全 文 ：第 2卷　第 7期 环境 工 程学 报 Vol.2 , No.7
2 0 0 8 年 7 月 ChineseJournalofEnvironmentalEngineering Jul.2 0 0 8
类芦对铅的耐性及富集能力探讨
戴文娇 1　宁　平1　刘晓海2　曾向东 1　王海娟 1
(1.昆明理工大学环境科学与工程学院 , 昆明 650093;2.云南省环境科学研究院 , 昆明 650034)
摘　要　通过野外调查和盆栽试验 ,研究了类芦(Neyraudiareynaudiana)对 Pb的耐性和富集能力。研究结果表明 , 类
芦对 Pb耐受的临界浓度为 800 mg/kg, 在此浓度以下 Pb对类芦的生长基本无抑制作用。随着处理浓度的增加 , 类芦生长
变缓慢 、出现中毒症状 , 但仍能存活。从富集能力来看 , 土壤 Pb为中低浓度时 , 类芦的富集能力较强 , 但 Pb浓度超过
1 000 mg/kg后地上部富集量增加缓慢 , 而根部的含量则降低。在各种 Pb处理浓度下 , 类芦地上部 Pb含量均大于根部 , 说
明这种植物对 Pb有较好的迁移能力 。研究发现 ,类芦具有较高的生物量 , 因此其地上部 Pb迁移总量较高 , 在土壤 Pb浓度
为 800 mg/kg时类芦地上部的迁移总量可达到 221.77 mg/m2。综合分析可知 ,类芦对中度 Pb污染土壤的植物修复具有较
大的潜力。
关键词　土壤 Pb污染　类芦　耐性　富集能力　植物修复
中图分类号　X53　　文献标识码　A　　文章编号　1673-9108(2008)07-1004-05
ToleranceandaccumulationofNeyraudiareynaudianaforPb
DaiWenjiao1　NingPing1　LiuXiaohai2　ZengXiangdong1　WangHaijuan1
(1.FacultyofEnvironmentalScienceandEngineering, KunmingUniversityofScienceandTechnology, Kunming650093;
2.YunnanInstituteofEnvironmentalScience, Kunming650034)
Abstract　ToleranceandaccumulationofNeyraudiareynaudianaforPbincontaminatedsoilswerestudied
throughaseriesoffieldinvestigationandpotexperiments.Theresultsshowedthatplantheight, biomassslightly
decreasedwhenthePbconcentrationinsoilswasbelow800mg/kg.Inthehighestconcentrationsemployed, the
growthofNeyraudiareynaudianabecameslowerandsomepoisoningsymptomsintheplantappeared, butit
couldstilsurvive.TheaccumulationofPbbyNeyraudiareynaudianaincreasedinlowandmediumPbconcen-
trationtreatments.However, theaccumulationinshootsincreasedunconspicuouslyandPbcontentsinrootsre-
ducedwhenPbconcentrationinsoilwashigherthan1 000mg/kg.Meanwhile, contentsofPbinshootswere
higherthanthatinroots, suggestingthatthisspeciescouldtranslocatePbfromrootstoshoot.ThetotalPbtrans-
locatedinshootswerehighbecauseofhighbiomass, andthemaximumcouldreach221.77 mgPbpersquare
metreat800 mg/kgPbtreatment.Thus, Neyraudiareynaudianamaybesuitableforphytoremediationofcontam-
inatedsoilswithmediumcontaminationofPb.
Keywords　soilpolutionbyPb;Neyraudiareynaudiana;tolerance;accumulation;phytoremediation
基金项目:云南省环境保护局科技发展计划项目 “土壤重金属污染
植物修复技术及示范工程 ”
收稿日期:2007-11-15;修订日期:2008-03-12
作者简介:戴文娇(1981～ ), 女 ,硕士研究生 ,主要从事土壤污染控
制与修复技术研究工作。 E-mail:daiwenjiao822@yahoo.cn
　　铅是一种常见的重金属污染物 ,它会损害人体
的神经 、血液 、心血管系统以及肾脏等多个器官 ,给
人类健康带来巨大的伤害。随着采矿 、冶炼等开发
活动的加强 、加铅汽油的大量使用以及含铅污水灌
溉 ,其污染物以各种途径进入土壤 ,使得土壤铅污染
现象严重。
植物修复因其具有费用较低 、不破坏场地结构 、
不造成二次污染等优势而成为重金属污染土壤修复
的研究热点 。植物修复是利用植物对重金属的超量
吸收富集作用将土壤中的重金属转移 、贮存到植物
可收割的部位 ,从而使土壤中的重金属含量达到可
接受水平。由于 Pb易以难溶的硫酸盐形式沉淀于
植物根际部位 ,难以被植物吸收 、富集 ,所以在自然
生长条件下 Pb在植物中产生超积累的现象较为罕
见 [ 1] 。目前国外报道的几种典型 Pb超积累植物有
圆叶遏兰菜 [ 2] 、印度芥菜 [ 3] 、牧草剪股颖[ 4] 、羊茅
草 [ 5]和高山漆姑草 [ 2] 等。我国对铅超积累植物也
进行了大量研究工作 ,如吴双桃等 [ 6]发现铅锌冶炼
厂生产区生长的土荆芥叶片内铅含量可达到
第 7期 戴文娇等:类芦对铅的耐性及富集能力探讨
3 888 mg/kg。另外 ,通过温室盆栽或水培试验发现 ,
东南景天 、羽叶鬼针草 、酸模 、鲁白 、芥菜 、东方香蒲
以及剑麻地上部 Pb含量超过超积累植物的临界含
量(1 000 mg/kg)[ 7 ～ 11] 。目前发现的超积累植物种
类较少 ,因而一些生物量大的中等富集植物在实际
应用中也有潜力 。祝鹏飞等 [ 12] 对云南某有色矿区
采矿厂和选矿厂周围生长的 20种植物分析发现 ,类
芦(Neyraudiareynaudiana)对 Pb有较强的富集 、迁
移能力 ,且生物量较大 ,因此其对当地土壤 Pb污染
的植物修复有很大的研究价值 。类芦 ,别名石珍茅 、
假芦 ,隶属禾本科类芦属 。它是具有木质根茎的大
型密从型多年生草本植物 ,秆高 1 ～ 4.8 m,主要分
布于长江流域以南及西南各地 。本文通过野外调查
和盆栽试验研究类芦对 Pb的耐性和富集能力 ,以探
讨其应用于 Pb污染土壤植物修复的可能性 。
1　材料与方法
1.1　野外采样与样品预处理
野外调查区域为云南省个旧市某尾矿废弃地 。
该尾矿废弃地位于东经 103°18 ,北纬 23°22 ,其年
平均温度 18.7℃。调查发现 ,类芦在该地分布广 、
长势较好且植株健康 。在尾矿堆放场通过 S型布点
设立 6个采样点。在各采样点选取长势一致的类芦
进行采集 。同时 ,采集植物生长土层的土壤样本
(表层土壤 , 0 ～ 35 cm)。将类芦分为根和茎叶 2部
分 ,用蒸馏水冲洗干净 , 置于干燥箱中 105℃杀青
30 min,然后在 70 ～ 80℃烘 48 h,粉碎 ,过 1 mm筛 。
土壤样品除去杂质后 ,置于塑料薄膜上 ,铺成薄层 ,
于阴凉处自然风干。风干后的土样 ,用木棒碾碎 ,过
0.15mm土壤筛 ,四分法缩分至约 100 g。
1.2　盆栽试验材料
供试土壤取昆明理工大学白泥山表层土壤(0
～ 30 cm),其基本性质为:pH6.1,有机质 2.43%,
速效态 N33.05mg/kg,速效态 P10.06mg/kg,速效
态 K63.72mg/kg,总 Pb6.78 mg/kg。该土壤不存
在重金属污染 ,且 N、P和 K含量较低 ,符合本试验
的要求 。供试植物类芦采集于个旧市某尾矿废弃
地 。截取类芦根系 ,用蒸馏水洗净根系泥土后 ,在未
污染的园土中培育。
1.3　盆栽试验方法
取风干过 2mm筛的供试土壤 ,加入分析纯的 Pb
(NO3)2制成不同浓度的 Pb污染土壤 ,其浓度梯度为
100、300、500、800、1 000和 1 500mg/kg(以纯 Pb计),
以未加 Pb(NO3)2的作为对照。同时加入 N、P、 K营
养元素(N∶P2O5∶K2O=0.15∶0.10∶0.15 g/kg土 ,干
重),充分混合均匀 ,平衡 2周后分装于内径为 20 cm
的塑料花盆中 ,每盆 2 kg(以干土计),加入蒸馏水使
其含水量为田间持水量的 70%,备用。
盆栽试验采用室内土培试验 ,温度为室温 ,光照
为每天 10h。选择长势和个体大小一致的植株分别
移植至不同 Pb污染处理的土壤中 ,每盆种植 1株 ,
每处理重复 3次 。待类芦持续生长 60 d后 ,测定植
株的株高 。植株收获 、洗净 、烘干后 ,测其干重以及
地上部 、根部的 Pb含量 。
1.4　分析测定方法
植物样品采用 HNO3 -HClO4消解:称取已粉碎
的植物样品 0.5000 g置于 150 mL锥形瓶中 ,加入
5 mL浓 HNO3浸泡过夜。再加入 10 mL浓 HNO3 、
5 mLHClO4于电热板上加热消解。而土壤样品采
用 HCl-HNO3 -HF-HClO4消解:称取 0.2000g土壤样
品(过 0.15 mm筛)于聚四氟乙烯坩锅中 ,用少许水
润湿 ,加入 5 mLHCl,于电热板上低温加热 ,蒸发至
2 ～ 3mL时 ,依次加入 5mL浓 HNO3 、2mLHF、2mL
HClO4 ,加盖后于电热板上中温消解 。植物和土壤
样品消解后用 1% HNO3转入 25 mL比色管中 ,并
定容至标线 ,最后用 SolaarM6火焰原子吸收分光光
度法测定 Pb含量 。
植物干重的测定:植物收获后 ,洗净尘沙 , 105℃
杀青 30 min,然后 70 ～ 80℃烘至恒重 ,百分之一天
平称量 。
1.5　数据统计分析
试验数据用 SPSS软件进行方差分析(ANOVA)
和 LSD检验 。
2　结果与分析
2.1　尾矿生长条件下类芦对 Pb的富集能力
分析结果表明 ,类芦对土壤中的 Pb有一定的富
集作用。其地上部平均 Pb含量为 345.82 mg/kg,
根系中 Pb的平均含量为 54.77 mg/kg。生物富集
系数的范围为 0.34 ～ 1.51, 高于普通植物富集系
数 ,普通植物的富集系数一般低于 0.04[ 10] 。如表 1
所示 , 6号样品在野外生长条件下地上部 Pb含量可
达到 773.50mg/kg,接近 Pb超积累植物的临界含
量标准(1 000 mg/kg),且其生物富集系数 >1。从
转运系数来看 ,类芦的转运系数均 >1,其范围为
3.88 ～ 9.07,说明它能将根系吸收的 Pb转运到其茎
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环 境 工 程 学 报 第 2卷
叶中 ,且迁移能力较强 。通过野外观察发现 ,类芦在
该区域为优势物种 ,且生物量大 、生长能力旺盛 。
从表 1看出 ,在尾矿生长条件下 ,类芦体内 Pb
含量差异较大 ,这可能是植物存在个体差异 ,也可能
是由各采样点土壤中 Pb的生物有效性差异较大所
造成的 。
表 1　野外生长条件下类芦对 Pb的富集
Table1　AccumulationofNeyraudiareynaudiana
fortailingsdamcontaminatedwithPb
样品号
植物体内 Pb含量
(mg/kg)
地上部 根 部
对应根区
土壤 Pb含量
(mg/kg)
生物富
集系数
(BFC)＊
转运
系数
(TF)＊＊
1 313.07 72.60 447.67 0.70 4.31
2 324.73 83.79 597.87 0.54 3.88
3 248.34 33.94 462.47 0.54 7.32
4 255.85 30.27 504.67 0.51 8.45
5 159.42 22.75 472.11 0.34 7.01
6 773.50 85.26 511.71 1.51 9.07
　　注:＊生物富集系数(BFC)=植物地上部某种元素含量 /土壤中
这种元素的含量 [ 13] ;＊＊转运系数(TF)=植物地上部某种元素含
量 /植物根部该种元素的含量 [ 14]
2.2　Pb对类芦生长的影响
通过定期观察发现 ,中低浓度处理下类芦生长
60 d后长势仍然较好。而土壤 Pb处理浓度达到
1 500 mg/kg时 ,类芦的生长变缓慢 ,部分叶片还出
现黄色斑点 、卷曲和叶尖干枯的现象 ,但仍能存活并
缓慢生长。
如图 1所示 ,随着 Pb浓度的增加 ,类芦的株高
逐渐降低 ,其降低幅度为 1.0 ～ 20.1cm。处理浓度
低于 800 mg/kg时 ,株高的降低幅度较小 ,其中 Pb
处理浓度为 100mg/kg时类芦株高与对照相同 。经
LSD法分析表明 , Pb浓度从 800 mg/kg开始株高与
对照相比差异显著(P<0.05),说明高浓度的 Pb处
理对类芦的生长有较强的抑制作用。从生物量来看
(图 2),类芦根部的生物量随着 Pb处理浓度的增加
而减少 。而地上部的生物量则先增加 ,在土壤 Pb处
理浓度为 100 mg/kg时达到最高 ,为 409.22 g/m2 ,
然后逐渐减少。这可能是由于植物在低铅胁迫下应
激产生保护作用 ,通过加速生理生化活动 ,产生大量
的代谢产物 ,同金属缔合来解毒 ,从而导致其生物量
增加。经统计分析发现 , Pb浓度从 1 000 mg/kg开
始类芦根部和地上部的生物量与对照相比差异显著
(P<0.05)。
Pb不是植物生长发育的必需元素 ,土壤中过量
的 Pb元素对植物来说是一种胁迫或是逆境条件 ,这
会影响植物的生长或导致其死亡 。而在盆栽试验
中 ,类芦对 Pb表现出较强的耐性。当污染处理浓度
在 0 ～ 800 mg/kg时 ,植株均能正常生长 ,虽然高浓
度的 Pb会对类芦的生长起抑制作用 ,但是并没导致
其死亡 。
2.3　类芦对 Pb的富集能力
2.3.1　类芦对 Pb的富集特征
表 2列出了类芦在不同 Pb浓度处理下地上部
和根部的 Pb含量 。盆栽试验的结果表明 ,不同处理
浓度下类芦各部分 Pb含量与对照相比均达到显著
水平(P<0.05)。如表 2所示 ,类芦地上部 Pb含量
随着土壤 Pb处理浓度的增加而增加 ,在 Pb浓度为
1 500 mg/kg时达到最大值 681.97 mg/kg。然而 ,地
上部 Pb含量的增加趋势并不是无限制的 。处理浓
度超过 800 mg/kg时 , 类芦对 Pb的富集量趋于饱
和 。Pb处理浓度为 1 000和 1 500mg/kg时类芦地
1006
第 7期 戴文娇等:类芦对铅的耐性及富集能力探讨
上部 Pb含量的增加幅度明显下降 ,只增加了 10%
和 2%。而根部的富集量呈先增加后减少的趋势 ,
在 1 000 mg/kg时达到最大值 515.87 mg/kg。高浓
度处理下 ,根部对 Pb的吸收富集能力明显减弱 ,在
处理 浓 度为 800 mg/kg时 根 部 Pb含 量与
1 000 mg/kg相比差异不显著(P>0.05),而在处理
浓度达到最高时根部的 Pb含量则降低。这可能是
因为随着 Pb浓度的增加 , Pb对类芦根系的毒性也
不断增加 ,从而削弱了其对 Pb离子吸收富集能力 。
总之 ,在中低度 Pb污染土壤中 ,类芦的富集能力较
强 ,但 Pb浓度超过 1 000 mg/kg后其富集能力明显
减弱。
表 2　类芦各部分 Pb含量(平均值 ±标准差)
Table2　PbconcentrationsinshootsandrootsofNeyraudia
reynaudiana(valuesaremean±SD)
Pb处理浓度
(mg/kg)
地上部 Pb含量
(mg/kg)
根部 Pb含量
(mg/kg) 转运系数
0 16.41±1.28 9.33±2.42 1.76
100 153.90±16.05 92.99±6.64 1.65
300 299.12±11.13 256.36±16.10 1.17
500 445.83±22.68 352.29±22.81 1.27
800 608.32±24.96 508.89±18.54 1.20
1 000 668.62±17.20 515.87±18.28 1.30
1 500 681.97±12.31 492.07±14.81 1.39
2.3.2　类芦体内 Pb的运输和分布特征
转运系数(TF)是植物地上部和根部重金属含
量的比值 ,可以体现植物从根部向地上部运输重金
属的能力 , 也能反映出 Pb在类芦体内的分布情
况 [ 11, 15] 。结果表明(表 2),各土壤 Pb浓度下类芦
的转运系数均 >1,说明其体内可能存在良好的 Pb
运输机制 ,能把吸收的 Pb运输到地上部。与普通植
物不同 , Pb在类芦体内的分布主要集中在其地
上部。
2.4　类芦对 Pb的迁移总量
重金属迁移总量是用以评价植物修复重金属污
染土壤潜力的指标。以往发现的超富集植物生物量
小 ,生长缓慢 ,重金属迁移总量相对较低。自然种群
中存在着对重金属耐性较强的植物 ,虽然其体内重
金属含量尚达不到超积累植物的定义 ,但其重金属
迁移总量仍是可观的 ,这部分植物对重金属污染土
壤的修复作用亦是不可忽视的 [ 16] 。由表 3可以看
出 ,类芦对 Pb的迁移总量在土壤 Pb浓度为
800mg/kg时达到最高 ,为 221.77 mg/m2。由此可
见 ,每公顷类芦每年可从土壤中提取 13.49 kgPb。
另外 ,类芦对 Pb有较好的迁移转运能力 ,能将 Pb富
集在植物的地上部 ,这也有利于后续的收割处理。
表 3　类芦地上部 Pb迁移总量
Table3　TotalPbtransferenceofNeyraudiareynaudiana
Pb处理浓度
(mg/kg)
地上部干重
(g/m2)
地上部 Pb含量
(mg/kg)
地上部 Pb迁移
总量(mg/m2)
0 386.44 16.41 6.34
100 409.22 153.90 62.98
300 392.78 299.12 117.49
500 380.67 445.83 169.71
800 364.56 608.32 221.77
1 000 280.00 668.62 187.21
1 500 233.11 681.97 158.97
　　注:Pb地上部迁移总量 =植株地上部 Pb含量 ×该植株地上部
生物量
3　结　论
(1)类芦对土壤中的 Pb污染表现出较强的耐
性 。低浓度的 Pb能刺激类芦地上部的生长 ,促使其
生物量增加 。一般土壤总铅含量大于 100 mg/kg
时 ,植物铅中毒现象明显 ,而类芦在中低浓度铅处理
下均能正常生长 [ 1] 。但类芦对 Pb的耐性也是有限
的 ,当土壤 Pb处理浓度超过 800 mg/kg,其生长受
到抑制 ,中毒现象相对明显 。由此推出 ,类芦对土壤
Pb耐受的临界浓度为 800mg/kg。
(2)类芦对 Pb具有较强的富集能力 ,其地上部
和根部最大 Pb含量分别 681.97和 515.87 mg/kg。
在土壤 Pb处理浓度为 100 ～ 800 mg/kg之间时 ,类
芦地上部和根部的富集量都随着土壤 Pb浓度的增
加而递增且增加幅度较大 ,但在高浓度处理下其地
上部富集量将趋于饱和 ,而根部富集量则呈现下降
趋势。此外 ,类芦还对 Pb具有较好的迁移能力 ,野
外调查和盆栽试验中其转运系数均大于 1。与普通
植物不同 Pb在类芦体内的分布主要集中在其地
上部。
(3)类芦是一种生物量较大的植物 ,在生长受
到抑制时植株地上部干重能达到 409.22 g/m2。由
于具有较高的生物量 ,所以其地上部 Pb迁移总量较
高 。当土壤 Pb浓度为 800 mg/kg时 ,类芦地上部迁
移总量达到最大 ,为 221.77 mg/m2 ,由此计算 ,每公
顷类芦每年可从土壤中提取 13.49 kgPb。
1007
环 境 工 程 学 报 第 2卷
(4)类芦不仅是一种 Pb耐性和富集植物 ,它还
具有极强的耐旱 、耐热 、耐酸性和旺盛的生长能
力 [ 17] 。因此 ,可以将类芦运用于中度 Pb污染土壤
的植物修复中 ,建议通过田间试验进一步验证 。此
外 ,还建议通过改善适当的生长条件和其他诱导强
化作用来提高其对 Pb的富集量 ,以提高类芦的植物
修复效率。
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