全 文 ：广 西 植 物 Guihaia　May２０１４,３４(３):３４４－３４７　　　　　　　　　　 http://journal．gxzw．gxib．cn　
DOI:１０．３９６９/j．issn．１０００Ｇ３１４２．２０１４．０３．０１２
赵盈丽,游少鸿,刘杰,等．商陆对锰污染土壤的修复实验研究[J]．广西植物,２０１４,３４(３):３４４－３４７
ZhaoYL,YouSH,LiuJ,etal．ExperimentalresearchofphytoremediationpropertiesaboutPhytolaccaacinosaonMnＧcontaminatedsoil[J]．Guihaia,
２０１４,３４(３):３４４－３４７
商陆对锰污染土壤的修复实验研究
赵盈丽１,游少鸿１∗,刘　杰１,芦晓燕２,杨明匀１,何昌杰１
(１．桂林理工大学 广西矿冶与环境科学实验中心,广西 桂林５４１００４;２．广西华蓝设计(集团)有限公司,南宁５３００００)
摘　要:商陆是在中国境内发现的多年生、草本型锰超积累植物.通过室内土培试验,评价商陆对土壤中锰
的去除潜力,确定最佳收获时间,以期达到最佳的重金属污染土壤植物修复效果.结果表明:商陆能将土壤中
的锰转运到地上部位,叶片中 Mn含量最高,平均值为１７０４３mg/kgDW,远远大于茎和根的锰含量均值;单
株的平均富集量在浓度为５００mg/kgDW时达最高,一棵商陆可富集平均１３mg的Mn;动态修复中确定的最
佳收获时间为６０d,不同时间收获的商陆地下部分生物量差异不明显(P＞０．０５),地上部分则差异较大.连续
收获不改变其锰生物富集能力.这表明商陆对锰有较强的富集能力,是一种优良的修复锰污染土壤的物种,
对土壤重金属污染的治理及植物修复领域数据库的完善具有重要意义.
关键词:商陆;锰;植物修复;土壤
中图分类号:Q９４８．１１６　　文献标识码:A　　文章编号:１０００Ｇ３１４２(２０１４)０３Ｇ０３４４Ｇ０４
Experimentalresearchofphytoremediationproperties
aboutPhytolaccaacinosaonMnＧcontaminatedsoil
ZHAOYingＧLi１,YOUShaoＧHong１∗,LIUJie１,
LUXiaoＧYan２,YANGMingＧYun１,HEChangＧJie１
(１．GuangxiScientificExperimentCenterofMining,MetallurgyandEnvironment,GuilinUniversityofTechnology,
Guilin５４１００４,China;２．GuangxiHualanDesignGroupCo．Ltd,Nanning５３００００,China)
Abstract:PhyloalccaacinosafoundintheterritoryofChinaisakindofperennialandherbaceousmanganesehyperＧ
accumulatorplant．Inordertoachievethebestefectofrepairment,thepotentialofP．acinosaforremovalofmangaＧ
neseinsoilwereevaluated,andconfirmedtheoptimalharvesttime,usedbytheindoortestofearthculture．ThereＧ
sultsshowedthatP．acinosacouldtransportMninsoiltoitsaerialpart．TheMnconcentrationinitsleaveswasthe
maximum,itsaveragevaluewas１７０４３mg/kgDW,andmuchgreaterthantheaveragevalueofMnconcentration
initsstemsandrootsseparately．Theaverageenrichmentcapacityofsingleplantreachedthehighestvaluewhenthe
concentrationwas５００mg/kgDW．OnePhyloalccaacinosacouldenriched１３mgMnaveragely．Itwasdeterminated
thatitsbestharvesttimewas６０dinthedynamicexperiment,thefootend’sbiomassofP．acinosawhichwas
reapedindiferenttimehadunconspicuousdiversity(P＞０．０５),whiletheaerialparthadabiggerdiversity．SequenＧ
tialharvestwouldn’tchangethebiologicalconcentrationabilityofP．acinosatoMn．TheseresultsindicatedthatP．
acinosahadastrongaccumulationabilitytomanganese,anditwasakindofexcelentspeciestorepairMnＧcontamiＧ
natedsoil．Thiswassignificantforthetreatmentofheavymetalpolutionofsoilandtheimprovementofdatabasein
thefieldofphytoremediation．
收稿日期:２０１３Ｇ０８Ｇ０３　　修回日期:２０１３Ｇ１０Ｇ１１
基金项目:国家自然科学基金(４１００１１８６);广西自然科学基金(２０１１GXNSFF０１８００３,２０１３GXNSFBA０１９２１０).
作者简介:赵盈丽(１９８６Ｇ),女,黑龙江齐齐哈尔市人,硕士,研究方向为重金属污染修复,(EＧmail)mei_li_zhao＠１２６．com.
∗通讯作者:游少鸿,硕士,副教授,研究方向为重金属污染修复,(EＧmail)６４６７６１９６３＠qq．com.
Keywords:Phytolaccaacinosa;manganese;phytoremediation;soil
　　植物修复技术于１９８３年由美国科学家Chaney
etal．(１９９７)首次提出,并以其工程量小、成本低、治
理效果好且无二次污染等优点成为环境科学领域研
究的一个热点(韦朝阳等,２００１).１９９５－２０１１年,
相关研究论文在«Nature»和«Science»上共发表了５
篇,１９９９年美国CRC出版社开始出版有关植物修
复的国际期刊(周宁,２０１１).由此可见,该技术越来
越受到社会各界的普遍关注,具有广阔的发展前景.
在发达国家,植物修复这种“绿色技术”已在一定程
度上缓解了土壤重金属污染问题(Gratãoetal．,
２００５).该技术的关键在于找到能大量富集重金属
的超富集植物,国内外学者在超积累植物筛选方面
做了大量研究,且已被报道的超积累植物已有４００
多种,包括紫菀科、十字花科、石竹科、莎草科、南蔷
薇科、豆科、大风子科、唇形华科、禾本科、堇菜科和
大戟科等植物(Prasadetal．,２００３).
目前报道的锰超积累植物有１１种(Reeveset
al．,２０００)并进行了更深入的研究,如王华等(２００８)
通过营养液模拟试验,研究超积累植物水蓼吸收锰
的生理与分子机制;唐秀梅等(２００９)采用水培,研究
锰超积累植物杠板归根系分泌金属离子的特性;任
立民等(２００７)采用水培试验研究不同锰营养水平
下,水蓼、小飞蓬、杠板归的生理响应,通过对不同的
指标进行分析比较,揭示它们的耐锰性差异.商陆
(Phyloalccaacinosa)是国际上报道的第一例多年
生草本型锰超积累植物,对锰具有很强的耐受和积
累能力,有助于修复锰污染土壤,已被报道为锰的超
积累植物(袁敏等,２００７;薛生国等,２００４),因其具有
多年生、生长迅速、适应性强等特点,因此被认为是
修复锰污染土壤的理想的超富集植物(刘云国,
２００６).本研究从静态和动态两个方面研究商陆对
土壤中锰金属的吸收效果,评价其修复性能.
１　材料与方法
１．１植物与土壤材料
研究所用的商陆植株是由人工培养种子发芽而
得到的,该种子采集于桂林市雁山镇野外;所用的土
壤采用市售的河沙,酸泡洗净,晒干备用.
１．２培养方法
锰元素以MnCl２形式溶于水加入土壤中混合搅
拌均匀,晒干后加水再混合,如此反复３次,晒干.
１．２．１静态实验　选取生长一致的商陆植株,培养于
混有重金属锰的河沙内,其重金属浓度梯度为０、
１２５、２５０、５００、７５０和１０００mg/kgDW(干重),其中
０mg/kgDW浓度的为空白对照实验,每个处理设
５个重复.隔天观察记录各株商陆的表现.３０d
后,收获植物,洗净分离根、茎、叶测定各部分生物
量,然后用原子吸收法测定植物各部分的重金属含
量,确定商陆的修复情况.
１．２．２动态实验　通过静态实验确立的土壤重金属
浓度—生物富集系数的数学关系,选择一适宜浓度
或拐点处浓度处理商陆植株,分别在处理的０、３０、
６０、９０和１２０d收获植物,测其生物量和重金属含
量,确立最佳收获时间,同样每个处理设５个重复.
在确定最佳收获时间的基础上,连续种植３~５次,
分别测定每次收获植物的重金属蓄积量.
１．３样品的处理及测定
收获植物,自来水洗净,地上部分直接用去离子
水洗净,然后用吸水纸把表面水吸干,地下部分则用
０．５mmol冰冷的CaC１２浸泡３０min,再用去离子水
洗净.将洗净的新鲜样品放在１０５℃的烘箱内杀青
保持３０min,再转到７０℃下烘干至恒重,测定各部
分干物质量,之后磨成粉末,供分析测定使用.测定
采用 HNO３＋HClO４体系消解,原子吸收火焰法
(PEＧAA７００)测定重金属含量.
２　结果与分析
２．１静态处理结果与分析
不同锰浓度的土培实验３０d,收获商陆植株后
根、茎、叶中重金属锰含量见图１.商陆单株富集的
平均 Mn含量情况见图２.从图１看出,虽然实验
时间较短,但商陆仍表现出较强的 Mn富集能力,
根、茎、叶中仍能富集较高含量的 Mn,尤其是商陆
叶片中 Mn含量最高可达２８２０２mg/kgDW,平均
值１７０４３mg/kgDW,茎和根的平均锰含量分别为
３１３８和２１８９mg/kgDW,远远小于叶片的含量.
随着处理 Mn浓度的增加,各组商陆根茎叶中
富集 Mn浓度都随之增加.在处理 Mn浓度低于
５００mg/kgDW时,根茎叶中 Mn浓度迅速增加;浓
度高于５００mg/kgDW时,其Mn浓度增加渐缓;当
５４３３期　　　　　　　　　　　赵盈丽等:商陆对锰污染土壤的修复实验研究
图１　商陆植株根、茎、叶中重金属锰含量
Fig．１　ContentsofMninroots,stems
andleavesofP．acinosa
图２　单株商陆富集的 Mn含量
Fig．２　ContentofMninsingleplantofP．acinosa
Mn处理浓度高达７５０mg/kgDW 或者更高时,植
株叶片中平均 Mn浓度可达２４１７４mg/kgDW,此
时虽然叶片的浓度继续增加,但叶片均已出现明显
的锰毒症状,同时生物量也有所减少.
从图２看出,单株植物的平均富集量在浓度为
５００mg/kgDW 时达最高,一颗商陆可富集１３mg
左右的 Mn.因此,根据单株植物的富集量可以得
出,在受５００mg/kgDW 锰污染的土壤上,每１kg
的土壤约需种植３９株商陆.
２．２动态处理结果与分析
通过上述静态实验,选择５００mg/kgDW 的锰
浓度进行动态吸附研究.分别于处理后０、３０、６０、
９０和１２０d收获植物测量其生物量和根茎叶中锰含
量,确定最佳收获时间,每个处理设５个重复.其
Mn含量变化情况见图３.
从图３看出,０~３０d时,商陆根、茎和叶均以较
快速度吸收富集Mn,尤其是叶片,Mn含量可达
图３　商陆各部分动态吸收情况
Fig．３　DynamicabsorptioninthepartsofP．acinosa
２１１４６mg/kgDW,富集速度每天达７０４．８６７mg/
kgDW.随着时间的增加,根茎叶中富集的 Mn都
随之增加.３０~６０d时,叶片锰含量有所增加,但
平均富集速度每天降到２３７．００１mg/kgDW,６０~
１２０d时,富集的浓度虽仍在增加,但速度明显减
缓,每天仅１０１．６８２mg/kgDW,基本维持着缓慢增
长的趋势,富集量已基本稳定.在第１２０天收获时
植株的部分叶片已出现轻微锰毒症状.
不同时间收获的商陆生物量差异并不明显,通
过研究我们确定商陆的最佳收获时间为６０d,在此
基础上,连续种植收获３次,分别测定每次收获植物
的生物量和重金属蓄积量,连续３次收获之后商陆
的根茎叶平均锰含量分别达３４６９、４６８７、３０９２８
mg/kgDW,各部分生物量差异均不明显(P＞
０．０５).收获及其相互关系并没有显著影响商陆的
收获量,连续收获不改变商陆的锰生物富集能力,可
能不会减少商陆对锰的提取效率.
３　结论
商陆叶片中 Mn含量最高可达２８２０２mg/kg
DW,平均值１７０４３ mg/kgDW,超过 Baker和
Brooks描述的临界值.商陆对锰的高积累表明,商
陆具有从土壤中提取锰金属的巨大潜力,在高浓度
和低浓度锰水平下,利用商陆进行植物吸收都是可
行的.商陆在很短时间内也能以很快的速度吸收重
金属并富集于植物体内.叶片是 Mn在商陆体内累
积的主要器官,这是由于植物的蒸腾作用,把从介质
中吸收的 Mn经过茎输送到叶部而富集,输送的
Mn主要被蒸腾作用力保留在叶子里.
６４３ 广　西　植　物　　　 　　　　　　　　　　　　　　３４卷
对于商陆的实际应用,根据我们的研究及计算,
单株植物的平均富集量在浓度为５００mg/kgDW
时达最高,一颗商陆可富集１３mg左右的 Mn.因
此,在受５００mg/kgDW 锰污染的土壤上,每１kg
的土壤约需种植３９株商陆.
要从土壤中提取重金属锰,有必要对植物进行
多次收获.商陆属草本型、增长速度快、易成活.本
研究中不同时间收获的商陆生物量差异并不明显,
商陆的最佳收获时间为６０d,在此基础上,连续种植
收获３次及其相互关系并没有显著影响商陆的收获
量,连续收获不改变商陆的锰生物富集能力,可能不
会减少商陆对锰的提取效率.
不同时间收获的商陆生物量差异并不明显,本
研究是在人工温室培养条件下对锰的植物吸收进行
评估的,与自然界的条件还存在一些差异,在此领域
未来的研究中,有必要根据实际的自然条件对植物
的提取效率进行评估.
致谢　本研究受广西矿冶与环境科学实验中心
项目资助,同时广西环境污染控制理论与技术重点
实验室为本成果提供了支持,在此特别鸣谢.
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