全 文 ：土培条件下东南景天对镉的耐性和富集特性的研究
熊愈辉 (湖州师范学院教师教育学院，浙江湖州 313000)
摘要 ［目的］探讨土培条件下东南景天矿山与非矿山生态型植物对 Cd耐性和富集能力的差异。［方法］采用土培盆栽的方法，以向水
稻土中加入不同量的镉作为处理，研究东南景天两种生态型植物在不同镉含量土壤中的生长反应以及体内镉含量与积累量变化。［结
果］两种生态型植物对土壤中不同含量 Cd的生长反应不同，矿山生态型对土壤 Cd的耐受阈值为300 mg /kg，非矿山生态型为50 mg /kg。
矿山生态型地上部最大 Cd含量为 893 mg /kg，根部最大 Cd含量为 344 mg /kg;而非矿山生态型地上部和根部最大 Cd含量分别为 124和
212 mg /kg。矿山生态型地上部 Cd含量大于根部 Cd含量，而非矿山生态型根部 Cd含量大于地上部。矿山生态型地上部 Cd积累量最
大值为 151． 67 μg /株;而非矿山生态型为 11． 99 μg /株。两种生态型植物相比较，在相同 Cd处理水平下，矿山生态型地上部 Cd含量和
Cd积累量均显著高于非矿山生态型。［结论］矿山生态型东南景天对土壤 Cd的耐受和富集能力显著大于非矿山生态型。从植物对土
壤镉的耐性、地上部与根部 Cd含量及其比值来看，矿山生态型东南景天是一种 Cd超积累植物。
关键词 东南景天;盆栽试验;镉;耐性
中图分类号 Q945 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611(2011)34 －21262 －03
Study on Tolerance and Enrichment Characteristics of Sedum alfredii Hance to Cd in Soil Culture
XIONG Yu-hui (School of Teachers Education，Huzhou Teachers College，Huzhou，Zhejiang 313000)
Abstract ［Objective］To reveal the differences of tolerance and uptake characteristics of cadmium in soil between mined ecotype and non-
mined plants of S． alfredii． ［Method］Using pot culture，different amount of Cd were put into soil as treatment，to study the growth responses
of two ecotypes plants of S． alfredii in soil with different Cd content and the change of Cd content and accumulation． ［Result］The growth re-
sponses were different obviously between the two plants． The tolerance threshold of mined ecotype S． alfredii to Cd was 300 mg /kg，and the
non-mined ecotype was 50 mg /kg． Maximum Cd concentrations reached 893 mg /kg in shoots and 344 mg /kg in roots of the mined ecotype
plant respectively;while the maximum Cd concentration in shoots was 124 mg /kg，the root was 212 mg /kg for the non-mined ecotype plant．
Cd concentration in shoots was higher than roots for the mined ecotype，whereas Cd concentration was always lower in shoots than in roots for
the non-mined ecotype． The Cd accumulation in shoots of the mined ecotype reached the maximum of 151． 67 μg /plant，while the non-mined
ecotype reached 11． 99 μg /plant． Compare the two ecotypes of S． alfredii，concentration and accumulation of Cd in shoots of the mined eco-
type was obviously higher than the non-mined ecotype in same content treatment of Cd in soil． ［Conclusion］Cd tolerance and accumulation of
the mined ecotype of S． alfredii is remarkably more than the non-mining ecotype． The mined ecotype of S． alfredii is a Cd hyperaccumulator．
Key words S． alfredii;Pot experiment;Cadmium;Tolerance
基金项目 湖州师范学院 2011 年校级科研项目(KX27040) ;湖州师范
学院人才科研启动资金资助项目(RK23025)。
作者简介 熊愈辉(1965 －) ，男，安徽芜湖人，副教授，博士，从事植物
营养与环境生态学研究。
收稿日期 2011-10-08
近年来，由于人类活动而导致的土壤重金属污染，尤其
是镉(Cd)污染日趋严重。土壤 Cd 污染的直接危害是破坏
土壤的理化特性，抑制土壤微生物的活动。Cd 进入植物体
以后，影响植物的生长和细胞分裂，干扰光合和呼吸等多种
代谢过程，加速植物细胞和组织的衰老，严重的会导致植物
死亡［1］。
由于 Cd的毒性较强，多数植物发生 Cd中毒的临界浓度
较低，已发现三叶草和玉米在营养液中的 Cd 浓度达到
8 μmol /L，卷心菜在 14 μmol /L，黑麦草在 28 μmol /L时即发
生中毒现象［2］。对大多数植物来说，Cd 含量一般不超过 3
mg /kgDW，在重度 Cd 污染土壤中虽可达到 20 mg /kgDW 以
上，但很少超过 100 mg /kgDW［3］，但也有一些植物在 Cd严重
污染的土壤中，体内富集大量的 Cd 仍能正常生长，这类对
Cd耐性和富集能力强的植物如果生物量足够大，是运用于
植物修复的良好材料。既往研究已表明矿山生态型东南景
天在水培条件下，对 Cd 有较强的耐性和富集能力，在含有
100 μmol /L Cd的营养液中培养，其生物量超过对照，在 400
μmol /L Cd浓度下仍正常生长，其叶和茎中的 Cd 含量分别
高达 4 933和 3 874 mg /kgDW［4］，远高于 Cd超积累植物的定
义标准［5］，有望成为植物提取土壤 Cd的良好材料。由于土
壤中金属中的形态、化学行为及其有效性与在营养液中有所
不同，因而有必要研究东南景天对土壤 Cd 的耐性与富集能
力，为此，笔者采用盆栽试验的方法，研究了两种生态型东南
景天在不同 Cd含量土壤中的生长反应、Cd 富集能力，以期
进一步探讨东南景天耐 Cd机制，同时为今后东南景天运用
于植物修复的实践提供更多的理论依据。
1 材料与方法
1． 1 供试植物 矿山生态型东南景天采自于浙江衢州一
古老铅锌矿山，非矿山生态型东南景天采自于杭州市郊的九
溪茶园中。采回的植物洗净后，选择均匀一致的植株，截取
上端 5 cm长的带中枝条，进行营养液培养，备用。
1． 2 供试土壤 供试土壤为水稻土，采自浙江富阳。其基
本理化性质:pH6． 5，有机质 27． 6 g /kg，全 N 1． 13 g /kg，碱解
N 85． 63 mg /kg，有效 P 10． 53 mg /kg，全 Cd 0． 43 mg /kg，
NH4OAc提取态 Cd 0． 05 mg /kg。采回的土壤自然风干，碾
碎，过 2 mm筛后混匀，备用。
1． 3 土壤处理与植物移栽 以向土壤中加入不同浓度的
Cd作为处理。Cd 以 CdCl2 形态加入土壤中。共设置对照
(CK，不加 Cd)和 10、25、50、100、200、300、400 mg /kg (以
Cd2 +计)共 8 个处理，平衡 4 个月后装盆，每个处理分成 8
盆，每盆装土 1 kg(以干重计) ，将长出约 1 cm长幼根的东南
景天植株移入盆中，每个处理各移入两种生态型植株各 3
盆，每盆 4株，另外 2盆作空白对照。
1． 4 栽培管理与样品采集 移栽后，用称重法补充水分，保
持土壤含水量为田间最大持水量的 60% ～ 70%。3 个月后，
沿土面剪断植株，收获地上部。再将盆中的土壤倾倒在塑料
纸上，使其风干后，轻轻敲碎，收集根系，并采回土样供分析
测试。
责任编辑 王淼 责任校对 况玲玲安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2011，39(34):21262 － 21264
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2011.34.009
1． 5 样品分析 植物样品用去离子水洗净后，吸去表面水
分，测定鲜重，然后烘干称干重，磨碎后用干灰化 － AAS法测
定 Cd含量［4］。土壤样品经风干后，采用氢氟酸∶高氯酸消煮
－ AAS法测定 Cd 全量。土壤水提取态和醋酸铵提取态 Cd
含量测定方法:称过 18 目筛土样 5． 00 g，按水土比 5∶1 加入
提取剂，25 ℃振荡 3 h(180 次 /min) ，过滤，取滤液用原子吸
收法测定。土壤基本理化性质均采用常规方法测定［6］。
2 结果与分析
2． 1 两种生态型东南景天对土壤 Cd的生长反应 由图 1
可见，在土培条件下，两种生态型东南景天对不同浓度的 Cd
处理，其生长反应有所不同。对于低浓度的 Cd 处理(≤50
mg /kg) ，非矿山生态型东南景天地上部的生长(以干物重
计)基本不受影响。而当 Cd 处理浓度达到 100 mg /kg 及以
上时，非矿山生态型东南景天地上部干重随土壤 Cd含量升
高而迅速下降。在 100 mg /kg Cd处理下，其地上部干重与对
照相比分别下降了 21%;在 400 mg /kg的最高 Cd处理下，地
上部干重与对照相比分别下降了 60%，其差异均极显著 (P
＜0． 01)。高浓度的 Cd处理 (≥100 mg /kg) ，植株不仅干物
质量明显下降，其地上部还表现出枯萎和落叶等毒害症状，
而且这种症状随着 Cd 浓度的升高而逐步加重。在 0 ～ 300
mg /kg Cd处理浓度范围内，矿山生态型东南景天在试验观
察期内，地上部未出现明显的毒害症状。随着 Cd 处理浓度
的升高，矿山生态型东南景天地上部干重反而均有所提高，
其中地上部干重在 50 mg /kg 处理下达到最大，然后缓慢下
降至 300 mg /kg，在此浓度范围内，各处理与对照相比均无显
著性差异(P ＞0． 05)。不过，在土壤 Cd 处理浓度达到 400
mg /kg 时，矿山生态型东南景天地上部与对照相比分别下降
了 32%，其差异有显著性(P ＜ 0． 01)。这说明，东南景天对
土壤 Cd的耐性在两种生态型之间有很大的差异，矿山生态
型比非矿山生态型具有更强的耐 Cd 能力。在该试验条件
下，矿山生态型对土壤 Cd的耐受阈值为 300 mg /kg，非矿山
生态型为 50 mg /kg。
图 1 不同 Cd 处理对两种生态型东南景天地上部的生物量的
影响
Fig． 1 Effect of different Cd treatments on shoot biomass of the
two ecotypes of S． alfredii
2． 2 土培条件下两种生态型东南景天体内 Cd含量 由图
2可见，在土培条件下，两种生态型东南景天对于不同浓度的
Cd处理，其体内 Cd含量的变化趋势差异明显。非矿山生态
型地上部的 Cd含量均随着土壤 Cd处理浓度的升高而缓慢
升高，在 Cd处理浓度最高时达到最大，为 124 mg /kg。根部
的 Cd含量在 Cd处理浓度为 0 ～50 mg /kg 的范围内，也随着
土壤 Cd浓度的升高而缓慢升高。在 Cd 处理浓度≥100
mg /kg时，根部 Cd含量的提高速度明显加快，在最高浓度 Cd
处理下(400 mg /kg) ，根部 Cd 含量达到最大，为 212 mg /kg，
是 50 mg /kg Cd处理根部 Cd含量的 2． 84倍。这可能是由于
在高浓度 Cd处理下，植株根系受到 Cd的毒害，细胞通透性
增大，从而被动吸收了大量的 Cd。
矿山生态型东南景天地上部和根部的 Cd含量随着土壤
Cd处理浓度的升高而迅速升高，其升高速度明显快于非矿
山生态型。在 300 mg /kg Cd处理下，地上部 Cd含量达到最
大，为 893 mg /kg，是同处理浓度下非矿山生态型的 9． 4 倍。
在 400 mg /kg的最高 Cd处理下浓度，地上部 Cd含量显著低
于 300 mg /kg Cd处理水平(P ＜0． 01) ，但在 400 mg /kg Cd处
理水平下，根部的 Cd含量达到最大，为 344 mg /kg。这可能
图 2 不同 Cd处理土壤中两种生态型东南景天地上部(a)和根部(b)的 Cd含量
Fig． 2 Cd concentrations in shoots (a)and roots(b)of the two ecotypes of S． alfredii in different Cd treatments soil
是由于在 400 mg /kg 的 Cd 处理下，矿山生态型植株的生长
受到抑制，根系的输导能力有所下降。
由图 2还可见，在所设置的 Cd 处理浓度范围内，矿山
生态型地上部 Cd含量大于根部，而非矿山生态型根部 Cd含
量大于地上部。这与以前的水培试验结果一致［4］。两种生
态型相比较，在所设置的 Cd处理浓度范围内，矿山生态型地
上部的 Cd含量均显著大于非矿山生态型，其最大差异接近
10倍。而根部的 Cd含量在低浓度 Cd处理时(≤25 mg /kg)
没有差异，随着 Cd 处理浓度的升高，矿山生态型根部的 Cd
含量开始高于非矿山生态型，但差异明显小于地上部，说明
矿山生态型不仅比非矿山生态型具有更强的 Cd吸收能力，
而且具有更强的 Cd输导能力。矿山生态型东南景天在土壤
Cd 含量为10 mg /kg时，地上部 Cd含量就达到104 mg /kg，在
300 mg /kg Cd处理水平下，Cd含量接近 900 mg /kg ，且地上
3621239 卷 34 期 熊愈辉 土培条件下东南景天对镉的耐性和富集特性的研究
部 Cd含量大于根部，具有 Cd超积累植物的典型特征。
2． 3 土培条件下两种生态型东南景天地上部 Cd 积累
量 由图 3可见，在低 Cd处理水平下(≤50 mg /kg) ，随着土
壤 Cd浓度的升高，非矿山生态型地上部 Cd 积累量升高较
快，但从 50 mg /kg 的处理开始增长速度变缓。地上部最大
Cd积累量分别是在 200 mg /kg 的 Cd 处理下，为 11． 99
μg /株。随着 Cd处理浓度的升高，矿山生态型地上部 Cd积
累量变化趋势与 Cd含量的变化趋势基本一致，在 300 mg /kg
的 Cd处理下，达到最大，为 151． 67 μg /株。两种生态型相比
较，矿山生态型地上部 Cd的积累量比非矿山生态型高几倍
到十几倍，在 0 ～300 mg /kg Cd浓度范围内，土壤 Cd浓度越
高，两者差异越大。在 300 mg /kg Cd处理下，矿山生态型地
上部 Cd的积累量是非矿山生态型的 12 倍。这说明矿山生
态型东南景天比非矿山生态型具有更强的 Cd富集能力。
图 3 不同 Cd处理土壤中两种生态型东南景天地上部 Cd积累量
Fig． 3 Cd accumulation in shoots of the two ecotypes of S． alfre-
dii in different Cd treatments soil
3 结论与讨论
(1)植物提取技术的成效依赖于超积累植物。Baker 等
定义超积累植物应该具有以下几个重要特征:一是植物对土
壤重金属具有强的耐性，超积累植物必须首先是对土壤重金
属耐性强的植物，它能够在重金属污染的土壤上良好地生
长，一般不会发生重金属毒害现象;二是超积累植物在富含
重金属的土壤上，其地上部的某一金属元素浓度大于一定的
临界值，具体来说，Cd ＞ 100 mg /kg，Ni 或 Cu ＞ 1 000 mg /kg，
Zn或 Mn ＞10 000 mg /kg(以干重计) ;三是该植物的地上部
重金属含量与根系重金属含量比值应大于1［7］。在研究中，
矿山生态型东南景天在 Cd含量高达 300 mg /kg的土壤上生
长 3个月，未观察到毒害症状，其地上部干物质产量与对照
没有显著差异，说明矿山生态型东南景天是一种耐 Cd能力
很强的植物，对土壤 Cd的耐受阈值为 300 mg /kg，而非矿山
生态型仅为 50 mg /kg，两者之间有 6倍之差。
(2)在水培试验中，营养液含 400 μmol /L Cd时，矿山生
态型东南景天叶和茎中的 Cd 含量分别高达 4 933 和 3 874
mg /kg DW［4］;在研究的盆栽试验中，其地上部最大 Cd 含量
达 893 mg /kg。这些数值都超过地上部 Cd 含量 100 mg /kg
的标准。从植株 Cd含量的分布来看，研究中矿山生态型植
株地上部 Cd含量与根部 Cd含量的比值最小为1． 91，最大为
10以上。综合这些结果，可以确认矿山生态型东南景天是一
种 Cd 超积累植物(Cd － hyperaccumulator) ，如同遏蓝菜
(Thlaspi caerulescens)对 Zn、Cd、Pb等多种重金属有超积累能
力一样［8］，矿山生态型东南景天既是一种 Zn 超积累植
物［9 －10］，又是一种 Cd超积累植物，而且对 Pb也有较强的耐
性和富集能力［11］，是实施植物修复重金属污染土壤的良好
材料。
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1365 －1370．
(上接第 21200页)
3 结论
铬污染土壤修复的方法多种多样，每种方法的制约因素
各不相同，各因素之间相互联系，相互制约。笔者用层次分
析法，以地处西北地区的张掖市原民乐铬盐厂的铬渣污染土
壤修复为例从经济生态适宜的角度对各个方法进行了比选，
并进行了计算比较，最终确定热解还原法为适合该地区铬渣
污染土壤修复的经济生态适宜的方法。
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