全 文 ：第26卷第3期
2006年 3月
生 态 学 报
ACTA EC0L0GICA SINICA
V01．26．No．3
Mar．，2006
一 种新发现的湿生铬超积累植物
李氏禾(Leersia hexandra Swartz)
张学洪，罗亚乎，黄海涛，刘 杰，朱义年，曾全方
(桂林工学院资源与环境工程系。广西 桂林 541004)
摘要：通过对广西某电镀厂附近的植物和土壤的野外调查 ，发现了湿生铬超积累植物——李氏禾(Leersia hexandra Swartz)。结果
表明，多年生禾本科李氏禾对铬具有明显的超积累特性，叶片内平均铬含量达 1786．9mg／kg，变化范围为 1084．2—2977．7mg／kg；
叶片内铬含量与根部土壤中铬含量之比最高达 56．83，叶片内铬含量与根茎中铬含量之比最高达 11．59，叶片内铬含量与水中铬
含量之比最高达 517．86。李氏禾不仅对铬有很强的富集能力，而且具有生长快 、地理分布广、适应性强的特点，因此李氏禾的发
现将为植物的铬超积累机理与铬污染环境的植物修复研究提供新的重要物种。
关键词：李氏禾；湿生 ；超积累植物；铬
文章编号：1000-0933(2006)03．0950．04 中圈分类号：Q98．1，X171 文献标识码：A
Leersia hexandra Swartz： a newly discovered hygrophyte with chromium hyper-
accum ulator properties
ZHANG Xue—Hong。LUO Ya-Ping，HUANG Hai-Tao，LIU Jie，ZHU Yi—Nian，ZENG Quan—Fang (Department DI and
Environmental Engineering。Guilin University ofTechnology，Guilin 541004，China)．Acta Ecologica跏 ，2006，26(3)：950—953．
Abstract：In a series of field investigations and plant samplings around an electroplating factory in Guangxi Province，a hygrophyte
with chromium hyper_accumulative properties，Leersia Hexandra Swartz，was found for the first time in china．Leersia Hexandra
Swartz is a perennial species that often grows along the margins of the tailing pond of the electroplating factory and the nearby
streams．It grows to about l m tall but when floating，it may have branches several meters long．Further research indicated that the
hygrophyte from the tailing pond was obviously characterized by the chromium enrichment in its leaves。with a mean Cr
concentration of 1786．9mg／kg(1084．2—2977．7mg／kg)．Its rootstalks had an average Cr concentration of 236．6mg／kg(135．2—
386．1rag／kg)。whereas the Cr concentrations in the silt and water of the pond were determined to be 114．3mg／kg and 5．90mg／L。
respectively．The highest ratio of Cr concentration in its leaves to that in soil around its roots was 56．83。the highest ratio of Cr
concentration in its leaves to that in its roots was 1 1．59 and the highest ratio of Cr concentration in its leaves to that in water was
517．86．The results indicated that Leersia Hexandra Swartz could significantly absorb chromium from the silt and water and enrich
its leaves，stems and roots． In addition to its Cr hyper-accumulat0r characteristics，Leersia Hexandra Swartz is known to grow
quickly。to be highly adaptable and is found over a wide geographical area．Therefore，this hygrophyte shows potential as a very
successful phytoremedy in treating Cr-contaminated soil and water．Furthermore，its discovery provides a new plant for the
investigation of the Cr hyper-accumulation mechanism．
基金项目：国家“十五”重大科技专项资助项目(2003AA601060．02)；国家自然科学基金资助项目(40263001)；广西高校百名中青年学科带头人资助
项 目(2004．97)
收穑日期：2005．06．30；修订日期：2006．01．10
作者简介：张学洪(1963一)，男。湖北荆州人，博士，教授．主要从事重金属污染治理与废水处理研究．E-mail：zhangxuehong@x263．net
致谢：中国地质科学院岩溶地质研究所实验室完成样品测试。中国科学研究院广西植物研究所、广西大学林学院完成植物鉴别，在此表示衷心感谢!
Foundation Item：The projeet was supported by High Technology Research and Development Program of China(No．2003AA601060．02)，National Natural Science
Foundation of China(No．40263001)。and Foundation of 100 Subject Directors of Young and Midge Age in Universities of Guangxi(No．2004．97)
Received date：2005-06-30；Accepted date：2006-0l，lO
Biography：ZHANG Xue-Hong，Ph．D．，Professor。mainly engage in treatment of heavy metal contamination and wastewater
． E-mail：zhangxuehong@ x263．net
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3期 张学洪 等：一种新发现的湿生铬超积累植物——李氏禾(Leers~z hexandra Swartz) 951
Key words：Leersia hexandra Swaaz；hygrophyte；hyper-aeeumulator；chromium
铬是人体所必需的微量元素之一，但摄入过多的铬会引起铬中毒 ]。铬对植物的毒性主要发生在根部，
吸收的铬约有98％保留在根部，高浓度的铬不仅对作物产生危害，而且能干扰植物对必需元素的吸收和运
输 ]。6价铬为我国实施总量控制的污染物之一_3]，铬的污染来源主要有含铬矿石的加工、金属表面处理、皮
革揉制和印染等行业，其中尤其以电镀行业造成的铬环境污染最为严重。
通过各种途径进入土壤中的铬，因其不可降解而在土壤中不断累积，致使铬污染土壤的治理变得十分困
难。植物修复技术(Phytoremediation)是利用植物对重金属的富集作用，来降低土壤和水体中的重金属的浓度
或降低重金属毒性。由于该方法效果好，易于操作，日益受到人们的重视，成为污染土壤修复研究的热点之
一
[4]
。 目前世界上发现有400多种超积累植物，其中见诸报道的铬超积累植物仅有两种，即在津巴布韦发现
的 Dicoma niccolifera Wild和 Suterafod~na Wild，其铬的含量分别为 1500mg／kg和2400mg／kg，均高于铬的参考值
1000mg／kg[5]。到目前为止，关于中国境内的重金属超积累植物资源报道较少，仅见陈同斌等在中国境内首先
发现砷超积累植物——蜈蚣草(Ptens vitata L．) ；杨肖娥等在浙江衢州市发现锌超积累植物——东南景天
(Sedum alfredi H) ；韦朝阳等在湖南石门发现砷超积累植物——大叶井 口边草(Pteris cretica L．) ；薛生国
等在湖南省湘潭锰矿污染区发现的锰超积累植物——商陆(Phytolacca acinosa Roxb)[93；刘威等在湖南郴州桂
阳县宝山矿区发现的镉超积累植物——宝山堇菜(Viola baoshanensis)n ；魏树和等从杂草中筛选出镉的超积
累植物龙葵(Solanum nig m L．) 。但至今在国内尚未有铬超积累植物的报道。本文通过野外调查研究了
李氏禾(Leersia hexandra Swartz)对铬的富集特征。
1 材料与方法
1．1 野外调查与采样
广西北部某电镀厂距桂林市区约 110km，处理后的尾水先排入厂区旁的一池塘中，然后再流入附近的一
条小河n 。长期以来，在池塘中沉积了大量的含铬淤泥，对池塘及小河周围的环境造成了一定的污染。2004
年1O月通过对该厂周 围进行 的一系列野外调查，发现在其周边生长的植物主要有：马唐(D itaria
sanguinnalis)、蒲公英(Taraxacum oficinale W．)、凤尾竹(Bambusa multiplex ．Femleaf)、白花败酱 (Patnnia
vilosa Juss．)、四生臂形草(Brachiaria subquad咖ara( n．)Hitchc．)、铺地黍(Panicum repens L．)和李氏禾(Leersia
hexandra Swartz)，其中李氏禾(Lersia hexandra Swartz)广泛分布于该区域的池塘、水沟和小溪边。2005年 1O
月，再次对池塘、池塘下游河流以及上游小溪中的李氏禾进行采集分析。
1．2 植物样的前处理与分析
将取回的李氏禾样品用自来水清洗 15min后，用去离子水冲洗 3次，将根、茎和叶分离。然后用烘箱在
105~C下杀青 30min，紧接着在 80~C烘干4h。其后将植物样粉碎并称取2．0g置于锥形瓶中，加入 20ml浓硝酸
和4ml高氯酸后低温加热硝解。在体积减至2～5ml时，加入 lOml去离子水，再加热10—15min，最后移入 25ml
比色管中，并用 0．2％的硝酸稀释至刻度，使用原子吸收分析仪(日立 18070)分析其中的 cr含量。
2 结果与讨论
李氏禾(Lersia hexandra Swartz)，多年生禾本科；杆下部伏卧地面或倾斜，并于节处生根 ¨。其节常具倒
生微毛；叶鞘光滑或粗糙，上部短于节间；叶舌膜质，长 1～2mm，其基部两侧下延与叶鞘边缘相愈合；叶片扁平
或卷折，披针形，长约 3 12cm，宽约 1．5mm，具短柄；外稃五脉，脊与边缘均具刺毛，两侧具刺毛；雄蕊六枚。
结实了的外稃和内稃具刺毛。秋冬抽穗。广布于热带地区，为湿生野草，多生于沼泽地 、溪旁和稻田的田
基上。
池塘中不同地点的取样调查和化学分析结果见表 1。结果表明，李氏禾的地上部分铬含量高于淤泥中铬
含量，尤其以叶片中铬含量最高，可达 1084．2～2977．7mg／kg，平均铬含量为1786．9mg／kg，超过植物对铬超积累
临界值(1000mg／kg)。根部淤泥中铬的平均含量为 114．3mg／kg，最高含量为 186．2mg／kg，超过国家《土壤环境质
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量标准}(GB15618．1995)中二级标准 ；叶片中铬含量与淤泥中铬含量比值为5．82 56．83。水中铬的含量为
5．55—6．70mg／L，平均值为5．90mg／L，叶片中铬含量与水中铬含量比值为 161．82—517．86。根茎中铬含量为
135．2—514．3mg／kg，平均值为282．9mg／kg；叶片中铬含量与根茎中铬含量比值为3．76—11．59。可见，李氏禾
能从淤泥中或水体吸收铬并在叶片中大量的积累。
裹 1 野外生长条件下池塘中李氏禾对铬的富集作用(广西)
Table 1 Chromium accumulation by Leers／a hexandra Swa~z under field conditions in Guan ，South China
a根的生物量极 低不足以单 独测定 与茎合 并测定 Because the biomass of rots was not enough to determinate Cr concentration，roots and stems were
mixed in the analysis；b叶中铬含量与淤泥中铬含量之比 Ratio of Cr concentrations in leaves to that in soils；c叶中铬含量与水中铬含量之比Ratio of Cr
concentrations in leaves to that in water；d叶中铬含量与根茎中铬含量之比 Ratio of Cr concentrations in leaves to that in roots and stems
为了进一步研究李氏禾对铬的富集作用，于 2005年 lO月，在池塘、下游小河和上游小溪中再一次采样分
析。不同生长环境条件下的李氏禾中铬含量有明显差异，小河下游一定距离(距尾池塘出口约 1．5km)和上游
小溪中李氏禾叶中铬含量远低于尾池塘中李氏禾叶中铬含量，尤其是未受污染的上游小溪中李氏禾叶中铬含
量只13．1mg／kg，说明李氏禾能从土壤或水体环境中富集铬。李氏禾不同部位的铬含量差异明显，池塘中李氏
禾对铬的富集规律为叶(2127．1mg／kg)>茎 +根(514．3mg／kg)，小河下游李氏禾的铬含量表现为根(986．Omg／
kg)>叶(641．4mg／kg)>茎(350．0mg／kg)，而未受污染的上游小溪中李氏禾中铬的含量为根(46．4mg／kg)>茎
(34．5mg／kg)>叶(13．1mg／kg)，分析出现这种情况的原因有两种可能：(1)在受铬污染的土壤和水体中，李氏禾
的根能够不断的吸收重金属向茎、叶输送且转移效率与土壤或水体受污染的程度、土壤中铬的形态有一定的
关系；(2)李氏禾生长在水边等潮湿的地方，主要靠其节茎浮于浅水面或卧于淤泥上，叶片有可能直接吸收水
体中的重金属，因此叶中的重金属含量差异明显。
3 结果与讨论 、
从李氏禾叶中铬含量与其根茎中铬含量比值以及叶中铬含量与淤泥中铬含量比值来看，李氏禾具有明显
的铬超积累植物特性。根据野外现场调查结果，各采样点属于相同的气候条件和地质背景，在土壤发生学上
具同源性，因而土壤具有相似的物理化学性质。植物对铬的吸收除受土壤铬含量的影响外，可能还与水中铬
的含量及形态、土壤中铬的形态和植物生态型等其他因素有关。深入研究李氏禾对铬的吸收与富集行为，对
于揭示其富集机理及铬的植物生理机理均具有重要的理论意义。
目前发现的绝大多数超积累植物都是陆生的，大部分为多年生木本植物，植物生长慢，生物量小，且多为
莲座生长，很难进行机械化作业，不适合大面积污染土壤修复[1 ，而李氏禾为多年生的禾本科植物，繁殖能力
强，生长非常迅速，特别适合生长于潮湿和水生环境中，一年当中可以多次收割。这为铬污染土壤的人工湿地
修复技术提供了一种新的植物种类，填补了湿生环境中重金属污染的修复技术的空白，也为开发铬污染土壤
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