全 文 ：收稿日期：2014-09-11
基金项目：国家自然科学基金项目 （61178036 ）；江西省重点项目
（20142BBF60003）.
作者简介：余跑兰（1986-），女，江西余干人，助理工程师，硕士研究生，
研究方向：土壤重金属污染修复.
通讯作者：赖发英（1966-），女，江西吉水人，教授，博士，硕士生导师，
主要研 究 方 向 为 土 壤 污 染 治 理 与 生 态 工 程 修 复 ，
583052069@qq.com.
丁香蓼对 Cu富集效应的研究
余跑兰 1, 3， 赖发英 1， 肖小军 2， 段彬林 3， 周利军 2， 彭春华 4
（1 .江西农业大学， 江西 南昌 330045；2. 江西省红壤研究所， 江西 进贤 331717 ；
3.余干县环保局， 江西 余干 335100；4.吉水县环保局， 江西 吉水 331600）
摘 要： 通过盆栽实验研究不同浓度的 Cu胁迫对丁香蓼响应和富集效应的影响，结果表明，随着 Cu的浓度增加，丁
香蓼的株高和生物量降低，长势减弱，但在低浓度（ω（Cu）为 125 mg/kg）时降低不明显，与对照组差异性不显著，高浓度
与对照组差异性显著。 根茎叶中 Cu含量随着添加的 Cu浓度增加而增加，Cu的含量和富集系数都表现为根＞叶＞茎，对
Cu的积累量表现为根、茎＞叶，丁香蓼不是 Cu的超富集植物，但对 Cu具有较好富集作用和忍耐能力。
关键词： 丁香蓼； 铜； 超富集植物； 富集效应
中图分类号: X7 文献标识码: B 文章编号: 1674-4829（2014）06-0001-04
Research on the Copper Enrichment Effect of Ludwigia Prostrata Roxb
YU Pao-lan1,3， LAI Fa-ying1， XIAO Xiao-jun2， DUAN Bin-lin3， ZHOU Li-jun2， PENG Chun-hua4
（1 .Jiangxi Agricultural University ，Nanchang 330045，China；2.Jiangxi Institute of Red Soil， Jinxian 331717，China；
3.Yugan Environmental Protection Bureau，Yugan 335100，China；4. Jishui Environmental Protection Bureau，Jishui 331600，China）
Abstract: Pot experiment is conducted to study effect and accumulation of copper on Ludwigia prostrata Roxb, Results
showed that Growth, height and biomass of Ludwigia prostrata Roxb fall as the increasing of copper concentration. But when
Cu was at low concentration of 125 mg/kg, reduction is not apparent and the difference is more inconspicuous than CK,
while it is not at high concentration. Copper contents of root ,stems and leaf are increasing with the increase of copper
concentration added into soil. The content and enriched coefficient of copper are root >leaf >Stems. Copper accumulation in
the root or stems is more than in leaf. so Ludwigia prostrata Roxb is not hyperaccumulator ,but has good enrichment and
patience ability .
Key words: Ludwigia prostrata Roxb; Copper; Hyperaccumulator； Accumulation effect
:
0 引言
随着铜矿的开采、冶炼厂三废的排放、含 Cu 杀
菌剂的长期大量使用和城市污泥的堆肥利用， 土壤
受到 Cu 污染越来越严重， 重金属污染土壤修复任
务迫在眉睫[1]。而植物修复已成为重金属污染土壤修
复研究的热点， 植物修复技术关键在于寻找超富集
植物或耐性植物。 目前研究发现，Cu 的超富集植物
有 37种，大多集中分布在刚果[2]，但发现的很多超富
集植物因生物量少等原因在实际工作中不易广泛使
用[3]，所以寻找生物量大，积累量高，能大面积治理重
金属污染土壤的植物至关重要。 而柳叶菜科、1年生
草本的丁香蓼，喜生水田，在中国分布广泛，生物量
较大，生长又快，并且调查发现丁香蓼在江西省贵溪
铜矿尾矿附近农田长势很好，因此研究丁香蓼对 Cu
的富集效应就具有重要意义， 为 Cu 污染土壤的修
复提供参考材料。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试土壤采自江西农业大学水稻田土壤， 属典
型红壤，pH 值为 5.02，ω（有机质）为 16.2 g/kg，ω（碱
解氮）为 152.5 mg/kg，ω（全氮）为 1.44 g/kg，ω（速效
磷）为 21.9 mg/kg，ω（速效钾）为 126.16 mg/kg，ω（Cu）
为 46.03 mg/kg。
供试植物为江西农业大学水稻田埂上的丁香蓼。
供试药品为五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)。
第 27卷 第 6期
2014年 12月
环 境 科 技
Environmental Science and Technology
Vol．27 No．6
Dec．2014
环 境 科 技 2014年 12月
1.2 试验设计
土壤经过风干，剔除碎石，混匀后装盆，每盆准
确称量 1.2 kg 土壤， 再分别加入(NH4)2SO4，KH2PO4
各 0.75 kg。 本实验设计 6个不同浓度的处理，每 kg
土壤中分别加入 0，125，250，500，75，1 000 mg 的
Cu。Cu以水溶液形式一次性加入 CuSO4·5H2O(以 Cu
的质量计算)，花盆装土和加入药剂后，混合均匀后
放置 10 d 进行移栽，每盆栽种大小约 10 cm 的幼苗
2棵。
生长期间， 定期浇自来水保证植物生长的正
常的持水量，观察植株生长状况。 盆栽 60 d 后(植
株处在开花期 )，取样对丁香蓼生物量、Cu 含量进
行测定。
1.3 分析方法
（1）外伤症状观察-目视估计法[4] ；
（2）株高的测定：测根茎交接处到枝条最高点的
高度，每株测 3次算平均值；
（3）植株生物量的测定：将丁香蓼分为根、茎、叶
3 部位，洗净，在 105 ℃烘箱里杀青 15 min，然后在
80 ℃温度下烘至恒重，再测生物量；
（4）土壤和植株中 Cu 的测定-原子吸收分光光
度法[5－6] ；
（5）盆栽前土壤基本理化性质的测定
pH值的测定：pH计；
速效磷的测定：NaHCO3-钼锑抗比色法；
有机质的测定：重铬酸钾容量法-外加热法；
速效钾的测定：NH4OAc浸取，火焰光度法；
碱解氮的测定：碱解扩散法；
全氮的测定：半微量开氏法[7]。
1.4 数据分析
数据用 Excel 进行制表和绘图， 采用 SPSS17.0
统计软件对各实验进行方差分析和多重比较。
2 结果与分析
2.1 对丁香蓼生长指标的影响
研究表明， 过量的 Cu 进入土壤会对植物产生
毒害作用，最直观的影响就是长势减缓，即根系生长
受到抑制，生长量下降，叶片失绿变黄[8]。所以从外伤
症状、株高和生物量能从一定程度上反映植物受 Cu
胁迫毒害程度。
2.1.1 外伤症状的变化
通过定期观察， 植株长势随着土壤中添加 Cu
的浓度增加而下降。对照组植株长势最好；在 ω（Cu）
为 125 mg/kg 处理水平，植物正常生长，外表无明显
的毒害症状；ω（Cu）为 250 mg/kg 时受到轻度伤害，
叶子变稀疏、部分叶子失绿变黄；在 ω（Cu）为 500
和 750 mg/kg 时植物受到中度伤害，植株矮小、茎变
细，叶子变黄；在 ω（Cu）为 1 000 mg/kg 时植物受到
重度伤害，植株坏死。
2.1.2 对株高的影响
不同处理水平下丁香蓼的株高见表 1。 由表 1
可以看出，随着土壤中 Cu 浓度的增加，丁香蓼生长
受到抑制，株高不断下降。在 ω（Cu）为 125 mg/kg，株
高 53.23 cm，只降低 5.06%，表明丁香蓼在 ω（Cu）为
125 mg/kg可以正常生长， 没有明显的毒害作用，这
与前面目视的生长状况的结论是一致的。 其他浓度
胁迫下株高与对照组差异性极显著(p ＜ 0.01)。 通过
多重比较可得， 各实验组株高差异性都达到显著水
平(p ＜ 0.05)。
注：小写字母和大写字母分别表示处理间达到 0.05 和 0.01 水平差异
显著性，相同字母表示处理之间差异不显著，不同表示差异显著。
由于在 ω（Cu）为 1 000 mg·kg－1 处理下植物坏死，所以没有测株
高，下同。
2.1.3 对生物量的影响
丁香蓼根、茎和叶的生物量（干重）随着 Cu 浓
度的增加而呈下降趋势， 茎的生物量远远大于根和
叶的。 根、茎和叶的生物量在 125 mg/kg与对照组差
异性不显著， 在 250，500 和 750 mg/kg 与对照组差
异性极显著（p ＜ 0.01）。 根的生物量较茎和叶都低，
这说明 Cu对丁香蓼的影响首先表现在根部，
根系是受 Cu胁迫最严重的部位，具体见图 1。
ω（Cu）/（mg·kg-1）
0 (对照组)
125
250
500
750
株高/cm
56.07 ± 2.27aA
53.23 ± 1.55aA
44.83 ± 3.18bB
37.50 ± 1.87cC
33.03 ± 1.30dC
较对照组上升百分率/%
-
-5.06
-20.46
-33.12
-41.09
表 1 不同处理水平下丁香蓼的株高
图 1 不同 Cu 添加量对生物量的影响
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
生
物
量
/（
g·
盆
-1
)
0 125 250 500 750
ω（Cu）/ （mg·kg-1）
aA
aA
aA
aAB
aA
aA
bB
bBC bB
cC
cCbcC
cC
cC cC
根
茎
叶
2
第 27卷 第 6 期
2.2 丁香蓼体内 Cu的含量和积累量
2.2.1 丁香蓼体内 Cu的含量
丁香蓼不同器官中 Cu的质量分数见表 2。
由表 2 可以看出， 丁香蓼根茎叶 Cu 的含量是
根＞叶＞茎， 这跟黄细花对紫云英各器官 Cu 的含量
研究是一致的 [9]，杨桂芬和黎耿碧等 [10-11]也认为铜在
植物根部含量最高，向地上茎和叶运输的较少。随着
Cu添加量的变化，根内 Cu 的含量变化幅度最大，这
表明丁香蓼对 Cu 的吸收主要集中在根部， 很难向
地上部分运输， 避免过量的 Cu 影响光合作用以及
其它重要生理代谢过程，使茎和叶免受伤害，这也是
丁香蓼耐 Cu机制的一个重要原因[12]。
2.2.2 丁香蓼体内铜的积累量
对重金属的富集强弱不仅看植物体内重金属的
含量，还要看其生物量。所以植物的修复能力采用重金
属积累量来衡量，重金属积累量 =生物量 ×含量[13-14]。
根和茎内 Cu 的积累量都远远大于叶，茎内 Cu 的含
量虽不高， 但积累量很大， 这是由于茎的生物量远
远大于根和叶的。 在 ω（Cu）为 125 mg/kg胁迫下，茎
和叶 Cu 的积累量最大，而根 Cu 的积累量在 ω（Cu）
为 250 mg/kg胁迫下最大，见图 2。
2.3 丁香蓼体对 Cu的富集系数和转运系数
2.3.1 丁香蓼对 Cu的富集能力
富集系数也称吸收系数， 是指植物某一器官吸
收的元素含量与基质中相应的元素含量之比， 用来
反映土壤植物体系中元素迁移的难易程度， 丁香蓼
根、茎、叶 3 部位对 Cu的富集系数见表 3。
从表 3可以看出，丁香蓼对 Cu的富集系数为根
(5.1) ＞ 叶(1.2) ＞ 茎(1.0)，随着土壤中 Cu 的添加量增
加，富集系数反而减少。 丁香蓼对 Cu的富集系数均
大于等于 1，说明丁香蓼对 Cu具有较强的富集作用。
2.3.2 丁香蓼对铜的转运能力
转运能力主要是通过转运系数的大小来反映，
转运系数是植物地上部和根部重金属的含量之比，
用来评价植物将重金属从根部向地上部运输和富集
的能力，转运系数越大，植物从根系向地上部(茎和
叶)转移的量大[15]。 通过表 3 可以看出，丁香蓼对 Cu
的转运系数均小于 1，Cu 主要积累在丁香蓼的根
部，难于向地上茎和叶运输，减轻 Cu 对地上茎和叶
的伤害。
3 讨论
Cu是植物生长的必需营养元素，是各种氧化酶
的组成部分，参与植物的光合作用等过程。但过量的
Cu会抑制植物的生长， 植物 Cu中毒最明显的特征
就是植株矮小，分枝减少，叶片失绿，使得植物各器
官的生物量减少。 这是因为过量的 Cu 会抑制植物
对 N，P，K，Ca，Mg，Fe 等其他营养元素的吸收 [16]，Cu
胁迫下叶片失绿主要是过量的 Cu 诱发缺铁导致
的；更主要在于它与酶的作用基(特别是巯基)结合，
使酶失活[17]，另外抑制光合作用[8,18]，改变细胞膜的双
磷脂和蛋白质的性质，增加细胞通透性 [19]，有研究发
现离子泄露和水分代谢失调都是 Cu 过量破坏质膜
的结果[20-21]。
植物叶片的正常 Cu 质量分数一般为 5 ～ 30
mg/kg，超过 30 mg/kg 时则可能引起 Cu中毒[22]。研究
发现香石竹、菊花、一品红对 Cu很敏感。朱士吾[23]也
证明土壤中的 Cu 质量分数一般不超过 20 mg/kg，
否则导致土壤 Cu污染，影响植物的生长。 而丁香蓼
在土壤中添加 ω（Cu） 125 mg/kg 下，叶内 Cu 的质量
分数为 105.3 mg/kg，远远高于 30 mg/kg，但能正常
表 2 丁香蓼不同器官中 Cu 的质量分数 mg·kg-1
初始
0 (对照组)
125
250
500
750
根
153.44 ± 6.81aA
487.62 ± 31.87bB
883.28 ± 60.87cC
1 402.26 ± 39.98dD
1 530.26 ± 28.87eD
茎
50.39 ± 6.00aA
82.07 ± 9.03bA
123.36 ± 9.50cB
156.96 ± 11.81dB
198.42 ± 1.27eC
叶
57.74 ± 10.43aA
105.30 ± 12.65bAB
156.32 ± 17.00cBC
191.10 ± 22.45cC
187.88 ± 17.57cC
表 3 丁香蓼对铜的富集系数和转运系数
ω（Cu）/（mg·kg-1）
0 (对照组)
125
250
500
750
系数平均
根富集系数
7.5
6.1
5.6
3.6
2.5
5.1
茎富集系数
2.5
1.0
0.8
0.4
0.3
1.0
叶富集系数
2.8
1.3
1.0
0.5
0.3
1.2
转运系数
0.70
0.38
0.32
0.25
0.25
0.38
图 2 丁香蓼体内 Cu 的积累量
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Cu
的
积
累
量
/m
g
0 200 400 600 800
ω（Cu）/ （mg·kg-1）
根
茎
叶
余跑兰等 丁香蓼对Cu富集效应的研究 3
环 境 科 技 2014年 12月
生长， 目视不到明显的中毒症状， 这说明丁香蓼对
Cu具有一定的耐性。
大量研究证明，过量的 Cu 积累在根部，根部又
是最直接接触 Cu的部位，所以最初受到伤害的器官
是根部。 染铜处理对狗牙根和百喜草生物量的影响
很明显，在 ω（Cu）为 50 mg/kg处理后，狗牙根的根生
物量差不多只是对照组的 50%， 百喜草根生物量只
有对照的 53%[24] ，而丁香蓼在 ω（Cu）为 125 mg/kg胁
迫下，根的生物量下降不明显，为对照的 82%，与对
照组差异性不显著。这也说明丁香蓼对 Cu具有一定
的忍受能力。
丁香蓼根、 茎、 叶内的 Cu 含量随着土壤中 Cu
的添加量增加而增加， Cu 的含量和富集系数均为
根（5.1） ＞ 叶（1.2） ＞ 茎（1.0）。 这说明 Cu 主要积累
在丁香蓼的根部，很难向地上部位运输。丁香蓼地上
部（茎和叶）Cu 的含量低于地下部（根）同的含量，达
不到超富集植物的要求[25]，不属于超富集植物，只是
一种耐性植物。
4 结论
丁香蓼在土壤添加 Cu的质量分数为 125 mg/kg，
长势、株高、根茎叶的生物量和 Cu 的含量、积累量
与对照组差异性不显著， 其他处理水平与对照组差
异性显著。 Cu的含量和富集系数表现为根＞叶＞茎，
积累量表现为根、茎 ＞ 叶。 Cu主要积累在丁香蓼的
根部，难于向地上茎和叶运输。丁香蓼虽然达不到超
富集植物的要求，但是对 Cu 具有较好的富集作用，
是 Cu的一种耐性植物。
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（责任编辑 朱歆莹）
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