全 文 ：第 6 卷 第 3 期 环 境 工 程 学 报 Vol ． 6，No ． 3
2 0 1 2 年 3 月 Chinese Journal of Environmental Engineering Mar ． 2 0 1 2
Pb超富集植物金丝草( Pogonatherum
crinitum) 、柳叶箬( Lsache globosa)
侯晓龙1 常青山2 刘国锋3 刘爱琴1* 蔡丽平1
( 1．福建农林大学林学院，福州 350002; 2．景德镇高等专科学校生化系，景德镇 333000;
3．江苏省农业科学院，南京 210014)
摘 要 重金属超富集植物是植物修复技术的核心和前提，但目前国内发现的 Pb 超富集植物较少，本研究通过野外
调查和室内胁迫模拟实验相结合的方法，在国内首次发现并证实金丝草和柳叶箬为 Pb 的超富集植物。野外调查结果表
明;金丝草地上部分 Pb含量 1 231. 80 mg /kg，转运系数达到 1. 32，柳叶箬地上部分 Pb含量 1 818. 40 mg /kg，转运系数 6. 5。
室内模拟胁迫实验表明:在 Pb胁迫浓度为 5 000 mg /kg时金丝草和柳叶箬对 Pb的转运系数均大于 1，而且其地上部分 Pb
含量也超过 1 000 mg /kg的水平。在 Pb胁迫浓度为 18 000 mg /kg时 2 种植物体内 Pb含量达到最大值，金丝草地上部分和
地下部分 Pb含量分别达 3 789. 84 mg /kg和 4 964. 76 mg /kg，柳叶箬地上部分和地下部分 Pb含量分别达 3 411. 56 mg /kg和
1 523. 02 mg /kg。
关键词 Pb 金丝草 柳叶箬 超富集植物 植物修复
中图分类号 Q948. 1 文献标识码 A 文章编号 1673-9108( 2012) 03-0989-06
Two lead-hyperaccumulator: Pogonatherum crinitum and Lsache globosa
Hou Xiaolong1 Chang Qingshan2 Liu Guofeng3 Liu Aiqin1 Cai Liping1
( 1． College of Forestry ，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350002 China;
2． Department of Biology and Chemistry，Jingdezhen College，Jingdezhen 333000 China;
3． Jiangsu Academy of Agricultural Sciences，Nanjing 210014，China)
Abstract It is key step for phytoremediation to find heavy metal hyperaccumulator，however，a few lead-
hyperaccumulators have been found in China． The plants grew in Youxi and Liancheng mining areas of Fujian
Province were investigated and heavy metal concentrations in different organs of each plant were measured． Two
new potential lead-hyperaccumulator of Pogonatherum crinitum and Lsache globosa were firstly found． The results
showed that the Pb concentration in aboveground of Pogonatherum crinitum and Lsache globosa were 1 231. 80
mg /kg and 1 818． 40 mg /kg，their Pb transport coefficients were 1. 32 and 6. 5，respectively． The Pb concentra-
tion and transport coefficients were exceeded the standard of lead-hyperaccumulator． The Pb simulated experi-
ment in soil pot showed that the Pb concentration in abovegruound of Pogonatherum crinitum and Lsache globosa
were exceeded 1 000 mg /kg which was the critical standard of lead-hyperaccumulator，and the Pb transport coef-
ficient exeeded 1 under Pb press of 5 000 mg /kg． The maximum Pb concentration in aboveground and roots of
Pogonatherum crinitum and Lsache globosa were 3 789. 84 mg /kg，4 964. 76 mg /kg，and 3 411. 56 mg /kg，
1 523． 02 mg /kg，respectively under Pb press of 18 000 mg /kg．
Key words Pb; Pogonatherum crinitum; Lsache globosa; hyperaccumulator; phytoremediation
基金项目:国土资源部公益性行业科研专项( 201111020-2 ) ; 福建省
科技厅重点项目( 2008Y0004 )
收稿日期: 2010 － 09 － 17; 修订日期: 2010 － 10 － 31
作者简介:侯晓龙( 1981 ～ ) ，男，博士研究生，讲师，主要从事重金属
污染防治方面的研究工作。E-mail: lxyhxl@ 126． com
* 通讯联系人，E-mail: fjlaq@ 126． com
Pb 作为环境中危害最大的重金属之一，无论对
植物或动物的代谢和生存都是一种非必需元素。虽
然绝大多数生物体内均存在一定数量的 Pb，但是人
体内的 Pb超过一定水平就会对健康造成危害，引发
贫血、便秘、腹痛、呕吐和食欲降低，甚至中枢神经系
统受损害，因此控制环境中的 Pb污染对保护人类健
康、减少其潜在危险性都具有重要意义［1，2］。
近年来，由于 Pb /Zn 矿山的大量开采及其冶炼
环 境 工 程 学 报 第 6 卷
过程对环境的污染，使得大量 Pb 进入土壤，传统的
电动修复和土壤淋洗等 Pb 污染土壤修复技术存在
成本太高、对土壤结构扰动性大、不能大面积推广应
用等缺点［3，4］。近年来，利用植物对重金属特殊的
吸收富集能力，将植物收获后并进行妥善处理，将重
金属移出土壤，达到重金属污染修复目的重金属污
染植物修复技术应运而生［5-7］。植物修复技术是一
种较为廉价的绿色治理技术，安全经济，对环境扰动
少，修复成本低，并能进行大面积治理［8，9］。目前该
技术已被越来越多的科学家所认可，具有广泛的应
用前景。作为修复技术核心的重金属超富集植物被
越来越多地发现，由于 Pb 具有较高的负电性，易与
土壤中的有机质和铁锰氧化物等形成共价键，不易
被植物吸收，因此，目前已见报道的 Pb 超富集植物
并不多，限制了 Pb 污染土壤的修复规模［10，11］。目
前国外发现的 Pb超富集植物有 16 种，主要分布在
十字花科( cruciferae) 、石竹科 ( caryophyllaceae) 、禾
本科( poaceae) 和蓼科( polygonaceae) 4 个科，国内发
现的 Pb超富集植物极少［12，13］，报道的只有密毛白
莲蒿( Artemisia sacrorum Ledeb． var． Messerschmidti-
ana ( Bess． ) Y． R． Ling) 和白莲蒿 ( Artemisia sacro-
rum． Ledeb ) ［14］ 及 Pb /Zn /Cd /多金属超富集植
物———圆锥南芥( Arabis paniculata L. ) ［15］。福建是
我国南方重要的重金属矿区，分布着大量优质 Pb /
Zn矿和 Mn矿，在长期开采过程中废水排放与尾矿
堆积等原因使得矿区周边土壤重金属污染严重，因
此在矿区上生长的植物长期适应高浓度的重金属环
境，极有可能存在重金属超富集植物。有鉴于此，本
研究通过对福建重金属矿区生长植物的野外调查，
分析福建尤溪 Pb /Zn 矿、连城 Pb /Zn 矿和连城 Mn
矿生长植物重金属含量，初步筛选重金属富集植物，
在野外调查筛选基础上，通过室内胁迫实验进行验
证，最终筛选出 Pb的超富集植物，为南方矿区土壤
重金属 Pb污染的植物修复技术提供技术支持。
1 实验地概况
福建连城 Pb /Zn矿和 Mn 矿始建于 1967 年，为
福建主要的重金属矿，位于东经 116°32 ～ 111°09，
北纬 25°13 ～ 25°56，年平均气温 18. 9℃，年平均雨
量 1 679. 8 mm;福建尤溪 Pb /Zn 矿厂建于 1958 年，
位于东径 116°32 ～ 117°10，北纬 25°14 ～ 25°51，
为中亚热带海洋性季风气候，年均气温 18. 9 ℃，年
均降雨量 1 599. 6 mm，土壤以红黄壤土为主。
调查地区 Pb污染情况如表 1 所示。所调查地
区的 Pb含量超过土壤评价三级标准的几倍到几十
倍，最高达到了近 34 倍。
表 1 南方重金属矿区 Pb的污染状况
Table 1 Pb contamination of soils in heavy metal mining areas
重金属矿区 连城 Pb锌矿 连城锰矿 尤溪 Pb锌矿 土壤评价标准( 三级)
Pb含量( mg /kg) 13 803． 20 ± 931． 20 4 639． 70 ± 325． 40 17 496． 00 ± 1 219． 30 500
超标倍数 26． 61 8． 28 33． 99 —
2 实验方法
2. 1 重金属矿区生长植物的调查方法
选择福建省重金属矿区连城 Pb /Zn 矿、连城
Mn矿和尤溪 Pb /Zn 矿为调查对象，选取重金属含
量比较高的矿区附近及其尾矿库上生长旺盛、分布
频率比较高的植物，分别采集这些植物的地上部分
和地下部分及其表层土壤样品( 深度 0 ～ 30 cm) ，带
回室内进行重金属含量测定。在重金属矿区共采集
了 48 种植物，将植物样品分地上部分与地下部分，
分别测定重金属 Pb，每个样品 3 次重复。
2． 2 室内 Pb胁迫模拟实验方法
采用室内 Pb胁迫模拟的土培实验方法，进行超
富集植物的验证研究，把黄心土和沙按 1∶ 1 比例进
行混合后装盆。供试盆栽容器直径 31 cm、高 22
cm，每盆装入 7 kg过筛的混匀土待用。采用随机区
组设计，设计不同 Pb处理水平，Pb 处理水平分别为
5 000、10 000、12 000、15 000、18 000 和 20 000 mg /
kg( 以干土计) ，每个实验处理设 3 个重复。
在温室内先将金丝草和柳叶箬在盆栽容器
中缓苗 1 个月后，往栽培土中分 10 次喷洒不同
浓度的 Pb 溶液，进行胁迫实验 3 个月，观察 2 种
植物在不同 Pb 胁迫条件下的生态特征变化。实
验的 Pb 溶液采用分析纯 Pb( NO3 ) 2 进行配制，为
防治 Pb浓度过高影响植物生长，实验过程中每隔
1 周分别喷洒不同特定浓度的 Pb 溶液，连续喷洒
099
第 3 期 侯晓龙等: Pb超富集植物金丝草( Pogonatherum crinitum ) 、柳叶箬( Lsache globosa)
10 周，最后达到不同处理水平的 Pb 胁迫浓度要
求。然后测定不同胁迫浓度下植物不同部位的 Pb
含量。
2. 3 重金属的分析测定方法
植物样品首先用自来水冲洗，再用去离子水反
复多次冲洗干净，然后烘干至恒重，经植物粉碎机磨
碎处理后过 0. 5 mm 尼龙筛备用。采用 HNO3-HCl-
HClO3 湿灰化法进行植物样品消煮。土壤样品风干
后过 0. 149 mm 筛后，采用 HNO3-HF-HClO4 消煮法
进行消煮。采用北京瑞利分析仪器公司的原子吸收
分光光度计 ( WFX-136 ) ，对以上消煮好的植株、土
壤待测液 Pb含量进行分析测定。
3 结果与分析
3. 1 重金属矿区植物对 Pb的富集积累特性
3． 1． 1 重金属矿区植物种类
野外调查表明，在重金属含量比较高的矿区及
其尾矿库上生长旺盛、分布频率比较高的植物共 48
种( 表 2) ，主要有禾本科( poaceae) 植物 14 种，菊科
( asteraceae) 植物 6 种，莎草科 ( cyperaceae ) 植物 4
种，豆科( leguminosae sp． ) 植物 3 种，蓼科 ( polygo-
naceae) 、唇形科 ( lamiaceae) 、桑科 ( moraceae ) 各 2
种，山茶科 ( theaceae ) 、山矾科 ( symplocaceae ) 等其
他 15 个科植物各 1 种。
表 2 重金属矿区生长的植物种类
Table 2 Plant species in heavy metal mining areas
科 名 植物名称 拉丁文名称
禾本科( poaceae) 香根草 Vetiveria zizanioides
三叶鬼针草 Bidens pilosa
水蜈蚣 Kyllinga brevifolia
鹅观草 Roegneria kamoji
金丝草 Pogonatherum crinitum
五节芒 Miscanthus floridulus
柳叶箬 Isache globosa
长蒴母草 Lindernia anagallis
细毛鸭嘴草 Ischaemum indicum
金色狗尾草 Setaria glauca
斑茅 Miscanthus sinensis anderss
芦苇 Phragmites communis
类芦 Neyraudia reynaudiana
细柄草 Capillipedium parvitlorum
菊科( asteraceae) 豨莶 Siegesbeckia orientalis
苏门白酒草 Conyza sumatrensis
长圆叶艾纳香 Blumea balsamifera
墨旱莲 Herba ecliptae
野艾蒿 Artemisia lavandulaefolia
革命菜 Gynura segetum
莎草科( cyperaceae) 高秆珍珠茅 Scleria terrestris
水蜈蚣 Kyllinga brevifolia
毛轴莎草 Cyperus pilosus
二歧飘拂草 Gimbristylis dichotomya
豆科( leguminosae) 藤黄檀 Derbergia hance
鸡血藤 Millettia reticuiata
截叶铁扫帚 Lespedeza cuneata
桑科( moraceae) 小构树 Broussonetia kazinoki
东南悬钩子 Rubus tsangorum
唇形科( lamiaceae) 白苏 Perilla frutescens
石荠苎 Mosla scabra
蓼科( polygonaceae) 廊茵 Polygonum senticosum
火炭母 Polggonum chlnense
山茶科( theaceae) 黄瑞木 Adinandra millettii
山矾科( symplocaceae) 白檀 Symplocos paniculata
199
环 境 工 程 学 报 第 6 卷
续表 2
科 名 植物名称 拉丁文名称
败酱科( valerianaceae) 白花败酱 Patrinia villosa
藜科( chenopodiaceae) 土荆芥 Chenopodium ambrosioides
樟科( lauraceae) 绒毛山胡椒 Lindera nacusua
大戟科( euphorbiaceae) 山乌桕 Sapium discolor
马鞭草科( verbenaceae) 杜虹花 Callicarpa formosana
柿树科( ebenaceae) 野柿 Diospyros kaki
堇菜科( violaceae) 柔毛堇菜 Viola principis
蝶形花科( papilionaceae) 越南葛藤 Pueraria montana
金星蕨科( thelypteridaceae) 渐尖毛蕨 Cyclosorus acuminatus
马钱科( loganiaceae) 驳骨丹 Grendarussa valgaris
木贼科( equisetaceae) 笔管草 Hippochaete debilis
木兰科( magnoliaceae) 南五味子 Kadsura longipedunculata
拔契科( smilacaceae) 拔契 Smilax china
3． 1． 2 重金属矿区植物对 Pb的富集能力
根据对调查的 48 种植物地上和地下部分重
金属含量的测定结果，剔除部分重金属含量比较
低的植物，选择对重金属有较高耐性的 12 种植
物列在表 3，由表 3 可知，12 种植物地上部分的
Pb 含量存在较大差异，在 17. 9 ～ 1 818. 4 mg /kg
之间，说明不同植物在吸收土壤 Pb 的能力存在种
间差异。12 种植物中地上部分 Pb含量超过 1 000
mg /kg的植物有金丝草、毛轴莎草、柳叶箬和二歧
飘拂草，符合 Pb 超富集植物地上部分大于 1 000
mg /kg 的临界标准，其中以柳叶箬为最高，达
1 818． 4 mg /kg，其含量大小排序为: 柳叶箬 ＞ 毛
轴莎草 ＞ 金丝草，而其他植物地上部分 Pb 含量
则较低。从地下部分 Pb 含量来看，渐尖毛蕨、笔
管草和细毛鸭嘴草等植物根中有很高的 Pb 含量，
其中毛轴莎草、长蒴母草、二歧飘拂草和斑茅中 Pb
含量超过 4 000 mg /kg。
从转运系数来看，转运系数大于 1 的植物有金
丝草、柳叶箬和长圆叶艾纳香。其中以长圆叶艾纳
香的转运系数为最高，达 16. 61，其大小排序为: 长
圆叶艾纳香 ＞ 柳叶箬 ＞ 金丝草。但只有金丝草、
柳叶箬符合地上部分 Pb 含量大于 1 000 mg /kg，转
运系数大于 1 的 Pb 超富集植物标准。虽然长圆叶
艾纳香的转运系数达 16. 61，但其地上部分 Pb 含量
只有 58. 84 mg /kg，修复潜力较小。因此本研究野
外调查发现的金丝草、柳叶箬具备了 Pb超富集植物
的特征，而且达到 Pb 超富集植物标准，但仍需室内
实验的验证。
3． 2 Pb胁迫条件下金丝草和柳叶箬对 Pb 的吸收
积累特征
根据野外调查结果，选择金丝草和柳叶箬 2 种
植物进行室内模拟胁迫实验，进一步验证其对 Pb的
超富集能力。
3． 2． 1 Pb胁迫条件下金丝草和柳叶箬对 Pb的耐性
金丝草和柳叶箬在 Pb 浓度小于 20 000 mg /kg
条件下生长良好，没有出现 Pb 中毒症状，但在
20 000 mg /kg 时，金丝草、柳叶箬表现出了一定的
Pb毒害症状，表现为根梢末端和须根部分干枯，茎
叶先端以及幼嫩组织出现失绿现象，叶片尖端开始
发黄，生长受到抑制。
表 3 重金属矿区植物对 Pb富集能力
Table 3 Pb enrichment ability of different plants in heavy metal mining areas
植物种类 茎 叶 根
转运
系数
植物种类 茎 叶 根
转运
系数
金丝草 1231． 8 ± 171． 5 934． 11 ± 15． 98 1． 32 毛轴莎草 1424． 7 ± 70． 54 5823． 0 ± 476． 3 0． 24
渐尖毛蕨 290． 82 ± 50． 11 1448． 5 ± 46． 62 0． 20 斑茅 244． 27 ± 15． 93 5250． 6 ± 33． 03 0． 05
笔管草 150． 41 ± 8． 95 2249． 8 ± 158． 8 0． 07 柳叶箬 1818． 4 ± 97． 81 279． 86 ± 183 6． 50
驳骨丹 73． 19 ± 1． 74 84． 37 ± 9． 15 0． 87 二歧飘拂草 1061． 9 ± 104． 7 5755． 6 ± 1214 0． 18
长圆叶艾纳香 58． 84 ± 5． 76 3． 54 ± 0． 68 16． 61 细毛鸭嘴草 411． 86 ± 65． 99 2979． 7 ± 116． 7 0． 14
五节芒 37． 04 ± 2． 03 164． 92 ± 6． 84 0． 22 长蒴母草 17． 90 ± 5． 18 4105． 8 ± 175． 8 0． 00
299
第 3 期 侯晓龙等: Pb超富集植物金丝草( Pogonatherum crinitum ) 、柳叶箬( Lsache globosa)
3． 2． 2 Pb胁迫条件下金丝草和柳叶箬对 Pb 的吸
收积累特征
由表 4 可知，随 Pb 浓度的增加，2 种植物 Pb 含
量呈先增加后减少的趋势。在不同 Pb处理条件下，
柳叶箬和金丝草地上部分 Pb含量均超过 1 000 mg /
kg，并在 18 000 mg /kg 处理水平时达最大值，金丝
草地上和地下部分 Pb 含量分别达 3 789. 84 mg /kg
和 4 964. 76 mg /kg，柳叶箬地上和地下部分 Pb含量
分别达 3 411. 56 mg /kg和 1 523. 02 mg /kg。
从转运系数来看，不同 Pb 处理柳叶箬对 Pb 的
转运系数均大于 1，最高达 2. 35，而且其地上部分
Pb含量超过 1 000 mg /kg的水平，达到 Pb超富集植
物标准，因此认为柳叶箬为 Pb 超富集植物，可利用
该植物进行 Pb污染土壤上的修复。金丝草只在处
理浓度为 5 000 mg /kg时转运系数大于 1，而且地上
部分 Pb浓度也超过 1 000 mg /kg，达到 Pb超富集植
物标准，其他处理浓度下均小于 1，大部分接近 1，但
地上部分 Pb含量均超过了 1 000 mg /kg的标准。
表 4 不同 Pb处理条件下植物的 Pb富集能力
Table 4 Pb enrichment ability of different plants under Pb stress
Pb处理浓度
( mg /kg)
柳叶箬
地上部分
( mg /kg)
地下部分
( mg /kg)
转运系数
金丝草
地上部分
( mg /kg)
地下部分
( mg /kg)
转运系数
5 000 1 470． 90 ± 629． 28 625． 92 ± 27． 19 2． 35 1 436． 61 ± 92． 20 1 306． 01 ± 356． 15 1． 10
10 000 1 090． 40 ± 255． 86 484． 62 ± 159． 51 2． 25 2 574． 34 ± 500． 25 2 626． 88 ± 181． 21 0． 98
12 000 2 000． 114 ± 465． 30 909． 14 ± 58． 05 2． 20 3 231． 06 ± 1 167． 75 3 401． 11 ± 206． 96 0． 95
15 000 2 933． 00 ± 212． 53 1 297． 79 ± 328． 27 2． 26 3 768． 95 ± 267． 99 3 392． 05 ± 1016． 30 0． 90
18 000 3 411． 56 ± 577． 22 1 523． 02 ± 126． 416 2． 24 3 789． 84 ± 736． 37 4 964． 76 ± 434． 68 0． 76
20 000 2 149． 37 ± 185． 145 959． 54 ± 380． 45 2． 24 3 716． 35 ± 421． 54 3 953． 56 ± 294． 62 0． 94
4 结 论
( 1) 在重金属矿区生长的金丝草和柳叶箬地上
部分 Pb含量分别达 1 231. 8 和 1 818. 4 mg /kg，转运
系数分别为 1. 32 和 6. 50，表明金丝草和柳叶箬具
有 Pb超富集植物的基本特征。
( 2) 在 Pb处理浓度小于 20 000 mg /kg时，金丝
草和柳叶箬生长基本没有受到影响，说明这 2 种植
物具有较好的耐 Pb特征。
( 3 ) 金丝草和柳叶箬体内 Pb 含量在 18 000
mg /kg处理时达最大值，金丝草地上和地下部分 Pb
含量分别达 3 789. 84 mg /kg 和 4 964. 76 mg /kg，柳
叶箬地上部分和地下部分 Pb 含量分别达 3 411. 56
mg /kg和 1 523. 02 mg /kg。
( 4) 不同 Pb处理浓度下柳叶箬对 Pb 的转运系
数均大于 1，而且其地上部分 Pb 含量超过 1 000
mg /kg，可确定为 Pb 超富集植物。在 Pb 处理浓度
为 5 000 mg /kg时，金丝草地上部分 Pb 的含量超过
1 000 mg /kg，对 Pb的转运系数大于 1，达到 Pb超富
集植物的标准。
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