全 文 ：铅污染土壤中杂草对铅的吸收 3
吴春华 3 3 　陈　欣　王兆骞
(浙江大学农业生态研究所 ,杭州 310029)
【摘要】　利用盆栽试验 , 研究了杂草对铅的吸收积累及铅污染土壤中杂草养分吸收和根系丛枝菌根真菌
(AMF)侵染的特点. 结果表明 , 铅污染对杂草生长没有明显影响. 铅主要富集在根系中 , 对某些杂草吸收
养分有影响. 苗期除了升马唐钾含量铅处理与对照之间有显著差异外 ,其它差异均不显著 ,说明苗期铅处
理对鸡眼草、苦荬菜、升马唐和无芒稗吸收养分基本没有影响 ;成熟期铅处理中苦荬菜和升马唐的全磷含
量极显著高于对照 ,而无芒稗全氮含量显著低于对照. 根系 AMF 的侵染特点是 ,无论是苗期还是成熟期 ,
鸡眼草和升马唐根系的 AMF 侵染率变化不大 ;苦荬菜铅处理低于对照 ,苗期铅处理和对照的根系侵染率
分别是 45152 %和 69144 % ,成熟期分别是 74164 %和 82121 % ;无芒稗铅处理根系的 AMF 侵染率显著高
于对照 ,苗期铅处理和对照的根系侵染率分别是 82145 %和 59119 % ,成熟期分别是 91136 %和 78128 %.
关键词 　铅 　杂草 　养分 　丛枝菌根真菌 (AMF)
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 08 - 1451 - 04 　中图分类号 　X17115 　文献标识码 　A
Lead absorption by weeds from lead2polluted soil. WU Chunhua ,CHEN Xin ,WAN G Zhaoqian ( A gro2Ecology
Institute , Zhejiang U niversity , Hangz hou 310029 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2004 ,15 (8) :1451～1454.
A pot experiment with red soil was installed in 2002 and 2003 to study the impact of lead pollution on weed
growth ,its lead and nutrients uptake ,and AMF colonization. The results showed that lead pollution had no sig2
nificant influence on weed growth ,and the absorbed lead was mainly accumulated in root system. The impact of
lead pollution on nutrients uptake by weeds was depended on weed species ,their growth stages ,and kinds of nu2
trients. No significant difference was found between lead treatment and control in nutrient contents except potas2
sium in Digitaria adscendens at its early growth stages ,and lead had little influence on the absorption of nutri2
ents by Kum merow ia st riata , Ixeris chinensis , Digitaria adscendens and Echinochloa crusgalli var. mitis . The
phosphorus content in Ixeris chinensis and Digitaria adscendens at their ripen stage sampled from lead2polluted
soil was significantly higher than that from control ,while the nitrogen content in matured Echinochloa crusgalli
var. mitis sampled from polluted soil was significantly lower than that from the control. There existed great dif2
ference of mycorrhizal colonization among various weed species. The infection rate of Kum merow ia st riata and
Digitaria adscendens showed a slight difference between lead treatment and control both at vegetative and ripen
stage. Lead pollution hindered the colonization of Ixeris chinensis . In lead2polluted soil ,the AMF infection rate of
Ixeris chinensis was 45152 % at vegetative stage and 74. 64 % at ripen stage ,while in the control ,it was 69.
44 % at vegetative stage and 82121 % at ripen stage. Echinochloa crusgalli var. mitis ,an annual weed ,showed
an opposite response of AMF colonization to lead pollution. The colonization rate of AMF in Echinochloa crusgal2
li var. mitis root was higher under lead pollution condition ,being 82. 45 % at vegetative stage and 91. 36 % at
ripen stage ,while in the control ,it was 59. 19 % and 78^ 28 % ,respectively.
Key words 　Lead , Weed , Nutrient , Vesicular2arbuscular mycorrhizae.3 国家自然科学基金资助项目 (39870149) 13 3 通讯联系人.
2003 - 06 - 06 收稿 ,2003 - 08 - 18 接受.
1 　引 　　言
土壤中重金属铅污染主要来自污灌、固体废弃
物、含铅重金属矿产的开采与冶炼以及交通废气等.
这些作用可造成城市与矿山周边的局部污染 ,而高
铅岩石的大面积风化剥蚀 ,可形成区域性土壤污
染[19 ] . 交通废气可造成公路两边的土壤污染. Kaba2
ta 等[11 ]报道 ,在靠近公路的某一块土壤铅高达 7
000μg·g - 1 . 管建国研究了汽车尾气中的铅对公路
两侧蔬菜的污染情况 ,结果发现公路两侧 200 m 范
围内生长的蔬菜叶铅超过国家食品卫生标准[6 ] . 我
国的土壤质量标准为 Pb ≤300 mg·kg - 1 ( GB156182 1995) . 铅在食品中的卫生标准是 ≤1 mg·kg - 1( GB27072276323) . 实际土壤铅的背景值变化为 017～1 143 mg·kg - 1 . 受固体废弃物污染的土壤 ,其含铅量可高达 26 000 mg·kg - 1 [16 ] . 铅已成为土壤主要的污染元素之一.杂草是农业生态系统中的重要生物组成部分 ,也是影响农林作物生长和导致产量下降的重要因素之一 ,但保持适量和适宜的杂草多样性 ,对改善农业生态环境及消除和控制环境污染有重要作用. 保持
应 用 生 态 学 报 　2004 年 8 月 　第 15 卷 　第 8 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Aug. 2004 ,15 (8)∶1451～1454
适宜的杂草多样性不仅有保护天敌、控制农业害虫、
保持土壤和促进养分循环等生态学功能[3 ] ,而且对
消除环境污染也有重要作用. 利用超积累植物进行
污染土壤中的重金属元素的生物提取、净化 ,已引起
国内外学者的广泛关注[1 ,2 ,8 ,17 ] . 重金属污染的生物
治理的前提条件是植物要有较高的耐重金属毒害的
能力、较强的吸收重金属的能力和较大的生物量. 杂
草具备了生长快、抗逆性强、生物量大的特点 ,且对
重金属有较强的吸收累积能力. 如果丛枝菌根侵染
能够提高植物耐重金属的能力 ,对于生物治理就具
有重要的现实意义. 研究表明 ,一些外生菌丝能帮助
植物从土壤吸收矿质养分和水 ,促进植物生长 ,提高
植物的耐盐性、耐旱性 ,不仅能修复土壤 ,同时也能
改善土壤质量 , 提高植物抗病能力和作物产
量[4 ,20 ] . 黄艺等[9 ,10 ]研究认为 ,在污染状况下 ,菌根
玉米中 Cu、Zn、Pb 含量显著小于非菌根玉米 ,说明
菌根能阻止过量金属进入植物. 同时菌根根际中重
金属的有机结合态高于非菌根根际 ,即通过降低重
金属的有效性而减少玉米对重金属的吸收. 菌根真
菌通过分泌有机酸 ,活化某些重金属离子 ,还能以其
它形式如离子交换、分泌有机配体、激素等 ,间接影
响植物对重金属的吸收[13 ,15 ,18 ] . 杂草与菌根在污染
土壤植物修复中起着重要作用 ,但其间的关系及相
互作用机理还有待于作进一步的研究. 本文旨在探
讨铅污染土壤中杂草对铅和养分吸收及丛枝菌根真
菌 (AMF)的侵染特点 ,为杂草修复土壤重金属污染
提供理论依据.
2 　材料与方法
211 　供试材料
供试土壤来自浙江省常山县胡柚果园 ,土壤基本理化性
状见表 1. 供试的杂草物种来自常山县胡柚果园 ,是分布于
胡柚果园的主要杂草种 ,包括鸡眼草 ( Kum merow ia st ria2
ta) 、升马唐 ( Digitaria adscendens) 、苦荬菜 ( Ixeris chinensis) 、
无芒稗 ( Echinochloa crusgalli var. mitis) .
表 1 　供试土壤的理化性状
Table 1 Physical and chemical properties of experimental soil
土壤
Soil
p H 氮
Total N
(mg·kg - 1)
磷
Total P
(mg·kg - 1)
有机质
Organic matter
(g·kg - 1)
速效氮
Available N
(mg·kg - 1)
速效磷
Available P
(mg·kg - 1)
速效钾
Available K
(mg·kg - 1)
铅
Total Pb
(mg·kg - 1)
红壤 Red soil 418 41613 94613 34139 48108 59150 69158 23172
212 　试验设计
采用盆栽试验的方法 ,盆的规格为 32 cm ×29 cm ,每盆
装土 8 kg. 设无铅污染土壤 (不加铅 ,铅含量为 23172 mg·
kg - 1)和铅污染土壤 (加铅 ,平衡 2 周后测定铅含量 ,铅含量
为 334152 mg·kg - 1) 2 个处理 ,在这 2 种土壤上 ,每一物种重
复种植 4 次.
213 　样品处理
土壤样品去根系与石块等杂质后 ,风干 ,磨细 ,过筛 (20
和 100 目) . 植物样品采回实验室后 ,先用自来水冲洗 ,再用
蒸馏水冲洗 ,然后 105 ℃杀青 ,85 ℃烘干 ,磨碎待用.
214 　主要仪器与试剂
铅和钾用日本岛津 AA2670 型原子吸收分光光度计测
定.浓 H2 SO4 为化学纯试剂 ,测重金属用的浓 HNO3 、浓
HCl、HClO4 为优级纯试剂.
215 　测定方法
土壤全氮用浓 H2 SO4 消煮 ,定氮仪定氮 ; 全磷用浓
H2 SO4 和 HClO4 消煮 ;钼锑抗比色法测定 ;速效氮采用碱解
扩散法 ;速效磷采用 HCl2H2 SO4 侵提法. 植物样氮磷钾的测
定采用 H2O2 消煮 ,氮磷测定方法同土壤 ,钾的测定用原子
吸收. 土样铅的测定采用王水和高氯酸消煮法 ,植物样铅采
用干灰化湿消解法 [12 ,14 ] .
216 　植物生长量测定
每种杂草开花盛期取样 ,测定植株高度和植株地上和地
下部分的生物量.
217 　杂草根际丛枝菌根真菌 (AMF)侵染检测
取完整杂草植株 ,回实验室后立即用自来水清洗干净 ,
剪下根部 ,固定于 FAA 溶液内. 菌根侵染检测参照 Giovan2
netti[5 ]的方法进行 ,菌根感染率 ( %) = (感染根段数/ 检测根
段数) ×100 ;丛枝百分率 ( %) = (出现丛枝结构的根段数/ 检
测根段数) ×100 ;泡囊的个数以每毫米根段出现的个数表
示.感染程度参照郭秀珍和毕国昌 [7 ]的方法划分 ,共分为六
级 :1)根样中 AM 泡囊或丛枝状结构明显 ,分布密集 ,常常连
接成片 ,给予权重 W i 为 013 ;2)根样中 AM 泡囊或丛枝状结
构比较多 ,分布均匀 ,但尚未连接成片 , W i 为 0125 ;3) 根样
中 AM 丛枝状结构一般 ,泡囊很少见 ,分布不均 , W i 为 012 ;
4)根样中 AM 泡囊和丛枝状结构很少 ,分布稀 , W i 为 0115 ;
5)根样中没有泡囊结构 ,丛枝状结构很少见 ,分布很稀疏 ,
W i 为 0110 ;6)无感染 , W i 为 0. 侵染指数的计算公式为 :
Index = ( ∑W i ×ni) / N
式中 , W i 为第 i 级根段所得权重 , ni 为 i 级根段数 , N 为检
测的总根段数.
3 　结果与分析
311 　有铅污染和无铅污染的土壤杂草生长的差异
生长在铅含量为 334153 mg·kg - 1的土壤上 ,各
杂草物种的生长未受影响 ,植株高度和植物生物量
与对照 (土壤铅含量为 23172 mg·kg - 1) 差异不显著
2541 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
(表 2) .
表 2 　有铅污染和无铅污染的土壤上不同杂草物种的株高和生物量
差异
Table 2 Plant height and biomass of weed species in Pb polluted and
non2Pb polluted soil
物种
Species
处理
Treatment
平均株高
Average height
(cm)
生物量
Biomass
(g)
Ku CK 32106 ±3121 55118 ±11169
Pb 31159 ±5143 54105 ±9155
Ix CK 55172 ±2189 12128 ±5156
Pb 56188 ±3169 18130 ±5112
Di CK 26188 ±2144 12145 ±3152
Pb 27135 ±3146 12115 ±2110
Ec CK 46177 ±5173 15143 ±4156
Pb 45188 ±3129 13185 ±1145
Ku :鸡眼草 Kum merowia st riata , Ix :苦荬菜 Ixeris chinensis ,Di :升马
唐 Digitaria adscendens. Ec :无芒稗 Echinochloa crusgalli var. mitis .
下同 The same below
313 　杂草对铅的积累特点
4 种草对铅均有很明显的吸收 (表 3、4) ,苗期铅
处理与对照之间均存在极显著或显著差异 ,并且在
污染土壤中根部铅含量与地上部分之比均大于 1 ,
而对照则是 (除了无芒稗) 地上部铅含量高于根部.
成熟期 ,地上部铅含量在对照与铅处理间相差不大
(除了鸡眼草) ,而根铅含量则是铅处理极显著高于
对照 ,说明在污染土壤中 4 种草的根系对铅有很强
的吸收能力 ,铅主要积累在根部. 鸡眼草的根部积累
更明显 ,很少向地上部转移. 各处理植物吸铅总量大
小顺序为 :鸡眼草 > 苦荬菜 > 无芒稗 > 马唐 (图 1) .
在每株植物中 ,虽然根系含铅量很高 ,但由于地上部
的生物量大 ,铅累积量还是地上部高于根部.
由此可见 ,杂草对土壤铅的吸收有强烈的分异
特征 ,其中根系对铅的吸收性较强 ,地上部分虽然铅
含量低于根系 ,但由于其生物量大 ,同样可吸收大量
的铅. 因此 ,在土壤环境修复上可运用杂草对铅的强
烈吸收性 ,在重金属铅污染的土壤中通过保留适量
杂草 ,使其从土壤中吸收大量铅 ,然后将其从土壤中
清除 ,逐渐达到改良土壤环境的目的.
表 3 　杂草苗期铅含量
Table 3 Pb content of weeds at vegetative stage
物种
Species
处理
Treatment
地上部铅
Pb content in shoot
(mg·kg - 1)
根铅
Pb content in root
(mg·kg - 1)
根铅/ 地上部铅
Pb content in root/ Pb
content in shoot
Ku CK 7156 ±0144 3136 ±0107 0144
Pb 12127 ±0191 3 3 38142 ±0171 3 3 3113
Ix CK 7121 ±0173 3142 ±0113 0147
Pb 15161 ±0128 3 3 20110 ±1111 3 1129
Di CK 10192 ±0128 5161 ±0139 0151
Pb 14156 ±1144 3 49108 ±1136 3 3 3137
Ec CK 56133 ±1118 76124 ±16120 1135
Pb 74168 ±3137 3 3 167128 ±11110 3 3 2124
表中数据为 4 次重复的统计结果 ,以均值 ±标准差表示 Data of the table was
statistical results of four duplications. Values representd mean ±standard error.3 P < 0105 , 3 3 P < 0101. 下同 The same below.
表 4 　杂草成熟期铅含量
Table 4 Pb content of weeds at ripen stage
物种
Species
处理
Treatment
地上部铅
Pb content in shoot
(mg·kg - 1)
根铅
Pb content in root
(mg·kg - 1)
根铅/ 地上部铅
Pb content in root/ Pb
content in shoot
Ku CK 17156 ±2131 14155 ±1104 0183
Pb 23128 ±2168 3 3 149149 ±10145 3 3 6142
Ix CK 77138 ±1150 77134 ±3103 1100
Pb 79129 ±1120 98180 ±10136 3 3 1125
Di CK 74149 ±1199 79155 ±2153 1107
Pb 77169 ±2127 133154 ±7147 3 3 1172
Ec CK 47128 ±3189 20155 ±0177 0143
Pb 47101 ±5137 129185 ±11140 3 3 2176
图 1 　供试杂草对铅的吸收
Fig. 1 Lead uptake of tested weeds.
313 　铅污染土壤杂草养分吸收特点
苗期植株的养分含量见表 5. 由表 5 可以看出 ,
除升马唐中钾含量铅处理显著高于对照外 ,其它差
异均不显著 ,说明苗期铅处理对鸡眼草、苦荬菜、马
唐和无芒稗吸收养分基本没有影响. 成熟期杂草地
上部养分含量与苗期相比变化稍大 (表 6) . 铅处理
对苦荬菜和马唐的全磷含量及无芒稗全氮含量有明
显影响. 铅处理中苦荬菜和马唐的全磷含量极显著
高于对照 ,而无芒稗全氮含量显著低于对照.
314 　铅污染土壤中杂草根系 AMF 侵染特点
菌根侵染率高低是菌根形成与建立的标志. 表
7 表明 ,在铅污染土壤中杂草根系仍然有菌根形成 ,
表 5 　杂草苗期地上部养分含量
Table 5 Nutrient contents of weeds in shoot at vegetative stage ( mg·
kg - 1)
物种
Species
处理
Treatment
全氮ns
Total N
全磷ns
Total P
全钾
Total K
Ku CK 31471 ±1714 5223 ±138 3690 ±66
Pb 31071 ±8670 4767 ±148 3781 ±101
Ix CK 17430 ±1429 6025 ±629 8576 ±949
Pb 17648 ±1479 5109 ±504 8355 ±527
Di CK 16276 ±1880 5722 ±333 6916 ±866
Pb 15262 ±1732 5022 ±352 5787 ±436 3
Ec CK 1839 ±239 6880 ±460 35217 ±349
Pb 1752 ±97 7460 ±666 34751 ±790
ns :植物对照与铅处理之间无显著性差异 No significant difference between the
control and Pb treatment.
35418 期 　　　　　　　　　　　　　　　吴春华等 :铅污染土壤中杂草对铅的吸收 　　　　　　　　　　　
表 6 　杂草成熟期地上部养分含量
Table 6 Nutrient contents of weeds in shoot at ripen stage( mg·kg - 1)
物种
Species
处理
Treatment
全氮
Total N
全磷
Total P
全钾
Total K
Ku CK 20337 ±2286 2004 ±48 9208 ±2406
Pb 20283 ±1537 2045 ±114 7988 ±1303
Ix CK 19672 ±1666 5217 ±622 16677 ±340
Pb 21636 ±688 6493 ±578 3 3 16568 ±390
Di CK 11359 ±1373 6833 ±853 16311 ±771
Pb 11595 ±2155 8776 ±467 3 3 16064 ±882
Ec CK 11557 ±1657 3099 ±206 12282 ±3028
Pb 9100 ±1107 3 2791 ±177 10735 ±427
表 7 　杂草的 AMF侵染率
Table 7 AMF infection rate of weeds
物种
Species
处理
Treatment
苗期 AMF 侵染率
AMF infection rate
of Weeds at vegetative
stage ( %)
成熟期 AMF 侵染率
AMF infection rate
of weeds at ripen
stage ( %)
Ku CK 61162 ±16164 94151 ±0185
Pb 60172 ±14174 96113 ±1149
Ix CK 69144 ±7125 82121 ±5165
Pb 45152 ±8195 3 74164 ±6140 3
Di CK 6142 ±1169 46160 ±15100
Pb 6198 ±1160 47124 ±20141
Ec CK 59119 ±2140 78128 ±2149
Pb 82145 ±1198 3 91136 ±6183 3
并有相当高的侵染率. 本试验中菌根侵染率无论是
苗期还是成熟期均表现一致的规律. 鸡眼草和马唐
在铅污染土壤中的菌根侵染率与对照相比变化不
大 ,苦荬菜的菌根侵染率降低 ,而稗草在污染土壤中
的侵染率显著高于对照 (表 7) . 由此可见 ,重金属对
菌根侵染率的影响不一致 ,因植物而异. 但杂草根际
在铅污染土壤中仍然有相当高的侵染率 ,说明杂草
可能对 AMF 有一种保护作用 ,这对重金属污染的
修复有重要意义.
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作者简介 　吴春华 ,女 ,1970 年出生 ,浙江大学农业生态所
博士生 ,主要从事污染生态学方面的研究. E2mail :zheda2001
@163. com
4541 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷