全 文 ：紫云英对镉富集效应研究
王文军，郭熙盛 (安徽省农业科学院土壤肥料研究所，安徽合肥 230031)
摘要 ［目的］探索紫云英对镉的富集效应，为 Cd污染土壤植物修复技术开辟新的途径。［方法］通过盆栽试验，研究了紫云英对 Cd的
耐性与富集效应。［结果］紫云英对 Cd有较强的耐性，低浓度的 Cd对紫云英的生长发育没有显著影响，甚至具有一定的生长促进作用。
紫云英体内 Cd的浓度分布为根 ＞茎叶。紫云英对 Cd具有较强的富集能力，无论是添加外源 Cd或不添加外源 Cd，紫云英对 Cd的富集
系数均较高，其根部对 Cd的富集系数多为 10左右。［结论］紫云英在 Cd污染农田的植物修复上具有一定的研究和应用价值。
关键词 紫云英;镉(Cd);富集效应
中图分类号 S551 + ． 9 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611(2011)01 －00400 －02
Study on the Accumulation Effect of Astragalus sinicus L． to Cd
WANG Wen-jun et al (Soil and Fertilizer Institute，Anhui Academy of Agricultural Sciences，Hefei，Anhui 230031)
Abstract ［Objective］To explore the accumulation effect of Chinese milk vetch to Cd，so as to provide the new means for the phytorem edi-
ation of Cd-contaminated soil．［Method］Pot experiment was carried out to study the tolerance and accumulation effect of Chinese milk vetch to
Cd． ［Result］Chinese milk vetch had strong tolerance ability to Cd，low concentration of Cd could even increase its growth． Cd concentration
of Chinese milk vetch was determined to be root ＞ stem-leaf． Chinese milk vetch had obvious effect on accumulating Cd，the accumulation co-
efficient was higher whatever Cd was added to soil or not． Accumulation coefficient of Chinese milk vetch root to Cd was about 10． ［Conclu-
sion］Chinese milk vetch has great potentiality and study value in the phytorem ediation of Cd-contaminated soil．
Key words Astragalus sinicus L．;Cd;Accumulation effect
作者简介 王文军(1967 － ) ，女，安徽歙县人，副研究员，从事植株营养
与土壤肥料研究，E-mail:wenjunwang886@ sohu． com。
收稿日期 2010-09-29
土壤中的重金属污染具有潜伏性、不易觉察性和长期
性，一旦富集很难从土壤中清除，却可以通过食物链进入人
体，危害人类健康。镉(Cd)是中毒性较强的一种重金属，低
浓度污染中最为严重的。据不完全统计，我国受重金属 Cd
污染的农田已超过 20万 hm2，每年生产 Cd含量超标农产品
14． 6亿 kg［1］;且随着工业生产的发展和含镉肥料的使用，农
田中 Cd的污染越来越严重，因此开展 Cd污染土壤治理技术
研究具有重要的现实意义。在 Cd 污染土壤众多修复技术
中，植物修复技术由于其清洁安全的特点而广受关注。国内
外学者在 Cd富集植物的筛选上做了大量的研究工作［2 －4］，
发现了许多对 Cd具有超富集作用或有积累作用的植物，但
由于诸多原因还很难在污染的农田中大面积推广应用。
紫云英(Astragalus sinicus L．)俗名红花草，属豆科黄芪
属，品种较多，按开花早晚可分为特早熟、早熟、中熟和晚熟 4
个类型。其中中熟品种植株高大，产量较高，生长的适宜温
度为 15 ～20 ℃，在我国长江中下游各省份均可种植。笔者
通过盆栽试验，研究 Cd胁迫下紫云英的生长反应及其对 Cd
的积累特性，旨在探究其富集潜力，为 Cd污染土壤植物修复
技术开辟新途径。
1 材料与方法
1． 1 材料
1． 1． 1 供试土壤。供试土壤分别采自安徽休宁、繁昌、和县
的菜园土，土壤基本农化性质见表 1。
1． 1． 2 研究对象。紫云英，采集其地上部分和根部。
表 1 供试土壤的基本理化性质及 Cd含量
Table 1 Basic physical and chemical properties and Cd content in test soils
地点
Site
pH
全 N∥g /kg
Total N
全 P∥g /kg
Total P
碱解 N∥mg /kg
Available N
速 P∥mg /kg
Available P
速 K∥mg /kg
Available K
缓 K∥mg /kg
Soil available K
Cd
mg /kg
休宁 Xiuning 7． 0 1． 96 2． 68 140． 70 296． 42 329． 83 534． 76 0． 305 3
繁昌 Fanchang 7． 8 2． 18 1． 52 83． 30 63． 93 158． 65 487． 38 0． 305 1
和县 He County 7． 7 2． 16 1． 70 45． 50 59． 67 129． 43 383． 04 0． 393 6
1． 2 方法
1． 2． 1 试验设计。试验设置 4 个处理:化肥(C)、化肥 +鸡
粪(CM)、化肥 +鸡粪 +硫酸 Cd(CMCd)、化肥 +鸡粪 +硫酸
Cd +改良剂(CMCdA)。改良剂为天然硅酸盐矿物和碳酸盐
矿物按一定比例混合而成。盆栽试验每盆装土 2． 5 kg，施入
化肥磷酸二铵 0． 384 g /盆、硝酸钾 0． 539 g /盆、尿素 0． 090
g /盆、鸡粪 40． 200 g /kg、改良剂 8． 040 g /盆。外源 Cd 1. 200
mg /kg。作物轮作为萝卜 －乌菜 －辣椒 －紫云英。试验材料
在 2007年春第一茬播种前施入土壤，乌菜、紫云英种植季节
不施肥，辣椒种植季节仅施无机氮磷钾肥料，5次重复。
1． 2． 2 样品测定。紫云英地上部分和根部的重金属 Cd含
量用原子吸收分光光度计测定。
2 结果与分析
2． 1 紫云英对 Cd的耐性 试验结果表明(表 2) ，在低浓度
Cd处理下，紫云英并未表现出任何异常的毒害症状，3 个试
验紫云英主茎粗、分枝数无明显差异。其主茎高在休宁县和
繁昌县菜园土上不同处理间差异不明显，而和县 CMCd处理
的株高显著高于 CM处理，低浓度的 Cd对紫云英株高的伸
长有促进作用。3组试验中 CM处理紫云英地上部和根干重
均高于 C处理，地上部干重增幅为 3． 08% ～45． 78%;根干重
增加 1． 61% ～79． 73%。方差分析结果，繁昌县菜园土的 CM
与 C处理差异达显著水平，表明施用有机肥不仅对当季作物
的生长发育有明显的促进作用，而且具有明显的后效。3 组
责任编辑 刘群燕 责任校对 傅真治安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2011，39(1):400 － 401，404
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2011.01.102
试验中 CM与 CMCd 处理间地上部和根干重的差异均不明
显，休宁县与和县菜园土地上部与根部干物重均为 CMCd ＞
CM，表明低浓度的 Cd对干物重的积累有促进作用，同时也
说明紫云英对低浓度的 Cd有较强的耐性。和县菜园土添加
改良剂的 CMCdA 处理的紫云英地上部与根部干物重高于
CMCd处理，但差异并不明显，而其他 2 个试验的结果相反，
均为 CMCd处理高于 CMCdA 处理，无机改良剂的改土作用
在减弱。
表 2 不同处理对紫云英生长发育的影响
Table 2 Effects of different treatments on growth and development of Astragalus sinicus
地点
Site
处理
Treatment
主茎高∥cm
Main stem height
主茎粗∥cm /5株
Main stem diameter
分枝数∥个 /株
Branches
草干重 Grass dry weight∥g /盆
(g /盆) (%)
根干重 Root dry weight∥g /盆
(g /盆) (%)
休宁县 C 31． 00 a 0． 32 a 21． 25 a 8． 76 a － 1． 86 a －
Xiuning County CM 34． 64 a 0． 33 a 19． 50 a 9． 03 a 3． 08 1． 89 a 1． 61
CMCd 32． 61 a 0． 37 a 23． 00 a 9． 42 a 7． 53 1． 91 a 2． 69
CMCdA 28． 92 a 0． 31 a 22． 75 a 7． 92 a －9． 59 1． 62 a －12． 90
繁昌县 C 27． 76 a 0． 28 a 13． 20 a 4． 15 b － 0． 74 b －
Fanchang CM 29． 36 a 0． 31 a 13． 20 a 6． 05 a 45． 78 1． 33 a 79． 73
County CMCd 26． 80 a 0． 30 a 14． 20 a 5． 19 ab 25． 06 1． 04 a 40． 54
CMCdA 25． 37 a 0． 27 a 12． 00 a 4． 72 b 13． 73 0． 78 ab 5． 41
和县 C 23． 62 b 0． 29 a 13． 60 a 3． 16 － 0． 80 b －
He County CM 24． 89 b 0． 27 a 13． 20 a 3． 85 a 21． 84 0． 86 ab 7． 5
CMCd 25． 07 b 0． 26 a 13． 60 a 3． 87 a 22． 47 0． 87 ab 8． 75
CMCdA 31． 28 a 0． 30 a 13． 60 a 4． 92 a 55． 70 1． 05 a 31． 25
注:不同大、小写字母分别表示在 0. 05水平(P ＜0． 05)和 0. 01水平(P ＜0． 01)上差异显著，下表同。
Note:Different capitals，lowercases stand for significant differences at 0． 05 level(P ＜0． 05)and 0． 01 level(P ＜0． 01) ，the same as follows．
2． 2 紫云英对 Cd的累积效应 由表 3可知，除休宁县土中
茎叶 Cd含量外，增施鸡粪处理较单施化肥根系和茎叶的 Cd
含量下降，说明鸡粪对 Cd污染有阻断效应，且这种阻断效应
可延续几个种植季节。添加外源 Cd后，紫云英根系 Cd含量
明显高于未添加外源 Cd的处理，Cd含量随着土壤中 Cd含
量的增加而增加，添加外源 Cd处理与未添加外源 Cd处理间
的差异均达到极显著水平。茎叶中 Cd 的含量也随着外源
Cd的加入而有所增加，3 组试验中添加外源 Cd与未添加外
源 Cd处理间的差异均达到了显著或极显著水平。由此可
知，紫云英体内 Cd含量与土壤 Cd含量呈正相关关系。由表
3还可知，3种土壤上植株体内 Cd 的分布均为根 ＞地上部
分，根系的 Cd含量明显大于茎叶的 Cd含量，表明大部分 Cd
被滞留在根中，转移到地上部分的 Cd较少，这与前人的研究
结论一致［5，9］，即植物体内的 Cd大部分聚集在根部，少部分
被运输至地上部。
表 3 不同处理对紫云英 Cd含量影响
Table 3 Effects of different treatments on Cd content of Astragalus si-
nicus mg /kg
处理
Treatment
休宁县
Xiuning County
根
Root
茎叶
Stem
and leaf
繁昌县
Fanchang County
根
Root
茎叶
Stem
and leaf
和县
He County
根
Root
茎叶
Stem
and leaf
C 2． 25 bB 0． 23 cB 2． 23 bB 0． 30 bA 3． 88 bB 0． 33 bAB
CM 1． 63 bB 0． 26 cB 2． 01 bB 0． 30 bA 2． 35 bB 0． 24 cB
CMCd 7． 10 aA 0． 38 bA 7． 89 aA 0． 43 aA 8． 61 aA 0． 40 abA
CMCdA 8． 45 aA 0． 45 aA 9． 89 aA 0． 43 aA 8． 68 aA 0． 45 aA
CMCdA处理中 Cd含量均高于 CMCd处理，这与施用碳
酸盐矿物可抑制植物对重金属 Cd的吸收的结论不一致［6，9］，
这可能与硅酸盐矿物处理可增加交换态 Cd含量，而交换态
Cd的生物有效性较高有关。
2． 3 紫云英对 Cd的转移与富集 转移系数是地上部重金
属含量与根部重金属含量的比值，反映植物将重金属从地下
部向地上部的运输能力［2］。由表 4 可知，3 组试验单施化肥
处理转移系数均为 0． 1 左右，而增施有机肥以后，转移系数
较单施化肥处理有增加，表明增施有机肥可以促进镉在紫云
英体内的转移。添加外源 Cd 的处理转移系数仅为 0． 05 左
右，且紫云英对 Cd的转移系数随着根系 Cd含量的增加而呈
降低的趋势，这可能是因为根系吸收的 Cd是经由木质部运
输到地上部茎叶的，Cd 含量在茎部质液中呈明显的浓度梯
度，即越往上浓度越低［7］，而紫云英为草本植物，茎杆柔弱，
木质部相对欠发达，导致对 Cd运输能力较差所所至。
表 4 紫云英对 Cd的转移与富集
Table 4 Transfer and enrichment of Astragalus sinicus to Cd
处理
Treatment
转移系数 Transfer coefficient
休宁县
Xiuning
County
繁昌县
Fanchang
County
和县
He
County
富集系数
Enrichment coefficient
休宁县
Xiuning County
C 0． 10 0． 14 0． 09 0． 75
CM 0． 16 0． 15 0． 10 0． 81
CMCd 0． 05 0． 05 0． 05 0． 71
CMCdA 0． 05 0． 04 0． 05 0． 82
富集系数是指植物地上部重金属浓度与土壤重金属浓
度比值，用来评价植物将土壤中重金属吸收转移到体内能力
的大小［2］。休宁县土壤试验前不同处理土壤中 Cd的含量分
别为 0． 31、0． 32、0． 54和 0． 54 mg /kg，紫云英收获后，对 Cd的
富集系数 C、CM、CMCd 和 CMCdA 4 个处理分别为 0． 75、
0. 81、0． 71、0． 82(表 4) ，由此可知，无论是添加外源 Cd或不
添加外源 Cd，紫云英对 Cd 的富集系数均较高，说明紫云英
对 Cd具有较强的富集能力，其根部对 Cd 的富集系数多为
10左右。
(下转第 404页)
10439 卷 1 期 王文军等 紫云英对镉富集效应研究
图 3 年平均 API
Fig． 3 The annual average API
3 城市大气质量变化影响因素分析
影响大气污染范围和强度的因素有污染物的性质、污染
源的性质、气象条件和地表性质。
在大气质量影响指标体系中，选取指标值差异大的指
标，更能反映差距。为了评价大气质量改善工程及措施对大
气质量的影响，选用新增绿地、新增水面、能源结构调整、机
动车环保检测率、污染企业搬迁 5项指标进行评价。采用变
异系数法(Coefficient of Variation Method) ，计算每个工程和
措施对大气污染影响的权重。各项指标的变异系数公式:
Vi = σi
Xi
(i =1，2，…，n)
Vi为第 i项指标的变异系数，σi 为第 i 项指标的标准差，Xi
为第 i项指标的平均数。
各项指标的权重为:
Wi = Vi

n
i =1
Vi
利用 2008 ～ 2009 年石家庄市的统计资料，通过计算变
异系数，得到这几项指标改善大气质量的贡献率。结果表
明，污染企业搬迁对石家庄市大气环境质量影响最大，贡献
率为 46%;其次是机动车环保检测率，贡献率为 23%;再次
为能源结构调整，贡献率为 14%;绿地和水面规模的扩大对
于大气质量的贡献率分别为 10%和 7%。
5 结论
2008 ～2010年，石家庄市的大气环境质量得到明显改
善。以可吸入颗粒物为主要污染的 API值从 80． 3降低到 70
左右。大气污染指数有明显的季节变化规律，夏季污染程度
最小，冬季最大，大气污染指数波动较大。节能减排措施是
改善大气环境质量的主要因素。城市绿化、乔木引进工程和
碧水措施促进了空气质量的转变。
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檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
hebhb． gov． cn．
(上接第 401 页)
3 结论与讨论
在自然界中，地壳的含 Cd量一般为 0． 18 mg /kg，土壤背
景值为 0． 06 ～0． 07 mg /kg，我国 9 个农业经济自然区主要农
业土壤背景值平均为 0． 12 mg /kg［8］。该试验在和县、休宁县
和繁昌县菜园地上所采集的土壤其 Cd含量均在 0． 30 mg /kg
以上，超过国家规定的土壤环境质量评价指标限值(2006
年) ，明显高于我国主要农业土壤背景值。除大气沉降、施用
有机废物和污泥肥及污水灌溉输入 Cd 以外，长期大量的磷
肥施用是土壤 Cd含量增高的主要原因。而 3组试验土壤其
速效磷的含量较高，休宁点达 296． 42 mg /kg，因此，建议在磷
肥的施用上要根据作物的营养需要和土壤磷素含量状况，避
免盲目施肥。
植物修复作为一种经济、持久的修复技术成为重金属修
复的热点研究领域，特别是超富集植物的筛选引起了众多学
者的关注，所做的研究多以添加外源 Cd的方法，但其添加外
源 Cd的起始浓度多在 5. 00 mg /kg左右［2 －3］，远远高出我国
Cd污染农田中 Cd的含量;其添加外源 Cd 浓度的上限更在
50. 00 mg /kg左右，在如此高的浓度下所筛选的 Cd富集作物
在农田污染水平上的修复效果有待验证。而该试验所添加
外源 Cd的浓度更接近于 Cd污染农田的实际情况，其结果也
具有实践意义。
紫云英作为冬闲稻田的绿肥作物，在我国曾有广泛的种
植，由于化学肥料的大量施用，其种植面积越来越少，但随着
长期施用化学肥料带来的诸如环境污染、土壤板结、有机质
含量较低等一系列问题，近年来，国家倡导农民种植有机肥
作物，紫云英的种植面积逐年提高。在 Cd污染的土壤上种
植紫云英，由于其地上部 Cd含量较低，仍可做绿肥还田，因
此，紫云英在 Cd污染农田的植物修复上具有一定的研究和
应用价值。但如何将其根部移出农田，有待于进一步研究。
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404 安徽农业科学 2011 年