全 文 ：第 29卷　第 4期
2011年 12月 　　　　
广西师范大学学报:自然科学版
Journa l o f Guangx i No rmal Univ ersity: Na tural Science Edition
　　　　　　 Vol. 29　 No. 4
Dec. 2011
收稿日期: 2011-07-15
基金项目: 珍稀濒危动植物生态与环境保护省部共建教育部重点实验室研究基金项目 ( 1001Z001) ;国家自然科学基金
资助项目 ( 30560032)
通讯联系人: 邓华 ( 1977— ) ,女 ,湖南祁阳人 ,广西师范大学教师。 E-mail: denghua@ mailbox. g xnu. edu. cn
短毛蓼对锰污染土壤的修复效应研究
邓　华 1, 2 ,黄青贤 1 ,卢锦怡 1 ,潘明伟 1 ,李明顺1
( 1.广西师范大学 资源与环境学院 ,广西 桂林 541004;
2.珍稀濒危动植物生态与环境保护省部共建教育部重点实验室 ,广西桂林 541004)
摘　要: 采用盆栽试验 ,研究短毛蓼对不同浓度锰污染土壤的耐性和富集效应 ,并施加不同浓度抗坏血酸对短
毛蓼的修复效果进行强化研究。结果表明: 短毛蓼对锰表现出很强的耐性 ,在锰添加浓度为 2 000 mg· kg- 1时
短毛蓼仍然能正常生长 ;随着锰添加水平的提高 ,地上部分和地下部分的锰含量都显著增加。 添加抗坏血酸
可以使短毛蓼的耐锰性提高 ,在锰添加量为 5 000 mg· kg- 1时仍能存活 ;添加较低浓度抗坏血酸可以显著增
加短毛蓼的锰迁移量。
关键词: 短毛蓼 ;锰 ;植物修复 ;抗坏血酸
中图分类号: X53　　　文献标识码: A　　　文章编号: 1001-6600( 2011) 04-0132-04
广西锰矿的开采规模与强度居全国之首 ,有来宾 (八一锰矿 )、木圭、平乐、荔浦、全州等很多大型锰矿。
这些锰矿在开采的同时也带来了废弃地土壤锰污染严重等环境问题 [1-3]。利用植物吸收土壤中的重金属 ,
转移到植物的可收获部分 ,即通过收获植物来减少土壤中重金属的含量 [4-5 ] ,是目前研究最多并且是最有
发展前景的一种植物修复技术。目前国内发现的锰超富集植物主要有 4种 ,分别为商陆 [6 ]、水蓼 [7 ]、木荷 [ 8]
和短毛蓼 [9 ] ,其中短毛蓼 Polygonum pubescens Blume是一种在广西发现的锰超富集植物。为探讨短毛蓼
对锰污染土壤的修复效应 ,采用盆栽试验研究土壤不同锰污染水平下短毛蓼的生长状况和对锰的富集特
性 ,并进一步探讨施用抗坏血酸对短毛蓼吸收锰的影响 ,以期为超富集植物短毛蓼在锰污染土壤植物修复
技术中的应用提供科学依据。
1　材料与方法
1. 1　供试植物和土壤
采集广西某锰矿区内生长一致的短毛蓼幼苗 ,于实验室内自来水冲洗干净 ,用 hoag land营养液进行
第一次预培养。幼苗长至一定高度后截取上端 5 cm的带叶枝条进行扦插预培养 ,待枝条下部长出较旺盛
的根系后选取生长一致的植株用于盆栽试验。
供试土壤采自广西师范大学生物园。 土壤取回后自然风干 ,人工去除石子和枯叶等杂物 ,捣碎后过 2
mm筛备用。土壤的基本理化性质见表 1。
表 1　供试土壤的基本理化性质
Tab. 1　 Chemical properties of the experimental soil samples
p H值 总氮 /( g· kg- 1 ) 总磷 /( g· kg- 1 ) Mn全量 /( mg· kg- 1 )
4. 74 1. 975± 0. 03 0. 64± 0. 02 154
1. 2　试验方法
盆栽试验分 2组进行: ( 1)在供试土壤中以 MnCl2· 4H2O形式添加锰: 设 0、 500、 1 000、 2 000、 5 000、 10
000 mg· kg- 1 (以纯锰计 ) 6个水平 ; ( 2)同时加入锰和抗坏血酸 ( ascorbic acid, AsA): 锰设 1 000、 2 000、 5
000 mg· kg- 1 (以纯锰计 ) 3个水平 , AsA设 0、 2、 5、 10 mmol· kg- 1 4个水平。试剂都以固态形式加入 ,与供
DOI : 10. 16088 /j . i ssn. 1001 -6600. 2011. 04. 019
试土壤充分混匀后装入塑料花盆中 ,每盆装土 2 kg ,每种处理装 3盆。污染土壤平衡一个月后 ,选取室内扦
插预培养的短毛蓼中长势均匀的幼株移栽至盆内 ,每盆定植 2株 ,定期浇水 ,生长 120 d后收获。
1. 3　样品的处理和分析
植物分地上部和根进行收获。地上部剪刀剪取后 ,先自来水冲洗干净 ,然后蒸馏水浸洗 3次 ;根去土并
自来水冲洗 ,然后浸入 20 mol· L- 1的 EDTA-Na2泡 15 min,以去除根系表面吸附的金属离子 , 15 min后自
来水冲洗再去离子水浸洗 3次。所有植物样品均在 105°C下杀青 30 min,然后 70°C下烘 48 h ,测定植物各
部分干质量 ,最后用不锈钢粉碎机磨细 ,过 0. 3 mm尼龙网筛后装袋保存 ,供分析使用。
植物样品均加 HNO3+ H2O2 ,采用微波消解法消解 ;重金属含量的测定采用火焰原子吸收分光光度法
(W FX-110)。
2　结果与分析
2. 1　不同浓度锰对短毛蓼生长的影响
短毛蓼在锰添加浓度为 500和 1 000 mg· kg- 1时生长正常 ;当浓度达到 2 000 mg· kg- 1时 ,短毛蓼的
生长受到抑制 ,与空白对照相比出现植株稍显矮小 ,少许叶片变黄的现象。由表 2可知 ,添加锰浓度为 500
mg· kg- 1时 ,短毛蓼地上部分的生物量与对照相比有一定增大 ,但均无显著差异 ;添加锰浓度为 1 000
mg· kg- 1时 ,短毛蓼地上部分的生物量比对照增加 12. 7% ,呈现显著性差异:可见 ,适量锰的加入可以在
一定程度上促进短毛蓼的生长。添加锰浓度为 2 000 mg· kg- 1时 ,短毛蓼地上部分的生物量与对照相比
减少 29. 8% ,呈现出显著性差异。在各种锰处理
浓度下 ,短毛蓼地下部分的生物量与对照相比呈
下降趋势 ,由于土壤植物修复主要依赖于植物地
上部分对污染物的吸收 ,所以这里对植物地下部
分不作详细探讨。 当浓度达到 5 000和 10 000
mg· kg- 1时 ,短毛蓼生长迟缓 ,培养数天后植株
逐渐枯萎死亡 (由于生物量过小 ,未在表 2中列
出 )。可见高浓度锰对短毛蓼有毒害作用 ,阻碍其
生长 ,甚至使其枯萎死亡。
　
表 2　不同 Mn处理水平下短毛蓼的生物量 1
Tab. 2　 Biomass of Polygonum pubescens Blume under
treatment of diff erent Mn level
锰的添加浓度 /
( mg· kg- 1 )
生物量 (干质量 ) /( g· 盆 - 1 )
地上部分 地下部分 整株
0 10. 73± 0. 27a 1. 42± 0. 16a 12. 15± 0. 25a
500 11. 34± 0. 95ab 1. 33± 0. 09a 12. 67± 0. 87ab
1 000 12. 09± 1. 26b 1. 05± 0. 13 b 13. 14± 1. 15b
2 000 7. 53± 0. 41c 0. 75± 0. 08c 8. 28± 0. 39c
1.同一列中有相同小写字母者 ,表示在 5%水平上差异不显著。
2. 2　不同锰处理浓度下短毛蓼对锰的富集特性
由表 3可知 ,在各种锰处理浓度下 ,短毛蓼体内的锰含量之间呈现显著性差异。 随着锰添加水平的提
高 ,地上部分和地下部分的锰含量都显著增加 ,最高分别达 15 207和 721 mg· kg- 1 ,可见土壤中锰含量的
增加能促使更多的锰被短毛蓼吸收。表 3还显示 ,短毛蓼的生物富集系数 (地上部分锰含量 /土壤中锰含
量 )为 2. 8～ 9. 4,转运系数 (地上部分锰含量 /地下部分锰含量 )为 5. 4～ 21. 1,两者均大于 1,达到了锰超富
集植物的标准 [4 ] ,与之前开展的水培试验结果 [10 ]一致 ,进一步说明短毛蓼对生长介质中的锰具有很强的
富集能力。
表 3　不同 Mn处理水平下短毛蓼的锰含量 1
Tab. 3　Mn content of Polygonum pubescens Blume under treatment of dif ferent Mn level
锰的添加浓度 /
( mg· kg- 1 )
土壤中锰含量 /
( mg· kg- 1 )
锰含量 /( mg· kg- 1 )
地上部分 地下部分 转运系数 生物富集系数
0 154 427± 26a 79± 11a 5. 4 2. 8
500 654 6 180± 175b 421± 43b 14. 7 9. 4
1 000 1 154 10 254± 222c 624± 37c 16. 4 8. 9
2 000 2 154 15 214± 1 293c 721± 30d 21. 1 7. 1
1. 同一列中有相同小写字母者 ,表示在 5%水平上差异不显著。
133第 4期　　　　　　　　　　　　 邓　华等:短毛蓼对锰污染土壤的修复效应研究　　　　　　　　　　　　
2. 3　添加 AsA对短毛蓼生长及富集和迁移锰的影响
试验结果表明 ,锰处理浓度为 5 000 mg· kg- 1时 ,在整个实验周期内 ,各浓度 As A处理下的短毛蓼虽
然生长相对较慢 ,但一直没有枯萎死亡 ,可见土壤中锰浓度较高时添加 As A有利于短毛蓼的成活。锰处理
浓度小于 5 000 mg· kg- 1时 ,较低浓度 AsA的加入对短毛蓼的生物量影响不显著 ,较高浓度 As A的加入
反而使得短毛蓼的生物量显著减小 (表 4)。
由 表 4可知 ,在各锰处理水平下 , AsA的添加对短毛蓼的锰含量影响较明显:随着 As A投加量的增
加 ,短毛蓼地上部分的锰含量呈现先增加后降低的趋势。 虽然短毛蓼的生物量在不同 As A处理水平下不
一定存在显著差异 ,但地上部分迁移量在各处理水平下呈现出显著性差异:随着 AsA投加量的增加 ,短毛
蓼上部分的锰迁移量呈现先增加后减少的趋势。可见 ,添加较低浓度的 AsA会促进短毛蓼对锰的吸收和
迁移 ,但 AsA添加浓度较大反而会抑制短毛蓼对锰的吸收和迁移。
表 4　锰和 AsA复合处理下短毛蓼的锰含量和迁移量 1
Tab. 4　Mn content and translocat ion of Polygonum pubescens Blume under treatment of Mn and Ascorbic Acid
锰处理 /
( mg· kg- 1)
AsA处理 /
( mmol· k g- 1 )
生物量 (干质量 ) / ( g· 盆 - 1 )
地上部分 地下部分
锰含量 / ( mg· kg- 1 )
地上部分 地下部分
迁移量 / (mg· 株 - 1 )
地上部分 地下部分
1 000 0 12. 09± 1. 26a 1. 05± 0. 13a 10 254± 662a 543± 37a 123. 97± 9. 26a 0. 57± 0. 06a
2 11. 27± 1. 03a 0. 64± 0. 08bc 11 755± 803b 574± 60a 132. 48± 11. 02b 0. 37± 0. 04b
5 7. 69± 0. 85b 0. 58± 0. 05c 13 512± 1 173c 939± 18b 103. 91± 8. 33c 0. 54± 0. 05a
10 7. 05± 0. 63b 0. 72± 0. 05b 11 483± 546b 560± 37a 80. 96± 67. 92a 0. 40± 0. 06
2 000 0 7. 53± 0. 41a 0. 75± 0. 08a 15 214± 893a 709± 30a 114. 56± 10. 78a 0. 53± 0. 07a
2 7. 37± 0. 73a 0. 77± 0. 07a 16 509± 1 043b 1 292± 97b 121. 67± 12. 56ab 0. 99± 0. 11b
5 7. 04± 0. 81a 0. 78± 0. 05a 17 710± 1 232c 1 574± 86c 124. 67± 13. 05b 1. 23± 0. 09c
10 5. 38± 0. 67b 0. 58± 0. 06b 16 429± 426b 1 157± 62d 88. 39± 9. 01c 0. 67± 0. 08a
5 000 0 2. 25± 0. 09a 0. 15± 0. 01a 17 090± 1 054a 3 519± 309a 38. 45± 3. 90a 0. 53± 0. 06a
2 3. 60± 0. 28b 0. 20± 0. 03b 17 552± 825ab 3 624± 298a 63. 19± 5. 22b 0. 72± 0. 11b
5 3. 97± 0. 22b 0. 23± 0. 02b 18 140± 706b 5 489± 652b 72. 01± 4. 34c 1. 26± 0. 13c
10 3. 81± 0. 19b 0. 21± 0. 02b 17 349± 1 255a 4 570± 425c 66. 11± 4. 51b 0. 96± 0. 09d
1. 同一列中有相同小写字母者 ,表示在 5%水平上差异不显著。
3　讨论
锰是植物必须的营养元素之一。它参与重要的新陈代谢过程 ,但锰含量过高会使植物受到毒害。短毛
蓼是一种耐锰植物。本文实验结果表明:土壤中锰添加浓度为 500和 1 000 mg· kg- 1时 ,短毛蓼地上部分
的生物量比对照都有增大 ;当锰添加浓度达到 2 000 mg· kg- 1时 ,短毛蓼的生长才受到一定抑制。正常生
长的植物体内锰含量一般在 20～ 500 mg· kg- 1 ,因植物种类而有一定差异 ,很少超过 1 000 mg· kg- 1 [ 11]。
短毛蓼的锰富集能力很强 ,体内 (地上部分和地下部分 )的锰含量随着土壤中锰浓度的增加而递增 ;当土壤
中锰添加浓度为 1 000 mg· kg- 1时 ,地上部锰含量超过 10 000 mg· kg- 1 ,达到了锰超富集植物的标准。
利用螯合剂强化植物对土壤中重金属元素的吸收 ,近年来得到了较广泛的研究 ,其中 As A是一种较
常用的螯合剂。添加 AsA对短毛蓼的耐锰性有一定提高 ,在高锰污染下有利于短毛蓼的生长 ,使其在土壤
锰处理浓度为 5 000 mg· kg- 1时能够成活。在各锰处理水平下 ,随着 As A投加量的增加 ,短毛蓼地上部分
的锰含量呈现先增加后降低的趋势 ,较低浓度 As A对短毛蓼吸收和迁移锰有促进作用 ,但 AsA添加浓度
较大时反而会在一定程度上抑制短毛蓼对锰的吸收和迁移。
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Remediation Effects o f Mn-contaminated Soil by Polygonum
pubescens Blume
DENG Hua
1, 2 ,HUANG Qing-xian
1 , LU Jin-yi
1 , PAN Ming-wei
1 , LI Ming-shun
1
( 1. Colleg e o f Envir onment and Resources, Guangxi Normal Univ e rsity , Guilin Guangxi 541004, China;
2. Key Labora to ry o f Ecolog y o f Rare and Endangered Species and Envir onmental Pr otection ( Guangxi No rmal
Univ er sity ) M inistry of Educa tion, Guilin Guangx i 541004, China )
Abstract: Po t experiment w as used to study the Mn tolerance and accumula tion o f Polygonum pubescens
Blume under dif ferent M n concentrations in soi l. On the o ther hand, ascorbic acid w as added into the M n-
contaminated to investig ate i t s influence on the remedia tion effect of the soi l by the plant. The results
indica ted that the Polygonum pubescens Blume show ed certain tolerance to the M n-contaminated soi l.
The plant sti ll g rew w ell w hen M n concentra tion w as 2 000 mg· kg- 1 . Wi th the Mn concentration in the
soil increasing , the manganese concentration in the tissues of the plant increased. Adding ascorbic acid
can improve the tolerance of the plant so that they can be sti ll aliv e w hen the M n concentra tion was 5
000 mg· kg- 1 . Adding ascorbic acid of low er concentra tion can increase the M n transloca tion amount of
Polygonum pubescens Blume from the M n-contaminated soi l, but higher concentra tion show ed restrictive
ef fect.
Key words: Polygonum pubescens Blume; M n; phy to remedia tion; ascorbic acid
(责任编辑　马殷华 )
135第 4期　　　　　　　　　　　　 邓　华等:短毛蓼对锰污染土壤的修复效应研究