全 文 ：第 16卷 第 1欺
12 9 9年 1月
植物生态学与地植物学学报
T HT P A C A Y OE0 C 1
,
O G IC A E 丁 G E O EO T A N IC A S NI IC A
V o l
.
18
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1
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1 9 9 2
铅锌矿废水中重金属在宽叶香蒲
( T y P ha al it jo ial ) 的积累与分布 ’
叶志鸿* 陈桂珠 蓝崇钮
(中山大学 , 广州 5 2 0 27 5 )
李 柳 川
(韶关凡 口铅锌矿环保监测站 )
摘 要
本文通过对净化塘系统和对照点的水、 土和宽叶香蒲组织的分析结果指出 : 宽叶香蒲具有
较强的忍耐 、 吸收和积累 P b 、 Z n 等重金属的能力 . P b 、 Z n 等重金属在宽叶香蒲体内的积累数
量与分布规律是根> 地下茎> 叶 ;老地下茎> 嫩地下茎 ; P b在叶的 分布是 老叶> 成熟叶> 嫩
叶。 在净化塘系统内 , 各种 重 金属在宽叶香蒲根部积累比例最大的是 P b , 其次是 Z n 、 C 。 、
C d
、
N i
、
M n
。
关键词 宽叶香蒲 ; 铅锌矿废水 ;重金属 ;积累 ;分布
宽叶香蒲 ( T y P舫 al 红了ol `a) 对重金属具有较强的抗性 (忍耐力 ) 〔`。 ’ , 并且这种植物越
来越多地被利用来净化各种废水 。 但是 ,对重金属在这种植物体内的 积累 与分布规律以
及它的抗重金属的机理涉及得很少 。 本文试图通过测定宽叶香蒲体内重金属的含量来了
解重金属在这种植物体内的分布和积累规律 ,为进一步研究和利用宽叶香蒲净化重金属
废水提供有用资料 。
一 、 研究地点的基本情况
凡 口铅锌矿位于广东省韶关市仁化县境内 ,南距韶关市 4 k8 m 。 全矿 区 的 土地面积
为 4 k m Z ,是属于潮湿多雨 的亚热带气候 , 年平均温度为 20 ℃ ,最低温 度为 一 5℃ (1 月 ) ,
最高温度为 40 ℃ (7 月) ,年降雨量为 1 , 4 57 m m , 土壤为红壤 。
宽叶香蒲净化塘系统 (图 1 ) 的面积约 8 7 5 0 m “ , 长为 35 o m ,宽为 25 0 m ,平均深度为
2
.
5m
, 净化塘的容积为 1 50 0 0 m 3 , 每天排进净化塘的选矿废水约为 27 5 0 t/ 天 。 净化塘
系统可分为两部分 ,前一部分为以宽叶香蒲为优势的水生植物净化区 ,后一部分是一个稳
定塘 。 净化塘的土壤 (底质 )为从废水中沉积下来的细矿砂 。
净化塘系统有两个进水口 ( A , B ) ,宽叶香蒲是自然生长和人工扩种在水生植物净化
本文于 1 9 90年 9 月收 到 , 19 1 年 7 月收 到修 改稿 .
. 本文是国家 自然科学基金资助项 目论文之一 , 在王伯荪教授指导下完成 。
, , 现在广东教育学院工作 。
1 期 叶志鸿等 :铅锌矿废水中重金属在宽叶香蒲 ( Ty P加 la f汀 o l` a)的积累与分布 ”
区部分 。 自 1 9 83一 19 89 年 ,宽叶香蒲经 7 年多的自然扩展和人工扩种 , 已扩展和覆盖整
个系统面积的 80 %以上 。 除宽叶香蒲外 ,在香蒲群落的外缘少量分布有芦苇 、 雀稗等 10
多种水生植物 。 铅锌矿废水从进水口处流经水生植物系统后 ,进入稳定塘 ,最后流经两个
出水口 ( A ` , B 4 )排出 (图 z 、 图 2 ) 。
入水口 奋性吴
图 2 净化塘系统纵切面图
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对照点设在西距凡口铅锌矿 40 k m 的无铅 、 锌污染的乐昌县民兴乡境 内 , 对照点四 周
是水田 , 在水 田周围的水沟里生长有宽叶香蒲 ; 土壤为红棕壤 , p H 值为 7 . 8。
一 二 、 材料与方法
取样地点 : 水样品取自两个进水 口和出水 口 ( A , 、 B , 、 A 4 、 B户 , 土壤和 植物样品取自
净化塘内靠近进水 口和出水 口的地方 , 并且在对照点采集了相应的样品 。
取样时间 : 植物 、 土壤 、进水 口和对照点水样品的取样工作主要是在 1 9 8 8年 12 月一
19 9 0 年 3 月之间进行 ;而出水 口处水样品的取样是在 1 9 8 5 年 1 月一 1 9 8 9 年 12 月 进行 ,
每月上 、 中、 下旬各取样和测定一次 ,共 1 80 次。
植物生态学与地植物学学报 1 8卷
样品处理和测定 : 各种样品和测定均参照环境规范“ ]进行 。
水样经快速定量滤纸过滤后 ,用原子吸收分光光度法测定水中 P b 、 Z n 、 C d 、 C u 、 F e 等
重金属含量 。
土样经自然风干 ,磨碎 , 过 10 目尼龙筛 , 高温高压消解法消化 ;用原子吸收分光光度
法测土样中 P b 、 Z n 、 C d 、 C u 、 F e 、 K 、 N a 、 M n 、 A s 、 N i 等重金属含量 。
植物样经 70 ℃ 烘 48 小时后 ,剪碎 ,过 60 目尼龙筛 , 湿法消解法消化 , 用原子吸收分
光光度法测样品中 P b 、 Z n 、 C d 、 C u 、 M n 、 N i 等重金属含量 。
水样 pH 值 (酸度计 ) ;全氮: 微量凯氏定氮法 ;全磷 : N a O H 碱熔 ,铝锑抗比色法 。重
复三次 。
数据分析方法 : 本文的 T 一测验和显著水平计算是依据文献 [ 2 ]。
三 、 结果与分析
( 一 ) 植物生长环境中重金属的分布
1
. 水体中的重金属
测定结果表明 (表 1 ) ,在进入水生植物净化塘系统前 ,未处理过的选矿废水含有较高
的 P b ( 1 . 6 z m g / L , 工业排放标准是 1 . o m g / L ” ) 和 Z n ( 1 . 9 6m g / L ) ,除 C u 外 , 其他金属元素
都不同程度高于对照点 。 经净化塘 后 ,废水中的重金属含量有了明显变化 , 其中 P b 、 Z n 、
C d 有了显著的下降 (前两者 尸 < .0 0 1 ,后者 尸 < .0 0 5) ,其他元素也有不同程度的下降。
2
. 土壤 (底质 ) 中的重金属
净化塘的底质是选矿废水的沉积物 (细矿砂 ) , 它含有非常高的重金属含量 (表 2 ) , 其
P b
、
Z n
、
C d
、
C u
、
N a
、
A s 和 F e 含量都显著高于对照点 , P b 高于对照点的 5 5一 6 6倍 , Z n :
19 一 20 倍 , C u : 4 一 5 倍 。 出水 口处的底质 ,除了 C d 、 N a 和 A : 有显著减少外 , 其他金属
比进水 口处的底质变化不大 。
( 二 ) 植物体内重金属的含量及 其积累分布规律
1
. 宽叶香蒲体内不同器官重金属含量
宽叶香蒲不 同器官 (根 、 地下茎 、叶 ) 重金属含量的测定结果表明了 (表 3 ) : ( 1 )宽叶
香蒲具有较强的吸收和富集重金属的能力 ;重金属进入植物体后 ,可在植物体内不同器官
积累 ,同种植物的不同器官对重金属积累不同 。 重金属在宽叶香蒲体内的积 累和 分布规
律是根> 地下茎 > 叶 。 ( 2) 生长在净化塘污染环境中的宽叶香蒲的根 、地下茎 、叶的 P b 、
Z n
、
C u 含量都比对照点显著地升高 (P < 0 . 0 5 或 P < 0 . 0 1 ) 。 从整株植物含 P b 、 Z n 、 C u 的
总量来看 ,分别是对照植物的 10 .9 倍 , .6 0 倍和 .3 2 倍 。 ( 3 )在污染环境 中生长的宽叶香
蒲 , 更大比例的 P b 和 Z n 是积累和富集在根部。 P b 在对照点植物的根 、 地下茎 、 叶的积
累比例是 6 . 0 :2 . 6 : 1 ,而净化塘内的植物为 n . 1 :3 . 6: 1 , Z n 对照 的是 3 . 2 : 1 . 8 : 1 , 而净化塘
的为 .6 1 : .2 9 : 1。 ( 4 )在净化塘系统内 , 各种重金属在宽叶香蒲根部积累 比例最大的是
1) 广东省环境保 护局 , 19 8 2 : 环境保护简明手册。
1 期 叶志鸿等 :铅锌矿废水中重金属在宽叶香蒲 (Ty P h。 lo f` fo lia) 的积累与分布 忧
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70 植物生态学与地植物学学报 16卷
P b
,其次是 Z n 、 C : : 、 C d 、 N i 、 M n 。
许多研究〔 ’ , ” , 7 , “ ] 都一致认为植物根部所吸收的 P b 、 Z n 等重金属主要是积 累 于 根系
中 。 它们在植物体内的分布规律是根 > 茎 > 叶 。 并认为 〔3 , 。 ’ P b 在根的积累部位主要是根
的表面 ,并以微晶体形式积累于细胞壁上 。
本研究的结果与上述结果是相一致的 , 并表明了在重金属污染环境中生长的植物更
大比例的重金属是积累和富集于根部和地下部分 。
重金属主要积累于植物根部 ,原因可能比较复杂 , 到现在还未完全弄清 。 一些学者认
为这起码与下列因素有关 : 1 . 植物忍耐重金属的机理 ; 2 . 元素的活 动 性 [ ’ , ` 1 , 3 . 根部细
胞壁的结构和成分 , 4 . 根内部的形态结构 ,如内皮层的凯氏带 [。 ] 。
表 3
T
a
b l
e 3
复合净化塘和对照点宽叶香蒲各器官重金属元素的含 t
eH
a v y m et a l
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植物器官 序号 地 点 P b Z n C d C u M n N i T 一侧脸
P l
a n t o r g a n O r d e r 5 it e T
一
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根 1 净化塘 1 10 8 . 2 9 9 4 5。 8 3 1。 4 9 3 2 9 。 3 8 17 8 。 3 1 9 。 4 8 1 一 2
R o o t P o n d 士 6 9 3 . 2 9 士 3 6 1。 96 土 0。 25 0 士 3 。 7 3 土 5 0 。 0 1 士 1。 2 1
* 朴 苦 * * 朴 * *
2 对照点 9 0。 1 0 1 3 8。 7 5 1。 3 33 10 。 3 0 5 3 1。 14 8 。 9 3
C
o n t r o l 士 5 。 3 4 士 4 4。 86 士 0 。 6 5 6 士 1。 4 5 士 6 1。 5 0 士 0。 6 7
地下茎 8 净化塘 3 5 3。 5 9 4 55 。 7 4 1。 5 5 4 17 。 3 8 13 7 。 5 8 6。 5 5 8 一 4
Rh i
z o m a P
o n d 士 18 2。 2 8 士 1 7 4。 54 士 1。 6 00 士 6 。 5 3 士 19 。 4 4 士 0 。 9 2
* * 铃 份 一 公 签 朴 朴
4 又寸照点 3 8 。 5 2 7 8。 1 9 0 。 8 0 6 4 。 7 9 3 3 5 。 2 2 5 。 5 9
C
o n t r o l 士 1 4 。 1 1 士 2 2。 5 0 士 0。 5 12 士 0 。 2 2 土 3 5 。 13 士 0 。 0 3
叶 5 净化墉 9 9 。 4 3 1 5 4。 9 0 0 。 6 2 0 9 。 10 5 8 5 。 6 2 5 。 5 9 6 一 6
L
e a
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o n d 士 5 3 。 17 士 7 7。 2 8 士 0 。 2 3 4 士 3 。 7 7 士 1 3 6。 76 士 0 。 5 2
份 * 肠 . . 苦
6 对照点 15 。 0 0 4 3。 4 1 0 。 55 1 3 。 2 4 6 6 4。 2 1 6 。 5 2
C
o n t r o l 土 7 。 2 2 士 7 。 9 9 士 0。 3 18 士 0 。 2 6 士 4 8。 4 1 士 0 。 8 5
根 、 茎 、 叶总量 7 净化塘 15 6 1 。 3 奋 15 5 6 。 47 3 。 66 7 5 5 。 8 6 9 0 1。 5 1 2 1。 6 2
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o u n t o f P o n d
r o o t
。
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m a a n d 8 对照点 14 3。 6 2 2 6 0。 35 2 。 6 9 0 17 。 4 9 15 3 0。 57 2 1。 0 4
L
e a f C o nt r o l
显著水平 L ev e l o f s i g n i f i e a n e e : * P < 0 . 0 5 , * * P ( 0 . 0 1 , 月 二 7
2
. 宽叶香蒲不同龄级地下茎重金属含量
净化塘宽叶香蒲不同龄级地下茎重金属含量的测定结果显示了 (表 4 ) : 老地下茎的
P b
、
Z n 含量非常显著地 比嫩地下茎增加 (P < 0 . 0 1 ) 。 Bl a k e 等人 ( 1 9 8 7 ) 利用 压 S Z n 研究 T
Z n 在宽叶香蒲 ( T . la it fo h a) 的分布与积累 ,其结果也表明老地下茎含 Z n 量 > 嫩地下茎
含 Z n 量 [吕1。
补宽叶香蒲不同龄级叶片重金属含量
1期 叶志鸿等: 铅锌矿废水中重金属在宽叶香蒲 (T 少P 加 l t a汀 oI` a)的积累与分布 ”
净化塘和对照点宽叶香蒲不同龄级叶片重金属含量的测定结果显示了 (表 4 ): 不论
是污染点还是对照点 , P b在叶片的积累 、分配是老叶 > 成熟叶> 嫩叶 , 尤其是污染点的更
为明显 ,老叶的含 P b 量是嫩叶的 2 .了倍 ; Z n 在叶片中的积累 、 分配随环境变化有所不同 ,
在污染点 , 是老叶> 嫩叶> 成熟叶 ;而对照点则是嫩叶 > 成熟叶> 老叶 , 不同环境中 , C 。
在叶片的积累都是嫩叶 > 老叶 。 不同龄级叶片 N a 、 M n 、 iN 的含量也有不同程度的差异 ,
并且这种差异在污染点和对照点的植物叶片之间是有所不同 。
不同金属元素在老 、嫩地下茎和不同龄级叶片中的积累 、分配规律的差异可能与各元
素的功能 、 元素的迁移转化能力 ,该元素在土壤中的含量 、 相关元素在 土壤中的含量以及
该植物的生物学特性等因素有关 。
表 4 净化塘系统和对照点宽叶香蒲不同龄级叶片及净化塘系统宽叶香蒲老 、
嫩地下茎重金属含最 日期 : 1 9 8 9 . 9
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序号 地 点 样 品 P b Z n C u M n N i N a T 一测 验
Or d e r ist
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一
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(” 二 5 )
1 净 老 叶 5 6 。 0 3 12 8 。 7 0 6 。 3 0 6 7 2 。 4 5 7 。 3 8 4 3 1 。 4 5 1一 2
化 E ld e r l e a f 士 10 。 2 9 士 3 9 。 9 4 士 0 。 7 4 士 2 2 1 。 2 6 士 0 。 8 1 上 2 3 。 9 7
塘 釜 等 朴 赞
P o n d
2 成 熟 叶 4 1 。 6 5 7 8 。 6 9 6 。 19 1 5 8 4 。 3 6 6 。 9 7 6 0 1 。 2 4 2 一 3
M a t u r e le a f 士 15 。 7 9 士 6 。 7 8 士 0 。 3 0 士 2 2 9 。 0 6 士 0 。 9星 士 3 7 。 9 2
价 * 苦 苦 若 书 爷 铸
3 嫩 叶 20 。 8 4 8 4 。 6 7 8 。 3 8 4 7 8 。 7 6 5 。 4 2 4 5 2 。 9 8 1 一 3
Y o u n g l e a f 土 5 。 3 8 士 3 。 4 2 士 0 。 9 1 士 3 9 . 6 6 士 0 。 3 1 士 3 0 。 4 6
势 份 苦 爷 苦 福卜
4 对 老 叶 1 6 。 66 42 。 0 8 2 。 7 0 1 7选3 。 1 6 7 。 6 2 3 13 。 9 0 4 一 5
照 E l d e r l e a f 士 0 。 04 士 5 。 8 1 士 0 。 3 8 士 1 11 。 6 7 士 0 。 6 8 士 3 8 。 6 6
5 点 补 谷 釜 5 一 6
C o n t r o l
成 熟 叶 1 3 。 8 9 5 0 . 4 4 3 . 0 9 1 55 1 。 9弓 6 。 7 5 3 3 8 。 7 9
6 M a t u r e l e a f 土 5 。 16 士 16 。 6 0 士 0 。 3 2 土 2 9 1 。 25 士 0 。 3 2 士 3 2 。 7工
公 芳 劳
嫩 叶 一 1 1。 1 0 5 2 。 6 6 3 。 4 7 吐C理. 3 0 5 。 1 9 3 0 8 。 3 7 4 一 6
Y o u n g l e a f 士 1。 9 6 土 4 。 0 0 士 0 。 5 5 士 9 4 . 4 9 士 0 。 8 2 士 4垃。 8 4
苦 芳 任 釜 :卜 苦 各 备
7 净 老地下茎 3 6 1。 9 6 5 90 。 6 6 2 1 。 5 7 13 3 。 2 6 7 一 8
化 E l d e r r h i : o m a 士 2 9 。 8 6 士 2 8 。 8 1 士 4 。 38 士 2 6 . 2 1
8 塘 ` 份 肠 升 餐
P o
n
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嫩地 下茎 18 9 。 3 8 4 0 1。 6 9 2 1。 4 4 12 5 。 5 3
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u n g 士 2 6 。 2 0 士 3 0 。 15 士 1 。 3 7 士 2 1 。 3 2
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晶著水平 L e , e l o f : ig n i f i e a n e e : * 户 ( 0 . 0 5 , * * 户< 0 . 0 1
份 植物生悉学与地植物学学报 1店卷
( 三 )宽叶香蒲体内 ( 全株 )各种重金属元素相关性的分析
我们对净化塘和对照点宽叶香蒲体内 Pb 、 Z n、 d C、 C u、 Mn、 N6 i种 金属 元素进行了
相关系数矩阵分析 , 分析结果表明 : ( 1 ) 无论是对照点还 是 净化塘的植物体 内 , P b 与
Z n
、
C u
、
N s
、
Z n 与 C u 、 N i 都有显著相关关系 ; ( 2 ) 对照点植物体内 , P b 与 C d 是成显著相
关 (P < .0 0 1) ,而净化塘的则无显著相关性 ; ( 3 )从总体来讲 , 生长在对照点或净化塘不同
环境中宽叶香蒲体内的这 6 种元素间的相关系数发生了不同程度的变化 , 但变化不大 。这
可能提示了宽叶香蒲是按一定的比例从生境中吸取各种元素的 , 在新的环境下 ,植物体内
各种元素形成一个新的动态平衡 , 以防止对某一种元素吸收过多而引起的毒害。 因为植物
为了正常地生长发育 ,不仅需要足够的营养元素 , 而且还需要适当的比例 。 浓度不合适的
营养元素会成为植物的限制因子 〔“ ]。
参 考 文 献
〔 1 〕
〔 2 〕
C S 〕
〔 4 〕
[ 5 〕
〔 6 」
〔 7 〕
【8 〕
性“ 三
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1期 叶志鸿等 : 铅锌矿废水中重金属在宽叶香蒲 ( T y Pah lat 汀lo `a) 的积累与分布 拍
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中国科学院植被数量生态学开放研究实验室 、 国际科学
及高技术中心 ( I C S ) 联合举办
植被气候相互作用模拟讲习班
由国际科学及高技术中心下属的国际地球环境及海洋研究所和中国科学院植物研究所植 被数量
生态学开放研究实验室等国际科研机构共同发起的 “ 植被气候相互作用动态模拟” 研究项目最近在北
京开展了它的第一项工作人员培训计划— 植被气候相互作用模拟讲习班 。中国的地理位置和辽阔的领土使得它在植被气候关系研究中占有举足轻重的地位 。 举办 本 届植
被气候相互作用模拟讲习班的目的在于为这项全球性的研究培训地面观测 、 数据分析和动态建模工 作
人员。
该讲习班于 1 99 1年 10 月 4 日至 14 日在中国科学院植物研究所内开办 。 国际知名数量生态学家
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O r l o e i 教授 (加拿大 ) , E . F e o l i 教授 (意大利 ) , O . W i l d i 教授 (瑞士 ) 、 D . G o o d a l l 教授 (澳大利
亚 ) 、 N . K e n ke l 教授 (加拿大 ) 、 J . P od a in’ 博士 (匈牙利 )应邀来华讲课 。 中国科学院植物研究所所长 、
中国科学院植被数量生态学开放实验室主任张新时教授应邀为讲习班作了生动的 、精辟的报告。 为讲
习班执教的还有中国科学院植被数量生态学开放实验室副主任高琼副教授和植被数量生态学开放实
验室的孙成永同志 .
参加讲习班的有来自中国科学院植物研究所 、 中国科学院自然资源综合考查委员会 、 东北林业大
学 、 辽宁大学 、 杭州大学 、云南大学等单位的三十余位青年研究人员 。
此次讲习班涉及内容极为广泛 ,且大多是近年来国际数量生态研究的最新成果 。 因此讲习班的开
办不仅是为国际全球变化研究训练了人员 ,而且对我国植被数量生态学的研究也是极大的促进 。
(中国科学院植物研究所 高琼)