屬效率之對照，由實驗結果顯示螯合劑對土

壤銅鋅萃取結果為EDDS>EDTA>水，而鉛、鎘萃取結果為 EDTA>EDDS>

水，這與螯合劑添加於土壤後，植體重金屬累積之結果相符合。而Luo et al. (2006) 發現此實驗螯合劑 EDDS 於土壤半衰期為 2.5 天，這表示殘存 在土壤中的 EDDS 將隨時間而迅速減少，這可降低重金屬污染地下水之 機會。螯合劑混合使用對於單一使用EDTA 及 EDDS 效果佳，且具提升 植生復育之功能，亦可減少萃取出之重金屬滲入深層土壤或地下水層，

避免二次污染及污染擴大。

2.4.4 檸檬酸(Citric acid)

檸檬酸分子量為 192.13，化學式為HOC(COOH)(CH2COOH)2，結構 式則如圖2.5 所示，價錢大約在每公斤為 500 元。

圖 2.5、檸檬酸結構式

檸檬酸為一無色半透明結晶或粉末，無臭具強酸味，水合物在空氣

中會起風化，比重1.542 其溶於水、酒精與醚，可燃無毒。一般用於混合 藥劑、分散劑、食品之酸化劑、抗氧化劑及螯合劑等(陳, 2000)。Nascimento et al. (2006) 研究以印度芥菜進行重金屬土壤復育之植栽，並添加檸檬酸

以提升植物累積重金屬之效益，控制組植體地上部重金屬鎘、鉛、鋅、

銅及鎳累積量依序為 85.5、20.3、399.1、32.0 及 63.4 mg/kg，而地下部 位重金屬累積量則係70.6、551.8、514.3、131.7 及 143.4 mg/kg；添加檸 檬酸組之植體地上部位重金屬累積量提升為 138.0、112.5、649.1、329.2 及276.4 mg/kg，地下部位重金屬累積量亦有提升分別則係 105.3、512.1、

799.3、246.6 及 211.5 mg/kg。檸檬酸之添加對於植體地下部位重金屬累 積量提升約1.47~1.87 倍，而地上部位則提升約 1.61~10.29 倍，以銅累積 量提升10.29 倍為最。

2.4.5 螯合劑之作用及原理

螯合劑如 EDTA、DTPA、EDDS、NTA 及檸檬酸，含有兩個以上的 配 位 基 ， 能 與 土 壤 中 重 金 屬 離 子 產 生 錯 合 作 用 形 成 穩 定 複 合 物 (complex)。Tejowulan and Hendershot (1998) 提出螯合劑與土壤顆粒上重 金屬接觸時，螯合劑作用為(1)與土壤溶液中重金屬錯合；(2)可與鍵結力 較弱或少量鍵結力較強之重金屬脫附或錯合；(3)溶解部分含有微量重金 屬之礦物並與游離之金屬錯合。重金屬離子與螯合劑鍵結之強弱取決於 穩定常數(stability constant)之大小，穩定常數越大，則螯合能力越強。

2.5 植體生物濃縮係數(BCF)及植體傳輸係數(TF)

植生復育整治成效通常可藉由添加螯合劑改變土壤重金屬鍵結提 升 傳 輸 性 或 挑 選 對 重 金 屬 具 高 吸 收 能 力 之 重 金 屬 超 量 攝 取 (hyperaccumulafior)植種達成。為評析植物對於重金屬吸收之效益，常用 植物生物濃縮係數(Bioconcentration factor，簡稱BCF，BCF=C_roots/C_soil)及 植物傳輸係數(Translocation factor，簡稱TF，TF=C_shoots/C_roots)評析。BCF 主要係比較植體根部重金屬累積量及土壤重金屬含量，BCF值越高表示 植物對於土壤重金屬吸收攝取效益越佳。植生復育需搭配適切收割植體 方能將重金屬污染物由污染土壤移除，故當植體具有良好之傳輸能力即 將重金屬傳送於莖葉部位，有助於植生復育之後續收割，因而植體莖葉 部位生物質量重金屬累積越大，收割可除之重金屬越大量。TF係將植體

植生復育整治成效通常可藉由添加螯合劑改變土壤重金屬鍵結提 升 傳 輸 性 或 挑 選 對 重 金 屬 具 高 吸 收 能 力 之 重 金 屬 超 量 攝 取 (hyperaccumulafior)植種達成。為評析植物對於重金屬吸收之效益，常用 植物生物濃縮係數(Bioconcentration factor，簡稱BCF，BCF=C_roots/C_soil)及 植物傳輸係數(Translocation factor，簡稱TF，TF=C_shoots/C_roots)評析。BCF 主要係比較植體根部重金屬累積量及土壤重金屬含量，BCF值越高表示 植物對於土壤重金屬吸收攝取效益越佳。植生復育需搭配適切收割植體 方能將重金屬污染物由污染土壤移除，故當植體具有良好之傳輸能力即 將重金屬傳送於莖葉部位，有助於植生復育之後續收割，因而植體莖葉 部位生物質量重金屬累積越大，收割可除之重金屬越大量。TF係將植體