全 文 ：王明勇 ,乙 引.一种新发现的汞富集植物———乳浆大戟 [ J] .江苏农业科学 , 2010(2):354-356.
一种新发现的汞富集植物 ———乳浆大戟
王明勇 , 乙 引
(贵州师范大学生命科学学院 ,贵州贵阳 550001)
摘要:通过对贵州省万山特区废弃汞矿区的植物和土壤的野外调查 , 首次发现一种汞富集植物———乳浆大戟。
调查分析结果表明 , 多年生大戟科乳浆大戟对汞具有明显的富集作用 , 植物最大汞富集量为 35.1 mg/kg, 变化范围为
25.3 ～ 35.1mg/kg。最大转运系数为 2.5, 变化范围 1.2 ～ 2.5。乳浆大戟的发现将为植物的汞富集机理与汞污染环境
的植物修复研究提供一种新型材料。
关键词:贵州万山;乳浆大戟;富集;汞
中图分类号:Q948.116 文献标志码:A 文章编号:1002-1302(2010)02-0354-03
(上接第 353页)
比加入到反应溶液中 ,明显提高了超声波处理有机物的降解
率 。在超声波功率为 200 W、 pH值为 1.0、t=30 ℃、添加
1∶10配比 H2O2 -Fe2+和 H2O2 -Cu2 +的条件下 ,超声波处理
反应 30 min后 ,酸性红 B降解率在 95%以上 。表明采用超声
波处理结合其他技术可很好降解酸性红 B有机废水 ,同时基本
没有二次污染 ,对节能减排 、绿色化工研究有一定的参考价值 。
参考文献:
[ 1]闵恩泽 ,吴 巍.绿色化学与化工 [ M] .北京:化学工业出版社 ,
2000:65-66.
[ 2]马英石 ,吴哲仁 ,林志高.超声波 /H2O2 工艺分解水中危害性氯
化有机物 [ J] .给水排水 , 1997, 23(8):12-18.
[ 3] OkitsuK, IwasakiK, YobikoY, etal.Sonochemicaldegradationofazo
dyesinaqueoussolution:anewheterogeneouskineticsmodeltaking
intoaccountthelocalconcentrationofOHradicalsandazodyes[ J] .
UltrasonSonochem, 2005, 12(4):255-262.
[ 4]卞华松 ,张大年.水污染物的超声波降解研究进展 [ J] .环境污
染治理技术与设备 , 2000, 1(1):56-64.
[ 5] LinJG, ChangCN, WuJR.Decompositionof2-chlorophenolin
aquoussolutionbyultrasound/H2O2 process[ J] .WatSciTech,
1996, 33(6):75-81.
[ 6] HuaI, HoffmannMR.Optimizationofultrasonicirradiationasanad-
vancedoxidationtechnology[ J] .EnvironSciTechno, 1997, 31(8):
2237-2243.
汞对人类和高等生物具有极大的危害性 ,对人体表现出
强烈的致畸 、致癌和致突变作用 [ 1 ] 。近年来 , 一些能够在地
上部大量富集污染物的特殊植物———超富集植物 (hyperaccu-
mulator)已成为目前研究的热点和重点 [ 2 ] 。利用超富集植物
清除土壤和水体环境中的金属和类金属污染———植物修复
(phytoremediation)技术以其潜在的高效 、廉价及其环境友好
性获得了广泛关注 。但是 ,一直以来人们对超富集植物的研
究主要集中在砷 、锌 、铅等几种重金属元素 ,而对汞超富集植
物的研究相对较少 [ 2 ] 。到目前为止 ,关于中国境内的重金属
超富集植物资源报道仍较少 ,仅见陈同斌等在中国境内首先
发现砷超富集植物蜈蚣草(PterisvitataL.)[ 3] ;杨肖娥等在浙
江省衢州巿发现锌超积累植物东南景天 (Sedumalfredi
H.)[ 4 ] ;韦朝阳等在湖南发现的砷超富集植物大叶井口边草
(PteriscreticaL.)[5 ] ;薛生国等在湖南湘潭锰矿污染区发现
的锰超富集植物商陆(PhytolaccaacinasaRoxb)[ 6 ] ;刘威等在
湖南郴州发现的镉超积累植物宝山堇菜 (Vioalbaoshanen-
sis)[ 7] ;魏树和等从杂草中筛选出镉的超富集植物龙葵
收稿日期:2009-11-16
基金项目:国家自然科学基金(编号:30460031)。
作者简介:王明勇(1974—),男 , 贵州贵定人 ,硕士 ,主要从事植物生
理生态研究。Tel:(0851)6702541;E-mail:wwgdyz@126.com。
通信作者:乙 引 , 博士 , 教授 , 主要从事植物生理生态研究。 Tel:
(0851)6702541;E-mail:yiyin@gznu.edu.cn。
(SolanumnigrumL.)[ 8 ] ;张学洪等在广西某电镀厂附近发现
的铬超积累植物李氏禾(LeersiahexandraSwartz)[ 9]等 。
乳浆大戟(EuphorbiaesulaLinn.)属大戟科 [10]多年生草
本植物 。高 15 ～ 40 cm,有白色乳液 ,茎直立 ,下部带淡紫色 ,
短枝或营养枝上的叶密生 ,长枝或开花的茎上叶互生 ,顶端
钝 、微凹或有细凸尖 。多歧聚伞花序顶生 ,总苞片对生 ,半圆
形 ,顶端短尖 ,蒴果无毛 ,种子灰褐色或有棕色斑点 , 长约
2 mm。花期 3—4月 ,果熟期 6— 8月 。野生于山坡或路旁 ,我
国华东 、东北到西南各省区都有分布 。本研究通过对贵州万
山特区汞矿废弃地上生长的草本植物进行了野外调查 ,对筛
选出的数量较多 、能生存在高汞污染环境中的乳浆大戟进行
了汞富集特征分析 ,为探讨植物汞富集机制和汞污染地区的
植物修复技术的推广应用奠定基础 。
1 区域概况
万山特区位于贵州省东缘武陵山区 ,北接铜仁市 ,地理坐
标为 109°7′17″～ 109°23′12″E, 27°24′29″～ 27°37′22″N,总面
积 338 km2。地势东部低 、西部高 、中部隆起 ,区内最高海拔
1 149.2 m,最低海拔 270m。万山特区属中亚热带湿润气候 ,
因地形 、地势复杂还造成 “一山有四季 ,十里不同天 ”的小气
候 。年平均日照时数为 1 212 h, 年平均气温在 13.0 ～
17.0℃之间 ,年降水量在 1 200 ～ 1 400 mm之间 。
万山特区土壤主要为黄壤 、红壤 、石灰土和水稻土 。汞矿
化地质层位较多 ,主要富集于中下寒武纪的碳酸盐岩中 。汞
—354— 江苏农业科学 2010年第 2期
DOI :10.15889/j.issn.1002-1302.2010.02.004
矿物主要为辰砂 、黑辰砂 、自然汞和辉硒汞矿 ,共生矿物为黄
铁矿 、闪锌矿 、方铅矿 、辉锑矿 、雄黄和雌黄等矿物 。
试验样地三号坑(样地一)、四号坑(样地二)、五号坑(样
地三)GPS定位分别位于万山杉木董 (109°9′18″E, 27°28′20″
N)、万山冷风洞 (109°12′38″E, 27°24′7″N)、万山梅子溪
(109°16′12″E, 27°30′32″N)。
2 材料与方法
2.1 野外调查
贵州万山汞矿区位于贵州省东部万山特区 ,在长期的开
采过程中 ,产生了大量的矿渣 ,形成了大量的废矿 ,既破坏了
当地的自然植被 ,又对生态环境造成了极大的污染 。 2009年
4月 ,通过对该地区 3个样地中随机选取的 5个样方(每样方
为 10 m×10 m)进行野外调查 ,发现生长的植物主要有:小飞
蓬(ErigeroncanadensisL.)、苍耳 (XanthiumsibiricumPatr.)、
旱蓼(PolygonumhydropiperL.)、白茅草 (Imperatacylindrica
Beauv.)、蜈蚣草(PterisvitataLinn.)、金鸡草 (Coniogramme
japanica)、锯草 (Achileasibirca)、紫花地丁 (Violaphilippica
Car.L)、苜蓿 (Medicagostativa)、芒萁 [ Dicranopterisdichotoma
(Thunb.)Bernh] 、地钱 (MarchantiapdymorphaL.)、金钱草
(Herbalysinachiae)、葫芦藓(Funariahypromerica)和乳浆大戟
(EuphorbiaesulaLinn.)。其中乳浆大戟分布数量较多 ,生长
状况良好。
2.2 植物耐汞程度的评价 [ 2 ]标准
采用初筛和复筛 2个步骤对植物适应性和耐汞性进行评
价 。初筛以植物数量为指标 ,复筛以植物形态对汞的敏感性
和汞含量作指标 。植物形态变化分为 3个等级:等级 1 ,植物
茎秆挺拔、枝叶伸展茂密 ,对汞的敏感性差 ,耐汞毒害;等级
2,茎秆较挺拔 、枝叶有轻微的萎蔫症状 ,对汞敏感性较强 ,较
耐汞毒害;等级 3, 茎秆细小 、枝叶枯萎 ,叶片症状显黄或红
色 ,对汞敏感性强 ,不耐汞毒害 。
2.3 样品采集和处理
2.3.1 样品采集 植物样品采集:2009年 5月 ,对 3个样地
的乳浆大戟进行采样 ,把采挖出来的植株按地上部 、地下部分
装并标记。土壤样品采集:按 0 ～ 20 cm厚的表层土壤采集并
标记 。
2.3.2 样品处理 植物样品处理:先用自来水冲洗植株 ,再
用蒸馏水淋洗 ,把洗净的植株分为地下部(根)和地上部(茎 、
叶),用 40 ℃恒温烘干 ,研磨 ,过 200目筛 ,分装于一次性塑料
袋中 ,备用 。准确称取 0.2 g植物样品放入消解罐中 ,加 5 mL
浓 HNO3和 1mLH2O2 ,盖紧盖子 ,置于微波炉中 ,依次在低
火 、中低火 、中火 、中高火档上各消解 2 min,然后在低火档消
解 5min,取出 ,冷却到室温 ,过滤 ,定容至 20 mL。土壤样品
处理:把土壤样品放在阴凉处风干 ,研磨 ,过 100目筛 。准确
称取 5g土壤 ,放入 150 mL三角烧瓶中 ,依次加入 40 mL蒸
馏水 、10 mL1 mmol/L硫酸 、20mL5%高锰酸钾 ,摇匀溶液到
显紫色 ,置沸水浴中加热消解 1 h,冷却到室温 ,滴加 20%盐
酸羟胺溶液 ,直到紫色褪尽 ,定容至 100 mL,离心 ,取上面的
清液 。
2.4 汞含量的测定
2.4.1 汞标准溶液(100 mg/L)的制备 准确称取 0.100 0 g
HgCl2 ,放入 100 mL烧杯中 ,加入 20mL硝酸 , 40℃加热到完
全溶解 ,冷却到室温 ,转入 1 000mL容量瓶中 ,补加 40mL浓
硝酸 、20 mL5%重铬酸钾溶液 ,用水定容到刻度 ,摇匀 。
2.4.2 汞标准曲线的绘制 取 0.5mL汞标准溶液 ,用0.5%
HCl定容到 500mL,作为备用液(Hg浓度为 0.1 mg/L)。分
别取 0.125、0.25、0.5、1、2 mL备用液 ,用 0.5% HCl定容到
25mL,使其浓度依次为 0.5、1、2、4、8 μg/L,以不含汞的蒸馏
水作为空白对照 。各样品经原子荧光光谱仪测定光吸收值
后 ,用样品汞浓度为横坐标 ,用样品光吸收值为纵坐标 ,绘制
汞标准曲线 。直线方程为 y=104.6x-63.2 , r2 =0.999 2。
3 结果与分析
3.1 耐汞植物的筛选
万山废弃汞矿区植物分布种类及其对土壤汞污染的敏感
性调查结果见表 1。
由于万山汞矿区生境恶劣 ,经过长期选择 ,在废矿 、矿渣
上生长的植物以草本植物为主 ,缺少乔木和灌木 。草本植物
共有 14种 ,它们在数量和汞敏感性方面存在很大差异 。平均
数量以蜈蚣草和乳浆大戟最多 ,分别为 171、164株 /样方;金
表 1 万山废弃汞矿区植物种类及其对汞污染的敏感性
编号 植物名称 种名 平均数量(株 /样方)对汞污染的敏感性等级
1 小飞蓬 ErigeroncanadensisL.(菊科) 17 2
2 苍 耳 XanthiumsibiricumPatr.(菊科) 30 1
3 旱 蓼 PolygonumhydropiperL.(蓼科) 13 1
4 白茅草 PennisetumlongissimumS.L.ChenetY.X.Jin(禾本科) 28 1
5 乳浆大戟 EuphorbiaesulaLinn.(大戟科) 164 1
6 蜈蚣草 PterisvitataLinn.(凤尾蕨科) 171 3
7 金鸡草 Coniogrammejapanica(蕨科) 81 2
8 锯 草 Achileasibirca(菊科) 8 2
9 紫花地丁 ViolaphilippicaCar.L(堇菜科) 16 3
10 苜 蓿 Medicagostativa(豆科) 13 2
11 芒 萁 DicranopterisdichotomaThunb.Bernh(里白科) 18 3
12 地 钱 MarchantiapdymorphaL.(地钱科) 5 2
13 金钱草 Herbalysinachiae(报春花科) 7 2
14 葫芦藓 Funariahygromerica(葫芦藓科) 9 2
—355—王明勇等:一种新发现的汞富集植物———乳浆大戟
鸡草 、苍耳 、白茅草 、芒萁 、小飞蓬 、紫花地丁 、苜蓿 、旱蓼分别
为 81、30、28、18、17、16、13、13株 /样方;葫芦藓 、锯草 、金钱草
和地钱的平均数量最少 ,分别为 9、8、7、5株 /样方 。它们对土
壤汞污染的敏感性表现不一 ,乳浆大戟对汞污染的敏感性低 ,
表现为 1级 ,蜈蚣草表现为 3级;金鸡草 、苍耳 、白茅草在 3个
样地中的数量较多 ,分别为 81、30、28株 /样方 ,对汞污染的敏
感性分别表现为 2、1、1级;旱蓼等 9种植物尽管对汞污染的
敏感性表现出 1级和 2级 ,但数量在 3个样地中均少于 20
株 /样方 。从初筛结果可以看出 ,乳浆大戟的数量很多 ,对汞
污染环境的适应性较好(表 1)。
3.2 样地土壤汞污染状况及乳浆大戟的汞富集特点
3个样地的土壤汞污染状况调查与分析结果见表 2。分
析结果表明 ,各采样点的土壤 pH值为 6.4 ～ 7.5 ,土壤含汞量
为 100.3 ～ 123.9 mg/kg(平均值为 109.7 mg/kg),均高出世
界土壤汞含量背景值(0.03 ～ 0.1mg/kg)和国家土壤三级标
准的限制值 (Hg≤1.5 mg/kg, pH值 >7.5)2 ～ 3个数量
级 [ 11 ] 。乳浆大戟 地上部 (茎 +叶 )的 平均含汞 量为
19.4mg/kg,最大含汞量达 23.5 mg/kg;地下部(根)的平均
含汞量为 11.4mg/kg,最大含汞量达 13.3 mg/kg。虽然乳浆
大戟整株植物的汞富集系数(整株植物汞含量与土壤汞含量
之比)小于 1,为 0.22 ～ 0.31,但其转运系数(植株地上部与
地下部之比)大于 1,为 1.2 ～ 2.5 ,表明乳浆大戟能够有效地
从土壤环境中吸收汞 ,并将其转运至地上部并积累 。从植物
含汞量及转运系数来看 , 乳浆大戟具有显著的富集植物
特征 [ 2, 12] 。
表 2 万山汞矿区乳浆大戟对污染土壤中汞的富集作用
样号
土壤含
汞浓度
(mg/kg)
植物含汞浓度(mg/kg)
地上部 根
生物富
集系数
转运
系数
SM01 117.4 20.9 11.0 0.27 1.9
SM02 93.5 18.3 10.3 0.31 1.8
SM03 107.6 23.5 9.4 0.31 2.5
SM04 123.9 15.1 12.2 0.22 1.2
SM05 100.3 16.7 8.6 0.25 1.9
SM06 116.5 21.8 13.3 0.30 1.6
3 讨论
超富集植物是指能超量吸收重金属并将其转移到地上部
的植物 。超富集植物一般要满足 2个条件:(1)富集系数大
于 1,即植物中富集重金属含量 /土壤中污染重金属含量 >1,
且植物地上部富集的重金属应达到一定的量;(2)转运系数
大于 1,即植物地上部富集重金属含量 /地下部富集重金属含
量 >1 ,重金属含量植物地上部应高于根部 [2 ] 。而对于汞的超
富集植物来说 ,其体内汞含量至少应达到 10 mg/kg以上 [ 12 ] 。
从乳浆大戟汞含量及其地上部 、地下部汞含量比值来看 ,乳浆
大戟具有明显的汞富集植物特性 。
土壤中的汞以有机态和无机态存在 ,并在一定条件下相
互转化 。无机汞有 Hg(OH)2 、HgSO4 、HgCl2 、HgO,因溶解度
低无机汞在土壤中迁移转化能力很弱 ,因此通过根吸收到植
物体内的汞离子很少 。乳浆大戟的汞富集系数 <1,但其在根
部积累汞的量为 8.6 ～ 13.3 mg/kg,远大于国家对植物汞含
量的正常标准 。一般植物体内 (以辣椒为例)的汞含量正常
值≤0.02mg/kg,由此可见乳浆大戟富集的汞含量是正常植
物汞含量的几百倍 。而其较强的汞转运能力(汞转运系数 >
1)能有效地将汞离子从根部转运至地上部 ,地上部富集的汞
含量为 15.1 ～ 23.5mg/kg。在大多数植物对汞的富集能力都
较差的情况下 [ 2 ] ,乳浆大戟能在地上部有效积累汞 ,这足以
证明其对汞较强的耐受和富集能力 。根据野外现场调查结
果 ,各采样点属于相同的气候条件和地质背景 ,在土壤发生学
上具有同源性 ,因而土壤具有相似的理化性质 。植物对汞的
吸收除受土壤汞含量的影响外 ,可能还与土壤中汞的形态和
植物生态型等因素有关 。深入研究乳浆大戟对汞的吸收与富
集行为 ,对于揭示其富集汞的植物生理机理具有重要的理论
意义 。
受长期汞污染影响 ,在废弃汞矿堆和矿山附近就出现了
一些能耐受汞污染的土壤生态型植物 。由于生境差异 ,而出
现的趋异适应 ,导致该地区出现了适应汞污染环境的土壤生
态型乳浆大戟 ,其根繁叶茂 ,生物量大 ,适合大面积种植 ,可通
过收割移除土壤中的汞 ,为汞污染土壤的人工植物修复技术
提供了一种新的植物种类 ,也为开发汞污染土壤处理技术提
供了一种可能 。
参考文献:
[ 1]丁振华 ,王文华 ,瞿丽雅 ,等.贵州万山汞矿区汞的环境污染及对
生态系统的影响 [ J].环境科学 , 2004, 25(2):111-114.
[ 2]韩 阳 ,李雪梅 ,朱延姝, 等.环境污染与植物功能 [ M].北京:
化学工业出版社 , 2005:37-46.
[ 3]陈同斌 ,韦朝阳 ,黄泽春 ,等.砷超富集植物蜈蚣草及其对砷的富
集特征 [ J] .科学通报 , 2002, 47(11):902-905.
[ 4]杨肖娥 , 龙新宪 , 倪吾钟 , 等.东南景天(SedumalfrediH.)———
一种新的锌超积累植物 [ J] .科学通报 , 2002, 47(19):1634-
1637.
[ 5]韦朝阳 ,陈同斌 ,黄泽春 ,等.大叶井口边草——— 一种新发现的
富集砷的植物 [ J].生态学报 , 2002, 22(5):777-778.
[ 6]薛生国 ,陈英旭 ,林 琦 ,等.中国首次发现的锰超积累植物商陆
[ J] .生态学报 , 2003, 23(5):935-937.
[ 7]刘 威 ,束文盛 ,蓝崇钰.宝山堇菜(Violabaoshanensis)——— 一种
新的镉超富集植物 [ J].科学通报 , 2004, 49(1):29-32.
[ 8]魏树和 ,周启星 ,王 新 ,等.超积累植物龙葵及其对镉的富集特
征 [ J] .环境科学 , 2005, 26(3):169-173.
[ 9 ] 张学洪 , 罗亚平 ,黄海涛 , 等.一种新发现的湿生铬超积累植
物———李氏禾(LeersiahexandraSwartz)[ J] .生态学报 , 2006, 26
(3):950-953.
[ 10]中国科学院植物研究所.中国高等植物图鉴 [ M].第五册.北
京:科学出版社 , 1976.
[ 11]北京市环境保护局.环境保护标准选编 [ M] .北京:中国标准
出版社 , 2002:217-220.
[ 12]张玉秀 ,柴团耀.植物重金属调节基因的分离和功能 [ M] .北
京:中国农业出版社 , 2006:22-28.
—356— 江苏农业科学 2010年第 2期