全 文 ：摘 要：采用盆栽试验，模拟 Pb和 Zn（1000 mg·kg-1）胁迫条件下，不同猪粪施用量对小花南芥和中华山蓼生长、生理和 Pb、Zn累积
特征的影响。结果表明：施用猪粪对土壤 pH值的影响不明显，土壤 CEC有增加的趋势。土壤中铁锰氧化物结合态没有显著的变化，
小花南芥土壤水溶态和可交换态、有机物结合态显著增加。中华山蓼土壤中水溶态和可交换态没有显著的变化，而有机物结合态显
著增加。Pb和 Zn胁迫下，施用猪粪促进植物根的生长、生物量、叶绿素含量和相对电导率的增加（Pb胁迫下施用猪粪对中华山蓼
生物量影响不显著除外）。施用猪粪导致小花南芥中 Pb、Zn的含量、累积量、富集系数和转移系数增加，特别是猪粪 14 g·kg-1处理
小花南芥中 Pb、Zn的含量和累积量最高。施用猪粪导致中华山蓼中 Pb含量和累积量增加，Zn含量和累积量下降，富集系数和转移
系数则没有显著的变化。因此，施用猪粪能促进小花南芥和中华山蓼的生长和生理代谢，增加 Pb、Zn在小花南芥、Pb在中华山蓼中
的含量和累积量，适宜的施用量为猪粪 14 g·kg-1。
关键词：Pb/Zn；猪粪；小花南芥；中华山蓼
中图分类号：X503.233 文献标志码：A 文章编号：1672-2043（2013）03-0508-09 doi:10.11654/jaes.2013.03.016
施用有机肥对小花南芥和中华山蓼生长
生理和 Pb/Zn累积特征的影响
祖艳群，李 元 *，赵 娜，魏 巧
（云南农业大学资源环境学院，昆明 650201）
Effect of Pig Manure Application on Growth, Physiology and Accumulation Characteristic of Pb and Zn in
Arabis alpinal var. parviflora Franch and Oxyria sinensis Hemsl
ZU Yan-qun, LI Yuan, ZHAO Na, WEI Qiao
（College of Resources and Environment, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, Yunnan）
Abstract：Pot experiments were conducted in order to understand the effects of pig manure application on growth, physiology and accumula－
tion of Pb and Zn in Arabis alpinal var. parviflora Franch and Oxyria sinensis Hemsl with Pb（1000 mg·kg-1）and Zn（1000 mg·kg-1）stress－
es. The results showed that soil pH value did not vary significantly and CEC increased with increase in pig manure application. Water solu－
ble and exchangeable Pb and Zn increased in soil of A. alpinal and kept stable in soil of O. sinensis. Fe-Mn oxide bound Pb and Zn did not
vary significantly. Organic bound Pb and Zn increased significantly with increase in pig manure application. The root length, biomass, leave
chlorophyll contents and membrane permeability increased under Pb and Zn stresses with increase in pig manure application, except for
biomass of O. sinensis under Pb stress. Contents, accumulation rate, bioaccumulation factor and transfer factor of Pb and Zn in A. alpinal
increased with increase in pig manure application, especially contents and accumulation rate reached maximum with pig manure 14 g·kg-1
application. Contents and accumulation rate of Pb in O. sinensis increased and those of Zn decreased with increase in pig manure applica－
tion. Bioaccumulation factor and transfer factor of Pb and Zn in O. sinensis did not vary significantly. The results indicate that growth and
physiology of A. alpinal and O. sinensis could be improved, companying with Pb and Zn contents in A. alpinal and Pb content in O. sinensis
increasing with pig manure application under Pb and Zn stresses. The optimal rate of pig manure application was 14 g·kg-1.
Keywords：Pb; Zn; Arabis alpinal var. parviflora Franch; Oxyria sinensis Hemsl; pig manure
收稿日期：2013－01－14
基金项目：国家自然科学-云南联合基金（U1202236）；国家自然科学基金（41261096）
作者简介：祖艳群（1966—），女，湖南沅江人，博士，教授，主要从事土壤重金属污染生态修复研究。
*通信作者：李 元 E-mail：liyuan03@yahoo.com.cn
2013，32（3）:508-516 2013年 3月农 业 环 境 科 学 学 报
Journal of Agro-Environment Science
第 32卷第 1期2013年 3月
植物修复和植物覆盖是减少重金属污染土壤环
境风险的重要手段[1-2]。超富集植物是能超量吸收重金
属并将其运移到地上部的植物，去除土壤中重金属[3]。
先锋植物能较快进行植物覆盖，减少土壤的侵蚀。但
是，由于矿区重金属污染土壤相对比较贫瘠，植物生
长受到除重金属胁迫外的土壤质地、营养元素缺乏或
有效性低、水分缺乏等因素的限制[4-5]，采取适宜的施
肥措施促进超富集植物和先锋植物的生长和重金属
吸收是值得研究的问题。有机肥的施用不仅有助于提
高土壤的肥力，还能改变土壤中重金属的活性，影响
植物对重金属的吸收和累积 [6-8]。小花南芥（Arabis
alpinal var. parviflora Franch）对重金属 Pb、Zn有较强
的富集能力[9]，它属于十字花科，南芥属，一年生至多
年生草本，少数半灌木状。中华山蓼（Oxyria sinen－
sis Hemsl）是重金属污染土壤的典型的先锋植物，属
于蓼科，山蓼属，多年生草本[10]。对于矿区重金属污染
土壤的修复，通过改善土壤条件，促进先锋植物的生
长进行植被覆盖，减少环境风险，并促进超富集植物
的提取能力提高修复效率[11-12]，已经成为了重金属污
染修复关注的重点。研究有机肥的施用对 Pb、Zn胁
迫条件下小花南芥和中华山蓼生长和 Pb、Zn富集特
征的影响，对促进小花南芥和中华山蓼对重金属污染
土壤的修复效率，减少环境风险具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 试验材料和试验设计
小花南芥和中华山蓼种子均采于云南省会泽县
铅锌矿区。小花南芥和中华山蓼种子先用水浸泡，于
培养箱里培养 2~3 d后（28 ℃左右），再播于土壤，室
温（22~27℃），6~7 d后开始萌发。
盆栽试验采用的土壤基本理化性质为：pH7.43，
CEC 20.88 cmol·kg-1，全氮 0.9 g·kg-1，全磷 1.6 g·kg-1，
全钾 6.2 g·kg-1，速效磷 39.7 mg·kg-1，速效钾 232.42
mg·kg-1，碱解氮 52.87 mg·kg-1，有机质 17.9 g·kg-1，Pb
37.04 mg·kg-1，Zn 172.2 mg·kg-1。
每盆 （300 mm ×250 mm） 装 4 kg 土壤，Pb
（C4H6O4Pb）和 Zn（ZnSO4·7H2O）按照 1000 mg·kg-1浓
度均匀混入土壤中，重金属混入土壤后，平衡一周时
间再施肥和种植作物。有机肥（猪粪）设 4个梯度，分
别为 0、7、14 g·kg-1土和 21 g·kg-1土；作基肥施入土
壤并混合均匀。各处理设 3次重复。猪粪 N含量 12.7
g·kg-1，Pb含量 7.35 mg·kg-1，Zn含量 20.18 mg·kg-1。
选择生长一致的小花南芥和中华山蓼幼苗移栽，
每盆8株，于移栽后 60 d测量土壤 pH值、CEC和土
壤中重金属不同形态（水溶态及可交换态、铁锰氧化
物结合态和有机质结合态）的含量,同时测定小花南
芥和中华山蓼根长、叶片的叶绿素含量、细胞膜透
性、地上部分的生物量、地下部分的生物量和小花南
芥 Pb、Zn含量。
1.2 指标测定
植物收获后洗净，将植株地上部分和地下部分分
开，105℃杀青 30 min，然后 65~70℃烘干、磨碎待用。
同时采集土壤，制 0.25 mm、1 mm和 2 mm的土壤样品
待用。
土壤 pH值采用 pH计测定。土壤阳离子交换量
测定采用 0.1 mol·L-1的氢氧化钠滴定法。土壤中 Pb、
Zn的不同形态的含量采用连续浸提-原子吸收分光
光度法测定（TAS-990原子吸收分光光度计，北京）。
叶绿素含量按张宪政（1992）方法测定（722型分光光
度计，北京）[13]。细胞质膜透性采用电导仪测定电导率
（DDS-307型电导仪，上海）。植物样中 Pb、Zn的测定
采用硝酸-高氯酸消煮，原子吸收分光光度计测定
（TAS-990原子吸收分光光度计，北京）。
富集系数=植物地上部某元素的含量/该元素在
土壤中含量。
转移系数=植物地上部某种元素含量/植物根部
该元素含量。
生物累积量=植物某种元素含量×植物生物量。
1.3 统计分析方法
数据分析采用 DPS（Version3.11）数据处理系统
进行方差分析和多重比较，采用 SPSS11.0数据处理
系统进行相关性分析，用 Excel2000软件对数据进行
统计分析，均值的比较采用 LSD（Least-Significant
Difference）多重比较方法，运用 t检验分析各处理之
间的差异显著性。
2 结果与分析
2.1 施用猪粪对土壤 pH值和 CEC的影响
Pb和 Zn胁迫条件下，施猪粪导致小花南芥土壤
pH值降低：施用猪粪 14 g·kg-1时，小花南芥土壤 pH
值最低；施用猪粪 21 g·kg-1时，小花南芥土壤 pH值
有所增加。而猪粪处理导致中华山蓼土壤 pH值均高
于对照（图 1）。
Pb和 Zn胁迫条件下，小花南芥土壤中阳离子交
换量（CEC）含量比对照高。施猪粪 14 g·kg-1的处理，
阳离子交换量最高，分别为 24.01 cmol·kg-1（Pb胁
祖艳群，等：施用有机肥对小花南芥和中华山蓼生长生理和 Pb/Zn累积特征的影响 509
农业环境科学学报 第 32卷第 3期
迫）、23.69 cmol·kg-1（Zn胁迫）；施猪粪 21 g·kg-1的处
理，阳离子交换量值有所下降。施肥处理中华山蓼土
壤的 CEC比对照稍有增加，不同的施肥处理间土壤
CEC含量差异不显著（图 2）。
2.2 施用猪粪对土壤不同形态 Pb、Zn含量的影响
猪粪施用量为 7 g·kg-1的处理，小花南芥土壤中
Pb水溶态和可交换态含量最高，为 225.71 mg·kg-1；
随着猪粪施用量的增加，Pb水溶态和可交换态含量
有所下降。施用猪粪导致铁锰氧化物结合态和有机质
结合态 Pb含量上升，但猪粪施用量各处理之间没有
显著的差异。施猪粪 14 g·kg-1和 21 g·kg-1的处理时，
各形态含量依次为：有机质结合态 Pb>水溶态及可交
换态 Pb>铁锰氧化物结合态 Pb（表 1）。
施猪粪处理条件下，小花南芥土壤中 Zn水溶态和
可交换态含量显著增加，从 13.40%增加到 14.75%~
17.13%，各施猪粪处理之间具有一定的差异，施猪粪
14 g·kg-1的处理，小花南芥土壤中 Zn的水溶态和可
交换态含量所占比例最高。铁锰氧化物结合态含量从
表 1 猪粪处理对小花南芥土壤中不同形态 Pb和 Zn含量（mg·kg-1）及比例（%）的影响
Table 1 Contents and its percentage of Pb and Zn forms in soil of A. alpinal with pig manure application
注：同列数据后的不同字母表示差异显著（P＜0.05）。括号内数据为比例。
猪粪/
g·kg-1
Pb Zn
水溶态及可交换态 铁锰氧化物结合态 有机物结合态 水溶态及可交换态 铁锰氧化物结合态 有机物结合态
0 30.64±0.9c（3.86%） 19.17±1.4b（2.46%） 81.95±7.9b（10.53%） 107.79±0.6c（13.40%） 23.38±0.9d（2.92%） 47.05±0.6d（5.87%）
7 225.71±1.3a（7.63%） 38.94±2.1a（6.47%） 101.44±4.9a（11.69%）153.81±1.3a（15.86%） 31.78±1.2c（3.28%） 70.22±0.9b（7.24%）
14 71.65±1.2 b（8.33%） 40.75±1.9a（4.74%） 114.66±6.1a（13.35%）161.91±0.9a（17.13%） 33.84±1.4a（3.58%） 72.35±0.7a（7.65%）
21 64.89±1.1b（7.50%） 36.75±2.5a（4.18%） 99.06±5.4a（11.29%） 145.74±1.0b（14.75%） 33.09±1.6a（3.35%） 66.46±1.0c（6.73%）
30
25
20
15
10
5
0
猪粪施用量/g·kg-1
小
花
南
芥
土
壤
CE
C/
cm
ol ·
kg
-1
0 7 14 21
7.5
7.3
7.1
6.9
6.7
6.5
猪粪施用量/g·kg-1
小
花
南
芥
土
壤
pH
值
0 7 14 21
8.0
7.5
7.0
6.5
6
猪粪施用量/g·kg-1
中
华
山
蓼
土
壤
pH
值
0 7 14 21
图 1 施用猪粪对小花南芥和中华山蓼土壤 pH值的影响
Figure 1 Soil pH of A. alpinal and O. sinensis with pig manure application under Pb and Zn stress
图 2 施用猪粪对小花南芥和中华山蓼土壤 CEC的影响
Figure 2 Soil CEC of A. alpinal and O. sinensis with pig manure application under Pb and Zn stress
Pb胁迫 Zn胁迫
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
猪粪施用量/g·kg-1
中
华
山
蓼
土
壤
CE
C/
cm
ol ·
kg
-1
0 7 14 21
Pb胁迫 Zn胁迫
510
第 32卷第 1期2013年 3月
表 3 施用猪粪对小花南芥和中华山蓼根长和生物量的影响
Table 3 The root length and biomass of A. alpinal and O. sinensis with pig manure application under Pb and Zn stress
猪粪/g·kg-1
Pb Zn
小花南芥 中华山蓼 小花南芥 中华山蓼
根长/cm 生物量/g·株-1 根长/cm 生物量/g·株-1 根长/cm 生物量/g·株-1 根长/cm 生物量/g·株-1
0 14.3±0.1c 2.66±0.22c 14.4±0.1a 2.71±0.12b 15.1±1.5d 2.26±0.04c 11.1±0.11c 3.56±0.05b
7 23.2±2.8b 5.07±0.21b 10.4±0.08c 2.42±0.13b 21.1±3.2c 5.80±0.10b 18.3±0.12b 2.51±0.10c
14 27.9±0.1a 8.05±0.38a 11.7±0.06b 3.53±0.23a 24.9±4.6b 7.70±0.08b 23.8±0.21a 4.02±0.11a
21 28.6±3.7a 10.39±0.37a 10.8±0.06bc 2.56±0.20b 33.6±3.0a 11.31±0.10a 17.8±0.26b 4.55±0.08a
2.92%增加到 3.28%~3.58%，增加幅度较小。有机物结
合态含量也有所增加（表 1）。施用猪粪 60 d后，各形
态含量及所占比例均有一定的上升，土壤 Zn含量比
对照高，有效性有增加的趋势，施猪粪导致土壤中 Zn
以小花南芥易于吸收的形态存在，说明施用猪粪可能
导致 Zn生物有效性增加。施猪粪 14 g·kg-1的处理，小
花南芥土壤中 Zn的生物有效态形态含量所占比例最
高。各形态含量依次为：水溶态及可交换态 Zn>有机
物结合态 Zn>铁锰氧化物结合态 Zn。
施猪粪处理条件下，中华山蓼土壤 Pb水溶态和
可交换态含量没有显著变化，所占比例稍有下降，从
50.53%降到 45.82%~48.36%，不同施猪粪处理之间没
有显著的差异。施用猪粪导致中华山蓼土壤铁锰氧化
物结合态 Pb含量显著下降，从 23.70%降到 18.87%~
20.16%，但各处理之间没有显著的差异。有机物结合
态 Pb含量显著增加（表 2）。即施用猪粪 60 d后，中华
山蓼土壤有机物结合态 Pb含量及所占比例均有一定
的上升，但是有效性 Pb含量变化不明显。各形态含量
依次为：水溶态及可交换态 Pb >铁锰氧化物结合态
Pb >有机物结合态 Pb。
中华山蓼土壤 Zn水溶态和可交换态含量在施猪
粪处理条件下没有显著变化，所占比例稍有下降，从
17.19%降到 16.57%~17.08%，不同施猪粪处理之间没
有显著的差异。施用猪粪导致中华山蓼土壤铁锰氧化
物结合态 Zn含量下降，施用猪粪 21 g·kg-1时，土壤铁
锰氧化物结合态 Zn含量显著下降，由对照的 204.44
mg·kg-1下降到 184.83 mg·kg-1。有机物结合态 Zn含量
有所增加，施用猪粪 7 g·kg-1时，有机物结合态 Zn含
量显著增加，由 155.99 mg·kg-1增加到 182.59 mg·kg-1
（表 2）。各形态含量依次为：铁锰氧化物结合态 Zn>水
溶态及可交换态 Zn>有机物结合态 Zn。
2.3 施用猪粪对植物根长和生物量的影响
Pb 胁迫条件下，未施肥的小花南芥根长最短
（14.3 cm），生物量最小（2.83 g），施肥后的小花南芥
根长比对照显著增加（表 3）。未施肥的中华山蓼根长
最长（14.3 cm），施肥后的中华山蓼根长比对照显著
降低。施猪粪 21 g·kg-1的生物量比对照增加 290%，
小花南芥生物量随着施肥量的增加而增加。施肥对中
华山蓼生物量的影响不大，除 14 g·kg-1处理外，各处
理生物量之间没有显著的差异。
Zn胁迫条件下，施肥后的小花南芥和中华山蓼
根长比对照显著增加。施猪粪 21 g·kg-1的根长比对
照增加了 70.7%，施猪粪 14 g·kg-1的中华山蓼根长比
对照增加了 114.4%。小花南芥根长和生物量随着施
肥量的增加而增加。除 7 g·kg-1处理外，中华山蓼生
物量随着施肥量的增加而增加（表 3）。
2.4 施用猪粪对植物叶绿素和细胞质膜透性的影响
Pb和 Zn胁迫条件下，施肥处理小花南芥叶绿素
含量均高于对照，叶绿素含量随施肥水平的增高而增
加，叶绿素含量最高的处理为施猪粪 21 g·kg-1的处
注：同列数据后的不同字母表示差异显著（P＜0.05）。括号内数据为比例。
表 2 猪粪处理对中华山蓼土壤中不同形态 Pb和 Zn含量（mg·kg-1）及比例（%）的影响
Table 2 Contents and its percentage of Pb and Zn forms in soil of O. sinensis with pig manure application
猪粪/
g·kg-1
Pb Zn
水溶态及可交换态 铁锰氧化物结合态 有机物结合态 水溶态及可交换态 铁锰氧化物结合态 有机物结合态
0 502.63±8.03a（50.53%） 235.68±9.31a（23.70%） 117.23±13.60b（11.79%） 192.22±4.19a（17.19%） 204.44±9.65a（18.11%） 155.99±12.58b（13.95%）
7 502.33±7.58a（48.36%） 204.21±10.38b（19.66%） 163.13±9.43a（15.71%） 199.73±2.85a（16.85%） 204.03±14.90a（17.21%） 182.59±10.65a（15.40%）
14 501.93±7.68a（47.56%） 212.72±11.53b（20.16%） 169.35±10.98a（16.05%） 191.38±4.06 a（16.57%） 196.37±12.33a（16.52%） 158.68±13.91b（13.35%）
21 495.30±11.65a（45.82%） 204.02±7.79b（18.87%） 196.76±14.03a（18.20%） 204.53±4.56a（17.08%） 184.83±17.71b（15.43%） 168.33±10.63ab（14.06%）
注：同列数据后的不同字母表示差异显著（P<0.05）。
祖艳群，等：施用有机肥对小花南芥和中华山蓼生长生理和 Pb/Zn累积特征的影响 511
农业环境科学学报 第 32卷第 3期
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0
猪粪施用量/g·kg-1
小
花
南
芥
叶
绿
素
含
量
/m
g ·
g-
1
0 7 14 21
30
25
20
15
10
5
0
猪粪施用量/g·kg-1
中
华
山
蓼
叶
片
相
对
电
导
率
/%
0 7 14 21
60
50
40
30
20
10
0
猪粪施用量/g·kg-1
小
花
南
芥
叶
片
相
对
电
导
率
/%
0 7 14 21
Pb胁迫 Zn胁迫
图 3 施用猪粪对小花南芥和中华山蓼叶片的叶绿素含量的影响
Figure 3 Chlorophyll contents in leaves of A. alpinal and O. sinensis with pig manure application under Pb and Zn stress
图 4 施用猪粪对小花南芥和中华山蓼叶片相对电导率的影响
Figure 4 Membrane permeability in leaves of A. alpinal and O. sinensis with pig manure application under Pb and Zn stress
理。中华山蓼叶片叶绿素含量随着猪粪施入有减少的
趋势，但各施肥处理之间没有显著的差异（图 3）。
Pb和 Zn胁迫条件下，施肥处理小花南芥叶片相
对电导率值增加，施猪粪 21 g·kg-1土的小花南芥叶
片相对电导率值最高，为对照的 7.8倍（Pb胁迫）和
5.7倍（Zn胁迫）；施加猪粪的处理中华山蓼叶片相对
电导率小于对照，随着猪粪施入量的增加相对电导率
增大，7 g·kg-1处理的叶片相对电导率最低（图 4）。
2.5 施用猪粪对植物 Pb、Zn含量及其累积特征的影响
Pb和 Zn胁迫条件下，猪粪 14 g·kg-1处理，小花
南芥地上部 Pb含量为 722.26 mg·kg-1，地下部分 Pb
含量最高，为 800.16 mg·kg-1；其次是施猪粪 7 g·kg-1
的处理。小花南芥地上部和地下部 Zn含量随着猪粪
的施入而增加，施猪粪 14 g·kg-1处理时 Zn含量在小
花南芥地上部和地下部均达到最高，分别为858.56
mg·kg-1和 845.50 mg·kg-1；施 21 g·kg-1时 Zn含量下
降，但仍然高于对照（表 4）。
从累积量来看，Pb在小花南芥地上部和地下部
的累积量的变化趋势一致，随着猪粪的施用，累积量
增加，其中猪粪的施用量为 14 g·kg-1时，Pb在小花南
芥地上部累积量最高；猪粪的施用量为 21 g·kg-1时，
Pb地下部的累积量最高（表 4）。猪粪处理小花南芥对
Pb的富集系数和转移系数均有所上升，其中，猪粪 7
g·kg-1处理的富集系数和转移系数均大于 1，随着施
用猪粪量的增加而下降。Zn在小花南芥地上部和地
下部的累积量的变化趋势与 Zn含量一致，即施猪粪
促进了 Zn的累积，施猪粪 14 g·kg-1时，Zn在小花南
芥地上部累积量最高；施猪粪 21 g·kg-1时，Zn在地下
部的累积量最高。Zn胁迫下，除施猪粪 14 g·kg-1时富
集系数有所增加、转移系数基本不变外，施猪粪导致
富集系数和转移系数下降。
施加猪粪的各处理，中华山蓼地上部和地下部
Pb含量略高于对照，Zn含量低于对照。随着猪粪施
入量的增加中华山蓼地上部、地下部 Pb和 Zn含量
均表现出在 14 g·kg-1处理时最低，21 g·kg-1处理时最
高（表 5）。
30
25
20
15
10
5
0
猪粪施用量/g·kg-1
中
华
山
蓼
叶
绿
素
含
量
/m
g ·
g-
1
0 7 14 21
Pb胁迫 Zn胁迫
512
第 32卷第 1期2013年 3月
从累积量来看，Pb在中华山蓼地上部和地下部
的累积量的变化趋势一致，随着猪粪施用量的增加累
积量逐渐增加，当猪粪的施用量为 21 g·kg-1时 Pb在
中华山蓼地上部和地下部的累积量最高（表 5）。施加
猪粪处理的 Pb富集系数低于对照（21 g·kg-1处理除
外）。转移系数均小于 1，随着猪粪施用量的增加中华
山蓼中 Pb的转移系数之间没有显著的差异。Zn在中
华山蓼地上部的累积量除猪粪的施用量为 14 g·kg-1
外，随着猪粪施用量的增加没有显著的差异。Zn在中
华山蓼地下部的累积量随着猪粪的施用而下降，各施
肥处理之间没有显著的差异。施加猪粪对 Zn的富集
系数和转移系数没有显著的影响。
3 讨论
施用有机肥对土壤 pH值的影响取决于有机肥
的组成、土壤的氧化还原电位和植物种类等。有机肥
在矿化过程中分解产生低分子量的有机酸和腐植酸，
可能导致土壤 pH值下降[14]。有机肥也可通过分解过
程释放的碱性物质以及渍水条件下还原铁、锰等过
程，使 pH值升高[15-16]。猪粪导致小花南芥土壤 pH值
降低，而中华山蓼土壤 pH值高于对照。后者可能是
盆栽控制条件不严所致，需要进一步的深入研究。
土壤有机物质对重金属污染具有缓冲和净化作
用，主要表现在参与土壤离子的交换反应，增加土壤
阳离子交换量，提高土壤环境容量。土壤有机物质稳
定土壤结构，提供土壤活性物质，为土壤微生物活动
提供基质和能源，从而间接影响土壤重金属行为。
施加猪粪在一定程度上改善土壤的有机质含量，增
加土壤阳离子交换量。施猪粪 14 g·kg-1的处理，小花
南芥土壤阳离子交换量最高，而 21 g·kg-1处理的
土壤阳离子交换量有所下降，可能猪粪 21 g·kg-1的
处理对小花南芥根系的生长和土壤微生物的活性产
生了一定的影响，改变了有机质的矿化速度和过程，
其原因还有待于深入研究。施肥处理中华山蓼土壤
的 CEC比对照稍有增加，各处理间土壤 CEC含量差
异不显著。说明中华山蓼土壤对有机肥的缓冲能力
较强。
作为重金属的络合剂，腐植酸可与土壤重金属形
成络合物降低植物的吸收，富里酸与重金属形成络合
物增加植物对重金属的吸收[7，17-18]。Hu等[6]利用苔鲜泥
炭作为有机物质，在沙质土中加入320 g·kg-1苔鲜泥
炭，有机物结合态、水溶及可交换态的镉由 27%上升
到 54%，而铁锰氧化物结合态则由 19%下降到 13%。
施用低量有机肥（猪粪施用量为 7 g·kg-1的处理）小
花南芥土壤中 Pb水溶态和可交换态含量最高，其原
因可能由于高量有机肥条件下，植物的生长更快生物
量更大，对土壤中 Pb的吸收更多，导致 60 d后土壤
中 Pb水溶态和可交换态含量降低。施用猪粪增加小
花南芥土壤 CEC，促进小花南芥土壤中可溶态和可交
换态的金属含量增加，增加重金属的生物有效性。相
表 4 不同猪粪处理下小花南芥对 Pb和 Zn的吸收累积特征
Table 4 Pb and Zn accumulation characteristic of A. alpinal with N application
注：同列数据后的不同字母表示差异显著（P＜0.05）。括号内数据为累积量（mg·株-1）。
猪粪/
g·kg-1
地上部含量/mg·kg-1 地下部含量/mg·kg-1 富集系数 转移系数
Pb Zn Pb Zn Pb Zn Pb Zn
0 129.87±2.0d（0.34） 568.77±10.0d（1.25） 323.06±6.2d（0.02） 562.58±15.5c（0.03）0.167±0.01d 0.71±0.03b 0.402±0.02c 1.01±0.02a
7 566.40±11.0b（2.79） 672.84±19.0b（3.70） 795.50±13.1d（0.11） 838.96±23.5a（0.25） 1.036±0.02a 0.69±0.04b 1.109±0.06a 0.80±0.03b
14 721.99±13.2a（5.30） 858.44±20.2a（5.99） 800.44±15.1d（0.57） 845.76±21.1a（0.61）0.783±0.02b 0.91±0.02a 0.802±0.05b 1.01±0.04a
21 401.82±5.6c（3.76） 608.60±22.0c（5.93） 637.81±9.2d（0.66） 635.94±18.6b（1.04）0.307±0.02c 0.62±0.02c 0.470±0.02c 0.96±0.02a
表 5 不同猪粪处理下中华山蓼对 Pb和 Zn的吸收累积特征
Table 5 Pb and Zn accumulation characteristic of O. sinensis with pig manure application
注：同列数据后的不同字母表示差异显著（P＜0.05）。括号内数据为累积量（mg·株-1）。
猪粪/
g·kg-1
地上部含量/mg·kg-1 地下部含量/mg·kg-1 富集系数 转移系数
Pb Zn Pb Zn Pb Zn Pb Zn
0 187.0±10.9b（0.29） 149.0±2.4a（0.28） 210.3±6.8c（0.18） 144.4±1.7a（0.17） 0.19±0.01a 0.71±0.03b 0.13±0.02a 1.03±0.02a
7 191.2±5.7b（0.88） 145.8±2.3b（0.28） 225.3±9.4b（0.27） 143.7±5.1a（0.07） 0.18±0.02a 0.69±0.04b 0.12±0.06a 1.01±0.03a
14 165.4±3.4c（1.01） 121.4±3.8c（0.34） 180.7±7.7d（0.29） 123.5±4.7c（0.09） 0.16±0.02b 0.91±0.02a 0.10±0.05a 0.98±0.04a
21 230.6±7.6a（2.11） 125.3±2.6c（0.26） 242.8±3.4a（0.52） 131.8±3.0b（0.06） 0.21±0.02a 0.62±0.02c 0.10±0.02a 0.95±0.02a
祖艳群，等：施用有机肥对小花南芥和中华山蓼生长生理和 Pb/Zn累积特征的影响 513
农业环境科学学报 第 32卷第 3期
关分析表明，小花南芥土壤中 CEC与有机物结合态
Pb含量的 r=0.965 4（P<0.05，n=4）、小花南芥地上部
分 Pb含量的 r=0.991 5（P<0.05，n=4）、小花南芥根中
Zn含量的 r=0.980 8（P<0.05，n=4）和中华山蓼根中
Zn含量的 r=0.980 3（P<0.05，n=4）之间具有显著的正
相关性。
但是，施用猪粪对中华山蓼土壤 CEC以及可溶
态和可交换态的金属含量没有显著的影响。在猪粪施
用条件下，铁锰氧化物结合态重金属含量没有显著的
影响，有机物结合态重金属含量显著增加，其原因可
能在于猪粪中有机质对 Pb的结合，中华山蓼土壤有
机物结合态 Pb含量与猪粪的施用量之间呈显著的正
相关性（r=0.957 6，P<0.05，n=4）。有机质对土壤重金
属的化学行为（沉淀-溶解、吸附-解吸、配位-解离形
态变化及有效性等）的影响是多方面的[19-20]。在不同土
壤条件、金属种类、有机物种类等条件下，有机质可降
低对土壤重金属的有效性，也可能增加其有效性[21-22]。
施用有机肥必须注意低分子量的有机酸和腐殖质的
性质和种类。
植物受到重金属胁迫，其叶绿素含量下降，细胞
膜结构被严重破坏，细胞膜透性增大。施加肥料可以
改善土壤的理化性质，增强土壤肥力，有利于植物的
生长并且可以减轻重金属对植物的伤害。植物的生长
环境得到改善，其生长和生物量也会有相应的改善和
提高。孙健等[2]施用有机肥改良铅锌尾矿污染土壤后
表明，施用有机肥能够显著提高灯心草地上部分的生
物量。施加猪粪，小花南芥和中华山蓼的根长和生物
量显著增加，猪粪的施用量与小花南芥根长（Zn胁迫
下，r=0.987 4，P<0.05，n=4）、生物量（Pb胁迫下，r=
0.999 0，P<0.01，n=4；Zn胁迫下，r=0.993 5，P<0.01，n=
4）呈显著正相关。具有发达的根系是先锋植物应具有
的特征之一，因此，根长的增加在一定程度上能提高
植物的抗性和增大对重金属的吸收表面积。但在 Pb
胁迫下，中华山蓼的根长和生物量随着猪粪施用量的
增加而下降，其原因可能是由于猪粪施用量的增加，
增大了 Pb的有效性，从而对植物的胁迫增加。小花南
芥叶片的叶绿素含量增加，中华山蓼叶片中相对电导
率普遍小于未施肥的，可能是施肥之后小花南芥和中
华山蓼受到的重金属伤害得到缓解。施肥对小花南芥
和中华山蓼叶绿素和细胞膜透性均有很好的改善效
果，在一定程度上缓解了重金属对植物的毒害作用。
特别是猪粪 14 g·kg-1处理对叶绿素的提高和膜质过
氧化的缓解作用较好。
施加肥料不仅可以改善土壤的理化性质，增加土
壤肥力，在一定程度上影响植物生长的根系和生物量，
影响重金属向植物体内的转移过程和植物对重金属
的吸收累积[23-24]。猪粪的施用促进了 Pb和 Zn含量和累
积量的增加。猪粪的施用量与小花南芥根部 Pb（r=
0.955 0，P<0.05，n=4）和 Zn 的累积量（r=0.990 5，P<
0.05，n=4）、中华山蓼地上部分 Pb 的累积量（r=0.950
3，P<0.05，n=4）之间具有显著的正相关性。随着猪粪
施用量的增加，小花南芥地上部、地下部 Pb含量表现
出在猪粪 14 g·kg-1处理时最高，而累积量随着施肥
量的增加而增加（Pb在地上部分的累积量除外）。可
见，猪粪的施用较好地促进了小花南芥对 Pb和 Zn的
吸收和累积作用，其原因可能与有机物结合态含量的
增加有关。相关分析表明，小花南芥土壤有机物结合
态 Pb含量与小花南芥地上部分 Pb含量（r=0.979 3，
P<0.05，n=4）和累积量（r=0.964 4，P<0.05，n=4）呈显
著正相关。猪粪的施用不仅提高植物的生物量，而且
能促进植物对 Pb和 Zn的吸收和累积。随着猪粪施
用量的增加，中华山蓼地上部、地下部 Pb含量先减后
增，但 Pb的累积量随着猪粪施用量的增加而增加，原
因可能是猪粪的施用增加了中华山蓼的生物量。即使
对 Pb含量的影响不大，猪粪的施用仍然增加了中华
山蓼对 Pb的累积。中华山蓼地上部分对 Zn的累积
量没有显著的变化，而根中的 Zn含量和累积量显著
下降，可能是施猪粪后增加了土壤有机物结合态 Zn
含量，减小了 Zn向植物体的转移。张青等[25]研究发
现，有机肥能够降低小油菜中 Zn的含量，和本试验的
结果相似。因此，不论是超富集植物还是先锋植物，施
用猪粪都能促进植物的生长、提高生物量，并且不同
程度提高对重金属的吸收和累积，对于重金属污染土
壤修复效率的提高具有积极的作用。
4 结论
Pb和 Zn胁迫下，通过施用猪粪可提高土壤 CEC
和有机物结合态 Pb和 Zn含量，增加小花南芥土壤水
溶态和可交换态 Pb和 Zn含量，同时促进植物根的生
长、生物量提高和叶绿素含量增加，缓解重金属对植
物产生的胁迫，导致小花南芥中 Pb、Zn的含量、累积
量、富集系数和转移系数的增加，中华山蓼中 Pb含量
和累积量增加。猪粪 14 g·kg-1作为最适宜的施用量，
不仅能有效提高超富集植物小花南芥对重金属的修
复效率，而且能促进先锋植物中华山蓼的生长和提高
其对重金属的抗性。
514
第 32卷第 1期2013年 3月
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