全 文 ：复合重金属胁迫对灯心草生长及其积累特性的影响
孙　健1 ,铁柏清1 ,钱　湛1 ,杨佘维1 ,毛晓茜1 ,赵 　婷1 ,青山勋2 ,罗　荣2
(1.湖南农业大学资源环境学院 ,长沙 410128;
2.冈山大学资源生物科学研究所 ,日本仓敷市 710-0046)
摘　要:盆栽试验结果表明:Cd 、Pb 、Cu、Zn 、As 5种重金属复合胁迫对灯心草地上部生长有一定程度的抑制作用 ,
在土壤环境质量二级标准上限值处灯心草地上部生物量减产 9.15%, 小于 10%, 生长在矿毒水和铅锌尾矿污染土
壤中的灯心草地上部生物量分别减产 28.23%和 37.1%,但地下部生物量减产趋势不明显。以地上部生物量为参
考指标 ,可初步将土壤环境质量二级标准上限值拟设定为土壤中各重金属的临界毒性效应值。在 Cd 、Pb 、Cu 、Zn、
As复合胁迫条件下 ,各重金属在灯心草茎叶和根系中的积累和分布存在明显差异 , 且与土壤中各重金属含量间存
在一定的相关性。
关键词:灯心草;重金属;复合胁迫;积累
中图分类号:X53　　　文献标识码:A　　　文章编号:1671-1556(2006)03-0017-06①
Effect of Compound Stress of Heavy Metals on
the Growth and Accumulation Characters of
Juncus Effuses
SUN Jian
1 , TIE Bo-qing 1 ,QIAN Zhan1 , YANG She-wei1 ,MAO Xiao-qian1 ,
ZHAO Ting1 , ISAO Aoyama2 , RONG Luo2
(1.Collegeo f Resources and Environment , Hunan Agricultural Universi ty ,Changsha 410128 , China;
2.Research Insti tute f or Bioresources ,Okayama Universi ty , K urashiki 710-0046 , Japan)
Abstract:In this paper , the ef fect of the compound st ress of Cu , Cd , Pb , Zn and As on the grow th and the
accumulation and the dist ribution of heavy metals in Juncus E f f uses is researched by using soil cultures
method.The test results show when the dosage of the heavy me tals added to the soil is close to the Grade
II of National Env ironmental Quali ty S tandard f or Soi l (GB15618-95), Juncus E f f uses can grew no r-
mally in appearance and i ts yield decreases by less 10%, and the yield of biomass of Juncus E f f uses on
ground in the soil pol luted by mine to xic w ater and in lead/ zinc mining tai ling s deceases by 28.23% and
37.1% respectively , while the y ield o f biomass underg round does not decrease in evidence.This may pre-
dict that Juncus E f f uses could be regarded as a good application prospect in removing heavy metals f rom
contaminated soil.The upper value of G rade II can be formulated as the eco-tox ico logical ef fect cri tical v al-
ue o f Cu , Cd , Pb , Zn and As in soil by means o f reference index of biamass of J uncus E f f useson g round.
Under the compound st ress o f above heavy metals , the accumulation and dist ribution of heavy me tals in the
shoo t and roo t reveal the apparent dif ferences w i th the content of heavy metals in soil.
Keywords:J uncus E f f uses;heavy metal;compound st ress;accumulation
第 13卷　第 3期
20 06年　　9月 　　　　　　　
安 全 与环 境 工程
Safe ty and Environmental Engineering
　　　　 　　Vo l.13　No.3
Sep. 　2006
① 收稿日期:2006-02-22　　
基金项目:中日合作丰田基金项目(T oyota Fund D01-B3-010)、湖南农业大学科技创新基金项目(040PT02)资助。
作者简介:孙　健(1980—),男 ,硕士研究生 ,主要从事环境污染治理和修复等方面的研究工作。
0　引　言
环境中的重金属以单元素存在的情况是很少
的 ,大多数情况下是元素之间以及重金属与其他污
染物联合作用构成的复合污染 ,由于复合污染下污
染物对生物有机体的效应与单一污染物作用存在差
异 ,因此复合污染研究更能客观体现环境中污染物
与生物有机体之间的相互作用规律和机理[ 1 , 2] 。对
重金属元素之间的复合污染研究国内外学者做了大
量的工作 ,其中两元素复合污染研究比较多 ,但多元
素复合污染研究的报道较少[ 3 ～ 5] 。目前 ,在治理重
金属污染土壤的众多方法中 ,植物修复技术因其治
理效果的永久性 、治理过程的原位性 、治理成本的低
廉性 、环境美学的兼容性 、后期处理的简易性等特
点 ,受到人们的普遍关注。利用植物从污染土壤中
提取重金属效率的高低取决于植物本身的属性。然
而 ,目前发现的超累积植物往往植株矮小 、生长速度
慢 ,再加上受气候 、土壤环境条件以及重金属复合污
染制约的限制 ,在实际应用中能够去除土壤污染元
素的总量较小 ,因而作为土壤修复植物 ,具有较小的
经济和应用价值[ 6 ～ 8] 。而一些普通植物虽然对重金
属耐性低 ,组织中重金属累积量也不高 ,但由于其生
长速度快 、生物量大 ,在给定时期内带走的单位面积
土壤中重金属总量也大 ,因而也具有极大的利用价
值。对此 ,仅仅利用植物的生物富集系数和转运系
数作为超累积植物的评价指标是远远不足的 ,还必
须考虑植物的生长周期和生物量。即富集质量分数
虽未达某一水平 ,但生长快 、生物量大的植物也能作
为超富集植物[ 9] 。在植物富集重金属方面 ,有研究
表明 ,植物体内复杂的转运和分配机制控制了重金
属吸收和储存的速率 ,但转运系统的机理 、定位 、结
构和功能等还处于推测阶段[ 10] 。目前有关重金属
污染对植物生长的影响及其在植物体内分布和富集
方面的研究还主要集中于陆生植物 ,而对湿地植物
的研究还涉及较少。我国湿地植物物种资源丰富 ,
筛选一些具有一定经济价值的非食用的湿地植物作
为重金属污染土壤修复植物不失为一条实现经济与
环境双赢的可取途径 。
灯芯草(Juncus E f f uses),别名野席草 、灯草 、
水灯心 ,是席草类莎草科蒲草属多年生草本作物 ,在
我国分布较广。灯心草以其经济 、药用价值高而广
泛应用于医药和民用工业 ,在利用其治理城市污水
方面也有相关报道[ 11 ～ 13] 。Cd 、Pb 、Cu 、Zn 、A s 5 种
重金属元素可代表采矿及冶炼厂所排污水和大气的
典型污染物 ,由其导致大面积的土壤污染给我国农
业生产和人们身体健康造成了极大的不利影响 。笔
者以 Cu 、Cd 、Pb 、Zn 、As 5 种重金属作为复合胁迫
因子 ,以现行土壤环境质量标准为浓度设置依据 ,探
讨 5种重金属对灯心草生长的生态系统的重建提供
科学依据 ,借以丰富环境污染生态学内容 。
1　材料与方法
1.1　供试土壤与植物
供试土壤为红壤性水稻土 ,采自湖南农业大学
教学实习基地。同时采集两种污染土壤———铅锌尾
矿污染土和矿毒水污染土与盆栽模拟试验对比 。两
种污染土壤均采自湖南省郴州市苏仙区东河流域 ,
该区域的农业土壤由于长期受上游有色金属矿洗矿
废水的污染 ,特别是 1985年特大山洪将东坡 120万
t 的尾砂坝冲垮 ,尾矿砂覆盖于该区域的农田上 ,造
成农田土壤被重金属严重污染 ,其上生长的粮食作
物和其他作物的产量明显下降 ,并不同程度地存在
品质问题[ 14] 。供试土壤的基本理化性质见表 1。供
试植物为典型的湿生植物———灯心草(Juncus E f -
f uses),野外采集。各重金属添加形式:CdCl2 ·
2.5H 2O 、Pb(NO3)2 、CuCl2 · 2H 2O 、Zn(NO 3)2 ·
6H2O 、Na2HAsO 4 ·7H 2O 均为分析纯试剂。陶瓷
盆:直径为 30 cm ,高为 20 cm 。
1.2　盆栽实验
供试土壤经自然风干 、捣碎 、剔除杂物后过 2
mm筛 ,同时测定其基本理化性质及重金属含量背
景值。于陶瓷盆中装土 5 kg ,按预先设置的浓度
(见表 2)于每盆中添加 CdCl2 · 2.5H2O 、PbNO 3 、
CuC l2 ·2H2O 、ZnNO 3 ·6H2O 、Na2HAsO 4 ·7H 2O
等各外源重金属 ,同时按盆栽作物对养分的需求(即
N 200 mg/kg 、P 2O5 100 mg/kg 、K 2O150 ～ 200
mg/kg),分别加入尿素 、磷酸二氢钾和硫酸钾 400
mg/kg 、200 mg/kg 、300 mg/kg ,喷施清水充分混匀
后平衡一周 ,作为模拟不同浓度的重金属污染土壤。
从野外采集长势一致的灯心草用蒸馏水洗净根系上
粘附的土壤和杂质后分别于每盆中移栽 90株 ,并将
每株在距土面5 cm 处剪断 ,待其重新生长 。试验期
间定期浇水 ,保持 70%的田间持水量 。生长至 150
d后收获 ,沿土表剪取地上部 ,测量株高并观察记录
其分蘖数 ,同时洗出根系。在 105℃下杀青 0.5 h ,
70℃烘干 ,称量地上部和地下部干重 。
18　　　　　　　　　　　　　　　　　安 全 与 环 境 工 程　　　　　　　　　　　　　　　第 13 卷
表 1　供试土壤基本理化性质
Table 1　Physical and chemical proper ties of tested soils in pot cultivation
土壤
类型 pH
有机质/
(g· kg -1)
CEC/
(cmol· kg -1)
重金属总含量/(mg· kg -1)
Cd Pb Cu Zn As
重金属有效态含量/(mg· kg -1)
C d Pb Cu Zn As
Ⅰ 5.50 21.26 8.64 0.115 18.35 15.69 2.49 3.29 0.009 1.11 0.565 0.21 0.418
Ⅱ 4.47 12.90 14.45 4.100 764.74 95.57 372.75 180.25 0.080 26.11 4.850 63.91 4.625
Ⅲ 4.12 11.80 12.78 2.530 147.5 34 245.2 87.71 0.175 59.18 1.130 15.40 9.408
　　　　注:Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ分别代表供试土壤 、尾矿污染土壤、矿毒水污染土壤。
表 2　盆栽试验处理元素和水平(mg/ kg)
Table 2　T reatment elements and treatment levels in the test of soil cultiva tion 　(mg/kg)
处理
水平
处　理　元　素
C d Pb Cu Zn As
对照 0 0 0 0 0
1 0.1 100 33 83 10
2 0.3 300 100 250 30
3 0.9 900 300 750 90
4 1.2 1 200 400 1 000 120
5 2.53 147.5 34 245.2 87.71
6 4.10 764.74 95.57 372.75 180.25
《土壤环境质量 二级≤0.3 ≤300 ≤100 ≤250 水田≤25　旱地≤30
标准》(GB15618-95) 三级≤1.0 ≤500 ≤400 ≤500 水田≤30　旱地≤40
　　注:处理水平 1至处理水平 4根据《土壤环境质量标准》(GB15618-95)按浓度梯度设置 ,处理水平 2相当于土壤环境质量二级标
准上限值[ 14] ;处理水平 5为郴州矿毒水污染土壤中重金属含量 ,处理水平 6为郴州铅锌尾矿污染土壤中重金属含量。
1.3　分析与测定方法
Cd 、Pb 、Cu和 Zn 含量的测定:土样经王水-高
氯酸消化 ,植株分地上部和地下部采用浓硝酸-高氯
酸消化 ,原子吸收分光光度计(瓦里安—AA240FS ,
美国产)测定。As 的测定:二乙基二硫代氨基甲酸
银比色法测定。试验结果为 3次结果平均值 。数据
处理采用 M icrosof t Excel 进行相关性检验和
DPS3.01中文数据统计软件进行方差分析和多重比
较[ 15] 。
2　结果分析与讨论
2.1　复合重金属胁迫对灯心草生长的影响
2.1.1复合重金属胁迫对灯心草分蘖的影响
表 3显示 ,在土壤环境质量二级标准上限值浓
度范围内 ,灯心草分蘖数与对照相比无显著差异 ,而
且在处理水平 1处高于对照 ,说明该重金属浓度处
理水平对灯心草分蘖数具有一定的促进作用 。当土
壤中重金属浓度超过土壤环境质量二级标准上限值
后 ,灯心草分蘖数开始显著低于对照(P <0.05)。
铅锌尾矿和矿毒水污染对灯心草分蘖数的抑制均达
到了显著程度 ,且铅锌尾矿污染的抑制作用大于矿
毒水污染。
2.1.2　复合重金属胁迫对灯心草株高的影响
从表 3可知 ,复合重金属胁迫对灯心草株高的
影响程度较大 ,即使在土壤环境质量二级标准上限
值浓度范围内株高与对照相比也有显著性差异 ,分
别比对照下降了 5.90%和 8.36%。当土壤中重金
属浓度超过土壤环境质量二级标准上限值后 ,株高
下降更快 ,表明 5种重金属对灯心草株高的影响存
在剂量-效应关系 。生长在矿毒水和铅锌尾矿污染
土壤中的灯心草株高与对照比较受抑制情况与分蘖
数相似 。
2.1.3　复合重金属胁迫对灯心草地上部生物量的
影响
重金属对植物影响的最终结果是反映在生物产
量上。国家土壤环境容量协作组通过应用生态环境
效应法于 1991年制定了以作物产量为依据来确定
土壤临界含量的标准。该标准规定将植物生物量或
产量减少 5%～ 10%(灯心草由于产量数额小取高
限)土壤有害物质的浓度作为土壤有害物质的最大
允许浓度[ 16 , 17] 。由表 3可知 ,随着土壤中复合重金
属浓度的升高 ,灯心草地上部生物量呈减产趋势。
在处理水平 1处与对照相比没有显著差异 ,只比对
19第 3期　　　　　　　　　　　　　 孙　健等:复合重金属胁迫对灯心草生长及其积累特性的影响　　　　　　　　　　
照下降了 3.49%,从处理水平 2处便开始显著低于
对照 。虽然在土壤环境质量二级标准上限值处(处
理水平 2)灯心草地上部生物量相对于对照下降显
著 ,但减产幅度为 9.15%(小于 10%)。据此 , 可以
初步将土壤环境质量二级标准上限值设定为土壤中
5种重金属对灯心草的毒性效应临界值 。同时通过
对灯心草分蘖数 —地上部干重和株高—地上部干重
的回归分析 ,结果表明灯心草分蘖数 、株高和地上部
干重呈显著正相关(相关系数分别为 0.921 和
0.935)。因此 ,可以认为复合重金属胁迫对灯心草
地上部干重的影响主要是通过影响其分蘖数和株高
造成的。同时发现生长在矿毒水和铅锌尾矿污染土
壤中的灯心草地上部生物量分别减产 27.91%和
36.23%,主要也是复合重金属污染对灯心草分蘖数
和株高两项生长指标影响累积的结果。这对利用灯
心草修复重金属污染土壤具有一定的参考价值。
表 3　复合重金属胁迫对灯心草
生物性特征的影响
Table 3　Effect of compound str ess o f heavy metals
on physio log ical char acte ristics of
Juncus E f f uses
处理
水平
分蘖数/
(株·盆-1)
株高/
cm
地上部干重/
(g·盆-1)
地下部干重/
(g·盆-1)
对照 120±4.04a 63.87±1.42a 21.75±0.51a 4.43±0.11a
1 124±4.58a 60.10±1.71b 20.99±0.33a 4.25±0.10ab
2 117±3.06a 58.53±2.07b 19.76±0.47b 4.12±0.15bc
3 109±3.51b 51.58±2.13c 14.04±0.40d 4.04±0.24bc
4 79±2.52d 41.88±2.84d 9.58±0.64e 3.84±0.22c
5 103±6.66b 51.92±2.21b 15.61±0.44c 3.99±0.35bc
6 88±3.06c 50.25±1.56c 13.86±0.31d 3.95±0.11c
注:试验结果均为 3次测定结果平均值±标准差;同一竖列的不同字
母表示用 LSD方法测试时在 5%水平上的差异显著性 ,同一列数据
中无相同字母者表示差异性显著。
2.1.4　复合重金属胁迫对灯心草地下部生物量的
影响
由表 3的数据分析可知 ,虽然随着复合重金属
浓度的升高 ,灯心草地下部干重呈下降趋势 ,但从减
产幅度(4.06%～ 13.32%)来看 ,其受各重金属处理
水平的影响程度比地上部干重小。推测原因可能有
两点:一是由于灯心草地下部生物量较小 ,从而导致
其产量变化不明显;二是由于灯心草地下部对复合
重金属胁迫的抗性较强。具体原因还需进一步研究
其根系生理生化指标的变化情况予以探明。同时在
盆栽过程中进一步发现灯心草的主根系深入土层较
深 ,且须根密生于整个土壤层 。这一点对于将灯心
草应用于尾矿地区的植被重建 、固土和固砂蓄水具
有一定的参考意义 。
3　复合重金属胁迫对灯心草重金属
积累特性的影响
3.1　重金属在灯心草体内不同部位的积累
基于盆栽模拟试验 Cd 、Pb 、Cu 、Zn 、A s的复合
处理水平 ,相应土壤中各重金属含量和植物吸收量
见表 4。由表 4 可知 ,灯心草在不同浓度处理水平
重金属复合污染土壤中生长 5个月后 ,Cd 、Pb 、Cu 、
Zn 、As在植株体内的含量与分布均不相同。在浓
度梯度设置范围内各重金属在灯心草茎叶内的积累
主要表现为三种变化趋势:一是随着重金属处理浓
度的增加 ,Cd 、As在灯心草茎叶中的积累量表现为
逐渐升高的趋势 ,最大值均出现在处理水平 4 ,积累
量分别达到 3.28 mg/kg 和0.597 mg/kg ,在处理水
平 1时 ,元素 A s在灯心草中无积累;二是随着重金
属处理浓度的增加 ,Cu 、Zn在灯心草茎叶中的积累
量表现为先升后降的趋势 ,最大值分别出现在处理
水平 1和处理水平 3 ,积累量分别为对照的 2.67倍
和 21.02倍;三是随着重金属处理浓度的增加 , Pb
在灯心草茎叶中的积累量表现为先升后降再升的变
化趋势 ,先后在处理水平 1和处理水平 4 处达到峰
值 ,积累量分别为对照的 2.88倍和 2.29倍 ,在处理
水平 2处 Pb积累量有下降的趋势 。
3.2　重金属在灯心草体内的分布特征
由表 4可知 ,各重金属在灯心草根系中的积累
亦表现出两种明显的变化趋势:一是随着重金属处
理浓度的增加 ,Cd在灯心草根系中的积累量呈现出
先升后降的变化趋势 ,最大值出现在处理水平 3 ,为
对照的 3.62倍;二是随着重金属处理浓度的增加 ,
Pb 、Cu 、Zn 、As在灯心草根系中的积累量呈不断上
升趋势 ,最大值均出现在处理水平 4 ,其中 Pb 、Cu 、
Zn分别为对照的 14.58 倍 、7.24 倍和 43.27 倍。
从各重金属的转运系数来看 ,基本上都是根系中的
浓度高于茎叶中的浓度 ,这与以往许多报道是基本
一致的[ 18 , 19] 。但各重金属(除 Pb外)在灯心草体内
的转运系数表现出特定的变化趋势:Cd的转运系数
呈先升后降再升的趋势;Cu的转运系数呈先升后降
的趋势;Zn的转运系数呈先降后升再降的趋势;As
的转运系数呈逐渐升高的趋势;Pb的转运系数虽无
特定变化趋势 ,但各重金属浓度处理下 Pb 的转运
系数均小于 1 , 其原因是 Pb 在根系主要以
Pb3(PO 4)2和 PbCO 3 等沉淀形式存在 ,在植物汁液
中也有离子态和络合态 Pb ,由于吸持 、钝化或沉淀
作用 ,植物根系所吸收的 Pb向地上部运输困难[ 20] 。
20　　　　　　　　　　　　　　　　　安 全 与 环 境 工 程　　　　　　　　　　　　　　　第 13 卷
由表 4还可以看出 ,在处理水平 4处以及生长在矿
毒水和铅锌尾矿污染土壤中的灯心草体内 Cd的转
运系数均大于 1 ,这就表明灯心草能把吸收的 Cd较
多地运输到地上部 ,其体内可能存在良好的运输机
制 ,有待进一步研究 。在矿毒水和铅锌尾矿处理下 ,
各重金属在灯心草内的积累和分布规律似乎与模拟
盆栽有些出入 ,这可能与两者的土壤理化性质和结
构组成有关 。同时发现在土壤环境质量二级标准上
限值处各重金属在灯心草茎叶中的积累有下降的趋
势 ,这与以上提到的各重金属处理水平对灯心草地
上部生物量和各项生理生化指标的影响趋势大体一
致 。
表 4　灯心草在复合重金属污染土壤中生长 5个月后体内的重金属含量及分布
Table 4　Concentration o f heavy metals in various org ans o f Juncus E f f uses five
months after it was established in soil contaminated by compound metals
元素 吸收部位 不同处理水平重金属含量/(m g· kg
-1)
对照 1 2 3 4 5 6
　 茎叶 0.045±0.005d 0.070±0.05d 0.053±0.012d 0.222±0.028cd 0.431±0.045c 2.28±0.192b 3.28±0.135a
Cd 根系 0.081±0.009d 0.095±0.015d 0.195±0.019cd 0.293±0.016c 0.231±0.021cd 1.27±0.153b 2.67±0.379a
　 茎叶/根系 0.56 0.74 0.27 0.76 1.87 1.80 1.23
　 土壤 Cd含量 0.115 0.207 0.395 0.972 1.108 2.53 4.10
　 茎叶 12.9±0.80d 37.17±0.09a 22.06±0.72c 23.29±0.76c 29.50±1.87b 22.93±2.21c 31.93±1.72b
Pb 根系 27.10±0.56g 44.27±1.3 f1 52.83±2.68e 240.2±2.72b 395.18±4.60a 92.10±2.27d 140.90±2.62c
　 茎叶/根系 0.48 0.84 0.42 0.10 0.08 0.25 0.23
　 土壤 Pb含量 18.35 117.21 317.25 906.64 1119.32 147.5 764.74
　 茎叶 11.6±1.35d 31.02±2.10a 29.43±3.73a 23.97±2.90b 14.34±1.15d 18.76±0.70c 19.58±0.83c
Cu 根系 27.90±2.86 f 43.43±1.23e 99.30±2.81c 113.55±2.88b 201.95±3.71a 60.25±2.03d 96.57±4.55c
　 茎叶/根系 0.42 0.71 0.29 0.21 0.071 0.31 0.20
　 土壤 Cu含量 15.69 45.72 109.79 312.21 406.55 34.00 95.57
　 茎叶 12.24±0.21 f 138.53±2.34e 157.43±3.33d 257.25±4.13b 191.45±3.46c 155.2±3.77d 297.65±3.11a
Zn 根系 18.03±1.96g 299.73±4.54 f 325.40±3.90e 534.20±3.54b 791.80±3.34a 366.00±4.45d 435.40±3.01c
　 茎叶/根系 0.68 0.53 0.43 0.48 0.24 0.42 0.68
　 土壤 Zn含量 2.49 80.56 247.31 744.45 998.50 245.2 372.75
　 茎叶 0g 0.058±0.008 f 0.113±0.015e 0.220±0.020d 0.410±0.020b 0.307±0.025c 0.597±0.025a
As 根系 0g 0.193±0.013 f 0.333±0.025e 1.036±0.043c 1.325±0.040b 0.925±0.025d 1.825±0.886a
　 茎叶/根系 0 0.30 0.34 0.21 0.31 0.33 0.33
　 土壤 As含量 3.29 11.58 29.62 89.20 118.31 85.55 178.96
　注:试验结果均为 3次测定结果平均值±标准差;同一行数据中无相同字母者表示差异性显著。
3.3　复合污染对灯心草吸收重金属的影响
为揭示土壤 Cd 、Pb 、Cu 、Zn 、As复合污染对灯
心草吸收重金属的影响规律 ,以土壤重金属含量为
自变量 ,分别设土壤 Cd 、Pb 、Cu 、Zn 、As含量为 X 1 、
X 2 、X 3 、X 4 、X 5 ,植物地上部和地下部 Cd 、Pb 、Cu 、
Zn 、As的吸收量为Y ,基于 Cd 、Pb 、Cu 、Zn 、A s复合
处理试验样本测试的基础数据(见表 4),进行了多
元线性回归分析(表 5)。由表 5可知 , Cd在灯心草
地上部的积累量与土壤中 Pb 含量呈显著负相关 ,
在地下部的积累量与土壤中 Pb 含量呈显著正相
关 ,但与其他重金属含量不存在显著相关性;Pb 、Cu
在灯心草地上部的积累量与土壤中各重金属含量之
间相关性均没有达到显著程度 , Pb在灯心草地下部
的积累量与土壤中 Pb含量呈显著负相关 ,与 As含
量呈显著正相关;Cu 在灯心草地下部的积累量与土
壤中 Pb 、Zn含量呈显著正相关 ,与土壤中 Cu 、Zn 、
As含量呈显著负相关;Zn 、A s在灯心草地上部和地
下部的积累量与土壤中各重金属含量之间均不存在
显著相关性。由此不难看出 ,在 5种重金属复合污
染条件下 ,各重金属在灯心草植株中的积累量与土
壤中各对应重金属含量间的自相关性不明显 ,同时
由于土壤中 5种重金属之间复杂的交互作用 ,导致
各重金属在灯心草植株中的积累与分布存在显著的
差异。
21第 3期　　　　　　　　　　　　　 孙　健等:复合重金属胁迫对灯心草生长及其积累特性的影响　　　　　　　　　　
表 5　灯心草茎叶 、根系重金属元素含量与土壤中各重金属含量相关性分析表
Table 5　Cor rela tion ana ly sis o f heavy metal contents in va rious o rgans of
J uncus E f f uses and heavy metal concentents in soil
相关项目 回 归方 程 相 关系 数
RX 1 RX 2 R X3 RX 4 RX 5
地上部 Cd含量与
土壤各重金属含量
Y =0.007+0.3241X-0.002X 2
-0.001X 3+0.001X 4 +0.02X 5 0.803 1 -0.943 1 -0.102 5 0.232 4 0.893 3
＊
地下部 Cd含量与
土壤各重金属含量
Y =0.164+0.198X 1+0.002X 2
-0.011X 3+0.002X 4 +0.003X 5 0.667 9 0.939 8
＊ -0.854 6 0.626 3 0.700 9
地上部 Pb含量与
土壤各重金属含量
Y =44.057-49.978X 1-0.138X2
-1.385X 3+0.404X 4 +0.385X 5 -0.301 8 0.256 0 -0.283 2 0.273 8 0.155 3
地下部 Pb含量与
土壤各重金属含量
Y =-46.215-100.382X 1-1.214X 2
+5.655X 3-1.383X 4 +8.394X 5 -0.683 5 -0.959 9
＊ 0.871 3 -0.820 4 0.981 0＊
地上部 Cu含量与
土壤各重金属含量
Y =51.239-21.182X 1+0.356X2
-2.279X 3+0.683X 4 -1.420X 5 -0.221 9 0.756 7 -0.635 9 0.632 3 -0.701 3
地下部 Cu含量与
土壤各重金属含量
Y =218.079-444.231X 1+1.035X2
-11.671X 3+3.623X 4 +3.763X 5 -0.988 6
＊ 0.977 4＊ -0.985 5＊ 0.986 2＊ 0.963 2＊
地上部 Zn含量与
土壤各重金属含量
Y =138.592+185.268X 1+1.867X2
-7.618X 3+2.278X 4 -12.011X 5 0.325 7 0.724 0 -0.430 3 0.426 2 -0.821 5
地下部 Zn含量与
土壤各重金属含量
Y =612.561-985.070X 1+3.111X2
-32.218X 3+10.462X 4 +3.701X 5 -0.597 4 0.579 6 -0.634 1 0.660 6 0.177 6
地上部 As含量与
土壤各重金属含量
Y =0.035-0.220X 1-0.000 6X 2
+0.011X 5 -0.675 8 -0.706 7 — — 0.807 7
地下部 As含量与
土壤各重金属含量
Y =0.008+0.058X 1+0.000 3X 4
+0.008X 5 0.428 2 — — 0.700 8 0.920 4
　注:X 1 、X 2 、X 3 、X 4 、X5 分别代表土壤中Cd 、Pb 、Cu 、Zn 、As总含量;＊表示α=0.05。
4　结　论
(1)在 Cd 、Pb 、Cu 、Zn 、A s 5种重金属复合污染
条件下 ,灯心草地上部生长受抑制明显 ,与地上部相
比灯心草地下部减产趋势不明显。在土壤环境质量
二级标准上限值处 ,灯心草地上部生物量减产幅度
小于 10%。灯心草分蘖数 、株高和地上部干重呈显
著正相关 。
(2)随着复合重金属浓度的增高 ,灯心草叶绿素
含量减少 、叶绿素 a/b值降低 。同时 ,灯心草 POD
和 SOD酶活性呈先升后降的变化趋势 , CA T 酶呈
下降的趋势。在接近土壤环境质量标准低设计浓度
下 ,灯心草 3种酶活性有逐渐被激活的趋势 ,表现出
一定的协调性 ,共同抵制重金属的毒害;在高设计浓
度下 ,酶活性普遍受到抑制 。生长在矿毒水和铅锌
尾矿污染土壤中的灯心草地上部生物量与对照组相
比分别减产 28.23%和 37.1%,但 POD 、SOD 和
CA T 3种酶活性均高于对照组。
(3)以地上部生物量 、叶绿素和抗氧化酶活性为
参考指标 ,通过应用多体系综合生态环境效应法可
将土壤环境质量二级标准上限值拟设定为土壤中各
重金属对灯心草的临界毒性效应值。
(4)在 Cd 、Pb 、Cu 、Zn 、As复合污染条件下 ,由
于土壤中各重金属之间存在的交互作用而导致各重
金属在灯心草茎叶和根系中的积累和分布存在差
异 ,且与土壤中各种金属含量间的自相关性不明显。
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(下转第 28 页)
22　　　　　　　　　　　　　　　　　安 全 与 环 境 工 程　　　　　　　　　　　　　　　第 13 卷
门山区酸性岩浆岩;③龙门山区基性岩 、超基性岩;
④铅锌矿矿床及岩体硫化物矿化带;⑤龙门山区二
叠系-三叠系煤系地层;⑥人为活动(农业 、采煤及
燃煤等)。其中前三种是成都盆地浅层土壤中砷的
主要来源 。
(3)相对于后期人类作用而言 ,自然作用对成都
盆地浅层土壤中砷分布特征的影响占主导地位。
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通讯作者:任利民(1974—),男 ,讲师 , 博士 ,主要从事应用地球化学
相关的教学和科研工作。 E-mail:renlm9974@163.com
(上接第 22 页)
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通讯作者:铁柏清(1963—), 男 ,副教授 ,硕士 , 主要从事环境污染治
理 、环境毒理学等方面的研究。 E-m ail:ti ebq @yahoo.
com .cn
28　　　　　　　　　　　　　　　　　安 全 与 环 境 工 程　　　　　　　　　　　　　　　第 13 卷