全 文 ：2008年 4月 皖西学院学报 A pr., 2008
第 24卷第 2期 Journal o f West Anhui Unive rsity Vo l.24　NO.2
土壤-丁香蓼系统重金属 Cu 、Zn积累特征的研究
王广林1 , 2 ,刘昌利1 ,刘昌平1 ,余茂耘1 ,张金池2
(1.皖西学院 化学与生命科学系 , 安徽 六安 237012;2.南京林业大学 森林资源与环境学院 , 江苏 南京 210037)
摘　要:冶炼厂对周围的农田土壤造成了污染 , 其中 Cu 的污染最严重 , 100m 处的全态和提取态 Cu 分别是 182.45mg ·
kg -1和 81.91mg · kg-1 , 是对照的 10.3倍和 35 倍。污灌区丁香蓼各器官重金属 Cu 、Zn 的分布规律:Cu 是根>叶>茎;Zn 为茎
>根>叶 , Zn 在丁香蓼体内的移动能力大于 Cu , Cu 主要累积在根部;丁香蓼茎和土壤中 Cu 的浓度密切相关。
关键词:土壤;丁香蓼;重金属污染
中图分类号:X825　　　文献标识码:A　　　文章编号:1009-9735(2008)02-0081-04
＊ 工农业的迅速发展 ,使得重金属污染日趋严重 。
土壤中过量的重金属不仅能限制植物的正常生长 、发
育及改变植物群落结构 ,甚至可通过食物链传递 ,从
而对人体的健康造成严重的威胁 。目前我国受重金
属污染的耕地面积已近 2000 万 hm2 ,占全国耕地总
面积的近 1/5;其中工业“三废”污染耕地 1000 万
hm
2 ,污水灌溉的农田面积已达 330万 hm2 [ 1] 。
土壤-植物系统中的重金属污染多具伴生性和
综合性 ,即多种污染物形成的复合污染[ 2] 。有关复合
污染下土壤-植物系统中重金属的生态效应已有不
少研究[ 3 , 4 , 5 , 6] ,但多为实验阶段 ,本研究以安徽省芜
湖市冶炼厂附近污灌农田为例 ,探讨冶炼厂排放的重
金属污染物和丁香蓼(Ludwigia prostrate Roxb 属
柳叶菜科丁香蓼属植物 , 一年生草本 , 株高 30 ～
70cm ,是一种常见的田间杂草 ,广泛分布于我国长江
流域以南各省。)对相关重金属的积累特征 ,进一步探
讨大田条件下丁香蓼对相关重金属积累的特征 ,研究
其作为植物修复重金属污染土壤的可行性。
1　研究地区与研究方法
1.1　研究地区
芜湖市地处长江沿江平原丘陵区 ,年均气温 15.
7°C-16.0°C ,极端高温 41°C ,极端低温-15°C ,降雨
量 1198.1 -1413.2mm , 以 6 月最多 , 平均 200 -
300mm , 12 月最少 , 仅 35 -60mm , 无霜期 220 -
240d 。芜湖冶炼厂位于市北郊 ,西临长江 ,北为污灌
农业区 ,以冶炼铜为主。该厂在生产中对周边的农业
区造成了一定的污染 。
1.2　研究方法
1.2.1　样点布设 、样品采集
样地为水稻耕作土。丁香蓼成熟期(9 月)在冶
炼厂北边的农业污灌区设 6个样区 ,分别距冶炼厂
100m 、200m 、400m 、800m 、1600m 、3000m ,记为 1-6
号样 。另外选 10km 外的无污染农业区作为对照
(CK)。每样区均选取多个样点组成 1个混合样 ,取 0
-20cm 的表层土和同位丁香蓼植株 。土样装入无菌
塑料袋中 ,在室内自然风干后研磨 、过 100目筛备用 。
丁香蓼植株用自来水冲洗干净 ,再用无离子水冲洗 、
烘干 、研磨 、过 60目筛备用。一年中分多次取排污口
污水测其化学性质 。
1.2.2　污水 、土壤 、植物化学性质分析
测定污水 、土壤的 pH 值 、EC 值以及土壤的 N 、
P 、K[ 7] ;土样经硫酸———高氯酸消化后火焰原子吸收
光谱法测的 Cu 、Zn 、Pb 、Ni全量[ 8] ;土样用 0.1N 的
HCl提取后火焰原子吸收光谱法测提取态重金属的
含量[ 8] 。植物用湿灰化法即三酸(HNO 3 -H2SO 4 -
HClO4)消化后火焰原子吸收光谱法测定重金属的含
量[ 8] 。污水酸化后原子吸收光谱法测定重金属的
含量[ 8] 。
2　结果与分析
2.1　污水 、土样的基本理化性质
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＊ 收稿日期:2007-11-19
基金项目:安徽省教育厅自然科学基金项目(KJ2007B350ZC)。
作者简介:王广林(1970-), 男 , 硕士 , 在读博士生;张金池
(1962-),男 ,山东安丘人 ,教授 ,博士生导师。
对一年中多次取回的污水进行测定 ,结果取其均
值如下:pH :5.04 , EC:562μS · cm-1 ,总 Cu:1.96mg
·L-1 ,总 Zn:1.39mg ·L -1 。其排放总 Cu 、总 Zn分
别符合污水综合排放的三级标准(总 Cu≤2.0mg ·
L-1)和一级标准(总 Zn≤2.0mg · L-1)(GB5084-
92)。土壤的 pH 值有明显的变化 ,冶炼厂近处的土
壤呈酸性 ,其酸性随着距冶炼厂距离的增加而接近中
性 , 100m 为 5.82 ,而到 3000m 处时是 6.65 ,已近中
性。土壤的 EC 值也表现出类似的变化 , 100m 处为
177μS · cm-1 ,是 3000m 处的 1.8倍。说明冶炼厂近
处的土壤已明显受污水的影响致土壤酸化 、EC 值增
高。随着与冶炼厂距离的增加 ,污水对土壤的影响明
显减弱 , 3000m处的 EC值已和对照相近 。可见冶炼
厂污水灌溉是污灌区土壤性质改变的主要原因。
表 1　土壤的化学性质
1 2 3 4 5 6 CK
To tal N(%) 0.174 0.196 0.218 0.177 0.158 0.112 0.168
To tal P(P2O5%) 0.116 0.091 0.118 0.110 0.094 0.137 0.120
Total K(mg· kg -1) 1.09×104 1.08×104 9.91×103 8.86×103 9.13×103 1.09×104 9.39×103
pH 5.82 6.05 6.41 6.28 6.60 6.65 7.36
EC(μS· cm -1) 177 146 135 125 118 96 94
表 2　土壤重金属及其土壤环境质量二级标准(PH:6.5～ 7.5)(mg· kg-1)
样距(m) 全量
To ta l
Cu Zn Pb N i
提取态
Ex tractable
Cu Zn Pb Ni
1 100 182.45 98.43 33.15 44.25 81.91 18.22 10.56 2.89
2 200 103.60 54.77 31.00 39.30 48.75 6.58 6.38 1.65
3 400 89.05 49.95 30.98 42.65 39.80 7.28 6.17 1.78
4 800 47.92 42.17 35.67 36.30 20.19 7.88 7.19 2.04
5 1 , 600 46.90 44.18 35.75 39.22 19.14 6.17 6.62 1.69
6 3 , 000 32.80 40.90 31.95 39.35 8.92 8.19 2.84 2.18
CK 10 , 000 17.70 40.45 30.21 38.75 2.31 4.55 2.80 1.92
二级标准 ≤100 ≤250 ≤300 ≤50
2.2　土壤重金属污染状况
由表 2可见 ,与远离冶炼厂的对照区相比 ,冶炼
厂附近的农田土壤明显地受到了 Cu 和 Zn 的污染 。
1样区与对照相比 ,全 Cu 是对照区的 10.3 倍 ,全 Zn
为对照区的 2.4倍;提取态 Cu 是对照区的 35倍 ,提
取态 Zn 为对照区的 4倍 。对所调查的重金属元素及
其形态间的相关性的统计结果表明(见表 3 ,本文所
有数据分析均不包括对照), Cu和 Zn 的总量和提取
态及其之间存在着显著或极显著的相关关系 。且随
着采样点离冶炼厂距离的增加 ,土壤 Cu 、Zn 全量和
提取态都明显的降低。可见 Cu 、Zn是冶炼厂周围土
壤污染的主要重金属元素。与土壤环境质量二级标
准(GB15618-1995)比较 ,样区 1 、2Cu 含量已超标 ,
其中 Cu 在样区 1处是土壤环境质量二级标准的 1.8
倍 ,有效 Cu 高达 81.91mg ·kg-1 ,说明冶炼厂酸性
的含 Cu 废水是污染的主要原因 ,这也是污染区土壤
的 pH 值偏低 ,EC值偏高的主要原因。
表 3　土壤重金属间的关系以及重金属总量与提取态量间的相关关系
总　Cu
To tal
Cu
Extractable
总　Zn
To tal
Zn
Ex tractable
总　Pb
Total
Pb
Ex tractable
总　Ni
Total
总 Cu To tal
Cu Ex tractable 0.997＊＊
总 Zn To tal 0.961＊＊ 0.940＊＊
Zn Ex tractable 0.852＊ 0.815＊ 0.952＊＊
总 Pb To tal -0.317 -0.316 -0.168 -0.002
Pb Extractable 0.810 0.820＊ 0.814＊ 0.772 0.267
总 Ni To tal 0.781 0.755 0.763 0.673 -0.538 0.460
Ni Ex tractable 0.623 0.567 0.788 0.928＊＊ 0.057 0.528 0.513
Note:＊ significance a t P<0.05 , ＊＊ signi ficance at P <0.01
82
2.3　重金属 Cu 、Zn 在土壤-丁香蓼系统累积和分
配关系
重金属进入植物根部后首先与蛋白质 、多糖类和
核酸等结合 ,然后向植物地上部分迁移[ 9] 。目前的研
究认为:作物在重金属胁迫下会通过回避机制减少对
重金属的吸收 ,抗性机制加强对重金属的耐受性 ,代
谢机制减少对重金属积累和消除其毒性 。为了说明
元素在作物体内的移动趋势 ,利用吸收系数来说明重
金属元素在作物体内的行为过程 。所谓吸收系数是
指作物某器官累积元素的浓度与土壤中该元素浓度
之比 ,它可代表作物系统中元素移动的难易程度。
由表 4可见 ,Cu 在丁香蓼体内的分布规律是根
>叶>茎 ,根的平均吸收系数是叶的 11.9倍 、茎的
19.7倍 ,说明进入丁香蓼体内的 Cu离子从根向上运
输常常受到某种阻碍 ,因此茎叶中的 Cu 含量低于根
系中的含量 ,其主要积累于丁香蓼的根部。Zn 的分
布规律是茎>根>叶 。
同一元素在丁香蓼不同样点体内的吸收系数不
同 ,表现为土壤重金属浓度高的近冶炼厂处的吸收系
数较小 ,但从绝对吸收积累的量看 ,土壤浓度高的积
累的重金属多 ,污灌区各样点根 、茎 、叶中 Cu的平均
浓度分别是对照的 2.5 、4.1和 1.3倍;Zn的浓度分
别是对照的 1.9 、2.1 和 2.2 倍。这说明丁香蓼对重
金属元素的吸收受生理功能的影响而有一定的限量;
也可能是因为有毒元素在土壤溶液中浓度过高时 ,当
其进入丁香蓼根系后 ,会对根毛表皮细胞产生毒害作
用 ,导致根系元素吸收功能下降 。研究表明 ,因 Cu 、
Zn过多而引起植物中毒所表现的失绿症影响植物的
生长 、发育[ 10] (P182-192)。
Cu 、Zn在丁香蓼各器官的吸收系数比值(污灌
区均值),Cu为根:茎:叶=19.7:1:1.7;Zn 为根:茎:
叶=1.03:1.39:1 ,可见其在丁香蓼体内的迁移能力
为 Zn>Cu 。说明丁香蓼对 Zn 的吸收积累能力较
强 ,Zn元素是极易向丁香蓼上部迁移积累的物质 ,根
系吸收的锌大多数由木质部运输到植物的其他部位 。
锌被结合到可溶性的低分子量蛋白质上 ,植物中一半
以上的锌是与带负电荷的复合体结合而存在 ,使得锌
具有较强的移动性。Cu 是植物生长的必需营养元素
之一 ,但在自然条件下 ,很少有游离铜离子可被植物
从土壤溶液中吸收[ 10] (P288-292) ,这一吸收机制可能是
植物吸收 Cu的能力相对较弱的原因 。
我们对丁香蓼各器官 Cu 、Zn 浓度与土壤中不同
态 Cu 、Zn浓度进行回归分析如表 5 。可见丁香蓼茎
Cu的浓度与土壤中 Cu 的浓度密切相关 ,其叶中 Zn
的浓度和土壤中提取态 Zn有显著相关关系 ,可见丁
香蓼对土壤中的污染重金属 Cu 、Zn 有一定的富集
作用。
另外丁香蓼是一年生草本 ,株高 30 ～ 70cm ,生物
量较大 ,易于种植和收获 ,抗干扰能力强 ,是理想的重
金属污染土壤的植物修复材料 。
表 4　丁香蓼体内各器官 Cu 、Zn浓度(mg ·kg-1)及其吸收系数
1 2 3 4 5 6 M ean value CK
Cu 根 Roo t 1959.6 1764.45 1894.50 1839.75 1520.21 1173.88 1385.44 544.21
AC根 10.74 17.64 21.27 38.39 32.41 35.76 26.04 30.75
茎 Stem 126.85 89.85 85.67 82.75 78.74 65.41 88.21 21.75
AC茎 0.70 0.87 0.96 1.73 1.68 1.99 1.32 1.23
叶 Leaf 177.4 167.38 152.00 124.91 120.59 119.24 143.62 106.69
AC叶 0.97 1.62 1.71 2.61 2.57 3.64 2.19 6.03
Zn 根 Roo t 262.35 240.25 202.34 167.85 179.55 115.38 194.62 101.66
AC根 2.67 4.39 4.05 3.98 4.06 2.82 3.66 2.51
茎 Stem 335.65 368.23 290.35 277.27 162.12 139.70 262.22 125.47
AC茎 3.41 6.72 5.81 6.58 3.67 3.42 4.94 3.10
叶 Leaf 223.95 206.36 179.06 170.35 171.39 152.76 183.98 82.51
AC叶 2.28 3.77 3.58 4.04 3.88 3.73 3.55 2.04
83
表 5　土壤中不同态 Cu、Zn 浓度(X)与丁香蓼各器官 Cu 、Zn 浓度(Y)之间的回归分析
Cu 回归方程
Reg re ssion equation
相关系数(r)
Co r relation co fficient
Zn 回归方程
Reg ression equation
相关系数(r)
Co rrelation cofficient
提取态 Y 根=1398.796+8.045x r根=0.725 Y根=139.686+6.744x r 根=0.589
Ex tractable Y 茎=61.023+0.746x r茎=0.960＊＊ Y茎=190.290+8.094x r 茎=0.404
Y 叶=128.428+0.142x r叶=0.180 Y叶=148.006+4.048x r 叶=0.711
总态 Y 根=1385.465+3.659x r根=0.686 Y 根=90.668+1.888x r 根=0.782
To tal Y茎=58.078+0.36x r茎=0.964＊＊ Y茎=132.387+2.358x r 茎=0.558
Y 叶=129.825+0.045x r叶=0.119 Y叶=126.271+1.048x r叶=0.874 ＊
No te:＊ significance a t p<0.05 , ＊＊ significance a t p<0.01
3　结论
3.1　丁香蓼对 Cu 的累积规律是根>叶>茎 ,对 Zn
的累积规律是茎>根>叶 。
3.2　相比较而言 ,丁香蓼对 Cu 、Zn 的转运能力是
Zn>Cu ,Cu 主要积累于丁香蓼的根部 。因此 ,根作
为一种屏障使 Cu难于向上部迁移 ,使地上部分免受
其害 。
3.3　丁香蓼茎和土壤中 Cu 的浓度密切相关;其叶
中Zn的浓度和土壤中提取态 Zn有显著相关关系 ,
丁香蓼对土壤中的污染重金属 Cu 、Zn有一定的富集
作用 ,是一种适合用于重金属 Cu 、Zn 污染土壤的植
物修复材料。
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Study on Accumulative Characteristics of Heavy Melts
in Soil-Ludwigia Prostrate Roxb System
WANG Guang-lin , LIU Chang-li ,
LIU Chang-ping , YU Mao-yun ,ZHANG Jin-chi
(1.Department o f Chemistry and Li f e Science ,West Anhui Universi ty ,Lu an 237000 ,China;
2.College o f Forest Resouces and Environment , N anj ing Forest Universi ty , Nanj ing 210037 ,China)
Abstract:The soil is polluted by heavy melts near the smeltery.The total and ex tractabl Cu in the so il of 100m a re 182.45 mg ·
kg -1 and 81.91 mg· kg-1 re spectively which are 9.3 times and 34 times higher than tho se of the contra st.The distribution of
heavy metals in Ludw igia pro strate Roxb of the sewage ir rig ation a rea ar e that Cu is r oo t>leaf > stem and Zn is stem>roo t>
leaf.Zn is mo re mobile than Cu w hich is likely to accumula te in the roo t of Ludwigia pro st rate Roxb.The contents o f Cu in the
Ludwig ia pro stra te Roxb of stem have significant cor rela tion with the contents of Cu in soil o f the sew age irriga tion area.
Key words:soil;Ludw igia prostrate Roxb;heavy melt pollution
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