全 文 ：第 28卷 第 1期
2008年 2月
桂 林 工 学 院 学 报
JournalofGuilinUniversityofTechnology
Vol.28No.1
Feb.2008
文章编号:1006-544X(2008)01-0098-04
李氏禾对镍的富集特征
张学洪 , 陈 俊 , 王敦球 , 胡 澄 , 黄海涛 , 刘 杰 , 夏 昕 , 李 萍
(桂林工学院 a.广西环境工程与保护评价重点实验室;b.资源与环境工程系 , 广西桂林 541004)
摘 要:通过野外调查和营养液培养实验 , 研究了李氏禾对镍的富集特征。结果表明 , 李氏禾能够将
土壤和水体中的镍转运到叶和茎 , 叶中镍最高含量达到 1 349mg/kg, 叶中镍含量与水体和淤泥中镍含
量之比最高分别达到 415.2倍和 18.82倍。营养液培养条件下 , 李氏禾对镍也表现出很强的富集能力 ,
叶中镍的含量最高达到 2 926mg/kg, 叶的生物富集系数最高达到 156.5。李氏禾生长迅速 、地理分布
广 , 且能对镍 、铬等多种重金属产生富集 , 因此 , 是一种潜在的修复镍 、 铬等重金属污染土壤和水体
的物种 。
关键词:李氏禾;镍;植物修复;超富集
中图分类号:X173 文献标志码:A
植物修复技术的核心和基础是寻找能大量富
集重金属的植物 ———超富集植物 (hyperaccumula-
tor)。李氏禾 (LeersiahexandraSwartz)是广西某
电镀工业区发现的一种新的铬超富集植物 [ 1, 2] , 且
具有繁殖迅速 、 易于人工种植 、单位面积生物量
大等优点。因此 , 该物种可能是一种较理想的植
物修复材料。前期研究表明李氏禾不仅对铬有很
高的富集能力 , 而且对镍也有较高的富集能
力 [ 3, 4] 。为了验证李氏禾是否为 Cr/Ni多金属超富
集植物 , 笔者等通过野外调查和温室栽培实验 ,
研究了李氏禾对镍的富集特征 。
1 材料与方法
1.1 调查区域
调查区位于广西北部某电镀工业区 , 距桂林
市约 110 km, 该工业区产生的污水含 Cr、 Cu、 Ni
等重金属 , 废水经化学分类法处理后排入水塘中 ,
然后再流入附近一条小河。由于电镀废水的长期
排入 , 池塘内淤泥中沉积了大量 Cr、 Cu、 Ni
等重金属 ,对环境造成了一定程度的污染 。李氏
禾生长在该池塘周围 , 是当地的优势种群 。
1.2 野外采样
2006年 1月 , 在水塘周围设置 5个采样点 ,
分别采集李氏禾 、淤泥和水样 。每个采样点采集
李氏禾 30株左右 , 淤泥 1 kg左右 , 水样 500mL。
采样点布置见图 1。
1.3 温室培养
温室培养的李氏禾取自未受重金属污染的桂
图 1 采样点分布图
Fig.1 Sketchmapofthesamplinglocations
收稿日期:2007-04-19
基金项目:国家自然科学基金项目(40663002);教育部科学技术研究重点项目(206116);广西科技攻关项目(桂科攻 0719005-
2-2;0632006-3B);广西科学基金项目(桂科青 0640072);广西“新世纪十百千人才工程 ”专项基金(2005221)
作者简介:张学洪 (1963-), 男 , 博士 , 教授 , 研究方向:重金属污染及其治理 , E-mail:zhangxuehong@x263.net。
林市桃花江边。从野外采回的植物用自来水洗净 ,
然后用 1 /2强度的 Hoagland营养液预培养 15 d,
选取生长一致的李氏禾幼苗移入容积约为 1.5L的
塑料桶中 , 每桶 25 ～ 35株 , Ni以 NiCl2形态加入 ,
设置 5、 8、 10、 15、 20、 25、 30、 50mg/L共 8个
处理 , 50 d收获植物。收获的植物先用自来水反
复冲洗 , 再用 20 mmol/L的 EDTA-Na溶液浸泡
30 min, 最后用去离子水冲洗干净。
1.4 样品的处理与分析
淤泥样品自然风干 ,用陶瓷碾钵碾碎 ,过 2 mm
尼龙筛 ,然后用 HCl+HNO3 +HClO4体系消解(2∶2
∶1,体积比)。植物样品洗净后 ,先 105 ℃杀青 ,然
后 80℃烘干至恒重 ,分根 、茎 、叶粉碎 ,采用 HNO3
+HClO4体系消解(4∶1,体积比)。野外取回的水样
当天测定重金属含量 。所有样品重金属含量的测
定均采用原子吸收分光光度法(PEAA-700)。
2 结 果
2.1 野外条件下李氏禾对镍的富集
野外生长条件下李氏禾对 Ni的富集情况见表
1。可以看出 ,李氏禾能够对淤泥和水体中的 Ni产
生富集 ,尤其是叶片中Ni的含量较高 , 最高达到
1 349.48 mg/kg, S4、S5采样点李氏禾叶中 Ni的含
量均超过 Baker和 Brooks提出的 Ni超富集植物含
量临界值(1 000 mg/kg干重)[ 5] , 5个采样点李氏
禾叶中镍的平均含量也超过 1 000 mg/kg。李氏禾
叶中 Ni的含量显著高于水体和淤泥中 Ni的含量 ,
叶中 Ni的含量与水体和淤泥中 Ni的含量之比分别
高达 415.2倍 、18.82倍 ,说明李氏禾能够有效地将
淤泥和水体中的 Ni转运到茎和叶 。
由于电镀废水的长期排入 , 水塘受到了比较
严重的 Ni污染 。 《中华人民共和国地表水环境质
量标准 》 (GB3838-2002)Ⅲ类水质标准规定地
表水中 Ni≤0.02 mg/L。若以此标准衡量 , 各采样
点 Ni含量均超标 (最高超标 531.5倍)。池塘淤
泥对水中的重金属离子产生吸附 、 还原等作用 ,
使得淤泥中 Ni含量也较高 , 除 S4点外 , 各点淤泥
中 Ni含量均超过 《农用污泥中污染物控制标准 》
(GB4284-84)。
2.2 营养液培养条件下李氏禾对镍的富集
营养液培养条件下李氏禾对 Ni的富集情况见
表 2, 李氏禾对镍的富集能力也较强。叶中镍含量
表 1 野外生长条件下李氏禾对镍的富集
Table1 NickelaccumulationbyL.hexandrainpolutedpond
样品
编号
Ni含量
底泥(mg/kg) 水(mg/L) 叶(mg/kg)茎 +根a(mg/kg)叶 /淤泥
b 叶 /水c 茎 /淤泥d 茎 /水e
S1 435.5 10.65 777.4 136.5 1.79 73.0 0.31 12.82
S2 316.4 2.20 684.2 118.0 2.16 311.0 0.37 53.62
S3 420.8 4.35 933.1 282.8 2.20 214.5 0.67 65.01
S4 67.0 3.45 1 260.8 148.7 18.82 365.4 2.22 43.10
S5 367.0 3.25 1 349.5 345.5 3.68 415.2 0.94 106.31
均值 321.3 4.78 1 001.0 206.3 5.73 275.8 0.90 56.17
a—根的生物量不足以单独测定重金属含量 ,故与茎合并测定;b—叶中镍含量与淤泥中镍含量之比;c—叶中镍含量与水中镍含量之比;
d—茎中镍含量与淤泥中镍含量之比;e—茎中镍含量与水中镍含量之比
表 2 营养液培养条件下李氏禾对镍的富集
Table2 NickelaccumulationbyL.hexandraunderhydroponiccultivation
培养液Ni浓
度ρ(NiCl2)/
(mg·L-1)
镍含量 / (mg/kg干重)
根 茎 叶
生物富集系数①
根 茎 叶
0 ND ND ND - - -
5 2 089±154.7c 615.3±119.0c 782.6±94.2b 417.8±30.93a 123.1±23.81a 156.5±18.84a
8 2 602±554.4bc 998.9±151.2bc 673.3±154.9b 325.2±69.29b 124.9±18.90a 84.17±19.36bc
10 2 260±434.3c 407.1±53.8c 418.9±93.2b 226.0±43.43b 40.71±5.38b 41.89±9.32bc
15 2 682±408.4bc 873.8±495.5bc 435.3±119.1b 178.8±27.23bc 58.25±33.03b 29.02±7.94c
20 5 754±694.9b 1 198±373.5bc 1 626±816.5b 287.7±34.74b 59.89±18.67b 81.30±40.83bc
25 5 992±509.3b 1 401±640.4b 2 805±1 797.4ab 239.7±20.37b 56.06±25.62b 112.2±71.89ab
30 6 034±394.7b 1 468±239.2b 1 729±674.3ab 201.1±13.15bc 48.94±7.97b 57.65±22.48bc
50 7 601±1 379.1a 2 675±760.8a 2 926±721.7a 152.0±27.58c 53.50±15.22b 58.53±14.43bc
平均值 ±标准偏差(n=3),相同字母间无显著差异(LSD,p<0.05);ND表示未检出;①生物富集系数=植物组织中镍含量/营养液中镍含量
99第 1期 张学洪等:李氏禾对镍的富集特征
为 418.9 ～ 2 926mg/kg, 叶中镍的生物富集系数为
29.02 ～ 156.5。当培养液中镍浓度为 50 mg/L时 ,
叶中镍含量达到最大 (2 926 mg/kg), 且显著高
于其它浓度条件下镍含量 (p<0.05);当培养液
中镍浓度为 5 mg/L时 , 叶对镍的生物富集系数达
到最大 (156.5), 且显著高于其它浓度下叶的生
物富集系数 (p<0.05)。根和茎也对镍表现出较强
的富集作用 , 根中镍的含量为 2 260 ～ 7 601 mg/kg,
茎中镍的含量为 407.1 ～ 2 675mg/kg, 根 、茎中镍
的最高生物富集系数最高分别达到 417.8 (5 mg/L)
和 124.9 (8mg/L)。
3 讨 论
镍是一种常见的重金属污染元素 , 广泛产生
于电镀 、造纸 、 玻璃 、 纺织 、 化肥 、 炼油等多种
行业[ 6] , 同时也是一种对环境危害非常严重的重
金属元素[ 7] 。研究表明 Ni2 +可通过多种途径进入
细胞[ 8, 9] , 并与多种生物组织结合 [ 10] , 从而改变
细胞功能及结构[ 11, 12] 。所以镍被美国环保总局列
为优先控制的污染物之一 。
目前世界各国共发现重金属超富集植物近 500
种 , 其中镍的超富集植物最多 [ 13] , 约占 75%[ 14] ,
隶属于 38个科 , 广泛分布于世界各大洲 [ 15] , 但我
国境内的镍超富集植物尚未见报道。认定重金属
超富集植物的标准 , 广泛采用的是 Baker和
Brooks[ 5]提出的参考值 , 即植物叶片中重金属富集
的临界含量 Zn和 Mn为 10 000 mg/kg;Pb、 Cu、
Cr、 Ni、 Co及 As均为 1 000 mg/kg;Cd为 100
mg/kg。
本研究表明 , 电镀废水污染区生长的李氏禾
对镍具有较强的富集作用 , S4、 S5采样点李氏禾
叶片中镍含量均高于 1 000 mg/kg的临界值 , 5个
采样点李氏禾叶中镍的含量平均值为 1 001 mg/kg,
也超过了镍超富集植物的参考值。水培实验中 ,
李氏禾对镍也表现出很强的富集能力 , 当培养液
中镍含量较高时 (≥20mg/L)时 , 李氏禾茎 、叶
中镍含量均高于 1 000mg/kg, 当培养液中 Ni含量
为 50mg/L时 , 叶中镍含量达到 2 926 mg/kg。这
些结果均表明李氏禾对镍具有很强的富集能力 。
但是 , 水培条件下 , 只有镍处理浓度 ≥20 mg/L
时 , 叶中镍含量才能达到 1 000 mg/kg以上 , 这些
镍含量较高的李氏禾出现明显的中毒症状 , 所以 ,
从普遍意义上讲 , 李氏禾是否为镍的超富集植物
还有待进一步研究。
前期研究发现 , 污染区和未污染区李氏禾对
铬的富集能力和耐受能力无种群差异 [ 2] , 未污染
区的李氏禾在含铬浓度为 60 mg/L的营养液中生
长仍未出现任何中毒症状。而本研究发现 , 取自
未污染区的李氏禾对镍的耐受能力较差 , 20 d后 ,
含镍浓度 20 mg/L以上的李氏禾出现中毒症状 ,
叶开始发黄 , 30 d后 , 所有含镍营养液中生长的
李氏禾均出现不同程度的中毒症状。而调查过程
中发现 , 电镀废水污染区生长的李氏禾非常茂盛 ,
是当地的优势种群 , 说明自然生长条件下李氏禾
对镍等重金属具有较强的耐性。造成这种现象的
原因 , 可能是不同的李氏禾种群对镍的耐受能力
存在差异 , 电镀废水污染区生长的李氏禾在长期
受污染条件下 , 对镍具有了某种耐受机制 , 而未
受污染区李氏禾不具备该机制。在后续研究中应
开展李氏禾不同种群对镍的耐受能力的对比研究。
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AccumulatingCharacteristicsofNickelbyLeersiaHexandraSwartz
ZHANGXue-hong, CHENJun, WANGDun-qiu, HUCheng, HUANGHai-tao,
LIUJie, XIAXin, LIPing
(a.GuangxiKeyLaboratoryofEnvironmentalEngineering, ProtectionandAsessment;b.Departmentof
ResourcesandEnvironmentalEngineering, GuilinUniversityofTechnology, Guilin541004, China)
Abstract:LeersiaHexandraSwartzisahygrophyteCr-hyperaccumulatorplantfirstlydiscoveredinChina.Field
surveyandhydroponiccultivationexperimentsareconductedfortheaccumulatingcharacteristicsofnickel.Results
showthisspecieswithamarvelouscapacitytoaccumulateNiinfieldconditionandundertheconditionofnutrient
solutioncultivation.Underthefieldcondition, themaximumconcentrationofNiintheleafis1 349.48mg/kg, and
themaximumratiosofNiconcentrationinleaftothatinwaterandsoilare415.22 and18.82, respectively.
Underthenutrientsolutioncultivation, LeersiahexandraSwartzshowsaremarkableuptakecapacityforNi.
ThemaximumNiconcentrationinthedryleafis2 926.48 mg/kg, andthemaximumbioaccumulationcoefi-
cientis156.52.LeersiahexandraSwartzisaspeciesgrowingrapidly, distributionwidely, andaccumulating
CrandNi, providinganewplantresourceforNi-Crcontaminatedsoilandwater.
Keywords:LersiahexandraSwartz;nickel;phytore-mediation;hyper-accumulation
101第 1期 张学洪等:李氏禾对镍的富集特征