全 文 ：Cd污染地草坪草中 Cd分布特征及化学形态的研究*
铁
梅* *
梁彦秋
张朝红
李法云
董厚德
臧树良
(辽宁大学环境与生命科学学院, 沈阳 110036)
摘要
对种植在沈阳西郊 Cd 污染地上草坪草中 Cd 的分布及化学形态进行了分析研究, 结果表明, Cd
主要分布于草的根系中, 而且在不同草种中的分布特征存在较大差异, 有些草对土壤中的 Cd 无明显的富
集作用,具有抗 Cd 能力;而有些草对 Cd 有较强的富集能力. 通过研究不同溶剂对不同草种的浸提效能,
探明了草中 Cd 以酸溶态为最多,约占总量的 63. 3% ; 水溶态和有机态 Cd均很少 .在迁移转化过程中酸溶
态 Cd具有较大活性,水溶态 Cd 随时间和温度的变化而呈一定的规律性,有机态 Cd随介质极性的增强而
活性加大.
关键词
Cd
化学形态
草
生物富集
文章编号
1001- 9332( 2002) 02- 0175- 04
中图分类号
X131
3
文献标识码
A
Distribution characteristics and chemical pattern of cadmium in grasses planted in the cadmium contaminated
soil. T IE Mei, L IANG Yanqiu, ZHANG Chaohong, L I Fayun, DONG Houde and ZANG Shuliang ( College of
Environmental and L if e Sciences , L iaoning University , Shenyang 110036) . Chin. J . A pp l. Ecol. , 2002, 13
( 2) : 175~ 178.
In this paper , the distribution and chemical pattern of Cd in the g rasses planted in Cd contaminated soil in w est
ern suburb of Shenyang w ere analy zed. T he results showed that Cd was mainly distributed in the gr ass roots, and
character istics of Cd distr ibution in var ious gr asses were different. Some grasses had resisting ability ag ainst Cd,
some had strong capability of bioaccumulation for Cd. Results of different grasses ex tracted by different solv ents
showed that acidsoluble Cd in grasses was about 63. 3% of total, and watersoluble and organic Cd were little,
accounting for 0
7% and 0
4% of total r espectiv ely. Acidsoluble Cd was more active than t he o thers during the
transfo rmat ion in t he soilplant system, w hile w atersoluble Cd had certain regularity w ith the change o f time and
temperature, and org anic Cd became more active wit h the increase of solvent polar ity.
Key words
Cadmium, Chemical pattern, Grass, Bioaccumulation.
* 中国科学院陆地生态过程开放研究实验室基金、国家自然科学基
金( 29807002)和教育部骨干教师及辽宁省科委博士启动基金资助项
目( 971019) .
* * 通讯联系人.中国科学院陆地生态过程开放研究实验室.
2000- 08- 29收稿, 2000- 12- 11接受.
1
引

言
随着世界社会经济的发展,人口的增加, 土壤做
为人类赖以生息的自然资源, 越来越暴露出不堪重
负的迹象.近年来,污染土壤的生物修复日益受到重
视[ 1] .传统的生物修复技术主要是利用微生物降解
土壤中的有机污染物并使之转化成无害的无机物的
过程, 但植物或动物是影响土壤中微生物活动的重
要因子,并且二者对污染物具有吸收并在体内以不
同化学形态转化的重要作用, 如从生态学的观点来
审视这一传统概念, 则有必要进一步拓展[ 2] . 由于
土壤中污染物的来源途径多样,性质差异明显,化学
形态各异,生物修复方法也必然各不相同.许多学者
的研究表明,采用植物修复重金属污染土壤具有极
为广阔的应用前景, 与微生物修复技术相比, 更适合
于某些污染土壤的现场修复[ 3, 4] .
自 1954年起,沈阳市西郊水稻田就用城市工业
污水直接灌溉[ 7] , 土壤遭受严重污染, 该地区生产
的稻米中 Cd含量严重超标, 为此,沈阳市人民政府
于 1994年作出西郊 Cd污染地全部停耕的决定.多
年来,人们对重金属污染地的合理利用和修复进行
了大量的研究,取得了一些成功经验,但效果并不十
分理想.本文对种植于沈阳市西郊 Cd 污染地上的
草坪草中 Cd 的分布特征和化学形态进行了研究,
探明不同品种草及草的不同部位对 Cd的吸收与富
集能力,旨在运用农业生态工程原理,通过草坪草对
污染地中 Cd 的摄取富集, 草的异地栽植, 稀释、分
散并降低土壤中 Cd 的浓度, 以期为重金属污染地
的生物修复探索新的途径.
2
材料与方法
2
1
取样
在草生长期, 采集 19 种生长期同一 Cd 污染地上的草坪
草样品, 挖取植株至地下 20cm 土层处, 将草与其根部连同
土壤装入聚乙烯塑料袋中, 带回实验室,以供分析测定.
应 用 生 态 学 报
2002 年 2 月
第 13 卷
第 2 期






























CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Feb. 2002, 13( 2)!175~ 178
2
2
样品前处理
用筛分离草样与砂土,将草样在自来水中充分冲洗后,再
用蒸馏水冲洗 3 遍, 分别装入塑料瓶中, 置于冷冻冰柜( -
80∀ )冷冻 24h后,再进行连续 72h 的冷冻干燥. 干燥好的样
品分别用粉碎机粉碎均匀后, 待用. 同时以生长于辽宁大学校
园的普通绿化草坪草做对照试样,处理方法同上, 进行比较.
2
3
样品消化
于石英管中称取制备好的样品约 0. 2g , 加入 5ml 浓硝
酸,将石英管置于聚四氟乙烯高压罐中, 在 140 ∀ 恒温烘箱
中连续高压消化 8h, 冷却后取出,定容待测.
2
4
样品中不同化学形态 Cd 的分离
在上述 19 种草中, 分别选取两种属型草样(早熟禾属地
上部分为 A、地下部分为 B 和羊茅属地上部分为 C、地下部
分为 D)约 0. 5g 于 10ml比色管中, 加入 5 种不同的溶剂至
刻度,于冰箱冷藏室内做浸提实验.
按照不同的时间: 1、3、7、14、30、60 和 90d 定期将浸提
样品经 0. 45
m 微孔滤膜进行分离,并检测其含量.
选取同一种样品,分别用蒸馏水和 1!1 醋酸在不同温度
下( 15 ∀ 、30∀ 、50 ∀ 、70∀ 、100 ∀ )浸提 30min, 分离检测, 方
法同前,以考察温度对其浸提效能的影响.
2
5
样品中 Cd的测定方法
样品中总 Cd含量选用日本日立公司 Z8000 火焰原子
吸收光谱仪测定, 各形态 Cd 含量选用美国 PE4100 原子吸
收光谱仪以石墨炉原子化器进行测定.
3
结果与讨论
3
1
草坪草中 Cd的分布特征和积累
3
1
1 Cd在草坪草中的分布特征
草坪草不同部位
Cd含量分布见表1.从表 1可以看出, Cd在草坪草中分
布规律为地上部分< 地下 10cm 根系< 地下 20cm 根
系,且成倍数增长.计算所得其对 Cd吸收量的相对百
分比为地上部分 16%; 0~ 10cm 根系为 25%; 10~ 20cm
根系为60%.从植株中 Cd的分配规律来看,地下部分
远比地上部分积累的多,其根部积累的 Cd量占总积累
量的 85%;而地上部分仅为 15%.这一结果表明,草中
Cd主要存在于地下根系中, 地上部分含 Cd量相对较
少,且草根系下端含 Cd量又高于根系上端. 这一分布
规律说明,运用草对 Cd污染地土壤进行生物修复时,
根系越发达,修复效果愈好, 欲达到逐年去除土壤中
Cd,改良土壤的目的,要选用根系发达的草坪草种.
表 1
不同种类草坪草中 Cd含量分布情况
Table 1 Distribution characteristics of Cd content in the different kinds of grasses(
g#g- 1)
编号
No.
草种
Grasses
地上部分( a) 1) 相对含量2)
( % )
地下部分( b) 3)
( 0~ 10cm)
相对含量
( % )
地下部分( c)
( 10~ 20cm)
相对含量
( % )
整株草平均4)含 Cd量
1 结缕草 Zoysia 2. 00 23 3. 84 45 2. 77 32 2. 87
2 细斯达Nuspar 0. 99 7 2. 83 20 10. 38 73 4. 73
3 光环Nimbus 1. 00 4 7. 49 32 15. 21 64 7. 90
4 菲尔金Flyking 2. 00 4 4. 99 11 38. 46 85 15. 15
5 亨特Hunt te 3. 00 20 4. 51 32 6. 80 48 4. 77
6 伊克利Eclipse 3. 50 15 6. 99 31 12. 24 54 7. 58
7 纳苏Nassau 8. 48 36 5. 83 25 9. 14 39 7. 82
8 由神Liberty 3. 84 13 8. 99 31 15. 80 56 9. 54
9 兰神Nublue 5. 34 13 10. 81 26 25. 50 61 13. 88
10 优异M erit 5. 67 11 11. 52 23 33. 10 66 16. 76
11 黎明Daw n 5. 32 14 10. 83 29 20. 94 57 12. 36
12 康尼Conni 4. 67 12 10. 51 27 23. 60 61 12. 93
13 佛浪∃Finelawn∃ 10. 84 29 12. 51 34 13. 93 37 12. 43
14 爱瑞Arid 7. 83 20 11. 34 29 19. 92 51 13. 03
15 猎狗Houndog 11. 99 18 16. 49 25 38. 48 57 22. 32
16 赫尔德Herald 11. 01 17 15. 84 24 38. 56 59 21. 80
17 碧玉Zasper 8. 34 17 12. 35 28 27. 56 55 16. 67
18 黑麦草 L ol ium per enne 7. 66 16 12. 35 26 26. 89 58 15. 63
19 剪股颖 A grostii s stolonif era 11. 34 15 23. 16 31 40. 56 54 25. 02
平均Average 6. 04 16 9. 19 25 22. 10 60
20 对照草CK 1. 31 32 1. 40 34 1. 35 33 1. 35
注: 相对积累量 Relat ive accumulation a/ ( a+ b+ c) % , b/ (a+ b+ c) % , c/ ( a+ b+ c) % ; 1) Aboveground, 2)Relat ive content , 3)U ndergroun d, 4) Av
erage of Cd in w hole grass.
3
1
2 不同草种对 Cd 的吸收与富集
Cd 对植物
的毒害作用及植物的耐受性, 取决于植物对 Cd 的
吸收与运输能力.不同植物对 Cd的吸收、忍耐和转
移能力不同; 同一植物对 Cd的吸收量也因其品种
的不同而存在明显的差异.
试验结果表明(表1) ,结缕草、亨特 2种草中Cd
的积累主要来源于对土壤中 Cd 的正常吸收, 没有
明显的富集作用. 植物对土壤中 Cd的吸收能力是
影响 Cd对其毒性作用的因素之一, 较低的吸收能
力是该种植物的耐受性相对较强的反映[ 10] . 也就是
说,这 2种草对 Cd 具有很强的耐受力,因而在停耕
的 Cd污染地上大面积种植这种草坪草, 不但不会
引起 Cd 污染物的转移, 而且随着逐年种植, 可充分
利用停耕的 Cd 污染地, 创造经济效益,并不断改善
Cd污染土壤的质量.
有些植物对 Cd具有很强的富集能力, 同一植
物的不同部位对 Cd 的富集能力也存在差异, 有时
也表现不一[ 10] .本试验从大量的测定结果中发现,
176 应
用
生
态
学
报

















13卷
除上述 2 种草外, 其余大部分草种对 Cd都有较强
的富集作用, 其 Cd含量远远超出对照草.其中佛浪
∃、爱瑞、猎狗、赫尔德、碧玉、黑麦草、剪股颖的富集
能力分散于整株草中,而细斯达、光环、菲尔金、伊克
利、自由神、康尼的吸收积累主要发生在地下部分.
这说明, 选择富集 Cd能力强的草坪草, 种植在 Cd
污染地上,能有效地降低土壤中的 Cd含量,改善其
污染状况,达到快速修复 Cd污染农田的目的. 待草
枯老后,连根拔掉, 集中焚烧处理,以防二次污染进
入食物链.
3
2
时间和温度对浸提草中各形态 Cd的影响
3
2
1 时间和温度对浸提草中酸溶态 Cd的影响

选定不同的时间和温度用 1!1醋酸对 4种类型草样
浸提后,测定酸溶态 Cd含量(图 1和表 2) .
图 1
酸溶态 Cd含量与时间关系
Fig. 1 Relat ionship betw een the acidsoluble Cd and t ime.


上述结果表明, 时间和温度对酸溶态 Cd 的浸
提量影响不大, 基本趋于一致.只是在种间出现含量
的差别. 草的地上部分酸溶态 Cd小于地下部分; 而
早熟禾属草比羊毛属草中酸溶态 Cd含量低.由表 2
可知, 浸提温度会影响 Cdin浸提量,以 70 ∀ 时的浸
提量最大.
表 2
酸溶态、水溶态 Cd含量与温度关系.
Table 2 Relationship between acidsoluble, water solution Cd and tem
perature
溶剂 Solvent 温度 T emperature( ∀ )
15 30 50 70 100
醋酸Acetic acid( 1!1) 4
51 4
74 4
81 4
99 4
61
水 Water 0
20 0
22 0
32 0
60 0
46
3
2
2 时间和温度对浸提草中水溶态 Cd的影响

选择不同的时间和温度分别对 4种类型草样用去离
子水进行浸提实验(图 2和表 2) , 结果表明,温度和
时间对水溶态 Cd的浸提能力影响较大, 且随着时
间和温度的不同呈现一定的规律.


时间对水溶态 Cd 的影响, 在 4种草样中都出
现最低点,即从 1d到 7d的浸提过程中含Cd量逐渐
降低,而从 7d 到 3个月的浸提过程中又呈上升趋
势.这可能与 Cd在水环境中的络合与吸附作用有
关. 因为在植物体内存在着多种天然络合配位
体[ 10] , Cd又属于扩大的过渡元素, 其外层有数目为
2的 s电子,次外层有数目为 10的 d电子,虽然外层
图 2
水溶态 Cd含量与时间关系
Fig. 2 Relationship betw een w atersoluble C d and time.
电子已充满, 但由于轨道杂化, Cd元素仍有空电子
轨道,可接收外来电子, 具有过渡性元素的共性, 从
而导致其与多种配位体具有强烈的生成络合物的能
力.另外,在浸提体系中存在着多种化学吸附和物理
吸附现象.植物体内含有丰富的胶体、纤维素和蛋白
质等固相物质,它们具有巨大的比表面和表面能,并
带电荷,能够强烈地吸附各种分子和离子[ 10] . 实际
上,吸附与解吸的动态平衡过程是重金属在溶液和
固相之间转移的主要途径[ 12] .虽然水溶态中重金属
含量极微,但主要富集于固相中[ 10] ,因此水溶态的
Cd呈规律性的变化, 在很大程度上与吸附作用有
关.在短时间内体系中物理吸附作用强于化学吸附
作用,溶液中许多游离的 Cd 离子又重新被草吸附,
留在滤膜上;而随着时间的延续,化学吸附作用不断
加强,游离的 Cd离子随胶体等固相大分子化合物
进入溶液,使溶液中 Cd浓度增大.
通过不同温度下水溶态 Cd 的表现可知, 随着
温度的不断升高, 在 70 ∀ 时出现最高点. 这更进一
步证实了水溶态 Cd 主要是来自于吸附作用的结
果.按照兰格缪尔吸附规律: 在等压条件下,温度上
升时,吸附系数降低,吸附量相应减少, 浸提液中水
溶态 Cd的含量不断增加. 但是由于生物体中存在
大量的蛋白质、纤维素等大分子,当体系温度升至近
100 ∀ 时, 这些大分子会产生絮凝, 又形成了新的吸
附体系而使水溶态 Cd的含量降低. 通过这一过程,
说明在短时间内( 0
5h)几乎不存在化学吸附,而起
决定作用的是物理吸附. 由此可知, 从总体上看, 水
1772 期











铁
梅等: Cd 污染地草坪草中 Cd 分布特征及化学形态的研究









溶态的 Cd含量与时间和温度呈正相关性. 而对于
草坪草,生长期在一年中平均气温最高的月份,其水
溶态 Cd具有较大活性.
3
2
3 时间对浸提草中有机态 Cd的影响
植物中
富含多种有机质, 虽然 Cd 的生物化学积累和有机
螯合作用并不十分强烈[ 10] ,但当环境中条件发生变
化时, 仍具有某些活性.有机质中的 Cd,在有机质分
解时会释放出来, 因此, 它们的含量比例越高, 污染
的潜在影响和生态效应越大[ 10] .
我们按照溶剂的极性强度大小选择 3种有机溶
剂:乙醇、氯仿和环己烷, 根据相似者相溶的原理, 分
别按上述方法考察其对草坪草中有机态 Cd的浸提
能力(图 3) . 结果表明, 草中 Cd以有机态形式存在
的量很少. 不同溶剂对草中Cd的浸提能力与溶剂
图 3
环己烷中 Cd浸提量与时间关系
Fig35 Relat ionship betw een Cd and time in cycloh exane.
极性大小呈正相关性. Cd浸提量与时间的关系表现
为:浸提时间越长, 溶解量越多. 对于草的不同部位
而言, 早熟禾属的地下部分总 Cd 量比地上部分高,
而羊茅属的地上部分的有机态 Cd 含量却高于地下
部分,这可能与不同草类的光合作用、代谢作用等生
物特性有关, 也是植物体内各形态 Cd的迁移转化
和释放之间关系复杂性的反映, 有关这方面的机理
尚待进一步深入研究.
4
结

论
4
1
草坪草中的 Cd以酸溶态为最多, 约占总量的
63. 3%;水溶态和有机态 Cd含量均很少, 分别约为
0
7%和 0
4%.
4
2
酸溶态的 Cd受时间和温度的影响不大, 但在
土壤和植物的迁移转化过程中活性较强, 移动性较
大.而水溶态的 Cd 却随时间和温度的变化而呈现
一定的规律性, 其迁移转化的主要途径来自吸附与
解吸的动态平衡. 在极性介质中,有机态 Cd 具有一
定的活性,并随着介质极性增强、所占比例增大.
4
3
草中可溶态 Cd 所占比例最大, 约为总量的
64
4% .根据我国经济和实际 Cd污染状况,并针对
张士 Cd重污染区土壤偏酸、Cd含量较高、持水性较
差、大部分 Cd 处于可溶状态的特点, 可知 Cd对人
类健康已造成很大威胁,必须加以防治.
4
4
对于草坪草,其根部对 Cd的积累能力比茎叶
强,应选择根系发达且具有较强富集能力的草种.
4
5
对 Cd 耐受力强的草种, 可用于发展优质草
坪,进行异地栽植后能稀释、分散 Cd污染.对 Cd具
有极强的富集能力的草种, 可用于净化、修复与改良
Cd污染农田.
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作者简介
铁
梅, 女, 1964 生, 硕士, 主要从事环境化学、
环境生态学方面的研究, 发表论文 10 余篇. Email: LTMei@
163. net
178 应
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