全 文 ：收稿日期：!""#$"%$&’ 接受日期：!""($"&$"(
基金项目：国家重点基础研究发展计划项目（!""%)*&"(+"’）；河北省自然科学基金项目（)!"","""%’%）资助。
作者简介：韩美清（&(%&—），女，山西原平人，博士，主要从事土壤污染与修复研究。-./012：3405/617058&!,9 :;/
! 通讯作者 <62："+’=$,!#,(+#，-./012：>3?4;&!,8&!,9 :;/
重金属污染土壤中菠菜对铅吸收
和累积规律的研究
韩美清&，王路光&，郭平毅!!，张国印+，武雪萍=
（&河北省环境科学研究院，河北石家庄 "’""’&；!山西农业大学农学院，山西太谷 "+"#"&；+河北省农林科学院农业
资源环境研究所，河北石家庄 "’""’&；=中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 &"""#&）
摘要：通过盆栽试验对苗期和收获期菠菜地上部和地下部的重金属含量进行测定，并计算各元素的累积率和分配
率，以了解土壤 @A污染和重金属复合污染条件下菠菜 @A的吸收和积累规律。结果表明，@A、)B、)4、C5复合污染条
件下对 @A毒害起到抑制作用；在 @A、)B、)4、C5复合污染条件下，)B、)4、C5等金属离子的存在抑制了菠菜根系对
@A离子的吸收，而对菠菜植株内 @A离子的运转影响不大。在本试验条件下，@A元素在地上部的分配率较低，为
&=9%+D!!#9%!D。
关键词：复合污染；重金属；生物有效性；累积
中图分类号：E&%；F,+,9& 文献标识码：G 文章编号：&""#$’"’E（!""(）"=$"(%’$",
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7#* 8&342：:;/A156B >;224S1;5；760W3 /6S02；A1;0W0120A121S3；0::4/420S1;5
我国面临的土壤环境安全问题日益突出，受不
同程度污染的土壤面积不断扩大，土壤污染己成为
农产品质量安全的严重隐患。目前，我国受 )B、GT、
)R、@A等重金属污染的耕地面积近 !"""万公顷，约
占总耕地面积的 & [ ’，其中约 &9+ 万公顷耕地受 )B
污染［&$!］。重金属污染对土壤生态系统存在显著影
响，表现为土壤肥力水平下降、土壤微生物群落结构
发生演替、土壤酶活性受到抑制、植物品质降低等，
并最终通过食物链影响人体健康［+］。植物对重金属
的吸收累积受土壤理化性质、重金属元素种类、污染
植物营养与肥料学报 !""(，&’（=）：(%’$(#"
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
@205S I4SR1S1;5 05B \6RS121]6R F:165:6
程度、环境因素等影响。同一植物对不同重金属元
素的吸收富集能力不同，不同植物对同一种重金属
的吸收富集能力也不同。许多研究表明，在低浓度
和高浓度下，重金属间的交互作用对植物吸收的影
响是不同的；同时重金属的交互作用在不同的植物
类型的表现也不同，当多种元素存在时，其交互作用
更为复杂［!］。目前，对土壤中重金属在复合污染条
件下的形态分析及其对生物有效性影响的研究还处
于初期阶段。本试验对 "#、$%、$&、’( 重金属复合
污染条件下，"#与 $%、$&、’(元素交互作用进行了
探索，以期为研究重金属复合污染条件下 "#的吸收
和积累提供依据。
! 材料方法
!"! 试验设计
盆栽试验在河北省农林科学院试验基地的网室
中进行。供试土壤为潮褐土，取自河北省农林科学
院试验基地，其基本性状为 )* +,--、有机质 ./,-0
1 231、全 4 0,56 1 2 31、碱解 4 6.,0- 71 2 31、速效 "
+,50 71 2 31、速效 8 ./9,!6 71 2 31；重金属（71 2 31）
"# 50,6!、$% 0,.!、$& /.,6/、’( .5,:.；$;$ .5,.0
<7=> 2 31。土壤经风干后，过 5 77筛。
试验时根据土壤重金属含量和试验设计添加重
金属元素，共设 + 个处理（表 .），同时种植两组，每
组 5次重复，完全随机排列。所用塑料盆的内径 //
<7、深 .: <7，每盆装土 ! 31。按设计量将 "#（?$）/·
5*/@、$%（?$）/·/*/@、$&A@! 和 ’(A@! 配成溶液，
与土壤反复混合均匀，同时并施入底肥（4 0,50、"/@6
0,/0、8/@ 0,50 1 2 31），分别以（4*!）/A@!，8*/"@!，8/A@!
表 ! 试验设计
#$%&’ ! (’)*+, -. /0’ ’12’3*4’,/
处理
BCDEF7D(F
重金属用量（71 2 31）
*DEGH 7DFE> E7=&(F
"# $% $& ’(
B0 50,6! 0,.! /.,6/ .5,:.
B. .60 0,.6 60 .00
B/ 500 0,5 .00 /60
B5 600 . !00 600
B! .000 / :00 .000
B6 600 0,.! /.,6/ .5,:.
B- .000 0,.! /.,6/ .5,:.
土壤环境质量 A=I> D(GIC=(J K&E> J LFE(%J（MN.6-.:O96）
二级 MCE%D ! !500 !0,5 !.00 !/60
三级 MCE%D " !600 !.,0 !!00 !600
施入，平衡一周播种。供试菠菜（ !"#$%&#% ’()*%&)%）
品种为“日本全能”。于 /00-年 9月 /+日播种，出
苗 5 %后（.0月 6日）定株，每盆 .0 株。
!"5 样品采集及测定方法
分别于苗期（出苗后 /0 %）和收获时（生长 60 %）
各采收一组。采收时均用水冲出盆内泥土，尽可能
收集菠菜的全部地下部分。采收后测定菠菜叶绿
素，地上部、地下部的干重及其 "#、$%、$&、’(含量。
植物样品中 "#、$%、$&、’(的含量用 *4@5P*$>@! 消
煮，原子吸收法测定，用国家环保总局标准样品校
正。叶绿素含量的测定用丙酮和乙醇浸提法。
数据用 A?A软件进行统计分析。
5 结果分析
5"! 不同生长期菠菜的叶绿素含量、地上部和地下
部生物量
由表 /可知，在重金属施入量较低时，苗期和收
获期的叶绿素含量、地上部、地下部干重均有所增
加。当用量超过 B/ 水平，叶绿素和干物重迅速下
降。除收获期的地下部干物重外，其他各处理间差
异均达到显著水平，这与重金属引起植物矿质营养
的缺乏［6］，或是中毒引起代谢功能紊乱，导致地下部
生长发育受阻有关［-］。叶绿素的合成是在前质体或
叶绿体中一系列酶的作用下形成的，重金属胁迫可
能通过影响叶绿素合成相关酶类（如 Q1P螯合酶、叶
绿素合成酶），进而影响叶片中的叶绿素的合成。
AF=#ECF等［+］认为，叶绿素含量降低的原因是重金属
抑制了原叶绿素酸酯还原酶（"C=F==)RH>>I%D CD%&FELD）和影响了氨基P#P酮戊酸（?7I(=>EDG&>I(I< E合成，而这两个酶对于叶绿素的合成是必需的，所以
导致叶绿素含量的降低。也有可能是重金属离子
（$%/ S、"#/ S）取代叶绿素结构中的 Q1/ S而使叶绿素
的结构改变，使叶绿素的合成受到影响或促使原有
叶绿素加速分解，造成叶片中叶绿素含量降低。孙
赛初等［:］认为，"# 与叶绿体中蛋白质上的巯基
（ O A*）结合或取代其中的 TD/ S、’(/ S、Q1/ S等，破坏
了叶绿体的结构和功能活性，从而使叶绿素含量降
低。
表 /还看出，无论在苗期还是收获期，B6 处理
的叶绿素含量，地上、地下部干重均显著低于 B5，说
明在 "#施入量较高时，单一 "#污染比 "#、$%、$&、
’(复合污染造成的毒害更严重，"#、$%、$&、’(复合
污染条件下对 "#毒害起到抑制作用。魏海英等［9］
认为，"#、$%复合污染的破坏作用明显大于相应的
-+9 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 .6卷
表 ! 不同生长期菠菜的叶绿素含量、地上部和地下部干重
"#$%& ! "’& ()*+&*+ ), (’%)-).’/%%，0-/ 1&23’+ ), 4’))+4 #*0 -))+4 ), 4.2*#(’ #+ 02,,&-&*+ 3-)1+’ 4+#3&4
处理
!"#$%&#’%
苗期 (##)*+’, -%$,# 收获期 .$"/#-%+’, -%$,#
叶绿素
01*2"2314**
（, 5 6,）
地上部
(122%
（, 5 32%，78）
地下部
922%
（, 5 32%，78）
叶绿素
01*2"2314**
（, 5 6,）
地上部
(122%
（, 5 32%，78）
地下部
922%
（, 5 32%，78）
!: ;<= $ =<>? @ ;!; ;!B ;D $
!= ;<; @ B!A :; # :<=B # ; ) B!> :A @
!? :> ) ;注：表中数据为 =次重复的平均值。同一列数值后不同字母表示差异达 >G显著水平，下同。
H2%#：!1# )$%$ $"# &#$’ /$*I#- 2J = "#3#$%-K L$*I#- J2**2M#) @4 )+JJ#"#’% *#%%#"- +’ -$&# F2*I&’ &#$’- -+,’+J+F$’% $% >G *#/#* K !1# -$&# @#*2MK
单一污染，显示出协同效应的趋势。可见，N@、0)、
0I、O’复合污染比 N@、0)复合污染的交互作用更为
复杂。
!5! 苗期和收获期菠菜地上部、地下部的 6$、70、
78、9*含量
重金属元素以可溶的离子态施入土壤后迅速转
化为其他复杂的形态，在植物的吸收过程中也存在
着复杂的交互作用。一方面是植物利用地下部分泌
的特殊有机物，如细胞内的金属硫蛋白、植物螯合肽
或者某些有机酸、氨基酸等物质，促进土壤中重金属
元素的溶解与地下部的吸收［;:］；另一方面是利用
一些特殊的蛋白，如金属硫蛋白（P#%$**2%1+2’#+’，
P!-）、金属螯合肽即植物整合肽（N14%2F1#*$%+’，N0-）
等，与重金属离子结合固定，将其吸收的重金属离子
累积在根部，或将其大部分运输到地上部，从而减轻
毒害［;;Q;B］。表 = 看出，随重金属施入量的增加，苗
期菠菜地上部、地下部重金属含量均逐渐增加，且地
下部的含量远高于地上部。地下部各处理间的 N@、
0)、0I、O’含量的差异均达到显著水平，而地上部
0I、N@含量在相邻处理间差异不显著。
地上部的 N@含量 !>与 !=，!?与 !A处理差异均
不显著；而地下部分 N@含量 !> 与 !=，!? 与 !A 均达
到显著水平（表 =）。说明在 N@、0)、0I、O’复合污染
条件下，0)、0I、O’等金属离子的存在抑制了菠菜根
系对 N@离子的吸收，而对菠菜植株内 N@离子的运
转影响不大。
表 =表明，收获期地上部和地下部重金属含量
均随重金属施入量的增加而增高。各处理菠菜地上
部 N@、0I含量低于地下部含量，而 0)、O’ 则相反。
收获期菠菜地上部的重金属含量与苗期相比变化不
大，而地下部含量均有所降低。重金属高量处理
（!A）地上部 N@、0)、0I、O’含量与地下部含量的比值
分别为 :<:?、;仅为苗期的 >:G，降幅最大。这可能是由于在 N@、
0)、0I、O’共同胁迫的情况下，可以刺激菠菜植株中
合成或是激活一些新的活性物质，有助于将金属离
子从细胞质运至液泡中，或者使金属离子沉积在地
下部，从而对重金属的毒性起到缓解作用［;=Q;?］。
!? 处理地上、地下部 N@含量显著高于 !A，0)含
量显著高于 !:，0I 含量与 !: 相比差异不显著；O’
含量地上部 !? 显著低于 !:，而地下部与 !: 无显著
差异（表 =）。说明在高 N@浓度条件下，有助于菠菜
对 0)的吸收和运转，这与陈怀满［;C］通过土壤吸附
动力学试验认为 N@替代了土壤胶体吸附的 0)，有
利于 0)进入土壤溶液的结果相符。L$**##［;E］认为，
N@可以阻止 0)与硝酸还原酶的巯基（ Q (.）结合，
降低 0)对硝酸还原酶的毒害。N@对 O’的影响主
要表现为抑制了 O’元素向地上部分转移，这与许嘉
琳、R"$I)# S T、U$@$%$ N V等人［;DQB;］的研究基本相
符。可能是因为 N@逐渐在根组织中沉淀累积，破坏
了根系吸收、运输功能，导致根系 O’的累积和地上
部 O’吸收量降低。
CCDA期 韩美清，等：重金属污染土壤中菠菜对铅吸收和累积规律的研究
表 ! 苗期和收获期菠菜地上部、地下部 "#、$%、$&、’(含量（)* + ,*）
-.#/0 ! -10 23(40(45 36 "#，$%，$& .(% ’( 7( 513345 .(% 83345 .4 410 500%/7(* .(% 1.890547(* 54.*05
处理 地上部 !"##$ 地下部 %##$
&’()$*(+$ ,- ./ .0 1+ ,- ./ .0 1+
苗期 !((/23+4 5$)4(
&6 78697 / 686:7 / 768;: 7 ( 7=8:?> @ 68?:> ( 768?A ( ?B8:: (
&7 78;=> < 686:? / 778:B < B98?: / B=89>: ( 68?9A ( >:8=: / AB87; /
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收获期 C)’D(5$3+4 5$)4(
&6 78?=? / 6869= ( 77897 / ?78?> < 7B8=AB ( 68677 / 768B; ( 7;8;9 /
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&9 >86B? ) 686A? / 778=; / =B8=7 / 76>8:7 ) 686>A < 7689A ( =687A /
:;! 收获期菠菜地上部、地下部的 "#、$%、$&、’(
的累积率
.0、1+、,-元素地上部和地下部的累积率都随
土壤中重金属元素浓度的增高而降低（表 B）。在土
壤中重金属元素浓度较低时，地上部和地下部中 ./
的累积率逐渐增高，处理 &? 水平时达到最高，然后
下降；与处理 &=、&B 相比达到差异显著水平。,-、
.0元素地上部的累积率低于地下部，./、1+元素地
上部的累积率高于地下部。处理 &>、&9 地上、地下
部 ,-积累率与 &?、&B 相比差异不显著；与 &6 相比
地上部 ./积累率有所增加，1+地下部分积累率有
所增加，但均未到差异显著水平。说明在 ,-、./、
.0、1+共同胁迫的情况下，有助于 ./、1+由地下部
向地上部分转移，但不利于 ,-、.0元素向地上部分
转移运输。
:;< 收获期菠菜地上部 "#、$%、$&、’(的吸收量和
分配率
表 >看出，在土壤中重金属元素浓度较低时，菠
菜地上部 ,-、./、.0、1+ 的吸收量随土壤中浓度的
增高而增加；在 &?水平时达到最高，而 &B水平的吸
收量反而下降。这是因为 &B水平时，植株生长受到
抑制，生物量较低。重金属元素在地上部的分配率
随土壤中浓度的增高总体呈现下降的趋势，.0元素
在地上部的分配率随土壤中重金属元素浓度的增高
降低最显著，分配率由 ;=8;=E降低到 =:8?>E；而
,- 元素在地上部的分配率总体上较低，仅为
7B8:?E!=;8:=E。&>、&9 与 &?、&B 相比，地上部分
,-的分配率略有降低；与 &6 相比，地上部分 ./、
.0、1+的分配率明显降低，说明在复合污染条件下
减少了 ,-向地上部分转移。
表 < 收获期菠菜地上部、地下部的 "#、$%、$&、’(的累积率（=）
-.#/0 < -10 .22&)&/.473( 8.405 36 "#，$%，$& .(% ’( 7( 513345 .(% 83345 .4 410 1.890547(* 54.*0
处理 地上部 !"##$ 地下部 %##$
&’()$*(+$ ,- ./ .0 1+ ,- ./ .0 1+
&6 B8?? ) BB8=A < >?8A> ) ==:867 ) B98;6 ) :8;9 / B;8:6 - 7?98>: )
&7 78=; - ?;866 < =:8=B - >=89B - ==8?B - 778?? < 7778=9 ) B68>: -
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&> 68A7 < >=8;9 -< >=8>9 ) 7A;86B ) 7:8>9 -< ?B8=A - B;8;B - 7>98:: )
&9 68>6 / 998B? - >=8B= ) 7:>8?7 ) 768>: < B=87B - BA89: - 7B98=6 )
;:A 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 7>卷
表 ! 收获期菠菜地上部 "#、$%、$&、’(的吸收量和分配率
)*#+, ! )-, *#./0123/( *(% %3.203#&23/( 0*2, /4 "#，$%，$& *(% ’( 3( .-//2. *2 2-, -*05,.23(6 .2*6,
处理 吸收量 !"#$%&’($) *+$,)’（+- . &$’） 分配率 /(#’%(",’($) %*’0（1）
2%0*’+0)’ 3" 45 4, 6) 3" 45 4, 6)
27 7879:: 7877;9 7899<= 78>7<9 9?8@9 A>87? ?98?9 ?@8?>
2; 787=;7 7877;9 789A;< ;8;9>7 978?A A<8A= :<87? ?:8@7
29 787?9< 787799 78=A7= 989:@; 9<8?< ?<8A> =@87; ?=8?9
2< 787>?= 787;:< 78:7== 9899>@ 978=< ?=8?? <=8=@ ?<89>
2= 7878==
2: 787:?= 7877;7 78;=:? 78<:9: ;:8?9 ?=8?? @A8>@ ?98;=
2> 787<<7 78777> 787@ ;=877 ?:8<@ @A8>; ?;8>;
注（B$’0）：地上部分配率 C地上部吸收量 .吸收总量 /(#’%(",’($) %*’0 C *"#$%&’($) () D0*E . ’$’*D *"#$%&’($)F
7 结论
;）在重金属施入量较低时，苗期和收获期的叶
绿素含量，地上部、地下部干重均有所增加，当用量
超过 29 水平，叶绿素和干物重迅速下降。3"、45、
4,、6)复合污染条件下，对 3"的毒害起到了抑制作
用。
9）随重金属施入量的增加，菠菜地上部、地下
部重金属含量逐渐增加，且苗期地下部的含量远高
于地上部；收获期地上部 3"、4,含量低于地下部含
量，而 45、6)则相反。
<）随土壤中重金属元素浓度的增高，菠菜地上
部和地下部 4,、6)、3"元素的累积率下降；而在土
壤中重金属元素浓度较低时，地上部和地下部中 45
的累积率逐渐增高，3"、45、4,、6)共同胁迫的情况
下，有助于菠菜对 45的吸收和运转。
=）在 3"、45、4,、6)共同胁迫的情况下，不利于
3"元素向地上部分转移运输。3"元素在地上部的
分配率较低，仅为 ;=8@<1!9?8@91。
参 考 文 献：
［;］ 陈同斌 F 土壤污染将成为中国的世纪难题［G］F 科技文萃，
977:，<7（A）：<7H<98
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