全 文 ：芦竹对不同重金属耐性的研究 3
韩志萍1 3 3 　胡正海2
(1 湖州师范学院 ,湖州 313000 ;2 西北大学生命科学学院 ,西安 710069)
【摘要】　研究芦竹 ( A rundo donax)在不同重金属污染湿地中的耐毒性能 ,测定了不同生长时段芦竹的生
物性状和叶绿素含量 ,以及土壤中重金属含量的变化. 结果表明 ,芦竹分别在浓度为 100 mg·kg - 1左右的
Cu2 + 、Pb2 + 、Cd2 + 、Zn2 + 、Ni2 + 、Hg2 + 和 50 mg·kg - 1以下的 Cr6 + 污染环境中能正常成活 ,在 40 d 的生长期
内 ,植物体内叶绿素有不同程度降低 ,下降比率在 20 %～56 % ,植物出现叶片软化 ,叶尖枯黄等症状 ,但植
株仍呈现增长趋势. 与对照植物相比较 ,在重金属胁迫下 ,植株细长 ,茎、叶呈黄绿色 ,除 Cr6 + 、Hg2 + 外 ,植
物高度基本不受重金属胁迫的影响. 芦竹在高浓度 (100 mg·kg - 1) Cr6 + 污染环境中耐性较弱 ,表现出生长
缓慢 ,部分地下茎腐烂 ,叶片短时间内出现枯萎等症状. 结果还表明 ,土壤中重金属浓度随植物生长期增长
而降低 ,除被植物吸收 ,植物挥发外 ,还存在着重金属向根际圈环境迁移的趋势 ,根周边湿土中重金属含
量 ,明显高于试验缸外围湿土中重金属含量. 可以认为 ,芦竹具有生物量大 ,根系发达 ,适应性强等特点 ,对
修复湿地重金属污染蕴藏着巨大潜力 ,研究芦竹在植物修复技术中的应用 ,具有一定的现实意义.
关键词 　芦竹 　重金属污染 　植物修复 　耐性
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 01 - 0161 - 05 　中图分类号 　17115 　文献标识码 　A
Tolerance of Arundo donax to heavy metals. HAN Zhiping1 ,HU Zhenghai2 (1 Huz hou Teachers College , Huz hou
313000 , China ; 2 College of L if e Science , Northwest U niversity , Xi’an 710069 , China) . 2Chin. J . A ppl .
Ecol . ,2005 ,16 (1) :161～165.
This paper studied the tolerance of A rundo donax grown in a simulated heavy metals polluted wetland ,and de2
termined the biological characters and chlorophyll contents of the plant at its different growth stages as well as
the changes of soil heavy metals contents. The results showed that A rundo donax could survive in the wetland
when the concentrations of Cu2 + ,Pb2 + ,Cd2 + ,Zn2 + ,Ni2 + and Hg2 + were 100 mg·kg21 and Cr6 + concentration
was 50 mg·kg21 . During 40 days growth period ,the chlorophyll content decreased by 20 %～56 % and the leaf
became soft with its tip withered ,but the plant still grew. Compared with control , A rundo donax in the polluted
wetland was slight and yellow2green ,but the impact on plant height was inconspicuous. A rundo donax treated
with 100 mg·kg21 Cr6 + grew slowly with its root stock rotted ,and its leaves withered in a short time ,indicating
that the plant could not tolerate the pollution of high concentration Cr6 + . The concentrations of soil heavy metals
declined with the growth of the plant ,probably due to the translocation of heavy metals from peripheral soil to
rhizosphere and the phytoextraction and phytovolatilization , because the heavy metals contents in rhizosphere
were much higher than those in the bulk soil in the test jar. The characters of large biomass ,exuberant root and
good adaptability of A rundo donax suggested its great potential in remediation of polluted soils. The study on the
application of A rundo donax to phytoremediation is of realistic significance.
Key words 　A rundo donax , Heavy metal pollution , Phytoremediation , Tolerance.3 浙江省自然科学基金项目 (402031)和浙江省教育厅科技资助项目
(20010139) .3 3 通讯联系人.
2004 - 03 - 03 收稿 ,2004 - 09 - 21 接受.
1 　引 　　言
利用植物修复技术修复重金属污染水环境或土
壤环境[3 ]已成为一个热点领域. 我国研究较早的是
利用水生高等植物净化重金属污染水体[12 ,27 ] . 近年
来 ,植物修复技术研究较为活跃. 在野外矿床分布调
查的基础上 ,我国境内发现了能富集 Cu[10 ,19 ,20 ] 、
Mn[27 ] 、Cd[18 ] 、Pb[6 ] 、Zn 等重金属和有毒非金属
As[5 ,24 ]的超积累植物 ,并对其耐性和超积累特性进
行了详细研究[1 ,4 ,9 ,14 ] . 同时 ,人们对一些具有特殊
生物性能但还达不到“超积累植物标准”[2 ]的耐性
植物也产生了极大兴趣[13 ,16 ,17 ,21 ,26 ] . 本文以芦竹
( A rundo donax )为实体 ,研究它在 7 种不同重金属
污染湿地中的耐毒性能 ,旨在探索芦竹在重金属胁
迫下 ,发生中毒的临界浓度 ,开发芦竹在湿地修复中
的应用潜力. 芦竹属禾本科多年生常绿植物 ,丛生 ,
一年内多次发笋 ,具有粗而多节的根状茎 ,杆粗壮 ,
高可达 2～6 m. 它既像芦苇又似竹 ,既耐寒耐热 ,又
耐涝耐旱 ,在贫瘠土壤里或在受污染的湿地中 ,照样
应 用 生 态 学 报 　2005 年 1 月 　第 16 卷 　第 1 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Jan. 2005 ,16 (1)∶161～165
生根发芽 ,长成高大植株 ,这种适应力在其他植物中
很少见. 芦竹属浅根 ,蔓延性强 ,且盘根错节 ,在海
塘、江堤、湖滩、沙荒上种植 ,还能起到固土护堤作
用. 与生态型芦苇相比 ,芦竹具有更大的生物量和更
良好的适应性. 开展芦竹的植物修复研究 ,至今还未
见报道. 该研究项目对保护和修复湿地具有重要意
义.
2 　材料与方法
211 　试验材料采集和培养
受试芦竹取自于湖州市环渚乡河滩边野生芦竹 . 冬季先
将野生芦竹地下茎埋于直径 40 cm ,高约 40 cm 的试验用瓷
缸中 ,缸底层填上 3～5 mm 直径碎石 ,上面铺 10 kg 取自于
河边的泥土 ,加入 5 kg 自来水 ,一般浸没泥土 1 cm 左右 ,放
置于采光良好 ,不被雨淋 ,每天光照大于 8 h 的棚内. 为使试
验有可参比性 ,每瓷缸中的地下茎净重量修剪到 015 kg 左
右 ,每块地下茎上留 3～4 个嫩芽 ,长至湿土表面 3～4 cm 株
高时 ,每盆留 3 株 ,第二年春季来临后 ,对各试验瓷缸进行污
染模拟.
212 　人工污染湿地模拟
为了比较和摸索芦竹对同一浓度不同有毒金属离子的抗
毒性 ,将重金属污染统一在同一浓度 ,并参照文献报道的超富
集植物的富集量数据[22 ,23 ] (一般都大于 100 mg·kg - 1) ,将浓
度控制在 100 mg·kg - 1 (相对泥和水混匀后湿土重量)左右.又
考虑到 Cr6 + 的毒性较大 ,同时平行了两种浓度 (即 100 mg·
kg - 1和 20、50 mg·kg - 1)的试验瓷缸. 在 9 个试验缸内加入由
分析纯试剂 HgCl2 、Cd (NO3) 2 、CuSO4 、K2Cr2O7 、NiSO4 、ZnSO4 、
Pb(NO3) 2 配制成的溶液 ,并与湿土混匀 ,同时施加 100 mg·
kg - 1的钾 ( KNO3) 、磷、氮[ (NH4) 2 HPO4 ]肥料 ,pH 515～610 ,以
不加金属离子的原湿土作为对照试验缸 (CK) ,2002 年和 2003
年试验数据分别以 A、B 表示 ,重金属有 Cr6 + (1) (高浓度) 、
Cr6 + (2) (低浓度) 、Cu2 + 、Pb2 + 、Hg2 + 、Cd2 + 、Zn2 + 、Ni2 + . 试验期
间每天补充水分 ,保持水分覆盖土层 1～2 cm ,各试验缸的模
拟情况见表 1.
表 1 　试验缸的模拟情况
Table 1 Simulated cases in test jar
项目 Item Cr6 + (1) Cr6 + (2) Cu2 + Pb2 + Hg2 + Cd2 + Zn2 + Ni2 + CK
初始浓度 A 10110 5510 11010 9618 10510 9510 10110 10210
Initial concentration (mg·kg - 1) B 10610 2014 11510 8710 9510 10110 10310 11010
对照 CK A 816 816 1016 810 414 415 1614 512
B 1018 1018 1412 1016 618 815 2115 817
地下茎重量 A 0148 0156 015 0152 0158 0152 015 0154 015
Root stock weight (kg) B 0145 0153 0155 0142 014 0156 0143 015 014
注 :Cr6 + (1) 、Cr6 + (2)是不同浓度的同一物质 Cr6 + (1)and Cr6 + (2)are same material of different concentration. A :2002 年数据 Data in 2002 ;B :2003 年
数据 Data in 2003. 下同 The same below.
213 　方法及检测手段
芦竹生长情况以观察记录芦竹茎、根、叶生长数据为主 ,
每隔 2 d 观察记录一次 ,异常现象用摄像记录. 泥土内残留
的重金属离子含量检测方法 [8 ]如下 :梅花形布点法采样 ,一
次采集缸内 7 个样点 ,混匀后取少量消解 ,待测. 采用沪产
721 型分光光度计分析测定 Cu2 + 、Ni2 + 、Cr6 + 含量 ;用日立
Z5000 型原子吸收分光光度计 (石墨法) 分析 Cd2 + 、Pb2 + 、
Zn2 + 含量 ;用国产万拓 AFS230A 原子吸收荧光分光光度计
分析 Hg2 + 含量. 植物叶绿素测定采用分光光度法 ,分别在
663、646 和 470 nm 下测定叶绿素 a、叶绿素 b 和类胡萝卜素
含量.
3 　结果与讨论
311 　重金属污染对植物营养器官的毒害
由表 2 和表 3 可见 ,重金属胁迫下植物营养器
官有不同程度受损 ,但除高浓度 ( 100 mg·kg - 1 )
Cr6 +使芦竹致死外 ,其他 6 种污染环境都能成活. 表
2 中 A、B 分别为 2002 和 2003 年实验数据 ,各数据
样本数 n = 3 ,SD = 011～115 ,从两年植物器官增量
数据分析 P > 0105 ,差异不显著. 与对照植物相比 ,
芦竹受重金属胁迫后 ,植株普遍较细 ,茎和叶颜色变
浅 ,但株高基本不受重金属胁迫的影响 ,并有新芽抽
出长成新叶. 从芦竹出现的生理性状分析 ,芦竹能忍
耐重金属胁迫而成活 ,可能与植物对重金属的木质
部运输有关[15 ] . 芦竹杆直立 ,杆壁厚而硬 ,多节空
心 ,植株不断增高 ,使重金属向地上部运输 ,以减轻
对根部的毒害.
312 　强毒性重金属污染对芦竹生长的影响
强毒性重金属 Cr6 + 和 Hg2 + ,试验数据表明 ,高
浓度 (100 mg·kg - 1) Cr6 + 污染环境下 ,芦竹 1 周左
右开始中毒 ,半个月亚致死 ,24 d 完全死亡. Cr6 + 浓
度降至 50 mg·kg - 1以下时 ,芦竹能成活 ,但生长缓
慢.在 Hg2 + 污染环境中 ,芦竹也出现较严重中毒现
象 ,但最终没有完全死亡 ,一个月后植株仍在增高 ,
但杆细长瘦弱 ,部分根系受损. 由于芦竹具有地下茎
节短而粗 ,根系庞大 ,再生力强等特点 ,只要地下茎
没有完全腐烂 ,就有萌发的可能. 发达的根系和根际
圈内菌根菌及根分泌物的各种作用[25 ,28 ] ,有可能是
维持芦竹耐受重金属毒害而成活的一个因素. 比较
芦竹对两种重金属的耐性 Hg2 + > Cr6 + .
313 　中低毒性重金属污染对芦竹生长的影响
261 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
中低毒性重金属指 Cu2 + 、Ni2 + 、Cd2 + 、Pb2 + 、
Zn2 + ,结果表明 ,芦竹在上述 5 种重金属污染中都
表现出不同程度的中毒现象 ,影响较重的是 Cu2 + 、
Ni2 +污染 ,与对照植物相比 ,生物量增长较少. 影响
相对较小的是 Zn2 + 、Cd2 + 、Pb2 + ,尤其是 Zn2 + 和
Cd2 + ,除杆略细长外 ,其他性状几乎与对照植物相
一致 ,中毒症状不很明显. 从中毒现象和生物性状综
合分析 ,芦竹对 5 种中低毒性重金属离子的耐性强
弱顺序是 :Zn2 + > Cd2 + > Pb2 + > Ni2 + > Cu2 + .
314 　重金属胁迫对芦竹叶绿素含量的影响
芦竹在各重金属污染湿地中 ,其叶绿素总含量
(叶绿素 a + 叶绿素 b) 与对照植物相比 ,都有下降
趋势 (表 4 , n = 3 , S D = 0105～011 , P > 0105 ;数据与
CK相比 ,0105 > P > 0101 ,差异显著) ,表现症状为
叶尖枯黄 ,叶片软化 ,地上部茎出现不同程度泛黄 ,
呈黄绿色 ,但是除高浓度 Cr6 + 污染下芦竹不能成
活 ,其他重金属胁迫下都能顽强成活下来. 按常规植
物受重金属毒害后 ,植物叶绿素含量都会有下降趋
势[26 ] ,其原因是重金属进入植物体内抑制了酶的活
性 ,阻碍叶绿素的合成 ,但不能完全由此说明受害植
物对重金属的耐性强弱 ,植物对重金属的耐性可能
还与植物能否启动各种防御机制和解毒功能 ,以及
植物体内植物络合素、金属硫蛋白、植物螯合肽等与
各重金属能否相互作用等因素有关[7 ,11 ] . 由此分
析 ,叶绿素下降对芦竹来说不一定是致死的唯一因
素.
315 　芦竹对湿地重金属去除效果的影响
芦竹对湿地重金属的去除效果以测定芦竹不同
生长时段内湿土 (泥水混合物)中重金属浓度的变化
(表 5 , n = 3 , S D = 011～015 , P > 0105) ,试验缸内重
金属离子浓度随芦竹生长而降低 ,实验前 3 d ,芦竹
对重金属的吸收速度普遍较慢 ,芦竹处于一个逐渐
适应的阶段 ,在实验进行 6～15 d 时 ,去除速度逐渐
增大 ,随之又开始减小. 其中一部分是被植物萃取、
挥发和固定的结果 (数据待发表) ,但也有重金属向
根际圈迁移的因素. 为此 ,我们又测定了植物根周边
湿土中重金属浓度和试验缸外围 (缸边 5 cm) 金属
离子浓度 ,结果发现 ,根周边湿土中金属浓度明显高
于缸外围浓度. 根际圈内菌根菌及根分泌物是否对
重金属向根际圈迁移有影响 ,有待于进一步研究.
表 2 　植物在不同重金属污染下的生长情况
Table 2 Growing situation of plant in different conditions polluted by heavy metals
受试时间
Trial time (d)
器官增长量
Organ growth
Cr6 + (1) Cr6 + (2) Cu2 + Pb2 + Hg2 + Cd2 + Zn2 + Ni2 + CK
1 株高 (cm) A 3010 2610 2011 2210 3415 2814 2910 3010 2414
Stem height B 2210 2410 1510 1910 3710 3110 1915 2510 1415
茎粗 (cm) A 619 610 610 612 617 616 619 710 710
Stem thickness B 614 611 619 614 616 814 619 616 613
叶片数 A 4 4 3 4 5 5 4 4 4
Leaflet number B 5 6 3 3 6 4 3 4 3
12 株高 (cm) A 3310 3110 2512 3011 4010 3710 3715 4010 3411
Stem height B 2316 3310 1915 2615 4410 4010 2610 3515 2210
茎粗 (cm) A 619 614 618 710 714 714 718 712 810
Stem thickness B 618 616 715 711 715 912 715 713 713
叶片数 A 6 5 6 8 6 8 7 8 8
Leaflet number B 7 6 6 7 8 8 6 7 6
24 株高 (cm) A 3310 3211 4214 5513 6411 7216 6410 5615 5712
Stem height B 2314 3810 3515 5115 6610 7510 5210 5110 4310
茎粗 (cm) A 618 615 710 715 715 810 812 718 910
Stem thickness B 616 710 719 716 716 915 810 716 718
叶片数 A 6 6 7 10 8 10 11 10 11
Leaflet number B 5 7 8 9 9 11 10 8 8
42 株高 (cm) A 3215 3912 5810 7311 7713 8514 8413 7214 7415
Stem height B 2216 4015 4910 6910 7810 8910 7410 6610 6610
茎粗 (cm) A 615 616 713 717 716 812 815 811 916
Stem thickness B 614 711 811 718 716 916 812 718 812
叶片数 A 2 7 9 11 9 11 13 11 13
Leaflet number B 0 8 8 10 9 12 11 8 10
增量 株高 (cm) A 1312 2719 5111 4218 5710 5513 4214 5011
Increment Stem height B 致 1615 3410 5010 4110 5715 5415 4015 5115
茎粗 (cm) A 死 016 113 115 111 116 116 111 216
Stem thickness B Death 110 112 114 110 112 113 112 119
叶片数 A 3 6 7 4 6 7 7 9
Leaflet number B 2 5 7 3 8 8 4 7
3611 期 　　　　　　　　　　　　　　　韩志萍等 :芦竹对不同重金属耐性的研究 　　　　　　　　　　　
表 3 　在不同重金属污染湿地中的植物受害症状
Table 3 Symptoms of plant poisoned by heavy metals in different wetland
受试时间
Trial time
Cr6 + (1) Cr6 + (2) Cu2 + Pb2 + Hg2 + Cd2 + Zn2 + Ni2 + CK
6 叶尖泛黄 叶尖微黄 叶片微泛黄 叶尖泛黄 叶片泛黄 正常 正常 正常 正常
Leaf tips Leaf tips Leaves get Leaf tips Leaves Normal Normal Normal Normal
get to lightly to yellow get to get to
yellow yellowing slightly yellow yellow
12 叶片软化 叶片泛黄 叶片泛黄 叶片微泛黄 叶片泛黄 叶片软化 叶片 叶片 正常
茎下半部 Leaves Leaves 茎有新芽 Leaves Leaves 微泛黄 微泛黄 Normal
萎缩 get to get to Leaves get get to softened Leaves Leaves
Leaves yellow yellow to yellow yellow get to get to
softened , slightly , light yellow
lower stem new buds yellow slightly
withered appear
18 根部出现 根变黑但 老叶开始 老叶开始 老叶枯萎 茎微泛黄 叶片泛黄 叶片泛黄 正常
腐烂 仍长新根 枯黄 枯黄 茎微泛黄 The stem 茎有新芽 茎有新芽 新叶长出
The root The root Old leaves Old leaves Old leaves get to Leaves Leaves Normal ,
get to rot blackened , begin begin withered , yellow get to get to new leaves
but new to wither to wither the stem slightly yellow , yellow , appear
roots get to new buds new buds
appear yellow appear appear
slightly
24 茎枯萎 茎有新芽 新叶片 老叶枯黄 部分根 老叶枯黄 情况同上 情况同上 正常
生长停止 叶片泛黄 开始失绿 新叶软化 腐烂 茎有新芽 Ditto Ditto Normal
The stem Leaves The green Old leaves Partial Old leaves
withered get to color of withered , roots wither ,
and stop yellow , new leaves new leaves rotted new buds
growing new buds begin softened appear
appear to fade
30 死亡 茎、叶 叶尖枯黄 叶片软化 茎发黄 叶尖枯黄 情况同上 情况同上 正常
Died 出现失绿 叶片软化 茎有新芽 老叶枯萎 新芽长大 Ditto Ditto Normal
The green Leaf tips Leaves The stem Leaf tips
color of withered , softened , yellow , withered ,
leaves and leaves new buds old leaves new buds
stems begin softened appear withered grow up
to fade
表 4 　重金属胁迫下芦竹中叶绿素总含量的变化
Table 4 Change of total chlorophyll content of Arundo donax under heavy metal stress
受试时间
Trial time (d)
叶绿素含量变化 Chlorophyll total content (mg·g - 1 ,FW)
Cr6 + (1) Cr6 + (2) Cu2 + Pb2 + Hg2 + Ca2 + Zn2 + Ni2 + CK
10 A 0151 0160 0158 0162 0147 0168 0170 0172 0170
B 0162 0171 0171 0172 0165 0171 0172 0170 0173
20 A - 0144 0150 0160 0138 0160 0165 0161 0174
B 0137 0168 0160 0160 0143 0159 0161 0162 0180
30 A - 0126 0135 0155 0130 0150 0161 0140 0191
B 0101 0132 0142 0161 0128 0146 0157 0143 1101
表 5 　芦竹生长期内土壤重金属离子浓度的变化
Table 5 Change of heavy metal ion concentration in Arundo donax during growth period
受试时间
Trial time (d)
离子浓度 Ion concentration (mg·kg - 1)
Cr6 + (1) Cr6 + (2) Cu2 + Pb2 + Hg2 + Cd2 + Zn2 + Ni2 +
1 A 10111 5510 11010 9618 10510 9510 10110 10210
1 B 10610 2014 10510 8710 11510 10110 10310 10311
10 A 7612 4018 7017 6714 9711 8010 6410 6812
12 B 6012 1715 6317 5010 9510 8616 4910 7510
20 A 6011 3716 6412 4617 8116 6013 5015 6014
24 B 5418 1611 5014 1515 6916 5616 3715 5914
30 A - 3613 5014 3016 6916 5114 4214 5213
42 B 5510 1510 3810 1512 6016 4116 2410 3915
40 A - 3014 4213 2411 6214 3715 3013 5010
461 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
4 　结 　　语
芦竹修复湿地重金属污染的研究只是一个初试
阶段 ,结果表明 ,芦竹在 100 mg·kg - 1浓度的 6 种重
金属 (Cu2 + 、Ni2 + 、Cd2 + 、Pb2 + 、Zn2 + 、Hg2 + ) 污染中
具有良好的耐受性 ,并在短时间内达到适应. 50 mg
·kg - 1以下浓度的 Cr6 + 污染下芦竹也能成活 ,但生
长缓慢. 其他重金属胁迫下 ,虽然出现不同程度的失
绿 ,但植株高度几乎不受重金属胁迫和叶绿素含量
降低的影响 ( Cr6 + 和 Hg2 + 除外) . 芦竹能否成为超
富集植物 ? 对哪些金属有富集 ? 一方面需要进一步
研究 ,另一方面也需要对超富集植物富集量的全面
界定 ,尤其是对毒性较强的 Cr6 + 和 Hg2 + 等重金属
富集浓度界限的确定. 芦竹作为能在湿地种植的植
物之一 ,由于它独特的生物性能和抗毒性能力 ,研究
它在植物修复中的生态潜力 ,不仅具有经济价值 ,也
能推动芦竹的进一步开发和利用.
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作者简介 　韩志萍 ,女 ,1954 年生 ,副教授 ,主要从事环境污
染治理和土壤修复等研究 ,发表论文 20 多篇. E2mail : hzp @
hutc. zj. cn
5611 期 　　　　　　　　　　　　　　　韩志萍等 :芦竹对不同重金属耐性的研究