全 文 ：第 5期
《环境科学与技术》编辑部：（网址）http://fjks.chinajournal.net.cn（电话）027-87643502（电子信箱）hjkxyjs@126.com
收稿日期：2011-07-31；修回 2011-09-07
基金项目：国家自然科学基金项目（30560034）；云南省国际合作研究项目（2002GH14）；中法先进研究计划项目（PRA E 01 02）；云南省学术带头人
后备人才项目(2006PY01-34)
作者简介：方其仙(1979-)，女，讲师，硕士，主要从事环境生态-植物修复方面的研究，(手机)13888932438(电子信箱)yfqx_1979@sina.com；*通讯作者，
(电话)0871-5227550(电子信箱)liyuanzu@public.km.yn.cn。
方其仙，李元,祖艳群，等.圆叶无心菜对Pb的吸收累积特征研究[J].环境科学与技术，2012，35（5）：121-126.FangQi-xian,LiYuan,ZuYan-qun,etal.
AccumulationcharacteristicsofArenaria rotumdifolia Biebersteint Pb[J].EnvironmentalScience&Technology，2012，35（5）：121-126.
圆叶无心菜对Pb的吸收累积特征研究
方其仙 1，2， 李元 1*, 祖艳群 1， 湛方栋 1
（1. 云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明 650201; 2. 云南农业职业技术学院，云南 昆明 650031）
摘 要：文章采用盆栽试验的方法，研究了铅锌矿区圆叶无心菜对 Pb的累积特征。采用 Pb 0、200、500和 1 000 mg/kg处理，研究圆叶无
心菜在 20、40和 60 d时，数量性状变化及其对 Pb的累积特征。结果表明：（1）Pb处理后，在同一生长时期，Pb导致圆叶无心菜株高、冠幅、根长
和生物量显著降低，其中 Pb 1 000 mg/kg处理时，降低的幅度最大；（2）随着 Pb浓度的增加和生长时期的延长，圆叶无心菜 Pb含量不断增加；
（3）圆叶无心菜对 Pb的滞留率和净化率随着时间延长不断增加。生物富集量系数和转运量系数随着 Pb污染浓度的增加有减少的趋势。圆叶
无心菜对 Pb的转运系数大于 1；（4）圆叶无心菜可作为 Pb的累积植物，用来修复被 Pb污染的土壤。
关键词：圆叶无心菜； Pb； 累积特征； 数量性状
中图分类号：X53 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-6504.2012.05.027 文章编号：1003-6504(2012)05-0121-06
Accumulation Characteristics of Arenaria rotumdifolia Bieberstein
to Pb
FANG Qi-xian1, 2, LI Yuan1*, ZU Yan-qun1, ZHAN Fang-dong1
（1.School of Resource and Environment, Yunnan Agriculture University, Kunming 650201, China;
2.Yunnan Agricultural Vocational Technical College, Kunming 650031, China）
Abstract：Pot experiments were done to study accumulation characteristics of Arenaria rotumdifolia Bieberstein from Pb-Zn
mine area to Pb. With treatment by Pb 0, 200, 500 and 1,000mg/kg, quantities characteristics and Pb accumulation
characteristics of Arenaria rotumdifolia Bieberstein were studied after 20, 40 and 60days. Results indicated that plant height,
crown diameters, root length and biomass of Arenaria rotumdifolia Bieberstein decreased significantly with Pb treatments,
with the lowest at Pb treatment of 1,000 mg/kg. Contents of Pb in Arenaria rotumdifolia Bieberstein increased incessantly
with increasing of concentrations of Pb in soils and prolong of developmental stages. After treated with Pb, the bided rate,
purifying rate were increased incessantly with prolong of developmental stages. With increasing of the concentrations of Pb in
soils, absorption capacity coefficient and transformation coefficient of Arenaria rotumdifolia Bieberstein decreased, with
transformation coefficient of Arenaria rotumdifolia Bieberstein over 1. It was demonstrated that Arenaria rotumdifolia
Bieberstein is one of accumulators to Pb.
Key words：Arenaria rotumdifolia Bieberstein; Pb; accumulation characteristics; quantities characteristics
我国受铅、锌、镉、砷等重金属污染的耕地面积近
2 000万 hm2，约占总耕地面积的 1/5，其中 Cd污染耕
地 1.3万 hm2，涉及 11 省市的 25 个地区，粮食含 Pb
量大于 1.0 mg/kg的产地有 11个，有 6个地区生产的
粮食含量超过 0.7 mg/kg[1]。另外，工业“三废”污染耕
地 1 000万 hm2，污水灌溉的农田面积已达 330多万
hm2。重金属污染土壤的修复是保障农产品安全的重
要措施，采用重金属超累积植物进行植物修复是最合
理有效的修复技术[2-3]。然而，我国在重金属超累积植
物的筛选、土壤重金属污染的植物修复方面的研究仍
处于起步阶段，至今仍缺乏适宜的超累积植物。
铅锌矿是云南优势矿产之一，云南铅锌矿储量
2 605.34万 t,居全国首位,亚洲第二位[4]。云南的植物
种质资源非常丰富，在重金属污染很严重的矿区土壤
Environmental Science & Technology
第 35卷 第 5期
2012年 5月
Vol. 35 No.5
May 2012
第 35卷
上，仍有一些野生植物顽强生长，这对于筛选云南本
土的具有明显效果的重金属超累积植物创造了条件，
为植物材料修复治理重金属污染土壤提供了可能。研
究者已对云南铅锌矿矿区及废弃地的植物和土壤进
行了研究，筛选出了 20多种 Pb、Zn和 Cd的超累积
植物，包括本研究中的圆叶无心菜[5-6]。通过在矿区采
集圆叶无心菜的幼苗，采用盆栽试验的方法，研究圆
叶无心菜对 Pb的吸收累积特征，为利用圆叶无心菜
作为 Pb累积植物，修复 Pb污染农田土壤提供科学依
据。
1 材料与方法
1.1 试验材料及采集
圆叶无心菜 (Arenaria rotumdifolia Bieberstein)：
别名圆叶蚤缀，石竹目石竹科，无心菜属。一年生或多
年生野生植物，多分布于中国的东北、西北、华北及西
南等地区。圆叶无心菜采于会泽铅锌矿区和非矿区。
采样区海拔 2 463~2 516 m，东经 103°03′~103°55′，
北纬 25°48′~26°38′，主要生长于小型灌丛和草本植物
中[6]。
用于栽培的土壤采于云南农业大学后山。通过测
定：全氮 0.06%，全磷 0.13%，全钾 0.43%，速效磷 27.60
mg/kg，速效钾 211.9 mg/kg，碱解氮 56.61 mg/kg，有
机质 1.30 mg/kg，pH值 7.74，Pb 43.28 mg/kg。
1.2 盆栽试验
圆叶无心菜种子在盆装土壤中繁育幼苗，准备用
于移栽。盆栽试验每盆（300 mm×250 mm）装 5 kg土，
浇 Pb（Pb（CH3COO）2·3H2O），（以纯 Pb计）为 0、200、
500和 1 000 mg/kg，充分拌匀，以使 Pb均匀地分布到
土壤中，平衡 15 d，施入适量的 N、P和 K肥。然后每
盆栽苗 4株，3次重复。处理 20 d、40 d和 60 d时，分
别测定其数量性状和植株地上部分、根、土壤中 Pb含
量。
1.3 分析方法
数量形状的测定：株高、冠幅、根长和生物量采用
常规方法。
土壤铅、锌含量：王水（浓硝酸∶浓盐酸=1∶3）-高氯
酸消煮，原子吸收分光光度法测定。
植物铅、锌含量：硝酸-高氯酸混合酸（3∶1）消煮，
原子吸收分光光度法测定。
富集系数：植物地上部 Pb含量/土壤 Pb含量。
位移系数=植物地上部 Pb含量/植物根 Pb含量。
生物富集量系数=（植物地上部 Pb含量×植物地
上部生物量）/土壤 Pb含量×土壤重量。
转运量系数=（植物地上部 Pb含量×植物地上部
生物量）/（植物根 Pb含量×植物根生物量）。
净化率（%）=（植物地上部 Pb累积量/土壤 Pb处理
总量）×100%。
1.4 统计分析
数量性状的差异显著性分析采用新复极差法
（LSR）多重比较（DYES软件）。土壤与植物之间，植物
不同部位之间 Pb含量的相关性采用 SPSS软件进行
分析。
2 结果与分析
2.1 Pb对圆叶无心菜不同时期数量性状的影响
2.1.1 Pb对矿区圆叶无心菜不同时期数量性状的影
响
Pb 200和 500 mg/kg处理后，矿区圆叶无心菜的
数量性状无明显变化。Pb 1 000 mg/kg处理后，叶片
发黄，且部分叶片向外卷缩，随后又恢复正常。随着
Pb处理浓度的增加和生长时期的延长，其株高、冠幅、
根长（60 d除外）和生物量都有显著的变化。在 20、40
和 60 d 三个时期，Pb 处理导致圆叶无心菜株高、冠
幅、根长和生物量都降低。Pb 1 000 mg/kg处理时，降
低的幅度最大。60 d时，Pb 1 000 mg/kg处理导致株
高、冠幅、根长和生物量降低的幅度分别为 16.5%、19.9%、
3.3%和 22.4%（表 1）。
2.1.2 Pb对非矿区圆叶无心菜不同时期数量性状的
影响
Pb 200和 500 mg/kg处理后，部分叶片发黄，有
白色斑点。Pb 1 000 mg/kg处理的部分叶片皱缩，枯
黄，有白色斑点，随后也恢复正常。随着 Pb处理浓度
的增大和生长时期的延长，其株高、冠幅、根长（20 d
除外）和生物量都有显著的变化。在 20、40和 60 d三
个时期，Pb处理导致非矿区圆叶无心菜株高、冠幅、根
长和生物量降低。Pb 1 000 mg/kg处理时，降低的幅
度最大。60 d时，Pb 1 000 mg/kg 处理导致株高、冠
幅、根长和生物量降低的幅度分别为 15.5%、60.7%、
33.1%和 20.2%（表 1）。
2.2 Pb处理对圆叶无心菜 Pb含量的影响
2.2.1 Pb对矿区圆叶无心菜不同时期 Pb 含量的影
响
矿区圆叶无心菜随着生长时期的延长和 Pb处理
浓度的增加，其体内 Pb浓度不断增加，且地下部增加
的更多。60 d时，Pb 1 000 mg/kg处理后，其地上部和
地下部 Pb浓度均为最大值，分别为 410.37 mg/kg和
2 105.87 mg/kg，是对照的 19.75倍和 10.67倍（图 1）。
2.2.2 Pb对非矿区圆叶无心菜不同时期 Pb 含量的
影响
122
第 5期 方其仙，等 圆叶无心菜对Pb的吸收累积特征研究
非矿区圆叶无心菜随着生长时期的延长和 Pb处
理浓度的增加，其体内 Pb浓度不断增加。各个生长时
期，对照 Pb浓度都是地上部大于地下部。40 d和 60 d
时，Pb 处理都是地下部浓度大于地上部浓度。60 d
时，Pb 1 000 mg/kg处理后，其地上部和地下部 Pb浓
度为最大值，分别为对照的 9.97倍和 27.05倍（图 2）。
2.3 圆叶无心菜不同时期对 Pb的吸收累积特征
Pb处理后，矿区圆叶无心菜各个时期的滞留率
都为正值。对照和 Pb处理，其净化率随着生长时期的
延长不断增加，但随着 Pb浓度的增加而降低。富集系
数和位移系数在各个生长时期都小于 1，但都有增加
的趋势。生物富集量系数随着生长时期的延长不断增
加，40 d和 60 d时，对照和处理的生物富集量系数都
大于 1。各处理在不同生长时期的转运量系数都小于1。
非矿区圆叶无心菜的滞留率随着 Pb处理浓度的
增加不断增加。60 d时，Pb 1 000 mg/kg处理的滞留
率最大，为 35.06%。净化率随着 Pb浓度的增加和生长
时期的延长不断增加。在各个生长时期，其富集系数
都小于 1。位移系数小于 1（对照除外）。生物富集量系数
小于 1（对照和 Cd 20 mg/kg处理在 60 d时除外）。各
处理在不同生长时期的转运量系数都大于 1（表 2）。
2.4 Pb处理与圆叶无心菜 Pb含量的相关分析
20、40和 60 d三个生长时期，矿区圆叶无心菜根
和地上部 Pb 含量与 Pb 处理浓度之间都呈正相关。
20 d根与地上部之间存在极显著的相关性，40 d根与
20 d地上部之间存在显著的相关性。60 d地上部与根
之间存在显著的相关性。非矿区圆叶无心菜地上部和
根 Pb含量与 Pb处理之间都存在显著或极显著的相
关性。20 d、40 d和 60 d三个生长时期各部分之间也
存在显著显著的相关性（表 3）。
3 讨论
3.1 重金属 Pb对圆叶无心菜数量性状的影响
重金属对植物的毒害，在形态上主要表现为根、
茎生长迟缓和叶片失绿、卷曲。重金属离子既可以导
致植物组织、细胞失水；又可以阻碍植物体内水分的
运输；还可以影响植物的蒸腾作用和呼吸作用等。
对圆叶无心菜进行不同浓度 Pb处理后，开始都
出现了相似的症状。在 20、40和 60 d三个生长时期
测定其株高、根长、冠幅、生物量，发现圆叶无心菜的
株高、根长、冠幅、生物量都随着生长时期的延长而不
断增加。虽然圆叶无心菜在开始时都出现一些异常症
状，但几天后都恢复正常生长，说明其对 Pb有一定的
抗性或累积适应的能力。
另外，矿区植物和非矿区植物相比，矿区的圆叶
无心菜比非矿区的长得更好，出现症状后恢复得也
采样
点
Pb
/mg·kg-1
生物量/g
20 d 40 d 20 d 40 d 20 d 40 d 20 d 40 d 60 d
CK 23.40aA 31.30aA 350.85aA 615.56aA 14.40aA 14.30aA 6.00aA 8.99aA 11.91aA
200 23.80aA 31.13aA 342.30bB 586.38bB 1.12bAB 12.41bB 6.18aA 9.10aA 12.04aA
500 22.59bA 28.21bB 334.29cC 550.36cC 11.04bAB 10.48cC 5.40bB 8.60bB 10.27bB
非
矿区
CK 21.27aA 27.29aA 272.72aA 468.40aA 13.08aA 12.06aA 6.42aA 8.84aA 10.62aA
200 21.25aA 27.07aA 273.24aA 466.67aA 13.45 11.27aA 6.21aA 8.47aA 10.04bB
500 20.11bB 24.30bB 154.04bB 286.05bB 10.56 8.93bB 5.04bB 7.62bB 9.09cC
1 000 15.32cC 18.72cC 42.59cC 177.24cC 9.06 8.38bB 3.92cC 5.03cC 8.47dD
株高/cm
60 d
33.78aA
32.33bB
30.01cC
30.21aA
30.28bB
26.54Cc
25.52dD
冠幅/cm×cm
60 d
1 046.42aA
985.98bB
852.93cC
823.25aA
561.25bB
366.55cC
323.74dD
根长/cm
60 d
13.81aA
12.92
12.23
13.33aA
12.26aAB
10.63bBC
8.92cC
矿区
1 000 20.30cB 21.24cC 312.38dD 489.91dD 8.84bB 9.71cC 4.41cC 7.16cC 9.24cC28.20dD 837.74dC 13.35
表 1 Pb对圆叶无心菜不同生长时期的数量性状的影响
Table1 Effect of Pb，Zn quantitive characteristics change of Arenaria rotumdifolia Bieberstein
注:大写字母 A、B、C表示极显著关系（p＜0.01），小写字母 a、b、c表示显著关系（p＜0.05）。
123
第 35卷
表 3 Pb处理与圆叶无心菜 Pb含量的相关分析
Table 3 The regression analysis of Pb concentration in Arenaria rotumdifolia Bieberstein
采样点 20 d根 20 d地上部 40 d根 40 d地上部 60 d根 60 d地上部
0.998** 0.996** 0.994** 0.859 0.949 0.993**
0.997** 0.995** 0.882 0.967* 0.996**
0.984* 0.849 0.962* 0.986*
0.905 0.955* 0.999**
0.930 0.914
非矿区
0.962* 0.998** 0.997** 1.000** 0.993** 0.967*
0.957* 0.939 0.964** 0.934 0.949
0.998** 0.999** 0.988* 0.950
0.997** 0.993** 0.949
0.991** 0.962*
0.976*
Pb处理浓度
20 d根
20 d地上部
40 d根
40 d地上部
Pb处理浓度
20 d根
20 d地上部
40 d根
40 d地上部
60 d根
矿区
0.967*60 d根
注:*、**分别表示在 p<0.05和 p<0.01水平上显著相关，n=4。
采样点 时间/d Pb/mg·kg-1 滞留率/% 净化率/% 富集系数 位移系数 生物富集量系数 转运量系数
20
CK 85.88 32.47 0.663 0.141 1.007 0.282
200 84.71 20.13 0.096 0.153 0.371 0.306
500 86.42 12.15 0.094 0.136 0.325 0.272
1 000 84.88 9.82 0.125 0.151 0.355 0.302
40
CK 91.34 50.32 0.849 0.087 1.684 0.173
200 70.85 86.54 0.613 0.292 3.224 0.583
500 73.75 73.09 0.205 0.263 1.144 0.525
1 000 73.64 49.52 0.247 0.264 1.157 0.527
CK 89.48 76.22 0.577 0.105 2.081 0.210
200 89.46 77.99 0.347 0.105 2.469 0.211
500 82.12 65.17 0.248 0.179 1.630 0.358
20
CK -14.41 8.689 0.197 1.144 0.287 2.288
200 -28.74 5.534 0.034 1.287 0.128 2.575
500 10.18 5.259 0.055 0.898 0.174 1.796
1 000 -38.47 4.337 0.077 1.385 0.193 2.769
40
CK -63.44 19.421 0.456 1.634 0.653 3.269
200 9.560 9.803 0.111 0.904 0.396 1.809
500 8.665 8.948 0.039 0.913 0.146 1.827
1 000 24.06 7.693 0.052 0.759 0.174 1.519
60
CK -76.21 38.13 0.572 1.762 1.296 3.524
200 2.253 30.48 0.192 0.978 1.117 1.955
500 8.719 17.91 0.073 0.913 0.423 1.826
1 000 35.06 12.57 0.053 0.649 0.296 1.299
矿区
60
1 000 80.51 48.46 0.240 0.195 1.442 0.390
非矿区
表 2 圆叶无心菜对 Pb的吸收累积特征
Table 2 Pb accumulation characteristics of Arenaria rotumdifolia Bieberstein
快，说明矿区植物更能适应不同浓度的 Pb，这可能是
因为长期生长在矿区的植物已经适应一定污染的生
长环境，对一定浓度的 Pb处理有耐性或适应能力。
3.2 圆叶无心菜吸收累积 Pb的可能机理
根系是重金属等土壤污染物进入植物的门户。根
系分泌物改变重金属的生物有效性和毒性，并在植物
吸收重金属的过程中发挥重要作用。土壤中的大部分
重金属离子都是通过金属转运蛋白进入根细胞，并在
植物体内进一步转运至液泡贮存。在重金属胁迫条件
下植物螯合肽（PC）的合成是植物对胁迫的一种适应
性反应。耐性基因型合成较多的 PC，谷胱甘肽（GSH）
是合成 PC的前体，重金属与 PC螯合并转移至液泡
124
第 5期 方其仙，等 圆叶无心菜对Pb的吸收累积特征研究
中贮存，从而达到解毒效果。金属硫蛋白（MTs）与 PC
一样，可以与重金属离子螯合，从而降低重金属离子
的毒性[7]。
一些学者曾提出植物对重金属的适应机制有两
种，一种是根系吸收重金属[8]，运输到地上部；另一种
是植物的根系可以分泌特殊的有机物，促进土壤中重
金属元素的溶解和根系的吸收，或者超累积植物的根
毛直接从土壤颗粒上交换吸附重金属。Baker也认为，
排斥和累积是高等植物耐受环境中高浓度重金属的
两种基本策略。在重金属含量很高的土壤和水体中，
该类植物对重金属的转运受限，其地上部分能保持较
低并相对恒定的重金属浓度。重金属在植株内的运输
影响植物对重金属的吸收与耐性、在植物体内各部位
的分布以及植物体内物质的结合形态等[9]。本研究中，
Pb 1 000 mg/kg处理 60 d时，矿区圆叶无心菜 Pb含
量为 2 105.87 mg/kg，生物富集量系数为 1.442。圆叶
无心菜对 Pb的累积量、生物量均很大，但其累积的
Pb大多储存在地下部，是地上部的 5.13倍。其原因可
能是 Pb在根系主要以 Pb（PO4）2和 PbCO3等沉淀形
式存在，在植物汁液中也有离子态和络合态 Pb，由于
吸持、钝化或沉淀作用，植物根系所吸收的 Pb向地上
部运输困难[10-11]。
3.3 圆叶无心菜对 Pb的累积特征
Monni曾以株高为指标判断植物在重金属污染条
件下的受害程度，但这些研究局限于单一的指标，不能综
合地反应植物对重金属的吸收累积和耐性[12]。累积重
金属的植物应能适应重金属污染的环境，能在污染的
介质中正常生长，自然界中这样的植物一般生长缓
慢，生物量低，这种植物尽管体内重金属含量较高，利
用价值也不大。只有生长较快，生物量大的植物品种
才有可能用来修复污染土壤[13]。根据以上原则，植株
体内的重金属含量是第一个关键指标。其次是植株的
生物量，在植物生长过程中，植株高度的变化可以指
示生长介质环境对植物的影响[14]。
不同植物对同一种污染物质积累能力不同；同一
种植物对不同污染物质及同一种植物的不同器官对
一种污染物质的积累能力也不同，而且积累部位表现
出不均一性。富集系数可以是几倍乃至几十倍，但富
集系数并非可以无限地增大[15]。
Baker等提出的参考值，即把植物叶片或地上部
(干重)中含 Cd达到 100 mg/kg，含 Pb、Co、Cu、Ni达到
1 000 mg/kg，Zn、Mn达到 10 000 mg/kg以上的植物定
为超累积植物[16]。本研究中，Pb 1 000 mg/kg处理 60 d
时，矿区圆叶无心菜体内 Pb含量为 2 105.87 mg/kg，说
明矿区圆叶无心菜满足 Pb超累积植物的一个条件。
滞留率、净化率、富集系数和位移系数也是筛选
超累积植物应考虑的因子，其中富集系数是最重要的
一个指标。超累积植物除了地上部富集的重金属应达
到一定的量、植物地上部的重金属含量应高于根部两
个主要因素外，另一个主要的指标就是该种植物对某
种元素的富集系数要大于 1。但针对以往在评价超累
积植物方面的不足，有专家提出超累积植物的新的评
价指标。植物生物富集量系数和转运量系数的概念，
作为反映植物对污染元素富集能力的评价指标。植物
生物富集量系数和转运量系数综合了植物生长量这
个至关重要的因素，一些植株体内某元素含量虽未达
到某一水平，富集系数也小于 1，但是它们的生物富集
量系数和转运量系数相对都大，这样的植物也可作为
某元素的超累积植物[17]。
本研究中经 Pb处理后圆叶无心菜的生物富集量
系数随着生长时期的延长不断增加，60 d时，各处理
的生物富集量系数都大于 1。各处理在不同生长时期
的转运量系数都大于 1，说明圆叶无心菜 Pb的累积能
力较强。
4 结论
（1）Pb处理后，在同一生长时期，Pb导致圆叶无
心菜的株高、冠幅、根长和生物量显著降低；在同一污
染条件下，20 d、40 d和 60 d时，其株高、冠幅、根长和
生物量变化也都较为显著。且矿区的比非矿区的要更
能适应 Pb的污染，其数量性状表现也较好。
（2）矿区和非矿区的圆叶无心菜经 Pb处理后随
着生长时期的延长，其体内的 Pb含量都不断增加，且
随着 Pb浓度的增加而增加。在同一生长时期，对于同
种重金属，矿区的比非矿区累积的多。
（3）Pb处理后，20、40和 60 d时三个生长时期矿
区和非矿区的圆叶无心菜的滞留率、净化率、富集系
数、位移系数、生物富集量系数和转运量系数各不相
同。
（4）圆叶无心菜可作为 Pb的累积植物，用来修复
被 Pb污染的土壤。
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