全 文 ：生态环境 2005, 14(4): 555-558 http://www.jeesci.com
Ecology and Environment E-mail: editor@jeesci.com
基金项目：湖南省自然科学基金项目（04JJ3013）
作者简介：李永丽（1979－），女，硕士，主要从事污染土壤植物修复与矿业废弃地生态恢复机理研究。E-mail: LYL723@126.com
*通讯联系人：刘云国，E-mail: liuyunguo@hnu.cn
收稿日期：2005-01-18
东方香蒲（Typha orientalis Presl）对铅的
富集特征及其 EDTA 效应分析
李永丽，李 欣，李 硕，王显海，樊 霆，刘云国*
湖南大学环境科学与工程系，湖南 长沙 410082

摘要：通过野外调查和水培试验，研究了生长在永州铅锌铜尾矿上的优势植物东方香蒲（Typha orientalis Presl）
对铅的富集特征及 EDTA 对其吸收和运输铅的影响。野外调查表明，东方香蒲对铅有很强的富集作用，其地
上部分铅平均质量分数为 619 mg/kg，地下部分铅平均质量分数为 1 233 mg/kg。营养液培养试验进一步证实
了它的强富集能力，其地上和地下部分的铅质量分数都远远超过了超富集定义的参考值（1 000 mg/kg）。分析
结果表明，东方香蒲是一种新的铅富集型植物，EDTA 的加入不仅增加了植株对铅的吸收量，而且增大了铅
在植株体内的转运系数。同时，铅对植株的毒害症状也得到缓解。
关键词：铅；富集；东方香蒲；植物修复；EDTA
中图分类号：X173 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2005）04-0555-04
重金属污染是全世界共同关心的一个问题，在
所有的重金属污染元素中，铅以毒性高、滞留时间
长、通过食物链的富集危害人类健康，成为最为关
注的元素之一[1, 2]。
重金属污染土壤的治理除采用常规工程措施或
化学治理方法外，植物修复方法已引起广泛重视。
从 20 世纪 80 年代开始，发达国家就非常关注植物
修复技术的研究，该技术已经逐步发展成当今环境
科学领域的一个研究热点[3]。植物修复是一种经济、
有效、可行的绿色修复技术[4, 5]。植物修复的基础是
超富集植物，但这些植物一般生长速度缓慢，生物
量小，不利于机械化操作等，因而限制了它们在净
化重金属污染土壤上的应用。解决这个问题的方法
有两种，一是寻找生长快，生物量大的超富集植物；
二是采用生物量大的中等富集植物，通过一些调控
措施来增加富集浓度。因此，一些生物量大，生长
快的富集型植物在实际应用中很有潜力。
近来的一些研究表明，EDTA等人工合成有机
化合物能显著活化土壤中的铅、铜、锌和镉。Huang
和 Cunninghuam（1996）认为螯合剂不仅可以增
加金属离子的活度，还可以增加植物各部分对金
属离子的吸收，同时，并不毒害植物根系的微生
物环境[6]。他们进一步的实验报道 EDTA对于提高
豌豆和玉米对铅的富集是最有效的[7]。但螯合剂对
植物离子吸收的影响也有相互矛盾的报告。Bennett
et al. (1998) 和 Robison et al. (1999) 发现加入
EDTA和柠檬酸后，B. coddii 对镍的吸收反而降低
了[8, 9]。植物对螯合剂反应的这种差异性反映了不
同植物对重金属吸收的机理不同，也可能与植物的
基因差别有关，其机理尚待进一步研究。
本文的目的是通过野外调查和水培试验研究
东方香蒲对铅的富集特征，以及不同浓度 EDTA对
其富集效果的影响。
1 材料与方法
1.1 野外采样
调查区域为湖南省永州市铅锌铜矿，该矿蕴含
铅、锌、铜和镉等多种金属，已有 100多年的开采
历史。矿区地处丘陵地带，属亚热带大陆性气候，
年均气温 17.4 ℃，年降雨量 1 431.4 mm，年蒸发量
1 321.7 mm。东方香蒲是香蒲属的一种，多年沼生
草本植物，直立，高 1~2 m，根茎粗壮，根系发达，
在该矿区生长状况良好，为优势植物。2003年 9月，
在该矿尾沙矿采集整株东方香蒲样品和相应的矿
渣及渍水地样品，带回实验室进行分析。
1.2 室内营养液培养方法
于 2004 年 3 月在同一地点采集东方香蒲的根
茎，温室培养其发芽，生成新植株。温室生长 2周
后进行溶液培养实验。
用改良的 1/2 强度的 Hoagland 营养夜将
Pb(NO3)2配成 0（对照）、100、300、500、1 000 mg/L
质量浓度梯度的含铅营养液。同时，又配制含有 0.1
或 0.5 mmol·L-1 EDTA的 300、500 mg/L的含铅营
556 生态环境 第 14卷第 4期（2005年 7月）
养液。选取生长一致的东方香蒲幼苗定植于 500 mL
塑料容器内，进行光照培养箱培养，日温 25 ℃，
夜温 20 ℃，每日光照 12 h，每隔 3 d更换培养液，
培养 30 d后收获。每个处理定植 2株苗并重复 3次。
1.3 植物与土壤分析
矿渣样品经室内风干、研磨，过 100目筛后供
分析用。植物样品先用自来水冲洗几遍，洗净附着
在表面的尘土，溶液培养的植株需用 0.1 mmol·L-1
CaCl2浸泡根部 5 min，再用去离子水洗净。洗净的
植株分叶、根和地下茎 3部分，于恒温干燥箱中 150
℃杀青 2 h，80 ℃干燥 48 h，磨碎，过 2 mm筛，
用 HNO3+HClO4 消解（ 10 mL 浓 HNO3， 0.5
mLHClO4）；矿渣样品用 HCl+HNO3+HClO4 消解
（4∶1∶1，体积比）。消解液定容后用火焰原子吸
收分光光度计(Aglient3510-AAS)[10]测定铅的质量
分数。
2 结果与分析
2.1 尾砂矿条件下东方香蒲对 Pb的富集
野外取样调查和化学分析结果表明，东方香蒲
对铅有很强的富集能力。其地上部分（叶）铅平均
质量分数为 619 mg/kg，地下部分（根和地下茎）
铅平均质量分数为 1 233 mg/kg，且随土壤铅质量分
数的增加而增加，生物富集系数为 0.1~0.26，比非
富集型植物的要高，非富集型植物的生物富集系数
一般低于 0.04[11]。地上部分与地下部分铅平均质量
分数之比，即转运系数（F/R）为 0.50（表 1），虽
然比超富集植物的转运系数（F/R>1）要低，但比
非富集型植物的要高，说明它具备富集植物的特
征，能够相对有效地从环境中吸收铅，并将其转运
到地上部分。东方香蒲对铅还具有很强的耐性，能
在高质量浓度的铅污染地带存活，并且生长速度
快，生物量大，在该矿区为优势种群。
2.2 铅处理对东方香蒲生物量的影响
营养液培养结果表明，东方香蒲能够在 0~300
mg/L的铅质量浓度条件下存活，而且生长状况未受
到明显抑制，生物量仍然较大，这一特性说明其在
铅污染的环境修复方面具有很大的潜力。当铅质量
浓度大于 300 mg/L时，生物量明显下降，增大到
500 mg/L时，生物量几乎减少了一半。当铅质量浓
度大于 500 mg/L时，生物量急剧下降。铅质量浓
度在 1 000 mg/L时，生长完全受到抑制，植株枯死
（图 1）。
2.3 营养液培养条件下东方香蒲对 Pb的富集
营养液培养试验所得数据如表 2所示。在人工
条件下，东方香蒲各部分的铅质量分数显著增加，
转运系数和自然条件下的相差不大，为 0.37~0.53，
仍然表现出一定的富集特征。这些特征有利于东方
香蒲进行铅污染环境的修复。在铅质量浓度 0~300
mg/L范围内，东方香蒲各部分铅质量分数随铅质量
浓度的增加而增加。在铅质量浓度为 100 mg/L时，
地上部分对铅的积累可达 7 819 mg/kg，地下部分对
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 100 300 500 1000
ρ (Pb)/(mg·L-1)
生
物
量
m
(D
W
)/(
g·
盆
-1
)

图 1 不同浓度铅处理对东方香蒲生长量的影响
（平均值±标准差）
Fig. 1 The effects of different concentrations of
Pb on T.orientalis Presl
表 1 野外生长条件下东方香蒲对铅的积累作用（湖南永州）
Table 2 Lead bioconcentration and translocation of T.orientalis Presl under field conditions in Yongzhou Pb/Zn/Cu Mine tailings
生物富集系数 样品号 尾矿铅质量分数
/(mg·kg-1)
叶铅质量分数
/(mg·kg-1)
根铅质量分数
/(mg·kg-1)
地下茎铅质量分数
/(mg·kg-1)
转运系数
(F/R)1) 地上部分 2) 地下部分 3)
1 6 871 697 647 739 0.50 0.1 0.2
2 5 846 673 607 681 0.52 0.12 0.22
3 3 940 488 493 531 0.48 0.12 0.26
4 6 533 702 639 746 0.51 0.11 0.21
1）铅向地上部分的转运系数 (Ratio of Pb concentration in fronds to that in roots)；2）地上部分含铅质量分数与土壤含铅质量分数之比 (Ratios of Pb
concentrations in fronds to that in soils)；3）地下部分含铅质量分数与土壤含铅质量分数之比 (Ratios of Pb concentrations in underground parts to that in
soils)

表 2 营养液培养条件下东方香蒲对铅的富集作用
Table 2 Accumulation of Pb in different parts of T.orientalis Presl grown
on modified Hoagland’s medium containing 0~1 000 mg/kg Pb(NO3)2
铅质量浓度
/(mg·kg-1)
叶铅质量
分数
/(mg·kg-1)
根铅质量
分数
/(mg·kg-1)
地下茎铅
质量分数
/(mg·kg-1)
地下部分铅
总质量分数
/(mg·kg-1)
转运系数
(F/R)
0 194 193.9 237.6 431.5 0.45
100 7 819 11 080 4 159 15 239 0.51
300 12 413 20 058.5 10 450 30 508.5 0.41
500 9 741 11 760 6 740 15 800 0.53
1 000 4 840 10 678 5 681 16 359 0.30

李永丽等：东方香蒲（Typha orientalis Presl）对铅的富集特征及其 EDTA效应分析 557
铅的积累可达 15 239 mg/kg，转运系数为 0.51；在
铅质量浓度为 300 mg/L时，地上部分对铅的积累可
达 12 413 mg/kg，地下部分对铅的积累可达 30 508
mg/kg，转运系数为 0.41。而且在这 2 种质量浓度
下，植物生长几乎未受到抑制。在 500 mg/L和 1 000
mg/L的铅质量浓度条件下，东方香蒲各部分铅质量
分数降低，直接原因是植株毒害现象较明显，出现
不同程度的枯死，无法继续对铅的吸收。
野外调查分析结果和溶液培养结果之所以有
很大的差距，可能与铅的可利用性以及植物的生长
条件有关。铅的生物可利用形态主要是复合离子，
在碱性土壤中为 PbOH+和 Pb(CO3)22-；酸性土壤中
为 Pb2+和 PbHCO3+。通过土壤的一些化学反应，可
迁移性铅一般占土壤总铅质量分数的 9%~12%[12]。
矿区生境恶劣，严重影响植株对铅的吸收。在实际
工程应用中可将土壤改良技术与植物修复结合起
来，使其在植物修复中发挥更好的作用。例如，可
以通过施加一些螯合剂（如 EDTA等）来增大铅的
溶解度，从而增大植株的吸收，提高植物修复效率。
2.4 EDTA处理对东方香蒲不同部位Pb质量分数
的影响
研究结果表明，在 300 mg/L铅处理中加入 0.1
mmol·L-1 和 0.5 mmol·L-1 EDTA后，植株对铅的富
集总量分别增加了 91%和 52.3%（图 4）。当 Pb质
量浓度为 300 mg/L时，0.1 mmol·L-1 EDTA 对植株
地上和地下部分铅质量分数影响最显著，分别增加
了 113%和 88.4%；0.5 mmol·L-1 EDTA 使其各自增
加了 24.5%和 55.6%。当铅质量浓度为 500 mg/L时，
加入 0.1 和 0.5 mmol·L-1 EDTA后，植株地上部分
铅质量分数分别增加了 31.7%和 1.2%，但是地下部
分却分别降低了 3.9%和 36%。这表明加入 EDTA
后，植株体内铅的转移系数提高了，特别是在 500
mg/L铅处理中加入 0.5 mmol·L-1 EDTA后，转移系
数增加了 19%（表 3）。但没有预期的效果显著，这
可能与培养时间短有关系。
2.5 EDTA 对东方香蒲耐性的影响
EDTA 的存在对东方香蒲根系的生长状况和植
株生物量没有负面影响。溶液培养期间，在只含有
0.1或 0.5 mmol·L-1 EDTA的处理中，植株根系的生
长状况和对照相似，耐受系数分别为98%和89%（表
4），生物量也具有相同的趋势。在 300 mg/L和 500
mg/LPb 质量浓度条件下，植株生长受到一定程度
的抑制，根系生长缓慢并出现发黄枯萎现象。然而，
加入 EDTA后，中毒症状得到明显的缓解，根系生
长状况良好并长出很多侧根。所得数据表明，加入
0.1 mmol·L-1 EDTA 后，植株的根系耐受系数为
84%，和对照相近。加入 0.5 mmol·L-1 EDTA后，植
株的耐受系数为 66%，植株的鲜质量也得到提高，
当铅质量浓度为 500 mg/L 时，加入 0.1 或 0.5
mmol·L-1 EDTA，收获植株的鲜质量分别是对照的
80%和 68%（数据未列出），远远高于生长在只含有
铅的溶液中的植株。
3 结论
本研究发现东方香蒲是一种新的铅富集型植
物，对铅的耐性和富集能力很强，而且它还具有生
表 3 EDTA 对东方香蒲转运系数的影响
Table 3 Effects of EDTA on translocation factors of T.orientalis Presl
EDTA处理 转运系数
300 mg/L Pb(NO3)2 0.12
300 mg/L Pb(NO3)2 + 0.1 mmol·L-1 EDTA 0.13
300 mg/L Pb(NO3)2 + 0.5 mmol·L-1 EDTA 0.09
500 mg/L Pb(NO3)2 0.25
500 mg/L Pb(NO3)2 + 0.1 mmol·L-1 EDTA 0.34
500 mg/L Pb(NO3)2 + 0.5 mmol·L-1 EDTA 0.44

A.叶
0
5000
10000
15000
20000
25000
300 500
w
(P
b,
D
W
)/
(m
g·
kg
-1
)
0mMEDTA 0.1mMEDTA 0.5mMEDTA


B.地下部分
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
300 500
ρ (Pb)/(mg·L-1)
w
(P
b,
D
W
)/
(m
g·
kg
-1
D
W
)

图 4 EDTA对东方香蒲 A.叶和 B.地下部分（根和地下茎）铅含量的
影响（300和 500 mg/L Pb(NO3)2）
Fig. 4 Effects of different concentrations of EDTA on Pb content
in A. leaves and B. underground parts of T.orientalis Presl

表4 EDTA对500 mg/L Pb(NO3)2条件下东方香蒲的耐受系数的影响
Table 4 Effects of EDTA on Index of tolerance for T.orientalis Presl roots
IT1) /%
0.1 mmol·L-1 EDTA 98.0
0.5 mmol·L-1 EDTA 89.2
500 mg/L Pb(NO3)2 + 0.1 mmol·L-1 EDTA 93.7
500 mg/L Pb(NO3)2 + 0.5 mmol·L-1 EDTA 84.6
500 mg/L Pb(NO3)2 50.9
1）耐受系数（IT）=溶液培养植株根的平均长度/对照植株根的
平均长度×100%

558 生态环境 第 14卷第 4期（2005年 7月）
长快、生物量大、适应能力强、地理分布广等特点，
并能在长年渍水区以及氧气严重不足、养料也比较
缺乏的环境中生长。实际应用于污染修复时可进行
整株收获，从而达到很好的去除效果。因此，东方
香蒲在铅污染土壤、湿地和水体的修复中具有重要
的价值，为探讨铅在植物体中的超积累机理、铅污
染修复的理论和技术实施提供了 1种新的种质资源。
施用 EDTA 不仅增加了东方香蒲对铅的富集
量，而且增加了铅向地上部分的转移效率。在 0.1
mmol·L-1 EDTA 和 300 mg/L Pb(NO3)2条件下，植株
体内的铅质量分数增长最为显著；在 0.5 mmol·L-1
EDTA和 500 mg/LPb(NO3)2条件下，植株体内的铅
的转运系数最大。EDTA（0.1或 0.5 mmol·L-1）的
加入，显著减轻了铅对植株的毒害作用，增大了植
株的生物量。因此，通过合理的施用 EDTA可有效
提高东方香蒲对铅污染环境的修复效率。
在实际应用螯合剂提高植物修复效率时要进
行严格的风险评估，尽可能使产生二次污染的几率
降到最小。螯合剂的诱导效应使得高生物量植物用
于植物修复成为可能，从而解决了大多数超积累植
物因生长缓慢、生物量低，难以进行机械化操作而
限制了在实际生产中应用的缺陷。

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Characteristics of a lead accumulator plant, Typha orientalis Presl

LI Yong-li, LI Xin, LI Shuo, WANG Xian-hai, FAN Ting, LIU Yun-guo*
Department of environmental science and engineering, Hunan University, Changsha 410082, China

Abstract: Accumulation of lead in the different tissues of Typha orientalis Presl, a dominant plant species growing on the Yongzhou
Pb/Zn/Cu mine tailings, Hu’nan Province, has been studied through a series of field investigations and hydroponic culture. The
results of tissue analyses on the plants collected from this high lead environment determined that Typha orientalis Presl had a strong
accumulation of lead. The average lead concentrations in the leaves and roots dry matter were 619 mg/kg and 1 233 mg/kg,
respectively. The hydroponic culture results ulteriorly demonstrated the high-accumulating ability. The maximum Pb concentrations
in the leaves and roots dry matter were 12 413 mg/kg and 30 508 mg/kg, respectively, at 300 mg/L Pb(NO3)2. We also studied the
effects of EDTA on the accumulation of Pb by Typha orientalis Presl. Adding more EDTA in the medium not only increased the
amount of Pb taken up by plants but also speeded up the metal translocation from roots to leaves, as well as lowering Pb
phytotoxicity, which resulted in increased IT value and plant fresh weight.
Key words: lead; accumulation; Typha orientalis Presl; phytoremediation; EDTA