全 文 ：广 西 植 物 Guihaia Mar． 2013，33(2) :253 － 257 http:/ / journal． gxzw． gxib． cn
DOI:10． 3969 / j． issn． 1000-3142． 2013． 02． 022
黄建祥，李素丽，吕钊彦，等． 六价铬对薏米人工湿地微生物群落数量的影响［J］． 广西植物，2013，33(2) :253 －257
Huang JX，Li SL，Lü ZY，et al． Effects of Cr6 + on microorganism population in Coix aquatica constructed wetlands［J］． Guihaia，2013，33(2) :253 －257
六价铬对薏米人工湿地微生物群落数量的影响
黄建祥，李素丽* ，吕钊彦，李志刚，康 亮，何 冰
(广西大学 农学院，南宁 530005 )
摘 要:通过桶栽构筑微型模拟垂直流薏米人工湿地(CAW) ，以 1 /2 Hoaglands营养液为营养源，在营养液中
添加不同浓度的 Cr6 +(0，5，20，40，60 mg /L，以 K2Cr2O7 配置) ，各浓度处理均以不种植薏米湿地(NPW)为对
照，以研究铬(Cr6 +)对薏米人工湿地基质真菌、细菌及放线菌群落结构数量的影响。结果表明: (1)真菌、细
菌、放线菌的数量在薏米人工湿地(CAW)中明显多于无植物对照处理(NPW) ; (2)中低浓度(5、20 mg /L)
Cr6 +对 CAW真菌，对 NPW细菌、放线菌数量有促进作用，薏米人工湿地微生物对低中浓度的 Cr6 +胁迫有一定
的耐受能力。
关键词:六价铬;人工湿地;真菌;细菌;放线菌
中图分类号:X172． 1 文献标识码:A 文章编号:1000-3142(2012)02-0253-05
*
Effects of Cr6 + on microorganism population in
Coix aquatica constructed wetlands
HUANG Jian-Xiang，LI Su-Li* ，L Zhao-Yan，
LI Zhi-Gang，KANG Liang，HE Bing
(College of Agriculture，Guangxi University，Nanning 530005，China )
Abstract:The effects of hexavalent chromium on fungi，bacteria and actinomycetes communities were studied by constructed
a minitype tubs-vertical flow Coix aquatica wetland(CAW)，adding 1 /2 Hoaglands nutrient solution plus 0，5，20，40，60 mg /
L K2Cr2O7 respectively，and constructing a no plant wetland(NPW)which corresponding nutrient and hexavalent chromium
concentrations as control experiment． The results as follows:(1)The populations of fungi，bacteria and actinomycetes in
CAW were bigger than that in NPW; (2)Low or middle level hexavalent chromium concentrations(5，20 mg /L)had stimu-
lative effect on fungi in CAW and bacteria ，actinomycetes in NPW． Microorganism population in C． aquatica constructed
wetlands had the tolerant ability under the low or middle(5，20 mg /L)Cr6 + stress．
Key words:hexavalent chromium;constructed wetland;fungi;bacteria;actinomycetes
铬(Cr)是重金属元素，在自然界中主要的存在
形态是 Cr6 +和 Cr3 +的化合物;其中水溶性 Cr6 +已被
列为对人体危害最大的 8 种化学物质之一，国际公
认的 3 种致癌金属物之一，Cr6 + 的毒性比 Cr3 + 大
100 倍(朱建华等，1997)。六价铬污染的治理一直
是环保领域的重大课题，同时也是西部欠发达地区
经济发展过程中所面临的现实威胁之一(赵堃等，
2006)。对于水体中 Cr6 +的净化一般是采取传统的
化学物理方法，而这些方法存在着成本高、二次污染
和不易操作等问题，近年来周海兰(2007)和陈明利
* 收稿日期:2012-09-20 修回日期:2012-11-25
基金项目:国家自然科学基金(B070302，21167002);广西科技攻关项目(桂科攻 0816002-4，桂科攻 0719005-2-2B)
作者简介:黄建祥(1986-) ，男，硕士研究生，主要从事作物栽培与农业生态环境，(E-mail)hjx23301512@ 163． com。
* 通讯作者(Author for correspondence，E-mail:lisuli88@ 163． com)
等(2008)的研究也表明人工湿地对于水体中重金
属的净化有很好的效果;Srinath et al．(2002)的研究
认为人工湿地对六价铬的净化主要是通过植物吸
收、人工湿地中有机物的吸附、基质的吸附等途径而
达到。微生物对铬的去除有重要的作用，微生物可
以通过对 Cr3 + /Cr6 +起到氧化还原作用而使其化学
形态发生改变，使之沉淀，从而达到净化目的。韦必
帽等(2009)和张超兰等(2010)的研究表明，重金属
胁迫对微生物的活动有密切的关系，镉胁迫人工湿
地微生物有抑制作用。但前人的研究大多围绕着矿
山废水和皮革厂废水，且持续周期较短、处理浓度较
低、未能真正反映人工湿地在长时间重金属胁迫下
的变化动态，我们的前期结果表明长期运行的薏米
人工湿地对生活污水中的 Cr6 +有很好的净化能力，
也发现 Cr6 +对薏米人工湿地净化生活污水的能力
表现为低浓度促进、高浓度抑制的效果(李志刚等，
2010;黄海连，2010) ，我们推测 Cr6 +可能对薏米人
工湿地微生物群落结构及相关数量有显著的影响，
从而影响到人工湿地净化污水的效果。为进一步明
确 Cr6 +对薏米人工湿地净化含铬生活污水影响的
原因，本试验拟采用模拟人工湿地，以 1 /2 Hoag-
lands完全营养液为营养源，以不种植物为对照，研
究在不同浓度 Cr6 +胁迫下，薏米人工湿地微生物群
落的变化规律，从而进一步弄清薏米人工湿地净化
含铬污水的机理。
1 材料与方法
1． 1 试验材料
试验材料来自广西本地种薏米(Coix aquati-
ca) ，取薏米幼苗种植在人工模拟的桶栽湿地里，模
拟垂直流人工湿地的运作。人工湿地设计参考李志
刚等(2008) :上端直径 32． 0 cm，下端直径 26． 0 cm，
桶高 28． 0 cm，出水口的开关位于桶下端距桶底部
高 6． 0 cm 处;鹅卵石(直径 3 ～ 5 cm)铺在桶底，厚
度 10． 0 cm，然后放入沙，厚度 13． 5 cm，移种上 4 ～ 5
片叶薏米幼苗。
1． 2 试验方法
本研究在广西大学农学院农科实验实习基地进
行，通过采用重铬酸钾(K2Cr2O7)配置成含 Cr
6 +浓
度分别为 0、5、20、40、60 mg /L 的霍格兰氏营养液，
从 2011 年 4 月 18 日移栽薏米幼苗移入模拟人工湿
地并加入 1 /2 Hoaglands 完全营养液进行适应性培
养，薏米种植密度为 5 株 /桶，重复 5 次，同时设置不
种植物的模拟人工湿地重复 5 次。5 月 14 日加入
含不同浓度 Cr6 +的营养液，人工湿地的运行采取间
歇性处理，水力停留 4 d，排出水后间歇 3 d，共 7 d
为一个周期，直至当年 9 月份桶栽试验，模拟人工湿
地处理含铬污水共运行 140 d。
1． 3 测定方法
分别于 5 月 18 日、6 月 16 日、7 月 20 日、8 月
25 日取样，由于 60 mg /L Cr6 +处理的薏米人工湿地
地上部于 8 月 25 日基本死亡，此后不再对该人工湿
地基质取样。取样时用干净小铲先铲去表层土，再
采用五点取样法取土下 5 cm至鹅卵石间沙样，充分
混匀后，立即装入样品袋带回实验室，低温(4 ℃)保
存待测微生物。微生物分析具体方法参考唐丽杰等
(2005)的方法，真菌、细菌、放线菌数量测定采用稀
释平板分离法，细菌用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基培
养、真菌用马丁氏培养基培养、放线菌用淀粉铵盐培
养基培养。
1． 4 数据处理
用软件 Excel 2003 作图表、DPS7． 05 软件分析
数据。
2 结果与分析
2． 1 不同浓度 Cr6 +对真菌数量的影响
由表 1 可知，人工湿地的基质真菌数量 CAW ＞
NPW，随处理时间的延长，CAW 基质真菌数量呈不
断增多的趋势，依次表现为 8 月 ＞ 6 月 ＞ 7 月 ＞ 5
月，中低浓度 Cr6 +处理提高 CAW真菌数量，高浓度
Cr6 +则抑制，表现为 20 mg /L ＞ 5 mg /L ＞ 0 ＞ 40 mg /
L ＞ 60 mg /L;在 5 月 18 日 CAW真菌数量随 Cr6 +浓
度的增大而减少，之后时期低中浓度 Cr6 +处理对真
菌数量均有不同程度的促进作用，高浓度 Cr6 +有抑
制作用。NPW真菌数量在 Cr6 +处理下先增加后降
低，表现为 7 月 ＞ 8 月 ＞ 6 月 ＞ 5 月，不同浓度 Cr6 +
处理下对 NPW 真菌数量有不同程度的提高效果，
但无明显的影响规律，Cr6 +处理 NPW的真菌数量表
现为 60 mg /L ＞ 5 mg /L、20 mg /L ＞ 40 mg /L ＞ 0。实
验表明，NPW真菌数量远远少于 CAW中真菌数量。
2． 2 不同浓度 Cr6 +对细菌数量的影响
细菌的数量基本达到了 104 的数量级(表 2) ，
细菌群落数量 CAW ＞ NPW，CAW细菌数量随处
452 广 西 植 物 32 卷
表 1 人工湿地的真菌数量 (个 /g)
Table 1 Fungi population in constructed wetlands (CFU /g)
处理
Treatment
浓度 (mg /L)
Concentration 5月 18 日 6月 16 日 7 月 20 日 8月 25日
CAW 0 852 ± 34 a 1073 ± 37 c 1165 ± 139 b 2487 ± 85 b
5 491 ± 62 b 1751 ± 77 b 1724 ± 124 a 3057 ± 233 b
20 399 ± 23 b 2346 ± 22 a 1607 ± 69 a 8481 ± 534 a
40 368 ± 30 b 2238 ± 68 a 1049 ± 62 bc 1000 ± 87 c
60 121 ± 1 c 1324 ± 169 c 334 ± 22 c
NPW 0 65 ± 6 b 564 ± 27 a 64 ± 3 c 768 ± 76 b
5 60 ± 5 b 378 ± 24 c 1023 ± 128 b 597 ± 42 b
20 60 ± 1 b 463 ± 40 b 254 ± 22 c 1234 ± 141 a
40 59 ± 5 b 124 ± 3 d 1145 ± 88 b 288 ± 24 c
60 232 ± 7 a 493 ± 24 ab 4248 ± 139 a
注:同列不同小写字母表示有薏米或无薏米处理间差异显著(P ＜ 0． 05)。下同。
Note:different small letters mean significant differences among different treatments between Coix aquatica and no C． aquatica at 5% level(P ＜ 0． 05)．
The same below．
表 2 人工湿地的细菌数量 (万个 /g)
Table 2 Bacteria population in constructed wetlands (CFU 104 /g)
处理
Treatment
浓度(mg /L)
Concentration 5月 18日 6月 16日 7月 20 日 8月 25 日
CAW 0 18． 83 ± 4． 98d 130． 78 ± 11． 37c 84． 36 ± 3． 82d 228． 78 ± 10． 45b
5 141． 39 ± 9． 00b 196． 93 ± 1． 70b 173． 88 ± 2． 90c 216． 17 ± 9． 51b
20 111． 93 ± 8． 09c 123． 24 ± 5． 69c 264． 15 ± 2． 98a 312． 67 ± 8． 74a
40 123． 39 ± 8． 44bc 135． 54 ± 6． 24c 208． 57 ± 3． 82b 35． 40 ± 0． 24c
60 271． 60 ± 9． 81a 318． 84 ± 9． 60a 184． 03 ± 10． 36c
NPW 0 30． 04 ± 3． 08e 65． 48 ± 2． 40d 25． 71 ± 1． 69d 115． 81 ± 1． 10b
5 140． 07 ± 0． 63d 89． 15 ± 5． 55c 162． 99 ± 7． 03b 67． 46 ± 0． 24c
20 212． 14 ± 2． 34c 106． 99 ± 6． 28c 181． 88 ± 5． 7a 41． 25 ± 0． 17d
40 339． 75 ± 3． 22a 15． 88 ± 5． 51b 88． 63 ± 5． 59c 236． 02 ± 1． 12a
60 242． 01 ± 3． 43b 222． 40 ± 7． 19a 76． 02 ± 2． 56c
理时间的延长总体趋势是不断增加，表现为 8 月 ＞ 7
月、6 月 ＞ 5 月;Cr6 +处理对 CAW细菌数量影响无明
显规律，但 Cr6 +不同程度上均有促进作用，表现为
60 mg /L ＞ 20 mg /L ＞ 5 mg /L ＞ 40 mg /L ＞ 0;5、6 月
份高浓度 60 mg /L Cr6 +对 CAW细菌数量显著增加，
之后时期 20 mg /L Cr6 +增加有显著增加作用。NPW
细菌数量不断降低的趋势，变化为 5 月 ＞ 6 月 ＞ 7、8
月，7、8 月份高浓度 Cr6 +处理对 CAW细菌数量有抑
制作用，表现为 20 mg /L ＞ 40 mg /L ＞ 60 mg /L ＞ 5
mg /L ＞ 0;5、6 月份高浓度 Cr6 +的表现为促进作用，
7 月份低中浓度的 Cr6 +促进作用显著，之后时期低
中浓度的 Cr6 +有抑制作用，但 20 mg /L 显著促进细
菌数量增加。
2． 3 不同浓度 Cr6 +对放线菌数量的影响
放线菌的数量比较庞大，基本上达到了 105 数
量级(表 3) ，人工湿地放线菌的群落数量 CAW ＞
NPW。CAW放线菌数量 6、7 月 ＞ 5、8 月，不同浓度
Cr6 +对 CAW放线菌数量影响为 60 mg /L ＞ 40 mg /L
＞ 20 mg /L ＞ 5 mg /L ＞ 0，低中浓度 Cr6 +显著促进薏
米人工湿地放线菌数量的增多，高浓度 Cr6 +促进作
用降低甚至随 Cr6 +增加而产生抑制作用。NPW 细
菌数量随处理时间的延长先上升后降低，表现为 6
月 ＞ 7 月、8 月 ＞ 5 月;Cr6 +均有不同程度的促进作
用，表现为 NPW放线菌数量 60 mg /L ＞ 5 mg /L ＞ 20
mg /L ＞ 40 mg /L ＞ 0。
3 结论与讨论
3． 1 讨论
植物 －微生物联合修复重金属污染是未来发展
的重要方向(牛荣成等，2010) ，微生物具有处理低
浓度重金属效果好，吸附容量大，易操作，快速等优
势使之逐渐成为重金属污染的研究热点和发展方
向。有研究表明(凌薇薇，2011;王俊丽，2011;曹小
红，2008)从重金属污染区土壤中可筛选出具有一
定耐受能力和吸附重金属的菌类，在重金属污染土
5522 期 黄建祥等:价铬对薏米人工湿地微生物群落数量的影响
壤的修复和含重金属废水处理中有良好应用前景。
但重金属对微生物的毒性的效应与其浓度有很大的
关系，高浓度的重金属抑制土壤微生物的生长与繁
殖(陈英旭，2006;周启星等，2011) ，矿山区与非矿
山区对比发现重金属均能降低真菌、细菌、放线菌的
数量(王秀丽，2003)。本试验研究发现低中浓度
Cr6 +对 CAW真菌数量、NPW细菌数量和 CAW放线
菌数量有促进，高浓度 Cr6 +均有抑制的作用，与王
静等(2010)研究低浓度铜污染对微生物生长具有
一定的刺激作用、高浓度铜污染表现出毒害，微生物
多样性有所降低的试验结果类似;但也有研究表明
(吴建军，2008)随着有效态铜、锌、铅、镉含量的增
加，水稻土壤中微生物群落向着真菌相对含量增加，
放线菌减少，细菌变化不大。Cr6 + 对 NPW 真菌数
量、CAW细菌数量和 NPW 放线菌数量有不同程度
的促进作用，但随 Cr6 +浓度递增而变化的规律不明
显，这些不规律的变化差异，可能因露天试验受外界
环境影响造成的。试验研究也发现真菌、细菌、放线
菌这 3 种微生物 CAW 可培养菌落数量明显多于
NPW，表明薏米在人工湿地基质中对微生物的群落数
量有很重要的促进作用，可能原因是薏米根系的代谢
活动导致了基质环境的差异而引起的，石汝杰等
(2007)研究铅对不同种植植物的根系微生物数量的
影响发现，三种菌数的趋势也因植物根系环境的
表 3 人工湿地的放线菌数量 (万个 /g)
Table 3 Actinomycetes population in constructed wetlands (CFU 104 /g)
处理
Treatment
浓度 (mg /L)
Concentration 5月 18日 6月 16日 7月 20 日 8月 25 日
CAW 0 75． 24 ± 4． 53c 95． 21 ± 4． 35c 135． 37 ± 11． 91b 102． 39 ± 5． 31 a
5 101． 39 ± 2． 41b 110． 24 ± 1． 14bc 118． 53 ± 6． 30b 112． 62 ± 9． 03 a
20 121． 78 ± 8． 27a 135． 37 ± 11． 91a 96． 56 ± 2． 33c 101． 42 ± 3． 73 a
40 117． 39 ± 7． 39ab 118． 53 ± 6． 30ab 128． 99 ± 1． 87b 102． 80 ± 5． 50 a
60 103． 21 ± 3． 36b 96． 56 ± 2． 33c 159． 27 ± 2． 25a
NPW 0 100． 89 ± 10． 15a 135． 37 ± 11． 91b 12． 45 ± 0． 76c 83． 54 ± 4． 63 a
5 77． 85 ± 8． 452b 118． 53 ± 6． 30b 89． 61 ± 3． 60b 95． 56 ± 8． 13 a
20 84． 12 ± 2． 43ab 96． 56 ± 2． 33c 102． 72 ± 10． 70b 88． 40 ± 7． 65 a
40 12． 46 ± 0． 76c 128． 99 ± 1． 87b 142． 15 ± 4． 59a 75． 44 ± 6． 02 a
60 89． 61 ± 3． 60ab 159． 27 ± 2． 25a 90． 55 ± 1． 60b
不同而有所区别。
3． 2 结论
人工湿地基质中真菌、细菌、放线菌的群落数量
表现为 CAW ＞ NPW，薏米对人工湿地微生物群落数
量的影响发挥了重要作用，可能是因为:基质中的根
际区在 Cr6 +对微生物造成的危害起到了一个缓冲
作用;植物根系分泌物和根系腐败分解后排放到系
统中的物质，增加了基质的营养水平，改变了基质环
境，更加有利于微生物的生长。低中浓度 Cr6 +(5、20
mg /L)对 CAW 真菌数量、NPW 细菌数量和 CAW 放
线菌数量有促进，而高浓度 Cr6 + 则抑制。Cr6 + 对
NPW真菌数量、CAW 细菌数量和 NPW 放线菌数量
有不同程度的促进作用，但随 Cr6 +浓度递增而变化无
明显规律;表明薏米人工湿地微生物对低中浓度的
Cr6 +(5、20 mg /L)胁迫具有一定的耐受能力。
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