全 文 ：中国生态农业学报 2014年 2月 第 22卷 第 2期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Feb. 2014, 22(2): 185−192


* 河北省自然科学基金项目(C2012301002)和现代农业产业技术体系建设专项(nycytx-12-04-09)资助
籍贵苏, 主要从事高粱遗传育种及抗逆性鉴定研究。E-mail: jigs0312@126.com
收稿日期: 2013-06-24 接受日期: 2013-12-03
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2014.30623
不同高粱种质对污染土壤中重金属吸收的研究*
籍贵苏 1 严永路 2 吕 芃 1 杜瑞恒 1 侯冬利 2 任汉英 2 马 雪 1
王晓昆 2 刘国庆 1 李素英 1 侯升林 1 郭艳龙 2 付翠轻 2
(1. 河北省农林科学院谷子研究所 河北省杂粮研究实验室 国家谷子改良中心/甜高粱改良分中心 石家庄 050035;
2. 河北省环境监测中心站 石家庄 050037)
摘 要 利用重金属含量较高的污水污染土壤, 以未污染土壤作对照, 种植 8个甜高粱品种、2个饲用高粱品
种和 1个粒用高粱品种, 检测 8种重金属在高粱植物体内不同器官的含量, 以研究不同高粱种质对重金属的吸
收特性。结果表明: 甜高粱对汞(Hg)、镉(Cd)、锰(Mn)和锌(Zn)的吸收在两种土壤间差异显著, 对钴(Co)、铬
(Cr)、铅(Pb)和铜(Cu)的吸收差异不显著。Mn在甜高粱体内含量表现为未污染土壤高于污染土壤; 而 Zn含量
在不同器官之间存在差异, 未污染土壤叶中含量远高于穗, 穗中含量远高于茎和根。不同重金属在甜高粱体内
的储存部位不同, 污染土壤上 Hg、Cd、Co、Cr和 Zn在根中积累量较高, Cu、Mn和 Pb在穗中的积累量较高。
甜高粱、饲用高粱和粒用高粱对重金属的吸收、运输及储存在品种之间差异较大, 同一品种对不同重金属的
吸收也存在差异。饲用高粱表现为叶部对 Cr 和 Zn 的储存量较高, 而粒用高粱‘晋中 0823’则显示了茎对多种
重金属的储存能力。高粱根对土壤中重金属的富集系数较高 , 为 0.02(Pb)~0.23(Cd), 转移系数变幅为
0.21(Co)~3.42(Pb)。对同一种重金属的吸收量品种间差异较大, 甜高粱‘西蒙’根对 Co、Cr、Cu、Mn、Pb和 Zn
具有高富集系数, 粒用高粱‘晋中 0823’茎对 Hg、Cd、Mn、Pb和 Zn富集系数较高。高粱对重金属的吸收能力
与转移能力不同步, 甜高粱‘绿能 1 号’具有对多种重金属的高转移能力, 粒用高粱‘晋中 0823’只对 Zn 有较高
的转移能力。因此本文认为甜高粱对不同重金属的吸收和转移有选择性。对 Zn吸收并转移到地上部后, 首先
储存在叶和穗中, 当吸收量足够大时, 茎和根也成为储存器官; 对 Mn的吸收与其他重金属的吸收存在竞争作
用, Hg吸收后很少向地上部转移; 而对 Cu、Mn和 Pb吸收后在穗部的储存量较大。饲用高粱与甜高粱相比对
重金属的吸收未显示明显的不同, 甜高粱‘西蒙’根对多种重金属具有强储存能力, 而粒用高粱‘晋中 0823’的茎
秆显示了比甜高粱更强的储存能力, 甜高粱‘绿能 1号’对多种重金属的转移能力较强。所以, 选择富集和转移
能力均强的高粱品种能更有效地吸收土壤中的重金属, 达到修复污染土壤的目的。
关键词 重金属 污染土壤 高粱种质 吸收特性 富集系数 转移系数
中图分类号: S-3 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2014)02-0185-08
Absorption of different sorghum accessions on heavy metals in polluted soil
JI Guisu1, YAN Yonglu2, LYU Peng1, DU Ruiheng1, HOU Dongli2, REN Hanying2, MA Xue1,
WANG Xiaokun2, LIU Guoqing1, LI Suying1, HOU Shenglin1, GUO Yanlong2, FU Cuiqing2
(1. Institute of Millet Crops, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences; Minor Cereals Research Lab of Hebei Province;
National Sweet Sorghum and Millet Crops Improvement Center, Shijiazhuang 050035, China; 2. Environmental Monitoring Center
of Hebei Province, Shijiazhuang 050037, China)
Abstract Sweet sorghum, which is used to produce alcohol and energy, hardly enters human food chain. This purpose combined
with powerful root uptake ability makes sweet sorghum a low-cost, safe and effective plant in removing heavy metals (HMs) from
polluted soils. In this study, eight sweet, two forage and one grain sorghum accessions planted in polluted soil were evaluated and
compared with those planted in unpolluted soil. Eight HMs were evaluated in different plant organs to characterize HMs uptake
ability of different sorghum accessions. The results showed that contents of Hg, Cd, Mn and Zn in sweet sorghum accessions were
significantly different in polluted and unpolluted soil. However, the contents of Co, Cr, Pb and Cu were not significantly different.
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Mn content in sweet sorghum accessions in unpolluted soil was higher than that in polluted soil. Zn content was much higher in
leaves and spikes than in stems and roots of plants from unpolluted soil, much different from that of plants from polluted soil. HMs
contents varied in different sweet sorghum organs. For instance, there were high contents of Hg, Cd, Co, Cr and Zn in plant root
while high contents of Cu, Mn and Pb were in plant spike in polluted soil. Significant differences existed in uptake, transfer and
accumulation of HMs both among different accessions and HMs. Forage sorghum ‘Wancao 2’ had more Cr and Zn in leaves while
‘Jinzhong 0823’ grain sorghum accession had more heavy metals in stems than other accessions. High HMs enrichment coefficients
were existed in the root of sorghum, which ranged from 0.02 (for Pb) to 0.23 (for Cd), and transfer coefficients were 0.21 (for Co) to
3.42 (for Pb). Significant differences existed among accessions in terms of certain HM uptake. Enrichment coefficients of Co, Cr, Cu,
Mn, Pb and Zn in root of ‘Ximeng’ sweet sorghum were high. Also enrichment coefficients of Hg, Cd, Mn, Pb and Zn in stem of
‘Jinzhong 0823’ grain sorghum were high. The ability of HMs enrichment and transfer was not consistent in sorghum accessions,
such as ‘Lüneng No.1’ sweet sorghum had a high transfer coefficient for several HMs, only Zn had high transfer coefficient in
‘Jinzhong 0823’ grain sorghum. Thus the result above suggested that the enrichment and transfer of HMs varied with HM types in
sweet sorghum. Sweet sorghum first absorbed Zn and then accumulated it in leaves and spikes, and then in stems and roots as Zn
content of the plant was high enough. Mn uptake of sweet sorghum competed with other HMs. Hg was seldom transferred to
above-ground parts after its uptake by sweet sorghum, while Cu, Mn and Pb mainly accumulated in sweet sorghum spikes. ‘Ximeng’
sweet sorghum had a rich accumulation of several HMs in roots, while large amounts of various HMs accumulated in stems of
‘Jinzhong 0823’ grain sorghum accession. There was no specific pattern of HMs uptake in forage and sweet sorghum accessions.
Therefore, sorghum plant could be used to remove HMs from polluted soils. This could be more efficiently done by employing
accessions with high HM enrichment and transfer ability.
Keywords Heavy metal; Polluted soil; Sorghum accession; Uptake characteristics; Enrichment coefficient; Transfer
coefficient
(Received Jun. 24, 2013; accepted Dec. 3, 2013)
生活垃圾、化肥和农药的使用以及化工、医
药、制造及开采业的发展等 , 造成了土壤重金属的
污染 [1–4]。种植在污染土壤上的植物进入食物链后,
严重威胁了人类的生存和健康。使用赤泥、石灰等
改良材料可有效降低污染土壤中的重金属活性, 改
变土壤 pH, 减少土壤中重金属对人畜造成的危害,
但过量添加会对作物产生影响[5]。所以, 利用植物对
重金属的吸收功能, 将土壤中的重金属带到地上来,
用生物修复的方法去除土壤重金属是最简便、最安
全、成本最低的修复方式之一。
能源作物甜高粱[Sorghum bicolor (L.) Moench]富
含糖汁的茎秆是生产乙醇燃料的原料, 其产品不进入
食物链[6], 甜高粱具有庞大的根系对土壤中重金属有
很强的吸收作用[7–8], 因此, 检测甜高粱对重金属的吸
收特性及其在植物不同器官的储存和运输意义重大。
不同植物对重金属的吸收存在较大差异, 吸收
的重金属种类差异也较大。紫苏[Perilla frutescens
(L.) Britt.]具备 Cd超积累能力, 富集系数可达 91.9,
同时伴随某些酶含量的增高和降低[9]。作物对重金
属 Cd 的富集性顺序为 : 紫云英(Astragalus sinicus
Linn)>大麦(Hordeum sativum Jesss)>大豆[Glycine max
(L.) Merr.]> 水 稻 (Oryza sativa L.)> 小 麦 (Triticum
aestivum L.)>玉米(Zea mays L.), 玉米和小麦茎叶等营
养器官富集能力较强, 但果实富集较低, 同一农作物
不同器官对 Cd 的积累规律为根>茎>果实, 转移系数
为 0.5~0.95[10]。
污水浇灌的高粱能吸收大量重金属离子 , 如
Zn2+、Mn2+、Cu2+和 Ni2+, 同时株高、叶片数、单株
叶面积及生物量均比对照(管道水浇灌)高, 同时高
粱不同种质对土壤中重金属吸收能力存在差异[7]。
Liu等[8]用芦苇[Phragmites australis (Car.) Tries Stend]
和高粱作比较, 研究了在生活垃圾及煤灰污染土壤
上生长的植物对重金属的吸收, 认为污染地块生长
的高粱 Hg 和 Cd 含量显著高于国家卫生标准。
Iyaka[11]研究了从 Niger州 6个市场上购买的 38种粮
食作物(稻米、黄玉米、白玉米、粟谷、白高粱和红
高粱等)中 Cu 的含量, 认为这些作物中, 高粱籽粒
的 Cu 含量最高。在含有 Pb、Cd、Cr 和 Ni 的垃圾
堆放地块进行不同植物种植试验, 检测到玉米根的
Pb 含量和高粱根中 Ni 含量超标[12]。用其他植物进
行的研究也有报道, 认为重金属的积累种类和储存
量在植物体不同部位之间存在差异; 不同作物对重
金属的吸收种类有选择性, 一种重金属的吸收对另
一种重金属的吸收有促进或抑制作用[13−15]。
虽然以往研究证明高粱对重金属有吸收作用 ,
但不同种质甜高粱及不同类型高粱对重金属吸收有
何差异, 哪种重金属在体内积累量较大, 高粱植物
体的不同器官对重金属的储存有何差异等方面报道
较少。针对以上问题, 本文以不同品种甜高粱、粒
用高粱和饲用高粱为研究材料, 研究其在污染土壤
和非污染土上对重金属的吸收和积累特性, 为土壤
的生物修复及高粱种质选用提供参考。
第 2期 籍贵苏等: 不同高粱种质对污染土壤中重金属吸收的研究 187


1 材料和方法
1.1 试验地概况
污染土壤试验区位于河北省赵县肖河边(37°45.425′N,
114°42.6435′E), 以与此距离 20 km的河北省栾城郄马
试验站(37°57.738′N, 114°36.727′E)农田土壤为对照。
检测的肖河边和试验站土壤中的重金属含量见
表 1。两试验地点均属于暖温带大陆性季风气候, 沙
壤土质, 玉米和小麦一年 2季作物种植。
表 1 污染土壤和未污染农田土壤重金属含量及肥力
Table 1 Heavy metal contents and fertility levels of polluted and unpolluted soils mg·kg−1
国家标准 Government standard 项目
Item
污染土壤
Polluted soil
对照土壤
Unpolluted soil 6.57.5
汞 Hg 2.87±0.92 0.06±0.01 0.50 1.00
铅 Pb 127.43±95.49 24.60±6.59 300.00 350.00
镉 Cd 1.72±1.42 0.11±0.08 0.30 0.60
铬 Cr 748.43±594.51 88.40±9.52 200.00 250.00
锌 Zn 1 175.73±148.02 71.90±12.60 50.00 60.00
铜 Cu 122.47±18.75 21.80±5.20 100.00 100.00
钴 Co 12.00±1.14 7.60±2.63 —
锰 Mn 499.93±20.84 572.20±13.24 —
碱解氮 Alkali-hydrolyzable N 213.12±23.50 83.24±8.42 —
有效磷 Available P 106.86±42.35 35.81±17.64 —
有效钾 Available K 265.29±81.36 187.56±34.71 —
有机质 Organic matter (×104) 14.35±1.24 2.14±0.22 —

1.2 供试材料及样本采集
选用高粱品种 11个, 包括甜高粱品种(杂交种)8
个: ‘M81-E’、‘考力’、‘西蒙’、‘绿能 1号’、‘L360’、
‘1A/M81-E’、‘6A/兴家’和‘2A/823’。为了便于比较,
选用了 2个饲用高粱品种‘皖草 2号’、‘苏 E166’ 和
1个粒用高粱杂交品种‘晋中 0823’。
把以上品种顺序排列种植在选好的地块, 小区
行长 5 m, 行距 0.5 m, 1行区, 每个品种 3次重复。6
月 17日播种, 留苗株距 0.25 m, 每行留苗 20株。10
月中旬收获。生长期间施行正常的田间管理措施。
成熟后在小区中间随机取 5 株连根取下, 冲洗植株
外表的泥土, 室内自然风干。将风干的植株按不同
部位切分成根、茎、叶和穗, 纯净水冲洗 2遍后, 恒
温 60 ℃烘至恒重, 然后用 AK-1000A型不锈钢中药
粉碎仪粉碎, 并过 40目尼龙筛待测。
1.3 重金属含量测定
在盛有 0.5 g干燥样品聚四氟乙烯消解罐中, 加
入 10 mL硝酸过夜。次日再加入 3 mL氢氟酸, 放入
电热石墨消解仪中, 150 ℃条件下消解 3 h, 180 ℃条
件下再消解 1 h, 加入 2 mL高氯酸并继续 180 ℃加热
消解至酸被赶尽。用 1%硝酸溶液定容待测[16]。用意
大利 milestone 公司 DAM80 直接测汞仪对样品中的
Hg 进行检测, 其他重金属则用 Thermo Fisher 公司所
产 iCAP 6300型电感耦合等离子体发射光谱仪检测。
重金属富集系数和转移系数的计算公式为:
富集系数=植物体含量/土壤含量 (1)
转移系数=地上部含量/根部含量 (2)
1.4 统计分析
用 Statistic 6.0软件对试验数据进行 t-检测分析
和显著性比较, 其他数据计算均利用 Excel软件。
2 结果与分析
2.1 甜高粱对重金属的积累能力
对污染土壤和对照土壤的 8 个甜高粱品种植物
体内重金属含量进行的 t-检验结果表明, 甜高粱根
的 Hg 含量, 根、茎、叶和穗的 Cd 含量, 叶和穗的
Mn 含量, 根和茎的 Zn 含量在两种土壤间差异显著
或极显著, 其他重金属在两种土壤间差异不显著。
说明甜高粱对重金属的吸收在金属种类和高粱各部
位之间均存在差异。另外, 甜高粱对 Hg、Cd 和 Zn
的吸收与土壤中的重金属含量有关, 而对 Co、Cr、Cu
和 Pb的吸收不随土壤中含量的变化而变化(表 2)。
表 3结果显示, 污染土壤生长的甜高粱根中 Hg
含量显著高于未污染土壤, 其次叶片中含量也高于
未污染土壤, 茎和穗中的含量差异不显著。说明甜
高粱吸收大量的 Hg后, 主要储存在根中, 向地上转
移量较少。污染土壤甜高粱各器官中 Cd含量明显著
高于未污染土壤, 并以根中 Cd含量差异最大, 其次
是穗, 在叶和茎秆中的含量也有较大差异, 差异幅
度均在数倍以上。
Mn 在污染土壤和非污染土壤甜高粱中的吸收和
储存不同于其他重金属。尽管两种供试土壤的 Mn 含
量比较接近, 但未污染土壤种植的甜高粱叶和穗中 Mn
含量显著高于污染土壤, 两者差异达到 5%显著水平。
这种现象可能与甜高粱在对重金属吸收时, 重金属之
间的相互竞争有关, 土壤中多种重金属同时大量存在
使对 Mn的吸收受到限制。从各器官的 Mn含量来看,
Mn在甜高粱植物体的各部位均有大量储存和积累。
188 中国生态农业学报 2014 第 22卷


表 2 污染土壤和未污染土壤上种植的甜高粱植株中重金属含量的 t-检测结果
Table 2 T-test results of heavy metal contents in different organs of sweet sorghum planted in polluted and unpolluted soils
器官 Organ 汞 Hg 镉 Cd 钴 Co 铬 Cr 铜 Cu 锰 Mn 铅 Pb 锌 Zn
根 Root 2.89* 4.58** 0.10 1.34 0.40 −1.23 1.75 5.14**
茎 Stem 1.87 3.42** 0.40 0.35 0.29 0.21 0.17 3.78**
叶 Leaf 1.05 3.88** −0.84 1.24 −0.69 −2.25* −1.31 −0.99
穗 Spike −0.31 2.45* −0.29 0.28 −1.33 −2.58* 0.73 0.43
*和**分别表示差异达显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)水平。* and ** indicate significant difference at 0.05 and 0.01 levels, respectively.
表 3 污染土壤和未污染土壤上种植的甜高粱(8个品种)各器官中的重金属含量
Table 3 Heavy metals contents in different organs of sweet sorghum (8 accessions) planted in polluted and unpolluted soils mg·kg−1
土壤特征 Soil characteristic 器官 Organ Hg Cd Co Cr
根 Root 0.16±0.18 0.40±0.33 0.52±0.65 29.43±41.00
茎秆 Stem 0.01±0.01 0.17±0.11 0.15±0.10 7.13±3.93
叶 Leaf 0.07±0.12 0.16±0.13 0.29±0.26 23.87±15.76
污染
Polluted
穗 Spike 0.02±0.01 0.22±0.17 0.42±0.25 18.39±12.42
根 Root 0.01±0.01 0.02±0.01 0.55±0.35 12.63±8.46
茎秆 Stem 0.01±0.00 0.01±0.01 0.14±0.15 6.44±9.21
叶 Leaf 0.03±0.01 0.02±0.01 1.18±1.97 16.22±7.92
未污染
Un-polluted
穗 Spike 0.02±0.01 0.01±0.01 0.47±0.27 16.07±8.49
Cu Mn Pb Zn
根 Root 18.46±14.85 21.40±16.90 4.21±5.12 78.23±35.94
茎秆 Stem 11.72±4.51 18.35±13.58 2.07±2.13 51.76±16.79
叶 Leaf 14.79±3.74 23.16±6.61 3.95±2.22 58.54±23.21
污染
Polluted
穗 Spike 20.64±10.87 26.22±6.05 5.25±2.13 57.38±12.67
根 Root 15.62±10.44 30.39±11.03 1.46±1.24 14.46±11.63
茎秆 Stem 10.61±8.49 16.02±9.07 1.98±3.19 24.49±20.84
叶 Leaf 15.54±6.29 37.83±15.42 7.36±4.13 60.18±40.87
未污染
Un-polluted
穗 Spike 28.46±14.78 34.94±9.64 3.75±3.45 45.88±26.14

污染和未污染土壤甜高粱植物体中 Zn 的吸收
检测结果表明, 甜高粱对土壤中 Zn的吸收和储存能
力较强, 并随着土壤中 Zn含量的增加而加大, Zn在
植株各部位均有大量储存。但是从未污染处理中 Zn
含量检测结果还可发现, 甜高粱植株不同部位的 Zn
含量表现如下趋势 , 叶含量最高 , 其次是穗和秆 ,
根含量最低。说明 Zn通过甜高粱根吸收后有很强的
转移能力, 转移到地上部的 Zn 首先储存在叶和穗,
当吸收量足够大时, 茎秆和根也成为储存器官。
重金属被甜高粱吸收后, 通过运输转移到地上
部, 并在植物体的不同部位进行储存。从表 3 的污
染土壤甜高粱植株中重金属含量的数值还可以看到,
不同重金属在甜高粱体内的储存部位不同。如 Hg、
Cd、Co、Cr和 Zn在甜高粱根中的积累量最高, Cu、
Mn 和 Pb 在甜高粱穗中的积累量最高。均值标准误
数值显示甜高粱品种之间重金属含量有较大差异。
2.2 不同高粱种质对重金属的积累能力
表 4 结果表明, Hg 含量在高粱品种间的变幅为
0.03(‘考力’)~0.17(‘2A/823’) mg·kg−1。不同器官含量比
较, 根中 Hg 含量在品种之间差异最大, ‘2A/823’根中
Hg含量达到 0.60 mg·kg−1, 是其他品种根中Hg含量的
2~15倍; 但其茎秆、叶和穗中的含量相对较低, ‘L360’
叶中Hg含量最高(0.36 mg·kg−1), ‘绿能 1号’和’2A/823’
茎秆中的 Hg含量在所有品种中最低(均为 0)。
各品种植株 Cu 含量均值变幅为 11.56 (‘2A/823’)~
25.90 mg·kg−1(‘西蒙’), 多数品种对 Cu 的吸收表现
为地上部高于根部, 尤其是穗部的含量居高, 除甜
高粱‘西蒙’、‘1A/M81-E’、‘绿能 1号’, 粒用高粱‘晋
中 0823’和饲用高粱‘苏 E166’外, 其他供试品种的穗
部或叶 Cu含量均高于根部, 其中‘M81-E’和穗部 Cu
含量是其根部的 2.5倍。穗部 Cu含量品种间差异较大,
‘M81-E’穗部 Cu含量最高, 为 45.87 mg·kg−1, ‘绿能 1
号’穗部 Cu含量在所有的参试品种中最低, 为 13.41
mg·kg−1, 两者相差近 3.5倍。
Mn 和 Pb 的含量在检测品种的各器官中存在差
异, 除少数品种如‘西蒙’、‘晋中 0823’中的 Mn和 Pb,
以及‘M81-E’中的 Pb 外, 其他参试品种均以叶或穗
部含量较高, 茎秆中的含量较低。品种之间植株重
金属含量均值 Mn 和 Pb 含量的差异可达 2 倍左右,
以‘西蒙’含 Mn和 Pb最高, 分别为 31.36 mg·kg−1和
6.78 mg·kg−1, ‘2A/823’含 Mn 最低(16.39 mg·kg−1),
‘考力’含 Pb最低(2.76 mg·kg−1)。
第 2期 籍贵苏等: 不同高粱种质对污染土壤中重金属吸收的研究 189


表 4 污染土壤中不同高粱种质各器官的重金属含量及植株重金属含量均值
Table 4 Heavy metal contents of different organs and average contents of different sorghum accessions planted in polluted soil mg·kg−1
种质 Accession 器官 Organ Hg Cd Co Cr Cu Mn Pb Zn
根 Root 0.09 0.64 0.82 44.92 18.22 28.71 7.23 92.08
茎秆 Stem 0.01 0.11 0.08 4.35 11.04 10.36 0.54 61.24
叶 Leaf 0.03 0.02 0.85 11.72 18.20 29.40 5.15 54.50
穗 Spike 0.01 0.07 0.51 13.72 45.87 40.05 3.40 44.48
M81-E
平均 Average 0.04±0.04 0.21±0.29 0.57±0.36 18.68±17.95 23.33±5.40 27.13±2.33 4.08 ±2.83 63.08±0.53
根 Root 0.04 0.90 0.43 22.05 10.89 17.66 3.56 64.00
茎秆 Stem 0.01 0.16 0.05 2.49 6.53 9.15 0.41 48.86
叶 Leaf 0.04 0.02 0.22 7.82 12.14 22.42 4.10 50.48
穗 Spike 0.02 0.07 0.37 9.71 23.17 26.92 2.96 42.68
考力 Kaoli
平均 Average 0.03±0.02 0.29±0.41 0.27±0.17 10.52±8.27 13.18±7.08 19.04±7.60 2.76±1.63 51.51±8.98
根 Root 0.12 0.02 0.27 7.89 31.60 23.95 2.79 48.92
茎秆 Stem 0.01 0.06 0.30 13.79 19.17 51.02 6.15 57.85
叶 Leaf 0.02 0.50 0.11 43.98 11.62 11.33 0.65 63.28
穗 Spike 0.02 0.18 0.98 43.98 16.44 27.26 7.60 60.05
1A/M81-E
平均 Average 0.04±0.05 0.19±0.22 0.42±0.39 27.41±19.28 19.71±8.52 28.39±16.57 4.30±3.16+ 57.53±6.15
根 Root 0.161 0.19 0.32 19.58 19.45 42.29 6.68 61.59
茎秆 Stem 0.02 0.51 1.68 83.10 40.98 41.42 10.79 127.46
叶 Leaf 0.04 0.23 0.41 5.47 16.97 19.40 3.07 72.07
穗 Spike 0.02 0.14 0.12 5.47 17.61 9.32 0.80 77.46
晋中 0823
Jinzhong 0823
平均 Average 0.06±0.07 0.27±0.17 0.63±0.71 28.41±37.07 23.75±11.53 28.11±16.40 5.34±4.37 84.65±29.29
根 Root 0.18 0.81 1.99 125.37 49.41 58.94 15.61 155.97
茎秆 Stem 0.02 0.35 0.08 5.09 9.78 14.49 0.64 82.94
叶 Leaf 0.06 0.02 0.35 11.66 21.99 26.40 7.89 100.52
穗 Spike 0.02 0.14 0.16 7.76 22.43 25.61 2.98 56.42
西蒙
Ximeng
平均 Average 0.07±0.08 0.30±0.35 0.65±0.90 37.47±58.66 25.90±16.73 31.36±19.17 6.78±6.62 98.96±42.11
根 Root 0.09 0.45 0.96 52.05 24.66 32.43 6.76 131.43
茎秆 Stem 0.02 0.16 0.11 6.32 17.79 13.58 0.97 94.87
叶 Leaf 0.04 0.04 0.29 12.52 17.86 34.63 7.48 89.38
穗 Spike 0.02 0.14 0.14 5.92 21.41 30.26 2.65 64.26
苏 E166 Su
E166
平均 Average 0.04±0.03 0.20±0.18 0.38±0.40 19.20±22.11 20.43±3.29 27.73±9.60 4.47±3.16 94.99±27.71
根 Root 0.22 0.33 0.41 16.54 10. 90 13.86 2.70 85.70
茎秆 Stem 0.01 0.07 0.09 3.38 8.70 12.70 1.23 54.03
叶 Leaf 0.04 0.03 0.43 13.18 12.90 30.52 2.94 51.34
穗 Spike 0.01 0.11 0.25 7.86 13.80 20.49 4.60 71.47
6A/兴家
6A/Xingjia
平均 Average 0.07±0.10 0.14±0.13 0.30±0.16 10.24±5.80 13.35±0.64 19.39±8.17 2.87±1.38 65.64±16.08
根 Root 0.06 0.27 0.05 2.28 5.43 12.48 0.32 46.33
茎秆 Stem 0.00 0.06 0.29 8.70 17.51 19.55 4.61 38.33
叶 Leaf 0.03 0.23 0.70 19.05 11.20 30.88 2.26 32.95
穗 Spike 0.04 0.24 0.30 15.19 13.41 24.13 5.16 52.56
绿能 1号
Lüneng 1
平均 Average 0.03±0.03 0.20±0.09 0.34±0.27 11.31±7.38 11.89±5.04 21.76±7.74 3.09±2.23 42.54±8.65
根 Root 0.10 0.50 0.12 4.80 11.86 11.15 1.30 55.42
茎秆 Stem 0.01 0.36 0.10 3.51 12.28 11.66 1.39 56.94
叶 Leaf 0.06 0.40 1.26 67.75 23.31 30.23 10.68 105.43
穗 Spike 0.01 0.64 0.39 13.76 18.57 37.28 8.05 75.98
皖草 2号
Wancao 2
平均 Average 0.05±0.04 0.48±0.12 0.47±0.54 22.46±30.54 16.51±5.48 22.58±13.22 5.36±4.75 73.44±23.39
根 Root 0.11 0.15 0.11 8.63 12.43 9.51 1.04 80.44
茎秆 Stem 0.02 0.02 0.13 8.89 12.76 14.20 1.30 43.93
叶 Leaf 0.36 0.13 0.75 41.03 15.74 19.82 5.38 82.10
穗 Spike 0.04 0.43 0.38 27.53 15.44 22.96 8.03 79.38
L360
平均 Average 0.13±0.16 0.18±0.17 0.34±0.30 21.52±15.73 14.09±1.74 16.62±5.97 3.94±3.38 71.46±18.39
根 Root 0.60 0.15 0.08 7.75 8.82 6.04 0.42 52.39
茎秆 Stem 0.00 0.01 0.17 10.37 8.27 15.31 1.67 26.90
叶 Leaf 0.05 0.09 0.50 42.51 14.57 21.90 3.25 33.17
穗 Spike 0.01 0.32 0.40 21.36 14.57 22.31 7.30 52.02
2A/823
平均 Average 0.17±0.29 0.14±0.13 0.29±0.20 20.50±15.82 11.56±3.49 16.39±7.61 3.16±2.99 41.12±13.05

190 中国生态农业学报 2014 第 22卷


Cd、Co、Cr、Zn的含量在品种间存在差异, 其
在植株内的储存部位多为根部, 但也有茎秆或叶片、
穗的含量高于根含量的现象, 如 Cd 在‘晋中 0823’茎
秆(0.51 mg·kg−1)和‘1A/M81-E’叶(0.50 mg·kg−1)中含
量高于根部; Co在‘1A/M81-E’穗中(0.98 mg·kg−1)、‘绿
能 1号’叶中(0.70 mg·kg−1)、‘L360’叶中(0.75 mg·kg−1)
的含量均高于根部。有的品种同时含有 2种以上较高
量的重金属, 如Cr和Zn在‘晋中 0823’茎中含量(分别
为 83.10 mg·kg−1和 127.50 mg·kg−1)、Cr和 Zn在‘皖草
2号’叶中含量(分别为 67.75 mg·kg−1和 105.43 mg·kg−1)
等; 另外, 还可看到‘晋中 0823’的茎秆对多数重金属
的积累量高于其他品种。
对 3 种类型高粱的重金属含量进行分析可见,
除 Cr 和 Zn 在草高粱‘皖草 2 号’叶中的含量较高外,
对其他重金属的吸收没有显示与甜高粱的差异, 粒
用高粱‘晋中 0823’则显示了茎秆对多种重金属较高
的储存能力。
2.3 不同高粱种质对重金属的富集能力
高粱品种对 8 种重金属的富集系数列于表 5。
比较甜高粱、饲用高粱和粒用高粱对不同重金属吸
收的富集系数可见品种间差异较大。从各器官的重
金属富集系数最高值来看, 茎秆富集系数以粒用高
粱‘晋中 0823’对 6 种重金属 Cd、Co、Cr、Cu、Pb
和 Zn 富集系数最高, 草高粱除‘皖草 2 号’茎秆和穗
对 Cd及叶对 Pb富集系数比同器官的其他品种高外,
其他没有显示与甜高粱的差异。甜高粱品种也表现
了对重金属吸收的特异性: 如‘西蒙’根部对 6种重金
属 Co、Cr、Cu、Mn、Pb和 Zn富集系数均最高, ‘L360’
叶对 Hg 富集系数最高, ‘1A/M81-E’穗部对 Co、Cr
的富集系数均最高。
不同器官之间对重金属的富集系数平均值差异
比较 , 根的富集系数最高 , 变幅在 0.02(Pb)~0.23
(Cd), 根对 Cd 的富集系数在所有重金属中最高
(0.23), 其次为 Cu(0.15), 而对其他重金属富集系数
变幅为 0.03~0.06。茎秆对重金属的富集系数最低,
变幅为 0(Hg)~0.12 (Cu)。
2.4 不同高粱种质对重金属的转移能力
表 6 表明, 高粱对不同重金属的转移系数差异
较大 , 品种平均变幅为 0.21(Co)~3.42(Pb), 转移系
数由大到小的顺序为重金属 Pb>Cr>Cd>Mn>Cu>
Zn>Hg>Co。
不同高粱品种对同一种重金属的转移系数差异
也较大, 对 Cd 的吸收转移系数变幅最大, 为 0.09
(‘考力 ’)~15.78(‘1A/M81-E’), 其次为 Pb 0.25(‘西
蒙’)~12.65(‘绿能 1号’)和 Cr 0.07(‘西蒙’)~6.28(‘绿能
1号’)。Co的变异幅度最小, 为 0.01(‘西蒙’)~0.68(‘绿
能 1 号’)。另外, 多数高粱品种对 Cu 和 Mn 的转移
系数在 1.0 以上。从不同品种对某一种重金属吸收
后的转移系数最高值来看, 甜高粱组中的‘绿能 1号’
具有对多种重金属较高的转移能力, 其对 Co、Cr、
Cu和 Pb的转移系数分别为 0.68、6.28、2.59和 12.65,
在所有的参试品种中均为相应重金属的最高值; 对
Cd 的转移系数以‘1A/M81-E’最高(15.73), 对 Hg 的
转移系数以‘L360’最高(1.29), 对 Mn 的转移系数以
‘2A/823’最高(3.29), 而粒用高粱‘晋中 0823’只对 Zn
的转移系数最高(1.50)。所以不同种质高粱对重金属
的转移能力存在差异, 高粱的吸收能力与转移能力
不同步, ‘晋中 0823’茎秆对多种重金属有较高的富
集系数, 但只对 Zn具有强转移能力, ‘绿能 1号’对重
金属的富集系数没显示出优势, 但却对多种重金属
具有较强的转移能力。这在土壤修复的品种筛选中
应加以考虑。
3 讨论
对照污染土壤和未污染土壤种植的高粱植株重
金属含量可见, 甜高粱对土壤中 Co、Cr、Pb 和 Cu
的吸收与土壤中的重金属含量关系较小, 说明甜高
粱对这几种重金属的吸收和积累达到一定量后就不
再增加, 也有可能甜高粱对这几种重金属没有吸收
和积累作用, 而是靠根的渗透压及维管束的输送功
能进入植株内。甜高粱对 Hg、Cd和 Zn的吸收则随
着土壤中该重金属的含量高低而变化, 土壤中较高
的含量有利于甜高粱的吸收和在植株中的积累。污
染土壤中甜高粱对 Mn 的吸收量显著低于未污染土
壤的结果表明, 甜高粱对 Mn 的吸收和积累与植株
中其他重金属含量存在竞争作用, 植株中其他重金
属含量高时, Mn 的吸收显著降低, 这与前人对藜谷
(Chenopodium album)、萝卜(Raphanus sativus)和芸
芥(Eruca sativa)等的重金属吸收研究得到的结果一
致[13−15]。另外, 未污染土壤甜高粱体内的 Zn含量在
叶和穗中较高 , 与污染土壤的含量没有显著差异 ,
并远高于其茎秆和根(这 2 个器官的 Zn 含量显著低
于污染土壤含量), 说明甜高粱对 Zn 的吸收和积累
有先后顺序, 首先是储存在叶和穗中, 当吸收量足
够大时, 茎秆和根均成为 Zn 储存的主要器官, 这一
现象在以往研究中未见报道。
综合所有的高粱品种可见, 甜高粱、饲用高粱
和粒用高粱对重金属的吸收、运输及储存品种之间
差异较大, 同一品种对不同重金属的吸收也存在差
异, 进一步验证了前人的研究结果[7]。高粱根是重金
属吸收和储存的主要器官, Hg 和 Cd 等重金属主要储
存在根中, 这与前人研究结果一致[10]。本研究中其他
第 2期 籍贵苏等: 不同高粱种质对污染土壤中重金属吸收的研究 191


表 5 污染土壤中不同高粱种质的重金属富集系数
Table 5 Enrichment coefficients of heavy metals of different sorghum accessions planted in polluted soil
根 Root 秆 Stem 叶 Leaf 穗 Spike 根 Root 秆 Stem 叶 Leaf 穗 Spike 种质
Accession Hg Cd
M81-E 0.03 0.00 0.01 0.00 0.37 0.07 0.01 0.04
考力 Kaoli 0.01 0.00 0.01 0.01 0.52 0.10 0.01 0.04
1A/M81-E 0.04 0.00 0.01 0.01 0.01 0.04 0.29 0.10
晋中 0823 Jinzhong 0823 0.06 0.01 0.01 0.01 0.11 0.30 0.16 0.08
西蒙 Ximeng 0.06 0.01 0.02 0.01 0.47 0.20 0.01 0.08
苏 E166 Su E166 0.03 0.01 0.02 0.01 0.26 0.10 0.02 0.08
6A/兴家 6A/Xingjia 0.08 0.00 0.01 0.00 0.19 0.04 0.02 0.07
绿能 1号 Lüneng 1 0.02 0.00 0.01 0.01 0.16 0.03 0.14 0.14
皖草 2号 Wancao 2 0.04 0.00 0.02 0.00 0.29 0.21 0.23 0.37
L360 0.04 0.01 0.13 0.01 0.09 0.01 0.08 0.25
2A/823 0.21 0.00 0.02 0.00 0.09 0.00 0.05 0.19
均值 Average 0.06±0.05 0±0.01 0.02±0.04 0.01±0.01 0.23±0.17 0.10±0.10 0.09±0.10 0.13±0.10
Co Cr
M81-E 0.07 0.01 0.07 0.04 0.06 0.01 0.02 0.02
考力 Kaoli 0.04 0.00 0.02 0.03 0.03 0.00 0.01 0.01
1A/M81-E 0.02 0.03 0.01 0.08 0.01 0.02 0.06 0.06
晋中 0823 Jinzhong 0823 0.03 0.14 0.03 0.01 0.03 0.11 0.01 0.01
西蒙 Ximeng 0.17 0.01 0.03 0.01 0.17 0.0 0.02 0.01
苏 E166 Su E166 0.08 0.01 0.02 0.01 0.07 0.0 0.02 0.01
6A/兴家 6A/Xingjia 0.03 0.01 0.04 0.02 0.02 0.01 0.02 0.01
绿能 1号 Lüneng 1 0.00 0.02 0.06 0.03 0.00 0.01 0.03 0.02
皖草 2号 Wancao 2 0.01 0.01 0.11 0.03 0.01 0.01 0.09 0.02
L360 0.01 0.01 0.06 0.03 0.01 0.01 0.06 0.04
2A/823 0.01 0.01 0.04 0.03 0.01 0.01 0.06 0.03
均值 Average 0.03±0.03 0.02±0.01 0.05±0.03 0.02±0.01 0.03±0.02 0.01±0.01 0.04±0.02 0.02±0.01
Cu Mn
M81-E 0.15 0.09 0.15 0.38 0.06 0.02 0.06 0.08
考力 Kaoli 0.09 0.05 0.10 0.19 0.04 0.02 0.05 0.05
1A/M81-E 0.26 0.16 0.10 0.13 0.05 0.10 0.02 0.06
晋中 0823 Jinzhong 0823 0.16 0.34 0.14 0.14 0.09 0.08 0.04 0.02
西蒙 Ximeng 0.40 0.08 0.18 0.18 0.12 0.03 0.05 0.05
苏 E166 Su E166 0.20 0.15 0.15 0.18 0.07 0.03 0.07 0.06
6A/兴家 6A/Xingjia 0.10 0.07 0.11 0.11 0.03 0.03 0.06 0.04
绿能 1号 Lüneng 1 0.04 0.14 0.09 0.11 0.03 0.04 0.06 0.05
皖草 2号 Wancao 2 0.10 0.10 0.19 0.15 0.02 0.02 0.06 0.08
L360 0.10 0.10 0.13 0.13 0.02 0.03 0.04 0.05
2A/823 0.07 0.07 0.12 0.12 0.01 0.03 0.04 0.05
均值 Average 0.15±0.10 0.12±0.08 0.13±0.03 0.17±0.08 0.05±0.03 0.04±0.03 0.05±0.01 0.05±0.02
Pb Zn
M81-E 0.06 0.00 0.04 0.03 0.08 0.05 0.05 0.04
考力 Kaoli 0.03 0.00 0.03 0.02 0.05 0.04 0.04 0.04
1A/M81-E 0.02 0.05 0.01 0.06 0.04 0.05 0.05 0.05
晋中 0823 Jinzhong 0823 0.05 0.09 0.02 0.01 0.05 0.11 0.06 0.07
西蒙 Ximeng 0.12 0.01 0.06 0.02 0.13 0.07 0.09 0.05
苏 E166 Su E166 0.05 0.01 0.06 0.02 0.11 0.08 0.08 0.06
6A/兴家 6A/Xingjia 0.02 0.01 0.02 0.04 0.07 0.05 0.04 0.06
绿能 1号 Lüneng 1 0.00 0.04 0.02 0.04 0.04 0.04 0.03 0.05
皖草 2号 Wancao 2 0.01 0.01 0.08 0.06 0.05 0.05 0.09 0.07
L360 0.01 0.01 0.04 0.06 0.07 0.04 0.07 0.07
2A/823 0.00 0.01 0.03 0.06 0.05 0.02 0.03 0.04
均值 Average 0.02±0.02 0.02±0.01 0.04±0.02 0.04±0.02 0.06±0.02 0.04±0.02 0.05±0.03 0.05±0.02
192 中国生态农业学报 2014 第 22卷


表 6 污染土壤中不同高粱种质对重金属的转移系数
Table 6 Transfer coefficients of heavy metals of different sorghum accessions planted in polluted soil
种质 Accession Hg Cd Co Cr Cu Mn Pb Zn
M81-E 0.19 0.11 0.05 0.22 1.38 0.93 0.42 0.58
考力 Kaoli 0.59 0.09 0.04 0.31 1.28 1.10 0.69 0.74
1A/M81-E 0.12 15.78 0.14 4.30 0.50 1.25 1.72 1.24
晋中 0823 Jinzhong 0823 0.15 1.56 0.19 1.60 1.30 0.55 0.73 1.50
西蒙 Ximeng 0.18 0.21 0.01 0.07 0.37 0.38 0.25 0.51
苏 E166 Su E166 0.35 0.25 0.02 0.16 0.77 0.81 0.55 0.63
6A/兴家 6A/Xingjia 0.09 0.22 0.05 0.49 1.08 1.53 1.08 0.69
绿能 1号 Lüneng 1 0.38 0.65 0.68 6.28 2.59 1.99 12.65 0.89
皖草 2号 Wancao 2 0.27 0.93 0.41 5.90 1.52 2.37 5.15 1.43
L360 1.29 1.28 0.32 2.99 1.18 2.00 4.73 0.85
2A/823 0.04 0.95 0.37 3.19 1.41 3.29 9.62 0.71
均值 Average 0.33±0.35 2.00±4.60 0.21±0.21 2.32±2.36 1.22±0.59 1.47±0.87 3.42±4.23 0.89±0.35

重金属在根和植株地上部储存量均较大, 有的在叶
和穗中储存量也较高, 如 Cu、Mn和 Pb在甜高粱穗
中的积累量最高。Iyaka[11]做了类似的研究, 检测从
不同区域的粮食市场上收集来的黄白玉米、稻谷等
十几种粮食, 高粱籽粒中 Cu含量最高。所以高粱的
穗部对某些重金属的聚集存在一定优势。
富集系数和转移系数是高粱对土壤重金属吸收
能力和转移能力的表现, 谢惠玲等 [9]研究了紫苏对
Cd的吸收, 其富集系数变幅在 0.51~0.92, 本研究的
高粱对 Cd的富集系数最高值也达到 0.52(甜高粱‘考
力’根)。甜高粱‘西蒙’根和粒用高粱‘晋中 0823’茎可
同时对多种重金属进行强富集, 这 2 个品种可作为
重金属吸收和土壤修复的理想材料。转移系数分析
结果显示, 高粱对重金属吸收后有较强的转移能力,
但不同种质的高粱对重金属的转移能力差异较大 ,
高粱的吸收能力与转移能力不同步, ‘绿能 1号’甜高
粱具有对多种重金属较高的转移系数, 粒用高粱‘晋
中 0823’只对 Zn有较高的转移系数。富集系数和转
移系数均较高的品种更能有效吸收土壤中的重金属,
但应注意吸收重金属后植株的后处置, 以免再次污
染。因此, 利用高粱的这种对重金属富集能力和不
同品种转移能力的差异, 可以吸收土壤中的重金属,
达到土壤修复的目的。
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