全 文 ：李氏禾对土壤中铜积累特征及抗性研究
张学洪 ,孙家君 ,刘 杰 ,胡 澄 ,黄海涛 ,罗亚平　(桂林工学院资源与环境工程系 ,广西桂林 541004)
摘要　[目的]研究室内生长条件下李氏禾对铜的吸收和抗性特征。[方法]将从 6个采样点采集的李氏禾样本、淤泥和水样带回实验室
进行分析。消解液定容后用火焰原子吸收分光光度计(PEAA-700)测定铜的含量。[结果]电镀污水污染区的李氏禾生长茂盛 ,是当地
的优势种群。在各植物样品中 ,铜含量均为根系>叶柄>羽片。当土壤铜含量达 2 000 mg/kg 时 ,根、茎、叶中铜含量分别为:500.33、
335.81、307.89 mg/kg。在土壤培养条件下 ,李氏禾叶中铜含量为 46.11～ 308.07 mg/kg ,铜的生物富集系数为 0.40～ 1.75;根和茎中铜含量
分别为 49.22～ 500.33和 39.22～ 335.81 mg/kg ,铜的最高生物富集系数分别为 1.85和 1.47。[结论]李氏禾能在铜污染的环境中生存 ,对
铜有较强的适应力和抗性 ,是一种较理想的植物修复材料。
关键词　李氏禾;铜;植物修复;抗性
中图分类号　S 154.2　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2008)13-05586-02
Research on the Accumulation Characteristics and Resistance of Leersia hexandra Swartz on Cu in Soil
ZHANG Xue-hong et al　(Department of Resources and Environmental Engineering, Guilin University of Technology , Guilin , Guangxi 541004)
Abstract　[ Objective] The aim was to research the absorption and resistance characteristics of Leersia hexandra Swartz growing in room on Cu.
[Method] The L.hexandra samples , sullage and water samples collected from 6 sampling spots were brought into laboratory for analyses.After the volume
of digested solution was constant , the Cu contents were determined by flame atomic absorption spectrophotometer(PEAA-700).[ Result] L.hexandra
grew prosperously in the area polluted by electroplate sewage andwas the locally dominant species.The Cu contents in various plant samples were roots >
leafstalk > pinna.When the Cu content in soil reached 2 000 mg/kg , the Cu contents in root , stem and leaf were 500.33 , 335.81 and 307.89 mg/kg.
When L.hexandrawas cultured in soil , the Cu content in its leaf was 46.11～ 308.07 mg/kg , with biological enrichment coefficient being 0.40～ 1.75;
theCu contents in its root and stemwere 49.22～ 500.33 and 39.22～ 335.81mg/kg resp., with highest biological enrichment coefficients being 1.85 and
1.47 resp..[ Conclusion] L.hexandra could survive in the environment with Cu pollution and had comparatively strong adaptability and resistance on Cu ,
which was a kind of comparatively perfect phytoremediation material.
Key words　 Leersia hexandra Swartz;Cu;Phytoremediation;Resistance
基金项目　国家自然科学基金项目(40663002, 20665003);教育部科学
技术研究重点项目(206116);广西新世纪十百千人才工程
项目(文号桂政发[ 2006] 62号);广西科学基金项目(桂科
青 0542006);广西科学基金项目(桂科青 0640071);广西科
学基金项目(桂科青 0640072)。
作者简介　张学洪(1963-),男 ,湖北荆州人 ,博士 ,教授 ,从事重金属
污染的治理研究。
收稿日期　2008-01-15
　　近年来 ,植物修复方法在我国已经引起了广泛重视 ,其
中以铜污染土壤的植物修复研究开展最早 ,且研究人员为数
最多。至今陆续发现了一批我国原生的铜耐/富集植物 ,如
海州香薷 、鸭跖草 、酸模 、紫花香薷 ,为开展铜污染土壤的植
物修复机理及修复技术提供了好材料 。李氏禾是我国境内
首次发现的铬超富集植物 ,并且对铜 、镍也有一定的抗性 ,该
植物繁殖非常迅速 ,且可高密度生长 ,单位面积生物量大 ,适
合生长于潮湿和水生环境中 ,为重金属污染土壤和水体的植
物修复提供了优良的种质资源。笔者在前期野外调查研究
的基础上 ,进一步研究李氏禾在室内土培移栽试验中对铜的
积累特征。
1　材料与方法
1.1　野外调查与采样　调查区位于广西北部某电镀工业
区 ,距桂林市约 110 km ,电镀厂产生的污水含铜 、铬 、镍等重
金属 ,废水经化学分类法处理后排入附近一水塘中 ,然后再
流入附近一条小河。长期以来在水塘中沉积了大量的含铜 、
铬 、镍等重金属 ,对水塘及小河周围环境造成了一定的影响。
2006年 1月在周围布设 6个采样点 ,分别采集了李氏禾样
本 、淤泥和水样 ,带回实验室进行分析。
1.2　室内土壤培养　为了研究在室内生长条件下李氏禾对
铜的吸收和抗性特征 ,从未受重金属污染的桂林市农业科学
研究所育种基地采集植物样本。将取回的样本用自来水冲
洗干净 ,然后用 1/2 Hoagland溶液预培养 15 d ,控制植物生长
环境(14 h 光照 , 25 ℃白天/20 ℃晚上 ,相对湿度 70%～
80%),待植物根部生长状况良好时 ,用于土培试验的研究 。
供试土壤为水稻土 ,采自桂林农业科学研究所试验田 。
测定其基本理化性质:pH值为 6.9、有机质含量为 28.0 g/kg 、
阳离子交换量 11.9 cmol/kg 、速效 K含量为 97.8 mg/kg 、碱解
N含量为 150.0mg/kg 、速效P含量为 9.5 mg/kg 、等 。所采用
的测定方法为:pH 值用 CaCl2 浸提—电位法测定;有机质用
重铬酸钾氧化 —外加热法;有效磷用 0.05 mol/LHCl —0.025
mol/L 0.5H2SO4浸提法;钼锑抗比色法;阳离子交换容量用 1
mol/L乙酸铵交换法。
土壤自然风干后 ,过 5 mm筛 。把土壤装入塑料盆中 ,每
盆装 10 kg ,然后加入去离子水 ,充分拌匀 ,进行土壤预培养 。
在培养过程中保持土壤的一定湿度。土壤培养 l周后 ,开始
盆栽试验。把培养的土壤分装入塑料小盆中 ,每盆装 0.5 kg
(按干土计),铜添加量为 0、100、200、500 、1000、2 000mg/kg ,土
壤中的铜以CuSO4的形态加入。每盆各施 10 ml 1/2 Honglang
溶液 ,与土壤充分拌匀 ,预培养 1周后分别取一定量土样 ,进
行土壤吸收铜含量的测定与收获后土壤含铜量进行比较 ,之
后每盆移栽 15株左右 ,重复 3次 。
试验过程中保持土壤一定湿度 ,并且每隔 1周每盆各施
10ml 1/2 Honglang溶液。每隔 20 d测量 1次植物生长高度 ,
生长 60 d后 ,收获植株的地上部 ,测定地上部茎 、叶的铜含
量 ,最后测定土壤及根部铜的含量 ,分析植株吸收铜的富集
特征 。
1.3　土壤与植物分析　淤泥样品自然风干 、研磨 ,过 100目
筛后供分析使用 。植物样品先用自来水冲洗几遍 ,洗净附着
在表面的尘土 ,溶液培养的植物根部需用 0.1mmol/L的CaCl2
浸泡 30 min ,用去离子水冲洗 3次 ,再用吸水纸把表面水吸
干。将样品分为根 、茎 、叶 3部分称鲜重 ,将新鲜样品放在烘
安徽农业科学 , Journal of Anhui Agri.Sci.2008, 36(13):5586-5587, 5590　　　　　　　　　　　　　　　　　责任编辑　庆 　责任校对　况玲玲
箱内 105 ℃杀青 30 min ,然后低温 80 ℃左右烘干 24 h ,磨碎 ,
再测定样品各部分干重 。土壤样品用HCl+HNO3 +HClO4 消
解(2∶2∶1 ,体积比);植物样品用HNO3+HClO4消解(4∶1 ,体积
比)。消解液定容后用火焰原子吸收分光光度计(PEAA700)
测定铜的含量。
2　结果与分析
2.1　电镀污水污染及水培条件下李氏禾对铜的抗性　在前
期研究中 ,广西某电镀厂池塘边生长的李氏禾叶片铜含量平
均为 1 717.85mg/kg ,明显高于 1 000mg/kg的临界值(表 1)。
表 1　野外生长条件下李氏禾对铜的积累特征(广西桂林)
Table 1　The accumulation characters of Leersia hexandra Swartz to Cu under outdoor growth condition(Guilin , Guangxi)
采样点
Sampling site
淤泥中铜含量∥mg/ kg
Cu content in sullage
水中铜含量∥mg/ L
Cu content in water
叶中铜含量∥mg/ kg
Cu content in leaf
根茎铜含量∥mg/ kg
Cu content in rhizome
叶/淤泥
Leaf/ sullage
叶/水
Leaf/water
F1 　　　　146.20 5.75 1 325.50 192.00 　　　9.07 230.52
F2 97.40 6.70 1 984.60 268.90 20.38 296.21
F3 138.40 5.65 2 129.30 1 171.20 15.39 376.87
F4 70.20 5.85 1 895.60 241.40 27.00 324.03
F5 273.70 5.75 1 892.90 576.90 6.92 329.20
F6 203.50 5.55 1 079.20 750.10 5.30 194.45
平均Mean 154.90 5.88 1 717.85 533.42 14.01 291.88
　　野外调查发现 ,电镀污水污染区生长的李氏禾非常茂
盛 ,是当地的优势种群 ,说明污染区生长条件下李氏禾对铜
具有较强的抗性。同时也发现 ,野外生长的李氏禾根非常细
小 ,根部生物量明显低于非污染区李氏禾生长的生物量 ,但
根部铜含量明显高于叶中铜含量。导致这种结果可能是由
于生长在污染区的李氏禾能够将吸收的大量铜转运到地上
部分 ,但生长在非污染区的李氏禾根比表面积较大 ,而且长
期处于铜处理土壤中对铜离子可能产生了物理吸附 ,再加上
收获后没有经过特殊的离子交换剂对根部表面的铜离子进
行交换 ,故在分析中导致根部的铜含量增加 ,也有可能是非
污染区的李氏禾具有限制铜向地上部分运输的机制 ,这种机
制可能就是其对铜有较强抗性的原因。
2.2　土培条件下土壤及植物样品吸收重金属情况分析　在
未移栽植物前与收获植物后 ,取一定量各浓度土壤及植物样
品进行烘干 、消解 、测量其铜含量 ,分析其吸附效果及变化情
况(表 2)。
表 2　重金属溶液施加土壤后的浓度变化
Table 2　Changes of concentration of heavy metal solution with the addition of soil
项目 Items 铜加入量 Addition amount of Cu
0 100 200 500 1 000 2 000
铜含量 移栽土壤Soil sampled at transplanting stage 28.61±0.25 132.06±0.28 237.63±0.26 576.43±1.52 909.74±0.16 1 100.22±0.56
mg/ kg 收获土壤Soil sampled at harvest stage 26.63±0.21 120.05±0.81 216.04±0.28 524.03±1.33 827.65±0.28 1 000.58±0.65
Cu content 叶 Leaf 46.54±0.01 52.75±0.23 80.00±0.85 150.42±1.25 163.49±0.23 307.89±0.02
茎 Stem 39.22±0.53 47.03±0.11 125.40±1.21 200.22±0.61 287.96±0.18 335.81±0.18
根Root 49.22±0.67 60.38±0.19 84.12±1.78 277.54±0.85 341.96±10.14 500.33±0.34
生物富集系数 叶 Leaf 1.75 0.88 0.74 0.58 0.40 0.62
Biological conc- 茎 Stem 1.47 0.78 1.16 0.77 0.70 0.67
entration factor 根Root 1.85 1.00 0.78 1.06 0.83 1.00
2.3　土壤中不同浓度铜处理对李氏禾生物量的影响　在普
通植物中 ,铜的分布规律为根系最高 ,茎叶较少。同样 ,从李
氏禾中不同部位的含铜量来看 ,铜的分布规律完全相同 ,在
各植物样品中铜含量均依次为:根系>叶柄>叶片 ,当土壤
含铜量为 0mg/kg时(含铜背景值为 26.63 mg/kg),根 、茎 、叶
中铜的含量分别为:49.22、39.22、46.54mg/kg ,但随着土壤中
铜浓度的增加李氏禾中不同部位的含铜量也随之增加 ,当土
壤含铜量达到 2 000mg/kg时 ,根 、茎 、叶中铜的含量分别为:
500.33、335.81 、307.89mg/kg ,这说明 ,铜在该植物体中比较容
易向上运输 ,显示出李氏禾对铜有一定的抗性 ,可以在高处
理浓度下存活 ,但从植物中的含铜量 、生物富集系数和地上
与地下部含铜量的比值来看 ,李氏禾还不符合目前国际上定
义的“超富集植物”标准。
土壤培养结果表明 ,李氏禾能在 1 ～ 2 000 mg/kg铜处理
浓度的土壤条件下存活 ,而且生长状况没有受到明显的抑
制 ,这一特性表明其在铜污染环境的植物修复中有一定的潜
力。当在处理浓度达到 5 000 mg/kg时李氏禾依然未出现明
显的枯死现象 ,并且生物量在铜处理浓度为 0时最大 ,为 0.10
g/株;在铜处理浓度为 2 000 mg/L时最小 ,为 0.43 g/株 。李
氏禾在 1～ 2 000mg/kg的铜处理浓度 ,生物量整体下降趋势
不明显 ,但与对照生物量相比有显著差异(P <0.05),说明铜
的加入对李氏禾的生长有一定的影响。
2.4　土壤培养条件下李氏禾对铜的吸附特征　土壤培养试
验结果显示 ,李氏禾叶中铜含量为 46.11～ 308.07mg/kg ,叶中
铜的生物富集系数为 0.40 ～ 1.75 。当土壤中铜浓度为 2 000
mg/kg时 ,叶中铜含量达到最大(307.89 mg/kg),高于其他浓
度条件下铜含量;当土壤中铜浓度为 0时 ,叶中铜的生物富集
系数达到最大(1.75),高于其他浓度下叶的生物富集系数 。
(下转第 5590页)
558736卷 13期　　　　　　　　　　　　　　　张学洪等　李氏禾对土壤中铜积累特征及抗性研究
表径流发生发展产生一定的影响 ,而下层的土壤水分状况则
基本上不影响径流量 。这可能与青藏高原夏季局地强降水
频繁发生 ,径流多为瞬时降水强度大于土壤入渗速率导致产
流有直接关系。
图2　降水强度与地表径流相关图
Fig.2　Relationship between precipitation and surface runoff
图3　不同层次前期土壤水分与径流量的偏相关分析
Fig.3　Partial correlation analysis on runoff and soil moisture of dif-
ferent rainfall prophase
3　结论与讨论
(1)高寒草甸草原年平均径流系数为 0.18%,地表径流
主要发生在夏秋季 ,其中以夏季最多 ,占年总径流量的
57.3%,其次是秋季 ,占总径流量 36.0%,春季地表径流最少 ,
仅占总径流量的 6.7%,冬季无地表径流发生;地表径流造成
的水土流失主要集中在盛夏的 7、8月 ,年水土流失量主要由
几次大降水造成。
　　(2)径流量与降水量呈明显的线性正相关关系;与 30min
最大雨强表现出指数函数关系 ,与 0 ～ 20 cm表层的土壤水分
呈显著的正相关关系;降水量的多少直接影响着径流量 ,但
根据降水量的多少来判断是否产生径流或产生多少径流则
是非常不可靠的。
(3)该文研究结论对揭示高寒草甸草原降水特性 、土壤
水分对草地地表径流和水土流失的影响 ,评价高寒草地天然
牧草对降雨的吸收利用能力 ,建立特定区域地表径流和水土
流失预报方程及实现水资源的可持续利用有着极其重要的
意义。但其局限性在于只分析了特定坡度背景下的一般规
律 ,若要研究不同坡度 、草地地表径流及土壤侵蚀的影响 ,需
要在以后的工作中设定不同的试验处理进行专题研究。
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(上接第 5587页)
土壤培养条件下 ,根和茎也对铜表现出一定的富集作用 ,根
中铜的含量为 49.22～ 500.33mg/kg ,茎中铜的含量为 39.22
～ 335.81mg/kg ,根 、茎中铜的最高生物富集系数最高分别
达到 1.85、1.47。
虽然李氏禾在土培条件下 ,各部位含铜量均很高 ,但都
没有达到超富集的定义标准 。但在土培条件下 ,李氏禾在
铜处理浓度为 2 000mg/kg时 ,依然可以正常生长 ,可见李氏
禾在土壤中各种成分的综合作用下 ,可以在高浓度铜污染
的条件下生存 ,说明李氏禾对铜的抗性比较高。
3　结论
在我国境内已经发现了许多海州香薷 、鸭跖草 、酸模 、
紫花香薷等铜的耐富集植物 ,并一直运用于铜污染环境的
植物修复中 。李氏禾能对重金属铜产生抗性 ,所以该种植
物的发现对多种重金属复合污染环境的治理具有重要意
义 。土壤条件下的多种营养及各种元素的综合作用 ,将会
对李氏禾在铜污染土壤中的生长有一定的促进作用 ,今后
将对李氏禾对铜的解毒机理方面作进一步的研究。
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