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4 種植物對(duì)重金屬鉛、鎘和砷污染土壤的修復(fù) 作用
摘 要：通過(guò)盆栽試驗(yàn)從野生和栽培的植物中篩選具有吸收重金屬 Cd、As 和 Pb 修復(fù)重金屬污染土壤的超富集植物，
結(jié)果表明重金屬 Cd、As 和 Pb 處理對(duì)所選的 4 種植物的株高均無(wú)顯著影響，但顯著降低皺葉狗尾草和百喜草的生物
量，As 脅迫顯著降低辣蓼的生物量。4 種植物地上部重金屬含量均未超過(guò)臨界指標(biāo)含量，辣蓼地下部 Cd 含量、香根
草地下部 Pb 含量和皺葉狗尾草地下部 Pb 含量超過(guò)臨界指標(biāo)含量，具有修復(fù)污染土壤的潛能。
關(guān)鍵詞：富集植物；重金屬污染土壤；生物量；吸收
Phytoremediation by Four Kinds of Plants to Soils Contaminated by Heavy Mental Lead,Cadmium and
Arsenic.
ZHONG Zhen-mei
1 , WHANG Yi-xiang 1 , YANG Dong-xue 2 , HUANG Yi-bin 1
(1.Agricultural Ecology Research Institute, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350013, China;2.Fujian
environmental monitoring central station, Fuzhou 350003, China)
Abstract:A pot experiment was develop to screen hyperaccumulator which can extract heavy metal lead,cadmium and arsenic
from contaminated soils in the wild and c*ted plants. The experiment showed that the height of four plants hadn’t be
significant affected by heavy metals, however the biomass of winkledleaf bristlegrass and bahia grass was decreased significantly,
the biomass of polygonum hydropiperl had the same result by arsenic. The heavy metal content of four plants above-ground part
didn’ t exceed critical values, however there of lead in under-ground part of winkledleaf bristlegrass and vetiver grass and that of
cadmium in under-ground of polygonum hydropiperl were exceed critical values. Our results indicate polygonum
hydropiperl,winkledleaf bristlegrass and vetiver grass have Phytoremediation potential.
Keywords: hyperaccumulator; heavy metals contaminated soils; biomass; absorption
土壤重金屬污染是非常嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，近十幾年來(lái)，利用綠色植物清除土壤重金屬污染物的修復(fù)技術(shù)
(phytoremediation)已成為熱點(diǎn)
[1] ，該技術(shù)具有不破壞土壤結(jié)構(gòu)、無(wú)二次污染、成本較低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是
當(dāng)前一種可靠的、易于被接受且具有發(fā)展?jié)摿Φ奈廴就寥佬迯?fù)技術(shù)
[2] 。常用的植物修法有兩種 [3] ：一種方法是
通過(guò)超富集植物吸收 1 種或 2 種重金屬，這種植物雖然僅具備很低的生物量，但在植物枝葉中重金屬含量很
高
[4] ；另一種方法是通過(guò)生物量大的植物，這種植物對(duì)某種重金屬?zèng)]有吸收的專一性，在植物的枝葉中重金屬
的含量不高，但它有大量的生物量，因此也能吸收大量重金屬。在研究、應(yīng)用和推廣植物修復(fù)技術(shù)的過(guò)程中，
篩選吸收重金屬的植物是成功實(shí)施和運(yùn)用該方法的前提和基礎(chǔ)。
目前，在超積累植物篩選方面，我國(guó)已發(fā)現(xiàn)數(shù)十種具有超富集能力的植物
[5] ，并利用這些植物開(kāi)展了土壤
及水體污染的植物修復(fù)工作
[6,7] ，但多數(shù)植物單一性強(qiáng)，且適宜于南方土壤污染治理的較少。為豐富既適應(yīng)南
收稿日期：2009-09-10
基金項(xiàng)目：福建省*資助項(xiàng)目（2007Y0003）
作者簡(jiǎn)介：鐘珍梅（1975-） ，女，碩士，助理研究員，主要從事農(nóng)業(yè)生態(tài)研究。:mume19
通訊作者：黃毅斌（1964-） ，男，博士，研究員，從事南方草業(yè)與生態(tài)農(nóng)業(yè)研究。:ecology@public.fz.fj.cn
2009 年 10 月 第三屆全國(guó)農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集
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方生態(tài)環(huán)境條件又能超富集重金屬的植物品種資源，本研究采用野外調(diào)查和室內(nèi)人工栽培相結(jié)合的方法，測(cè)
定重金屬脅迫下植物生長(zhǎng)狀況的變化及重金屬在植物體內(nèi)的含量，通過(guò)植物對(duì)重金屬的耐性和吸收效果篩選
超富集植物，旨在豐富我國(guó)超富集植物品種資源，并為植物修復(fù)技術(shù)的順利開(kāi)展提供植物資源和。
1 材料與方法
1.1 材料
盆栽試驗(yàn)在農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所網(wǎng)室進(jìn)行。 盆栽用土取自山地紅壤， 全氮 0.005%， 全磷 0.160%， 全鉀 2.336%，
有機(jī)質(zhì) 0.755%，pH 值 5.23，*氮 7 μg·g
-1 ，*磷痕量，*鉀 32.05 μg·g -1 。從野外尾礦周圍采集
的植物材料在農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所苗圃育苗培育，從中選擇皺葉狗尾草和辣蓼兩種植物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室盆栽試驗(yàn)，農(nóng)
業(yè)生態(tài)研究所植物種質(zhì)資源圃中也選了 2 種植物同時(shí)進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
準(zhǔn)備 84 個(gè)規(guī)格φ為 25 cm 的塑料盆裝土 7.7 kg， 每盆施入基肥 NaH 2 PO 4 · 2H 2 O 1377.88 mg、 KCl 656.589 mg、
MgSO 4 · 7H 2 O 1753.157 mg、 CH 4 N 2 O 2200.8 mg， 拌勻。 分別選取長(zhǎng)勢(shì)比較一致的 4 種植物幼苗移栽到塑料盆中，
緩苗兩周后進(jìn)行重金屬脅迫處理。共設(shè) 4 個(gè)處理，1 對(duì)照（CK），不加重金屬；2100 mg·kg
-1 的 Cd 脅迫，以
CdC1 2 ·2.5H 2 O 的形式每盆加入 1564.18 mg；3300 mg·kg
-1 的 As 脅迫，以 Na
2 HAsO 4 ·7H 2 O 的形式每盆加入
9620.17 mg；41000 mg·kg
-1 的 Pb 脅迫，以 Pb(NO
3 ) 2 的形式每盆加入 12308.48 mg，這三種重金屬處理后的土
壤污染程度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家規(guī)定的三級(jí)污染土壤標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618-1995），每個(gè)處理設(shè)置 3 次重復(fù)。將三種重
金屬分別按每個(gè)處理配成 1000 mL 的溶液裝入小噴壺，均勻的噴灑在土壤中，植株生長(zhǎng)期間補(bǔ)充水分。待植
株生長(zhǎng)兩個(gè)月后收割植物，用自來(lái)水洗凈根系泥土，然后用蒸餾水清洗整個(gè)植株，用吸水紙吸干表面水分，
在干燥通風(fēng)處快速晾置 10 min，分離地上部和地下部，莖、葉、根稱重，將根、莖、葉分開(kāi)，然后置于 90℃
干燥箱中殺青 20 min，于 60℃下烘至恒重，用電子天平稱取各部分干重，烘干樣品用粉碎機(jī)粉碎，用于
鉛、鎘和砷含量的測(cè)定。
1.3 測(cè)定方法
植物生物量、株高用常規(guī)方法測(cè)定，葉片和根重金屬鉛、砷和鎘含量送至福建省分析檢測(cè)中心檢測(cè)， 采
用的測(cè)定方法分別為 GB/T 5009.12-2003、GB/T 5009.11-2003 和 GB/T 5009.15-2003。
1.4 數(shù)據(jù)分析
采用 Excel 和 SPSS 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，生物量數(shù)據(jù)采用“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤"，重金屬含量為三次
重復(fù)的混合樣進(jìn)行測(cè)定。
2 結(jié)果與分析
2.1 重金屬脅迫下 4 種植物株高、生物量的變化
重金屬脅迫下 4 種植物株高、生物量的變化如表 1 所示。重金屬 Cd、As 和 Pb 脅迫對(duì)皺葉狗尾草的株高
無(wú)顯著影響， 但皺葉狗尾草地上部干重分別比對(duì)照顯著降低了 20.74%、 35.04%和 26.66%， 處理間差異不顯著，
As 處理后皺葉狗尾草的地下部干重顯著低于對(duì)照 38.68%，但 Cd 和 Pb 處理與對(duì)照之間差異不顯著。三種重
金屬脅迫對(duì)香根草的株高、地上部干重和地下部干重均無(wú)顯著影響，對(duì)百喜草和辣蓼的株高也無(wú)顯著影響。
Cd、As 和 Pb 處理使百喜草地上部干重比對(duì)照顯著降低 34.13%、24.63%和 22.69%，但處理間無(wú)顯著差異，
Cd 處理使百喜草地下部的干重顯著降低 36.60%。As 脅迫使辣蓼地上部干重比對(duì)照顯著降低了 54.41%，其它
兩處理與對(duì)照相比差異不顯著，地下部干重顯著低于 Cd 處理，但與對(duì)照及 Pb 脅迫相比差異不顯著。表明重
金屬脅迫對(duì)植株的株高影響不大，但對(duì)生物量有影響。
第三屆全國(guó)農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集 2009 年 10 月
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表 1 重金屬脅迫下 4 種植物株高、生物量的變化
植物名稱 項(xiàng)目 CK As 脅迫 Cd 脅迫 Pb 脅迫
株高(cm) 71.33±6.96a 81.67±4.41a 77.33±11.8 64.33±4.33a
地上部干重(g) 104.17±2.41a 67.67±6.93b 82.57±3.37b 76.40±4.5b1 皺葉狗尾草
地下部干重(g) 24.57±2.5 15.07±0.64b 17.37±1.74ab 18.40±3.63ab
株高(cm) 162.00±2.00a 162.33±1.4 161.50±1.50a 161.00±6.00a
地上部干重(g) 158.30±20.18a 144.17±4.31a 156.37±7.03a 141.47±11.87a 香根草
地下部干重(g) 20.63±2.31a 26.83±4.39a 21.70±0.51a 28.70±1.70a
株高(cm) 62.00±2.00a 55.00±5.00a 55.33±2.91a 59.33±2.67a
地上部干重(g) 110.47±2.17a 83.27±2.99b 72.77±10.07b 85.40±4.01b 百喜草
地下部干重(g) 52.05±2.8 43.93±7.22ab 33.00±5.58b 54.43±3.07a
株高(cm) 64.50±6.50a 58.50±1.50a 60.00±0.00a 61.00±3.00a
地上部干重(g) 57.3±0.9a 25.55±2.25b 61.5±5.9a 60.93±4.8 辣蓼
地下部干重(g) 5.9±0.30ab 1.05±0.25b 8.07± 2.03a 6.07±1.22ab
注：表中數(shù)據(jù)同行字母不同的表示差異顯著，相同的表示差異不顯著，顯著性水平為 0.05。
2.2 4 種植物對(duì)土壤中重金屬 Cd、Pb 和 As 的吸收效果分析
超積累植物(Hyperaccumulator)一詞zui初是由 Brooks 等提出的，一般認(rèn)為超積累植物zui顯著的特征是植物
莖或葉富集重金屬的含量達(dá)到臨界含量指標(biāo)，其中 Cd、Pb 和 As 的臨界含量為 100 mg·kg
-1 、1000 mg·kg -1
和 1000 mg·kg
-1 ，且植物地上部重金屬含量大于其根部重金屬含量 [8] 。
表 2 重金屬脅迫下 4 種植物重金屬的含量
As 含量/mg·kg
-1
Cd 含量/mg·.kg
-1
Pb 含量/mg·kg
-1
植物
地上部 地下部 地上部 地下部 地上部 地下部
皺葉狗尾草 9.6 50.6 60 100 34 1050
香根草 8.4 69 11 55 24.8 136
百喜草 6.6 130 36 5.9 69.1 1150
辣蓼 36.6 28.6 68 200 369 206
重金屬 As 脅迫后 4 種植物地上部和地下部 As 含量變化如表 2 所示。對(duì) As 的吸收均表現(xiàn)為根＞葉，辣蓼
地上部對(duì) As 的吸收zui大，含量為 36.6 mg·kg
-1 ，皺葉狗尾草次之，含量達(dá)到 9.6 mg·kg -1 ，zui小的為百喜草，
含量為 6.6 mg· kg
-1 ； 百喜草地下部對(duì) As 的吸收zui大， 含量為 130 mg· kg -1 ， zui小的是辣蓼， 含量為 28.6 mg· kg -1 ，
均小于 As 的臨界含量 1000 mg·kg
-1 ，說(shuō)明這四種植物不具備富集重金屬 As 的潛能，但對(duì) As 有一定的耐性。
4 種植物地上部對(duì) As 的吸收大小順序?yàn)槔鞭ぃ景櫲~狗尾草＞香根草＞百喜草，地下部對(duì) As 的吸收大小順序
與地上部相反，為百喜草＞香根草＞皺葉狗尾草＞辣蓼，表明四種植物將重金屬 As 從地下部運(yùn)輸至地上部的
能力大小順序?yàn)榘櫲~狗尾草＞香根草＞百喜草＞辣蓼。
重金屬 Cd 脅迫后 4 種植物地上部和地下部 Cd 含量變化如表 2 所示。地上部對(duì) Cd 吸收zui大的植物是辣
蓼，含量達(dá)到 68 mg·kg
-1 ，其地下部 Cd 含量為 200 mg·kg -1 ，超過(guò) Cd 臨界含量 100 mg·kg -1 ，但地下部含量
大于地上部含量，表明辣蓼根具有積累重金屬 Cd 的能力，但不具備從地下運(yùn)輸至地上的能力。地上部對(duì) Cd
吸收zui小的是香根草， 含量為11 mg· kg
-1 ， 皺葉狗尾草及百喜草地上部Cd含量分別為60 mg· kg -1 和36 mg· kg -1 ；
4 種植物地下部 Cd 含量zui高的為辣蓼，zui小的為百喜草（5.9 mg·kg
-1 ），香根草和皺葉狗尾草根 Cd 含量分
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別為 55 mg·kg
-1 和 100 mg·kg -1 。在這 4 種植物中，皺葉狗尾草地下部 Cd 含量達(dá)到 Cd 臨界含量，但地上部
小于 Cd 臨界含量，說(shuō)明其具有吸收重金屬 Cd 的潛能，但不具備超富集的特征，而香根草和百喜草吸收重金
屬 Cd 的能力較差。4 種植物地上部對(duì) Cd 的吸收大小順序?yàn)槔鞭ぃ景櫲~狗尾草＞百喜草＞香根草，地下部對(duì)
Cd 的吸收大小順序?yàn)槔鞭ぃ景櫲~狗尾草＞香根草＞百喜草。
重金屬 Pb 脅迫后 4 種植物地上部和地下部 Pb 含量變化如表 2 所示。辣蓼地上部對(duì) Pb 吸收zui大，含量達(dá)
到 369 mg·kg
-1 ，zui小的為香根草，含量?jī)H為 24.8 mg·kg -1 ，均小于 Pb 臨界含量 1000 mg·kg -1 ；地下部 Pb
含量zui大的是百喜草，達(dá)到 1150 mg·kg
-1 ，其次皺葉狗尾草，含量為 1050 mg·kg -1 ，zui小的是香根草，僅
136mg·kg
-1 ，百喜草和皺葉狗尾草地下部 Pb 含量超過(guò)臨界含量，但地下部含量小于地上部，說(shuō)明不具備超積
累植物的潛能，但對(duì)重金屬 Pb 有一定的吸收能力和耐受力。4 種植物地上部對(duì) Pb 的吸收大小順序?yàn)槔鞭ぃ?br>百喜草＞皺葉狗尾草＞香根草，地下部對(duì) Pb 的吸收大小順序?yàn)榘傧膊荩景櫲~狗尾草＞辣蓼＞香根草。
2.3 4 種植物對(duì)土壤中重金屬 Cd、Pb 和 As 的吸收總量分析
有些植物對(duì)某種重金屬?zèng)]有吸收的專一性，在植物的枝葉中重金屬的含量不高，但它有大量的生物量，
也能吸收大量重金屬，因此將重金屬單位含量乘植物的生物量可得出表 3 的數(shù)據(jù)。四種植物對(duì)重金屬 Pb 吸收
總量zui大，其中辣蓼吸收重金屬 Pb 總量在 4 種植物中又達(dá)到zui大值，為 23.73 mg，依次為皺葉狗尾草、百喜
草和香根草。皺葉狗尾草對(duì)重金屬 Cd 的吸收總量zui大，生長(zhǎng)一季可從土壤中帶走 7.30mg 的 Cd，4 種植物對(duì)
重金屬 Cd 吸收總量大小順序?yàn)榘櫲~狗尾草＞辣蓼＞香根草＞百喜草。4 種植物對(duì) As 的吸收總量zui小，其對(duì)
As 吸收總量大小順序?yàn)榘傧膊荩鞠愀荩景櫲~狗尾草＞辣蓼。 單位重量的皺葉狗尾草中重金屬 Pb 和 Cd 含量
并不大，但由于其生物量較大，因此吸收總量也較大，表明植物對(duì)重金屬的修復(fù)作用也受其生物量的影響。
表 3 4 種植物吸收的重金屬總量（mg）
As/mg Cd/mg Pb/mg
植物種類
地上部 地下部 合計(jì) 地上部 地下部 合計(jì) 地上部 地下部 合計(jì)
皺葉狗尾草 0.65 0.76 1.41 5.28 2.02 7.30 2.60 19.32 21.92
香根草 1.28 1.85 3.13 1.76 1.25 3.01 3.94 4.13 8.07
百喜草 0.55 5.71 6.26 0.80 1.82 2.62 2.75 7.40 10.15
辣蓼 0.93 0.037 0.967 4.18 1.61 5.79 22.48 1.25 23.73
注：表中數(shù)據(jù)是通過(guò)重金屬含量和植物的生物量相乘所得。
3 結(jié)論和討論
植物對(duì)重金屬的吸收效率取決于其耐性、地上部重金屬含量、生物量、生長(zhǎng)速度及生物富集系數(shù)
[8～11] ,其
中，耐性是一個(gè)關(guān)鍵因素
[12] 。根據(jù)我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB15618-1995）規(guī)定，重金屬 Cd、Pb 和 As 含量
超過(guò) 1.0 mg·kg
-1 、500 mg·kg -1 和 40 mg·kg -1 的土壤屬于三級(jí)土壤，即這類土壤重金屬含量已經(jīng)達(dá)到保障農(nóng)
林業(yè)生產(chǎn)和植物正常生長(zhǎng)的土壤臨界值，超過(guò)該值將抑制植物的生長(zhǎng)，對(duì)植物和農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生危害。本研
究施入土壤的重金屬含量為 100 mg·kg
-1 、1000 mg·kg -1 和 300 mg·kg -1 ，均屬于重度污染土壤。在所選擇的
幾種植物中，重金屬 Cd、As 和 Pb 脅迫后皺葉狗尾草和百喜草生長(zhǎng)受到抑制，表現(xiàn)為生物量降低，但生長(zhǎng)正
常，表明這 4 種植物對(duì)重金屬 Cd、Pb 和 As 均有一定的耐性。
除耐性外，超積累植物還應(yīng)具有 3 個(gè)基本標(biāo)準(zhǔn)
[9,10] ：①臨界含量特征標(biāo)準(zhǔn)，即植物莖或葉中重金屬含量要
大于一定的臨界值，其中 Cd 為 100 mg·kg
-1 、Pb 和 As 均為 1 000 mg·kg -1 ，②轉(zhuǎn)移特征標(biāo)準(zhǔn)，即植物地上部
(主要是指莖或葉)重金屬含量大于其根部重金屬含量；③富集系數(shù)特征標(biāo)準(zhǔn)，即植物地上部富集系數(shù)大于
1.0(莖、葉、籽實(shí)部分的平均數(shù))，至少當(dāng)土壤中重金屬濃度與超積累植物應(yīng)達(dá)到的臨界含量標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)時(shí)植物
地上部富集系數(shù)大于 1.0。目前，關(guān)于吸收重金屬的植物的篩選研究一般通過(guò)兩種方法完成，*種方法是通
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過(guò)野外調(diào)查，尤其在重度污染區(qū)域周邊尋找超富集植物；另外一種方法是在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)定植物的各項(xiàng)指
標(biāo)以確定其修復(fù)能力，篩選具有修復(fù)潛力的植物。本試驗(yàn)采用兩種方法相結(jié)合篩選的的幾種植物均未達(dá)到超
富集植物的標(biāo)準(zhǔn)，但由于其對(duì)重金屬有一定的耐性，且辣蓼地下部 Cd 含量、香根草地下部 Pb 含量和皺葉狗
尾草地下部 Pb 含量超過(guò)臨界指標(biāo)含量，筆者以為在實(shí)際應(yīng)用中也可以用于污染土壤的植物修復(fù)。
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4種植物對(duì)重金屬鉛、鎘和砷污染土壤的修復(fù)作用