全 文 ：书江西农业学报 2016，28(6):100～104
Acta Agriculturae Jiangxi
http:/ /www．jxnyxb．com
DOI:10．19386 / j．cnki．jxnyxb．2016．06．21
水中通氧对狐尾藻生长及镉吸附的影响
黄晓波1，姚帮松1，2* ，张立成2，阮三桂1，蒋 鹏1，程 峰1，沈 维1
收稿日期:2015－12－11
基金项目:国家自然科学基金项目(31272248);国际科技合作项目(2013DFG91190)。
作者简介:黄晓波(1989─)，女，湖南宁乡人，硕士研究生，主要从事水资源与环境保护研究。* 通讯作者:姚帮松。
(1．湖南农业大学 工学院，湖南 长沙 410128;2．湖南农业大学 资源环境学院，湖南 长沙 410128)
摘 要:对狐尾藻进行了加氧与不加氧对照处理，比较了它们在不同镉离子浓度水体中的生长状况。通过检测水体
中的镉离子浓度值，研究了狐尾藻对镉离子的吸附能力及其对镉离子的富集系数，采用 WinＲHIZO 软件对狐尾藻的根系
生长进行了分析，结果表明:在 2种处理方式下，狐尾藻在镉离子浓度小于 5 mg /L 时均能正常生长，且加氧处理可显著
提高其对镉离子的吸附能力;狐尾藻在镉离子浓度大于 10 mg /L时均受镉离子胁迫作用导致叶片枯萎，且加氧处理可显
著加快其对镉离子的吸附速度;狐尾藻在不同镉离子浓度下其最高富集系数为试验设置的 20 mg /L，而加氧处理可将最
高富集系数提高 13．35%。由此可知，加氧处理可促进狐尾藻根系生长，增强了狐尾藻对镉离子的吸附能力，进一步提高
了狐尾藻对镉污染水体的净化能力。
关键词:狐尾藻;加氧处理;镉污染;富集系数
中图分类号:X171．1 文献标志码:A 文章编号:1001－8581(2016)06－0100－05
Effects of Aquatic Aerobic Treatment on Growth and
Cadmium Adsorption of Myriophyllum
HUANG Xiao－bo1，YAO Bang－song1，2* ，ZHANG Li－cheng2，ＲUAN San－gui1，
JIANG Peng1，CHENG Feng1，SHEN Wei1
(1． College of Engineering，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China;
2． College of Ｒesources and Environment，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China)
Abstract:Compared the Myriophyllum growth in the water containing different concentrations of cadmium by the oxygen and
without oxygen treatment，studied the Myriophyllum adsorption capacity of cadmium and its bioaccumulation factor of cadmium，
analyzed the root growth of Myriophyllum by WinＲHIZO software． The results showed that within the two treatments the Myriophyl-
lum could grow normally in cadmium concentration below 5 mg /L，the adsorption of cadmium was significantly increased with the
increase of oxygen treatment． Leaf blight of Myriophyllum under cadmium stress when the concentration was more than 10 mg /L，
and in this concentration，the oxygen treatment could accelerate the adsorption rate of cadmium． The bioaccumulation factor of
Myriophyllum was variety in different cadmium concentrations，the highest value was 20 mg /L，while the oxygenated treatment
could improve 13．35% of bioaccumulation factor of Myriophyllum． Accordingly，adding oxygen treatment could promote Myriophyl-
lum root growth，enhance the adsorption capacity of cadmium，improve the Myriophyllum on cadmium polluted water purification
ability．
Key words:Myriophyllum;Oxygenation;Cadmium pollution;Bioaccumulation factor
植物的根系一般生长在土壤或者水体中，在生长
过程中根系需要吸收营养元素，同时进行有氧呼吸，
而土壤中氧气含量在淹水灌溉条件下非常低，不能给
根系生长提供充足的氧源。对植物加氧是近年来开
展的研究，目的是提高植物根系周围的氧气含量，使
其能进行充分的有氧呼吸，促进根系生长。加氧处理
可促进旱地生物烟草及水生植物水稻的生长［1－2］，说
明加氧处理对生物生长产生有效的作用。增氧灌溉
可以促进南荻对土壤中重金属铅的吸收［3］。在重金
属污染的环境中，镉是一种污染范围广、治理难度大
的物质。在有色金属矿石开采过程中，重金属镉以矿
物质形态被开采出来，它是一种对动植物体毒害作用
非常大的物质，常以离子化合态存在于土壤或水体
中［4－6］。重金属镉污染由最开始的点污染，经过雨水
的冲刷径流作用变成面污染，最后进入水体中随河水
的流动扩散成区域性的污染。我国南方某些地区重
金属镉污染现象非常严重，国内外有关专家学者提出
了对于重金属镉污染治理的方式，并进行了相关的试
验研究，发现利用植物吸附重金属是一种绿色环保、
不产生二次污染的治理方式［7－12］。相关研究表明:大
部分植物都能吸收土壤或水体中的重金属，但与此同
时，植物体也受重金属物质的胁迫影响，它的生长状
况也随之发生改变。对于水体中的重金属镉污染修
复，一般采用沉水植物来进行吸附，以期降低水体中
镉离子含量。狐尾藻是一种多年生沉水草本植物，因
其根茎发达且对环境适应性较强，是常用于净化水体
污染和生态修复的优选植物。李国新等通过研究穗
花狐尾藻对重金属镉的吸附性能，得出狐尾藻是一种
对重金属镉吸附性好且效率高的植物［13］。本文以狐
尾藻作为研究对象，探究溶解氧对其在镉离子水体中
的生长状况及吸附性能的作用。
1 材料与方法
1．1 试验材料
试验所选用的材料是从洪湖水草公司购买的狐
尾藻。将所购回的狐尾藻在湖南农业大学工学院土
力学试验室进行培养，从 12 月份培养至第二年 4 月
份。之后截取生长状况一致且长度为 12 mm 的茎
部，将所截得的每枝茎下部 5 cm处的叶子剥落后，放
入方形试验桶中，试验桶尺寸长宽高为:30 mm×25
mm×30 mm，并且在试验桶上方放置一块带孔浮板以
固定每株狐尾藻。每个试验桶中加入纯净水 18 L 和
适量的营养液，配置不同镉离子浓度的 CdCl2溶液于
容量瓶中备用。
1．2 试验设计
试验采用通氧和不通氧 2 种处理方式，其中，通
氧方式是利用压缩空气泵向水体中加入通气速率 40
L /min的空气。将长条形的气泡石固定在试验桶底
部，并用塑料软管与通气泵连接起来。加氧处理组为
每天 10:00 通气 1 次，通气量是根据所做的预试验，
通气 30 min后桶中水体含氧量达到饱和，因此试验
中通气时长为30min。试验设置试验桶中镉离子浓
度分别为0、2 ．5、5、10、20、40mg / L。先将狐尾藻扦
插在每个试验桶中，待 4 d 后新根长出植株成活，再
在每个试验桶中加入配置液，使每个试验桶中的镉浓
度达到试验设置浓度。
图 1 试验装置示意图
1．3 检测指标
用原子分光光度法检测水中重金属镉离子含量。
用根系扫描仪扫描根系并用软件 WinＲHIZO 分析根
系生长指标。用分光光度计测定植物体中重金属镉
离子含量。
2 结果与分析
2．1 加氧与不加氧处理对狐尾藻吸附重金属镉离子
的影响
通过试验观察到，狐尾藻在含镉离子水体中，随
着镉离子浓度的升高，其生长状况越差，主要表现在
叶片枯萎、茎侧向弯曲。在试验桶中加入重金属镉离
子后，每隔 2 d 测定水体中重金属镉离子的含量，直
至水体中重金属镉离子含量趋于稳定值后停止测定。
从表 1 可看出，前 4 d试验桶水体中重金属镉离
子浓度下降非常明显，第 6 天已趋于稳定。狐尾藻在
加入重金属镉离子后的第 2 天与第 4 天均未出现枯萎
现象;第 6天含镉离子浓度为 40 mg /L 的试验桶中狐
尾藻开始出现枯萎现象;第 8 天镉离子浓度 20 和 10
mg /L的狐尾藻均开始出现枯萎现象，而镉离子浓度为
2．5和 5 mg /L的试验桶中狐尾藻均未出现枯萎现象。
表 1 不同镉浓度下水体中重金属镉离子浓度比较 mg /L
初始镉浓度 /
(mg /L)
加氧处理镉浓度剩余值
第 2天 第 4天 第 6天
不加氧处理镉浓度剩余值
第 2天 第 4天 第 6天
0 0．000±0．000 0．000±0．000 0．000±0．000 0．000±0．000 0．000±0．000 0．000±0．000
2．5 1．240±0．061 0．920±0．028 0．760±0．033 1．510±0．048 1．090±0．025 0．890±0．221
5．0 3．550±0．182 1．140±0．042 0．850±0．074 3．850±0．073 1．620±0．037 1．430±0．108
10．0 5．970±0．025 2．560±0．311 2．440±0．018 6．120±0．104 2．940±0．066 2．470±0．043
20．0 6．290±0．447 3．130±0．098 3．090±0．039 6．840±0．218 3．320±0．320 2．980±0．058
40．0 8．360±0．025 5．540±0．216 5．280±0．107 9．150±0．049 6．110±0．117 5．770±0．034
从图 2、图 3 可知，加氧处理能提高狐尾藻对重
金属镉离子里的吸附能力。国外学者研究了狐尾藻
在镉离子浓度为 64 mg /L水体中时，狐尾藻能够将其
浓度降低至 5．96 mg /L，此时狐尾藻已经达到耐受重
金属镉离子污染的阈值。狐尾藻对重金属镉离子表
现出较强的吸附性，且吸附非常迅速。6 d 后，当镉
1016期 黄晓波等:水中通氧对狐尾藻生长及镉吸附的影响
离子浓度为 5 mg /L时，在加氧条件下，狐尾藻使重金
属镉离子浓度降至 0．85 mg /L，而不加氧条件下镉离
子浓度只能降至 1． 43 mg /L。在镉离子浓度小于 5
mg /L时，加氧可显著提高狐尾藻对重金属镉离子的
吸附能力。由图 2 可知，当重金属镉离子浓度为 10
mg /L以上时，第 4 天与第 6 天水体中的镉离子浓度
变化不大，而图 3 中镉离子浓度有一定程度的下降，
这说明在镉离子浓度大于 10 mg /L的水体中，加氧处
理可加快狐尾藻的吸附速度，能够在 4 d 内使水体中
的镉离子浓度趋于稳定，而在不加氧处理的条件下，
镉离子浓度需 6 d才能趋于稳定。此外，在试验中还
发现，镉离子浓度越高的试验桶中，狐尾藻对重金属
镉离子的吸附量越大，这表明镉离子初始值浓度越
高，越有利于狐尾藻对重金属镉离子的吸附。
图 2 加氧处理下狐尾藻吸附重金属镉离子后
试验桶中的镉含量的残余值
2．2 加氧与不加氧处理对狐尾藻根系生长的影响
植物根系的生长发育情况能够反映根系上部的
生长发育情况，只有根系存在活力，植株才可以存活。
狐尾藻是沉水植物，它的茎呈节状，叶长于茎露出水
面部分的每个节上，根长于茎沉在水底部分的每个节
上。与污染物直接接触的部分，有关学者称之为环境
污染物中的生物可及性部分。镉离子对狐尾藻产生
毒理作用首先是从根开始，根是狐尾藻与镉离子直接
接触的部分。
图 3 不加氧处理下狐尾藻吸附重金属镉离子后
试验桶中的镉离子浓度的残余值
从图 4 可知，重金属镉离子对狐尾藻的根系生长
产生了影响，它对根系中的有机组织产生了破坏，导
致根系的颜色变成暗黑色且根系数目减少。重金属
镉离子被狐尾藻的根系吸收后，少部分向茎上部分缓
慢转移，而绝大多部分停留在根系附近。重金属镉离
子被吸附后，只有少量镉被转移到茎上部分，这是狐
尾藻耐受重金属镉离子的一个原因。狐尾藻在含镉
离子浓度高的水体中能生长，枯而不死，说明狐尾藻
的根系有很强的耐镉能力，并将重金属镉离子束缚住
不使其转移，从而减少了重金属镉离子在植株体中的
累积含量。
图 4 不含镉与含镉水体中狐尾藻的根
试验将狐尾藻从试验桶中取出，剪取叶下部分的
根茎，用 Epson 高清扫描仪扫描，再通过 WinＲHIZO
软件分析不同处理下的根总长与根总数。
从图 5 可以看出，在不同处理方式下，狐尾藻在
不同镉离子浓度中，加氧处理组的总根长大于不加氧
处理组的，这说明对水体中通氧能够有效地促进狐尾
藻的根生长。已有研究表明，通氧能够促进植物根尖
细胞的分裂，使根的长度增长，这与本试验结果一
致。在 2 种处理条件下，当水体中镉离子浓度增加
时，狐尾藻根的总长度下降，在镉离子浓度为 10 mg /
L以下时，下降平缓;在镉离子浓度为 10 mg /L 以上
时，狐尾藻根总长急剧下降，这说明加氧处理虽能促
进根系的生长，但狐尾藻根系仍受镉离子浓度变化的
影响。
狐尾藻的根系是由茎的节点长出，与水体接触到
的节点均能发根。由图 6 可以看出，加氧处理下狐尾
藻的发根数高于不加氧处理的，说明水体中加氧处理
促进了狐尾藻的生根。同时因重金属镉离子的抑制
作用，狐尾藻的生根量随镉浓度的增加而不断减少。
狐尾藻的茎节点与镉离子接触后，根系的分发细胞分
裂数目减少，从而生根量减少。
通过图 5 与图 6 可知，加氧处理增加了狐尾藻的
有氧呼吸，促进了根系的生长，减弱了镉离子对狐尾
藻根系生长的抑制作用。重金属镉离子通过与狐尾
藻的根系接触，通过生物膜进入细胞，使细胞失去活
性而不能进行分裂，因而狐尾藻的生根数与根生长量
减少。加氧处理是通过有氧呼吸促进根系生长，属于
物理作用促进生长，而重金属镉离子是通过生物化学
201 江 西 农 业 学 报 28卷
作用抑制根系生长，两者对狐尾藻根系产生的作用机
制不同。
图 5 加氧与不加氧处理下狐尾藻在不同
镉浓度水体中的根总长
图 6 加氧与不加氧处理下狐尾藻在
不同镉浓度水体中的根数
2．3 加氧与不加氧处理对狐尾藻在不同镉浓度中富
集系数的影响
狐尾藻生长 15 d 后，将每株狐尾藻从试验桶中
取出，将其根茎叶分开装袋后，杀青 12 h，然后置于
65 ℃烤箱中风干。将取出的 9 株狐尾藻的茎叶分别
磨细，用分光度计法检测重金属镉离子在植物体内的
含量。生物体对污染吸附量的大小用生物富集系数
来表示，生物富集系数等于生物体中污染物的总浓度
除以环境中污染物的总浓度。
由图 7 可知，狐尾藻在不同镉离子浓度的水体
中，其生物富集系数差异不明显，但在 2 种处理方式
对比下，加氧处理的狐尾藻对重金属镉离子的富集系
数高于不加氧处理组的。通过对狐尾藻根系生长及
重金属镉离子浓度的分析，发现加氧处理既不阻隔也
不促进重金属镉离子向狐尾藻中转移，只促进了狐尾
藻植物体的生长。由于狐尾藻在加氧条件下的根总
长与根总数均高于不加氧处理组，而加氧处理使重金
属镉离子在狐尾藻根系中的含量增加，导致加氧处理
使狐尾藻的生物富集系数高于不加氧处理。
在不同镉离子浓度下，加氧与不加氧处理对重金
属镉离子富集系数值变化较小。在 5 种不同镉离子
浓度下进行比较，浓度为 20 mg /L时狐尾藻的富集系
数最大，加氧处理时富集系数最大值为 85．662，不加
氧处理时富集系数最大值为 75．941。
图 7 加氧与不加氧处理狐尾藻对不同
镉离子浓度的富集系数
3 结论与讨论
(1)试验采用狐尾藻来吸附水体中重金属镉离
子，当镉离子浓度低于 5 mg /L时，狐尾藻生长状况正
常;当镉离子浓度高于 10 mg /L 时，狐尾藻叶子出现
枯萎现象。在镉离子浓度较低时，狐尾藻可产生合成
蛋白，能自我缓解镉对生物组织的毒性作用;在浓度
较高时，狐尾藻合成抵抗重金属镉离子的蛋白质被破
坏，并且体内的叶绿素含量下降。狐尾藻对水体中重
金属镉离子的吸收速度非常快，狐尾藻在含镉离子水
体中吸附量 4 d内趋于稳定。(2)加氧处理能够促进
狐尾藻的根系生长，而狐尾藻根系是吸附重金属镉离
子的主要部分，从而加氧处理增加了狐尾藻根系对重
金属镉离子的吸附量。(3)加氧处理可提高狐尾藻
对重金属镉离子的富集系数，在 5 种不同镉离子浓度
下，对狐尾藻的富集系数进行比较，富集系数最高值
出现在镉离子浓度为 20 mg /L 时，而在这一浓度下，
狐尾藻在加氧处理条件下，比不加氧处理条件下的富
集系数值高 11．35%。当镉离子浓度继续增加时，狐
尾藻的富集系数则下降。
加氧处理促进了狐尾藻的生长，并且提高了狐尾
藻对重金属镉离子的吸附能力，利用加氧措施同时可
增加污水中的含氧量，与生物修复结合起来是一种很
好的污水净化方法。加氧处理促进了狐尾藻的生长
及提高了狐尾藻对重金属镉离子的吸附力，对于这一
现象，应更深入地开展研究，可以进一步探讨加氧
后，狐尾藻根系中的物质含量变化与根系周围微生物
的生长变化情况。
参考文献:
［1］肖卫华，姚帮松，张文萍，等．加氧灌溉对烟草生长影响规
律的研究［J］．中国农村水利水电，2014(2):30－32．
［2］张立成，姚帮松，肖卫华，等．加氧灌溉对超级稻“深优
9516”生长及产量因素的影响研究［J］．江西农业大学学
3016期 黄晓波等:水中通氧对狐尾藻生长及镉吸附的影响
报，2015，37(3):392－397．
［3］王雪君．增氧灌溉对南荻修复铅污染土壤的影响研究［D］．
长沙:湖南农业大学，2014．
［4］陈友媛，崔香，董滨，等．3种水培观赏植物净化模拟污水的
试验研究［J］．水土保持学报，2011，25(2):253－257．
［5］孙瑞莲，周启星，王新．镉超积累植物龙葵叶片中镉的积累
与有机酸含量的关系［J］．环境科学，2006，27(6):765
－769．
［6］张饮江，易冕，王聪，等．3种沉水植物对水体重金属镉去除
效果的实验研究［J］．上海海洋大学学报，2012，21(5):784
－793．
［7］Naklang K，Fukai S，Nathabut K． Growth of rice cultivars by
direct seeding and transplanting under upland and lowland
conditions［J］． Field Crops Ｒesearch，1996，48(2 /3) :115
－123．
［8］Su N H，Midmore D J． Two－phase flow of water and air during
aerated subsurface drip irrigation［J］． Journal of Hydrology，
2006，313(3 /4) :158－165．
［9］Aysel Sivaci，Emire Elmas，Fatih Gümüs，et al． Ｒemoval of
cadmium by Myriophyllum heterophyllum Michx． and Pota-
mogeton crispus L． and its effect on pigments and total phenolic
compounds［J］． Archives of Environmental Contamination and
Toxicology，2008，54(4) :612－618．
［10］吴双桃，朱慧．胁迫对水浮莲幼苗生理功能的影响［J］．工
业安全与环保，2010，36(8):5－7．
［11］侯晓龙，马祥庆．水生植物对垃圾渗滤液中重金属的吸附
效果研究［J］．农业环境科学学报，2007，26(6):2262
－2266．
［12］胡金朝．重金属水污染对植物生长影响的方式及研究方
法［J］．商丘师范学院学报，2012，28(9):74－77．
［13］李国新，薛培英，李庆召，等． pH 对穗花狐尾藻吸附重金
属镉的影响［J］．环境科学研究，2009，29(11):1129
－1133．
(责任编辑:曾小军)
櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗
(上接第 99 页)
［7］胡国松，傅建政，张丙孝，等．目前我国烤烟烟叶质量的若
干限制因子［J］．中国烟草科学，1999，20(4):12－15．
［8］刘毅，陈仁霄，黄林海，等．云烟 105 和 NC297 在江西不同
纬度烟区的生态适应性［J］．中国烟草科学，2014，35(4):
34－40．
［9］金磊，晋艳．烟草早花机理及控制的进展研究［J］．中国烟草
科学，2008，14(1):58－62．
［10］颜合洪，赵松义．生态因子对烤烟品种发育特性的影响
［J］．中国烟草科学，2001(2):15－18．
［11］文家仁．烤烟早花发生的原因及预防措施［J］．云南农业科
技，1990(6):7．
［12］蔡联合，白森，胡建斌，等．广西中烟正安基地适宜烤烟品
种筛选试验［J］．南方农业学报，2014，45(2):189－193．
［13］杨志和．不同移栽方式对南平烟区烤烟 K326 产量和质量
的影响［J］．南方农业学报，2015，46(3):401－407．
(责任编辑:黄荣华)
401 江 西 农 业 学 报 28卷