全 文 ：中国环境科学 2009,29(9)：985~990 China Environmental Science

东南景天与不同植物混作对土壤重金属吸收的影响
蒋成爱,吴启堂*,吴顺辉,龙新宪 (华南农业大学资源环境学院,广东 广州 510642)

摘要：将超富集东南景天(Sedum alfredii)与具有不同根系特征的玉米、黑麦草、大豆混作在受 Zn、Cd、Pb 污染的土壤中,研究不同组别
的混作对重金属吸收的效果.结果表明,在本试验条件下,与玉米和大豆的混作显著地提高了东南景天地上部分对 Zn 的吸收,由单种的
15345mg/kg 分别增至 18673,17266mg/kg;与黑麦草的混作没有显著影响东南景天对 3 种重金属的吸收.混作后显著地降低了玉米和黑麦草
对 Cd 和 Zn 的吸收.结合生物量的增加,与玉米和大豆混作处理中东南景天地上部 3 种重金属的吸收总量(按半盆计)分别约为单种的
1.68~1.87 倍,说明通过混作可提高超富集植物对重金属的吸收.
关键词：东南景天；混作；重金属；吸收
中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2009)09-0985-06

Effect of co-cropping Sedum alfredii with different plants on metal uptake. JIANG Cheng-ai, WU Qi-tang*, WU
Shun-hui, LONG Xin-xian (College of Natural Resources and Environment, South China Agricultural University,
Guangzhou 510642, China). China Environmental Science, 2009,29(9)：985~990
Abstract：Plants with different root system such as maize, ryegrass and soybean were respectively co-cropped with
Sedum alfredii, a Cd and Zn hyperaccumulator, in a pot experiment with heavy metal contaminated soil, aiming to
investigate the effect of different combined system on metal uptake by the two co-cropped plants. Under the conditions
of the pot experiment, co-crop with maize and soybean increased Zn uptake by S. alfredii from 15345mg/kg for
mono-crop to 18673, 17266mg/kg, respectively for the two co-crops. Co-crop with ryegrass had no significant effect
on Cd, Pb and Zn uptake by S. alfredii. Co-crop with S. alfredii significantly decreased Cd and Zn uptake by maize and
ryegrass. Considering with biomass production, Cd/Pb/Zn total uptake (per half pot) by the hyperaccumulator
co-cropped with maize and soybean was 1.68~1.87 times of that mono-crop. The metal uptake by the hyperaccu-
mulator can be improved by co-cropping.
Key words：Sedum alfredii；co-cropping；heavy metals；uptake

研究表明,大量的镉、锌、铅、汞和砷等重
金属通过污水灌溉、矿山开采、污泥农用和废物
堆存等途径进入到土壤中,不仅危害土壤生态系
统,而且严重威胁食品安全和人类健康[1-3].对土
壤污染的各种修复治理技术中,植物修复具有可
在污染现场进行、成本相对低廉、并可改善土质
等优点[4-6].但也存在着土壤中重金属植物有效
态浓度低和超富集植物生物量较小等不足,限制
了植物修复的推广应用[1,5-6].间套种等混作农艺
措施在农业生产中的应用历史悠久,混作使作物
产量增加的原因在于植物根系和地上部形态结
构的互补作用能提高作物对土壤养分、水和光等
资源的有效利用[7-9].用超富集植物与普通植物
混作,达到提高超富集植物的生物量和重金属的
吸收效果,可以为混作技术修复污染土壤提供一
条新思路.
超富集东南景天(简称东南景天)是一种 Cd、
Zn 超富集植物,也能富集 Pb,具有生物量大、适
应性广和多次收割等优点[10-11].研究结果[12-14]显
示,与玉米混作可显著增加东南景天对 Zn 的吸
收.本研究尝试将东南景天和具有不同根系结构
特征的植物混作在污染土壤上,研究混作后不同
植物和东南景天的生物量和重金属吸收的变化,
期望筛选出能显著增加东南景天生物量和重金
属吸收总量的混作组合.
收稿日期：2009-01-06
基金项目：国家自然科学基金资助项目(40571141)
* 责任作者, 教授, wuqitang@scau.edu.cn
986 中 国 环 境 科 学 29 卷

1 材料与方法
1.1 供试土壤
供试土壤取自广东省乐昌县受 Pb、Zn 废水
污染的水稻土.土壤经过风干后磨碎、过5mm筛、
混匀.土壤的基本理化性质和部分重金属含量
为:pH4.13,有机质 41.03g/kg,全氮 2.34g/kg,全磷
0.79g/kg,有效钾 112mg/kg,总 Cd 1.624mg/kg,总
Zn 1388mg/kg,总 Pb 983mg/kg.
1.2 供试植物
东南景天取自浙江省衢州市的一个古老铅
锌矿,在华南农业大学的温室中预培育 2 周后,选
取长势大小相近的植株移至土培盆中.
与东南景天混作的普通植物有本实验室筛
选的直根系作物玉米会单 4 号( Zea mays var1
Huidan 4);须根系植物黑麦草(Lolium perenne);具
有根瘤菌的豆科作物华夏 3 号,该品种由华南农
业大学研发.
1.3 盆栽试验
采用常规盆栽、混作的植物或同种植物沿盆
的对角线分别种在盆的两侧,随机摆放在玻璃温
室中,每盆装土 5kg.共设 8 个处理:东南景天单种
(AA);东南景天与黑麦草混作(AR);东南景天与
玉米混作(AC);东南景天与大豆混作(AS);黑麦草
单种(RR);玉米单种(CC);大豆单种(SS);不种植
物的对照,每个处理重复 4 次.
其中超富集东南景天按每半盆 5 株移植;1
个月后,再播种其他植物;黑麦草先用水浸泡 6h
后沥干水,再按每半盆 1.25g 直接播种;玉米和大
豆分别按每半盆 2 株和 10 株播种,出苗后分别
留下 1 株和 5 株,2006 年 10 月 20 日进行移植和
播种.
按每 kg 土 120mg N、30mg P、90mg K 和
30mg Mg 的比例施加 NH4NO3、KH2PO4、KCl
和 MgSO4 等肥料;每天浇去离子水,保持土壤含
水量为田间最大持水量的 70%左右.
1.4 样品收集与分析测定
大豆正常生长 1 个月后出现中毒枯萎症状,
生长 2 个月后就收割.其他植物生长 140d,黑麦草
每个月收割地上部分 1 次,每盆中各次收割的地
上部分样品集中混匀,作为 1 个样品;玉米和东南
景天则在 2007 年 3 月 11 日 1 次收割.混作处理
中同一盆中的不同种植物分开收割,单种处理则
每盆的植物混匀收集为一个样;收割时地上部分
与根部分开处理,用去离子水洗净鲜样,吸水纸吸
干表面的水,称重,在 70℃烘干 48h 后,测干重.
植物干样磨碎后,先碳化,然后在 550℃的马
弗炉中灰化 10h,再用 50%盐酸溶解,过滤、定容
后用 Hitachi Z-5300 型原子吸收光谱仪测定 Cd、
Pb、Zn 元素含量.
土壤中有效态重金属的测定:混作处理中
不同植物生长的半盆土分开收集,每盆收集 2 个
样品,单种处理则每盆土混匀收集为 1 个样品,
将各个样品独立混匀、风干后过 1mm 筛,测定
pH 值(土水比为 1:5).每个土样取 5.0g 土,用
0.01mol/L CaCl2 振荡提取 30min,再离心 20min
(5000r/min),用原子吸收光谱仪测定上清液 Cd、
Pb 和 Zn 浓度.
1.5 数据处理
采用 SPSS13.0 软件利用最低显著性差异法
(LSD)进行差异性显著分析(P<0.05).
2 结果与分析
2.1 不同处理植物的生物量
表 1 不同处理条件下东南景天的生物量(g/半盆)
Table 1 Biomass of S. alfredii in different treatments
(g/half pot)
处理 根部 地上部 整株
AA
AR
AC
AS
0.42 ± 0.05 a
0.53 ± 0.08 a
0.52 ± 0.04 a
0.50 ± 0.10 a
5.44 ± 0.33 a
6.41 ± 0.55 ab
7.75 ± 0.46 b
7.99 ± 0.59 b
5.86 ± 0.30 a
6.94 ± 0.52 ab
8.27 ± 0.46 b
8.49 ± 0.51 b
注:数据为平均值±标准误差(n =4),同列数据中无共同字母表示达
到显著差异(P<0.05)
东南景天在温度较高(>20℃)的试验前期生
长缓慢;而在温度较低(<15℃)的试验后期生长良
好.黑麦草和玉米生长正常;大豆在第 1 个月生长
良好,第 2 个月便出现中毒枯萎的现象,根系浅而
稀少,2 个月便收割了.与大豆和玉米混作显著增
9 期 蒋成爱等：东南景天与不同植物混作对土壤重金属吸收的影响 987

加东南景天地上部分的生物量,增加量分别为单
种的 47%和 42%;而与黑麦草混作的东南景天地
上部的生物量只比单种的略高 18%(表 1).
混作没有对东南景天根系的生长产生明显
的影响.另一方面,混作显著地增加了黑麦草地上
部的生物量,但没有对玉米和大豆的根部和地上
部的生长产生显著的影响(表 2).
表 2 不同处理条件下的普通植物生物量(g/半盆)
Table 2 Biomass of common plants in different
treatments (g/half pot)
植物 处理 根部 地上部 整株
黑麦草 RR
AR
0.76±0.08 a
0.89±0.11 a
12.02±0.58 a
14.91±0.95 b
12.78±0.62 a
15.80±1.04 b
玉米 CC
AC
0.62±0.09 a
0.61±0.17 a
4.68±0.53 a
4.72±0.97 a
5.30±0.50 a
5.33±1.29 a
大豆 SS
AS
0.19±0.02 a
0.17±0.02 a
1.17±0.07 a
1.27±0.07 a
1.36±0.09 a
1.44±0.07 a
注同表1
2.2 不同处理东南景天与其他普通植物地上部
的重金属吸收
由表 3可见,东南景天地上部重金属Zn、Cd、
Pb 含 量 分 别 为 13945.54~18672.96mg/kg 、
206.90~234.31mg/kg 和 251.91~381.26mg/kg.混
作对东南景天地上部的重金属吸收的影响因重
金属种类和植物的种类而异.与大豆和玉米的混
作显著增加了东南景天地上部 Zn 和 Pb 的含
量,Zn 比各自单种分别增加了 13%和 22%,而 Pb
比单种分别增加了 11.5%和 24%.与黑麦草的混
作使东南景天地上部 Pb 和 Zn 吸收分别减少了
其单种的18%和9%,单混作间无显著差异.3种植
物对东南景天地上部分吸收 Cd 的量都没有产生
显著影响.与玉米和大豆混作的东南景天地上部
分吸收 Cd、Pb、Zn 3 种重金属量(按半盆计)大
约为单种的1.68~1.87倍,而与黑麦草混作的东南
景天地上部分对 3 种重金属的吸收量(按半盆计)
仅为单种的 1.00~1.29 倍.
表 3 不同处理条件下东南景天地上部重金属的含量
Table 3 Heavy metals content of S.alfredii shoot in different treatments
Cd Pb Zn 处理
mg/kg mg/半盆 mg/kg mg/半盆 mg/kg mg/半盆
AA
AR
AC
AS
206.90±2.30a
215.17±18.03a
234.31±5.51a
217.94±10.38a
1.07±0.09a
1.38±0.16a
1.80±0.17b
1.72±0.61b
307.89±8.47ab
251.91±5.92a
381.26±37.07c
343.39±13.96bc
1.58±0.11a
1.56±0.16a
2.66±0.42b
2.98±0.03b
15345.35±160.31a
13945.54±195.86a
18672.96±515.04b
17266.08±590.15b
83.48±4.19a
92.01±6.86a
144.71±7.43b
147.37±4.77b
注同表1
由表 4 可见,3 种普通植物中,大豆的 Cd 和
Zn 含量最高,分别达 6.10,2148.38mg/kg,是另外 2
种植物的 4倍左右;但大豆 Pb含量与黑麦草及玉
米的Pb含量接近,所以引起大豆中毒枯萎的原因
是其过量吸收 Cd 和 Zn 及与 Pb 的协迫作用.与
东南景天混作后显著地减少了大豆对 Pb 的吸收
(减少量为单种的 28%左右),但没有对大豆吸收
Cd 和 Zn 产生显著的影响.与东南景天的混作显
著地减少了黑麦草、玉米 2 种植物地上部对 Cd
和Zn的吸收,其中Cd的吸收量减少了 25%以上;
与东南景天的混作显著地增加了玉米对 Pb 的吸
收,减少了黑麦草对 Pb 的吸收,但对黑麦草来说
这种差异并不显著.
表 4 不同处理条件下普通植物地上部重金属的
含量(mg/kg)
Table 4 Metal content of common plants in different
treatments (mg/kg)
植物 处理 Cd Pb Zn
黑麦草 RR
AR
1.39± 0.13b
0.98± 0.06a
54.10± 5.82a
39.35± 2.45a
614.87± 2.55b
580.40± 6.03a
玉米 CC
AC
1.75± 0.08b
1.31± 0.07a
31.40±1.88a
47.28± 2.17b
664.83± 34.2b
542.24± 28.53a
大豆 SS
AS
6.10± 0.11a
5.68± 1.30a
49.11± 3.42b
35.08± 0.68a
2148.38± 64.18a
2026.39± 11.40a
注同表1
988 中 国 环 境 科 学 29 卷

2.3 植物收割后土壤重金属浓度
植物收割后用 0.01mol/L CaCl2 浸提土壤,得
到各土壤的重金属含量(表 5).由表 5 可见, Cd、
Zn、Pb 含量范围分别为 0.360~0.942mg/kg,
107~212mg/kg,26.76~31.82mg/kg,不同处理土壤
中 Pb 的含量相差最小,最大值约为最小值的 1.2
倍,而 Cd 和 Zn 的最大值是最小值的 2 倍左右.
空白处理 3 种元素的浓度相对较高,仅略低于大
豆单种土壤中 Cd 和 Zn 的浓度.混作处理中生长
东南景天的土壤与生长其他植物的土壤以及东
南景天单种的土壤间 Cd 的含量无显著差异,黑
麦草、玉米和大豆单种土壤中 Cd 的浓度显著高
于混种处理中这些植物生长的土壤.玉米和大豆
单种处理以及与玉米混种的东南景天生长的土
壤中 Zn 含量相对较高,其他各处理的土壤中 Zn
含量约为 124mg/kg 左右.大部分处理土壤中 Pb
的含量在 30mg/kg,Pb 含量最高的大豆单种处理
与其他处理也无显著差异.
表 5 植物收割后土壤浸提的重金属含量
Table 5 Extracted metals content in the soils after plants growth
种东南景天的土壤 种其他植物的土壤
处理
pH 值 Cd (mg/kg)
Zn
(mg/kg)
Pb
(mg/kg)
Cd
(mg/kg)
Zn
(mg/kg)
Pb
(mg/kg) pH 值
空白 3.81 0.803±0.040h 173.977±12.126e 36.192±0.577g 0.803±0.040h 173.977±12.126e 36.192±0.577g 3.81
AA 3.80 0.512±0.033bcde 126.757±3.074abc 29.86±1.25bcdef
AR 3.82 0.484±0.026bcd 123.952±4.995ab 31.82±0.66ef 0.577±0.008cdef 132.45±3.350bcd 31.05±0.98def 3.84
AC 3.76 0.444±0.031ab 145.617±5.914cd 31.23±0.58f 0.404±0.040ab 124.943±7.351ab 30.38±0.70cdef 3.74
AS 3.83 0.360±0.023a 123.657±3.259ab 29.36±0.79bcdef 0.386±0.027ab 107.483±2.820a 26.76±1.26b 3.78
RR 0.624±0.031ef 125.540±3.949abc 27.97±0.85bcd 3.86
CC 0.703±0.043fgh 145.343±7.817cd 29.24±0.84bcdef 3.76
SS 0.942±0.037i 212.495±5.420f 29.87±0.79bcdef 3.71
注同表1
3 讨论
3.1 混作植物间对重金属吸收的协同与竞争
作用
试验结果显示,与东南景天混作显著地减少
了黑麦草和玉米对 Cd 和 Zn 的吸收,原因可能在
于超富集植物东南景天对 Cd/Zn 的强吸收作用.
混作后 Zn 的吸收变化与其他学者的研究报道相
似[12-17],但 Cd 的吸收变化则差别较大.Whiting
等[15]将遏蓝菜(Thlaspi Caerulescens)与其相近品
种 Thlaspi Arvanse 混作在用 ZnO 和 ZnS 处理的
土壤中,结果表明,当根系之间可自由接触时,可
使 Thlaspi Arvanse 地上部吸收的 Zn 浓度减少
1/2~2/3.Gove 等[16]将遏蓝菜与普通大麦混作在
一起时,当根系之间无障碍时,普通大麦对 Zn
的吸收大大降低,但 Cd 的吸收则增加了 2.4 倍.
在有关玉米和东南景天混作的研究报道 [12-14]
中 ,植物生长的介质有污泥 ,有污染的水稻土 ;
试验规模有网室的盆栽、小区试验和污染土壤
的现场试验.结果均表明,与东南景天混作后使
玉米籽粒及茎叶中 Zn、Cd 含量下降,得到了重
金属含量符合食品和饲料卫生标准的玉米子
粒 [12-14].Wu 等 [17]将东南景天和芋头(Alocasia
marorrhiza)混作在污泥上的研究结果显示 ,东
南景天吸收了大量的 Zn,而芋头则吸收了大量
的营养元素 K,可作为钾肥的肥源.但在本试验
中与超富集植物混作对大豆吸收这 2种重金属
没有产生明显的影响 ,可能是因为在较酸性
(pH 4.1)土壤中,大豆吸收重金属速度过快而迅
速中毒枯萎了,与东南景天一起生长的时间过
短.但王激清等 [18]将印度芥菜和油菜混作在用
CdCO3 处理的土壤上,结果发现印度芥菜活化
了土壤中部分不溶性的 Cd,增加了油菜对 Cd
的吸收.这说明了 2 种植物混作后对重金属吸
收的多样性.
普通植物对与其混作的超富集植物重金属
9 期 蒋成爱等：东南景天与不同植物混作对土壤重金属吸收的影响 989

吸收的影响因植物的种类而异,很可能与普通植
物根系分泌物对土壤中重金属植物有效态浓度
的影响有关.玉米对东南景天 Zn 吸收的显著促
进作用再次验证了以前的研究报道 [12-14].黑亮
等 [14]做了污泥(pH7.0)小区试验和盆栽试验,结
果显示,混作的玉米对东南景天 Zn 和 Cd 的吸收
起到显著的促进作用,小区试验中东南景天地上
部的 Zn 含量由单种的 6538mg/kg 显著增加至混
种的 9910mg/kg,而Cd含量则由 8.6mg/kg显著增
加到 15.4mg/kg;盆栽试验中东南景天单混种的
Zn 含量分别为 4243,6130mg/kg,Cd 含量分别为
15.2,19.4mg/kg,单混种之间重金属含量的差异显
著.他们提出在混作条件下,玉米促进超富集东南
景天吸收更多重金属的部分原因是玉米根系降
低了土壤溶液的 pH 值并增加了土壤溶液中
DOC 浓度,从而可向超富集东南景天一侧输送更
多的水溶态Zn和Cd[14]. Ni等[19]的研究结果表明,
混作的豆科作物(Astragalus sinicus)能较 EDTA、
柠檬酸更显著增加铜的超累积植物(Elsholtzia
splendens)对铜的吸收累积.这与本试验中只共同
生长了很短时间的大豆对东南景天吸收 Zn 的促
进作用相一致,原因可能在于大豆释放酸性根系
分泌物[20],大豆单作土壤的pH值最低(3.71);但筛
选出耐重金属的大豆品种需要做进一步的试验.
3.2 土壤中重金属有效态浓度及与超富集植物
地上部重金属吸收的相关性
土壤中重金属存在不同的形态,其中交换态
的重金属(包括溶解态的重金属)迁移能力最强,
具有生物有效性 (又称有效态 ).本试验选用
0.01mol/L CaCl2 浸提土壤测定有效态重金属浓
度;试验结果显示、单、混种东南景天的土壤中
提取态 Cd 含量无显著差异,与这些处理中东南
景天地上部 Cd 含量无显著差异相一致;另一方
面,由表 6 可见,用 0.01mol/LCaCl2浸提测得每盆
土壤中有效态浓度 Cd 减少量与东南景天地上部
的吸收量很接近,相关系数达 0.702;而 Zn 的相关
系数只有 0.146,土壤中有效态浓度 Pb 减少量则
达到了东南景天地上部吸收量的 4 倍以上.这说
明 3 种重金属中,土壤中 CaCl2 浸提 Cd 的浓度最
能代表土壤中重金属植物有效态浓度.
表 6 土壤中浸提态重金属的减少量与东南景天地上部的吸收量(mg/盆)
Table 6 Decreased amount of extracted metal in the soil and uptake amount by S.alfredii shoot(mg/pot)
Cd Zn Pb
处理

土壤浸提态重金属
的减少量平均值
东南景天地上部
吸收量平均值
土壤浸提态重金属
的减少量平均值
东南景天地上部
吸收量平均值
土壤浸提态重金属
的减少量平均值
东南景天地上部
吸收量平均值
AA 1.95 2.14 236.10 166.96 12.66 3.16
AR 1.35 1.38 228.88 92.01 9.51 1.56
AC 1.90 1.80 193.485 144.71 9.62 2.66
AS 2.12 1.72 292.035 147.37 16.26 2.98
皮尔逊相关系数
双尾显著性检验 P 值
0.702
0.298
0.146
0.854
0.647
0.353

4 结语
超富集植物东南景天与不同根系特征植物
混作后对混作的 2 种植物重金属吸收的影响因
植物和重金属的种类而异.在本盆栽试验条件下,
与黑麦草的混作不能提高东南景天对 Zn、Cd 等
的吸收,但与玉米和大豆的混作显著地提高了东
南景天地上部对 Zn 的吸收,与东南景天的混作
显著地降低了玉米和黑麦草对 Cd、Zn 的吸收.
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致谢：试验中大豆种子由华南农业大学农学院提供,在此表示感谢.

作者简介：蒋成爱(1971-),女,湖南衡阳人,副教授,华南农业大学博
士研究生,主要从事环境中重金属等污染物在环境中的迁移转归及
治理研究.发表论文 18 篇.


《中国环境科学》荣获第六届中国科协期刊优秀学术论文奖
《中国环境科学》2007 年第 5 期发表的程书波等人的文章“上海市地表灰尘中 PAHs 的来源辨析”荣获 2008
年中国科协颁发的“第六届中国科协期刊优秀学术论文二等奖”;2007 年第 1 期发表的邵立明等人的文章“生物反
应器填埋场初期的重金属释放行为”及 2007 年第 2 期发表的罗专溪等人的文章“三峡水库支流回水河段氮磷负荷
与干流的逆向影响”荣获“第六届中国科协期刊优秀学术论文三等奖”.
《中国环境科学》编辑部