全 文 ：　 　 收稿日期 ：２００５０８１９ 　 改回日期 ：２００５１０２７
向日葵对土壤中铜的积累作用研究
王永芬 　席 　磊
（郑州牧业工程高等专科学校 　郑州 　 ４５００１１）
摘 　要 　温室内不同 Cu浓度添加土壤的向日葵盆栽试验表明 ，向日葵植株的部分生物学性状如地上部干物质量 、
地下部干物质量 、最大单叶面积随土壤中 Cu浓度的增加而降低 ，土壤中添加 ２０mg／ kg Cu对向日葵根部生长抑制
作用最大 ，而植物高度在添加 １００mg／ kg Cu浓度时最高 。且不同 Cu浓度处理下向日葵对 Cu的积累能力不同 ，但
植物各部分 Cu含量均随土壤中添加 Cu浓度的增加而增加 ，但在 １００mg／ kg Cu浓度处理下 ，向日葵对 Cu的积累
主要集中在根部 ，地上部分 Cu 含量很低 ，在 ２００mg／ kg Cu 浓度处理下 ，向日葵叶中 Cu 含量超过根部 ，达
８５７ ± ２９７mg／ kg干重 ，Cu积累的叶根比达 １２７ ，说明当土壤 Cu浓度较高时 ，Cu在向日葵地上部有较高的 Cu积累 ，
集中收获植株地上部分 ，可移出土壤中的过多有效铜 ，但生长受到抑制 。使用向日葵修复高浓度 Cu污染土壤时 ，
还需考虑采用其他手段接种根际微生物 、转基因 、设施农业环境工程技术等来增加其生物产量 。
关键词 　向日葵 　 Cu污染 　积累作用
Accumulating effects of sunflower（Helianthus annuus L ．）on copper in soil ．WANG YongFen ，XI Lei（Zhengzhou Col
lege of Animal Husbandry Engineering ，Zhengzhou ４５００１１ ，China） ， CJEA ，２００６ ，１４（４） ：１３１ ～ １３３
Abstract 　 Pot experiments cultivating sunflower in different artificially coppercontaminated soil in greenhouse were con
ducted ．The results show that the biological properties of sunflower such as dry weight of shoot ，dry weight of root ，leaf
area are reduced with the increase of copper concentration added to soil ． The root growth is seriously inhabited under
２００mg／kg Cu treatment ．But the maximal plant height is gotten under the １００mg／kg Cu treatment ．It is also found that
the accumulating ability of copper of sunflower changes with the copper concentration ．The root of sunflower accumulates
more copper when the Cu concentration in soil is lower ，while the Cu contents in shoot are very low ．Under the treatment
of １００mg／kg Cu in soil ， the Cu content in the leaves is higher than that in the root ， reaching ８５７ ± ２９７mg／kg （dry
weight） ，and the ratio of Cu accumulation in leaf to that in root reaches １２７ ．So the sunflower can extract more copper
by the harvesting because there is a higher accumulation of Cu in the sunflower shoots and leaves when Cu concentration in
the soil is higher ，but the growth of sunflower is restrained ．So when sunflower is used to remediate coppercontaminated
soil ，other means such as inoculation of rhizospheric microorganisms ， transgenic ，agrobiological environmental engineer
ing technique ，and so on should be considered to increase its biomass ．
Key words 　 Sunflower ，Cu contamination ，Accumulation
（Received Aug ．１９ ，２００５ ； revised Oct ．２７ ，２００５）
土壤重金属污染物主要指 Hg 、Cd 、Pb 、Zn 、Cu 、Co 、Sn 以及类金属等 ，它们在土壤中不易随水淋溶 ，不能
被微生物分解 ，具有明显的生物富集作用 ，土壤受重金属污染后 ，由于重金属本身的相对稳定性和难降解
性［１］ ，使得土壤污染有隐蔽性 、不可逆性和长期性及后果严重性的特点［２］ 。 我国部分果园由于长期使用波
尔多液 ，导致其土壤中 Cu含量增加 ，平均 Cu 浓度超过 １００mg／kg［３］ ，当土壤中的 Cu 达到 １００mg／kg 时 ，小
麦中的 Cu含量达到危险水平［４］ ，当土壤中的有效铜含量达到 ２００mg／kg 时 ，植物的正常生长将受到严重影
响［５］ 。土壤重金属污染的植物修复方法是污染治理的研究热点之一 ，但能够用于植物修复的超积累植物一
般植株矮小 ，生物量低 ，生长缓慢 ，生长周期长 ，且不易进行机械化作业 ，并已成为制约植物修复技术向实践
转化的瓶颈问题 。因此人们迫切希望能找到生物量大 、生长迅速 ，且对重金属富集能力强的植物作为修复
植物［６］ 。向日葵是一种生物量大 、生长迅速的 １年生草本植物 ，且易于机械化收割 ，目前对向日葵积累金属
的研究主要集中在 Sr 、Cs 、Pb等金属［７］上 。本文采用添加不同浓度 Cu的土壤对向日葵进行温室盆栽试验 ，
研究向日葵对 Cu的积累能力 。
第 １４卷第 ４期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol ．１４ 　 No ．４
２ ０ ０ ６年 １ ０月 Chinese Journal of EcoAgriculture Oct ．，　 ２００６
1 　试验材料与方法
试验所用土壤采自浙江大学华家池校区试验农田 ，为华家池小粉土（粉砂质土壤） ，其水浸提（土水比
１∶２５）pH为 ７１４ ，００１mol／L CaCl２ 浸提（土液比 １∶２５）pH 为 ６８９ ，土壤有机质（重铬酸钾硫酸氧化法）含
量 １５g／kg ，CEC（中性 NH４OACKCl法）为 ７２７cmol／１００g ，总 N（凯氏法）为 ０６g／kg ，总 P（HClO４ － H２SO４ 法）为
２４g／kg ，有效磷（NaHCO３ 浸提钼锑抗比色法）为 ５８１mg／kg ，速效钾（NH４OAC 浸提法）为 ２２７４mg／kg ，有效
铜（０１mol HCl浸提原子吸收法）为 ７３３mg／kg ，有效锌（０１mol HCl浸提法）为 １９８１mg／kg［８ ，９］ ，土壤最大
持水量为 ２９５ ％ 。 将 Ca（NO３）２·４H２O 、CaH２PO４ 、KH２PO４ 按 N １００mg／kg 、P ４００mg／kg 、K ２５２mg／kg 施入
土壤作基肥［１２］ ，平衡 ７d 后对土壤添加 Cu 处理 ，以 CuSO４ ·５H２O 施入土壤 ，设低 Cu（１００mg／kg）和高 Cu
（２００mg／kg）两种 Cu添加浓度 ，对照组不另添加 Cu 。平衡 ２１d 后烘干土按 １kg 装盆 ，第 ２d 移栽植物幼苗 ，
每盆定植 ３株 。试验中保持土壤含水量为其田间最大持水量的 ８０ ％ 。
供试植物为油葵（新葵杂 ４号 ，购自新疆） 。植物种子用 ０１ ％次氯酸钠消毒后 ，在盛有珍珠岩和蛭石混
合物（１∶１）的育苗盆中萌发 ，当幼苗长出 ２枚真叶时移栽幼苗至土培盆中 ，日光温室内培养 。 植株生长过程
中每天观察植株生理现象和生物学性状并记录 ，３５d 后收获植株 ，并统计植株高度 、叶片数 、叶片面积和鲜
重 ，分成根 、茎 、叶 ，用不锈钢剪子剪碎后装入牛皮纸袋 ，于恒温干燥箱中 １０５ ℃ 下杀青 ３０min ，之后在
７０ ～ ８０ ℃下烘干至恒重 ，称烘干重后用磨样机粉碎保存 。 采用湿法灰化法消煮［１３］ ，准确取粉碎后的植物样
品 ０３g左右 ，放入消煮管 ，加入浓 HNO３HClO４（１∶１）混合酸 ８mL ，静置过夜后在 BLOC Digest２０ 消煮系统
中消煮 ，消煮液定溶至 ５０mL ，用原子吸收分光光度法测定 Cu 浓度 。 本试验分 ４ 次重复 ，所得数据均采用
EXCELL 等软件进行方差分析 。
2 　结果与分析
21 　不同 Cu浓度对向日葵生长的影响
移栽 １０d后各处理向日葵叶片均出现发黄 、缺绿现象 ，但在第 １４d ，各处理向日葵叶发黄情况有减轻现
象 ，第 １５d后 Cu浓度 ２００mg／kg处理向日葵叶片开始出现枯死 ，Cu浓度 １００mg／kg处理叶片缺绿现象加重 。
由表 １可知收获时向日葵最大单叶面积随土壤中 Cu浓度的增加而逐渐减小 。 １００mg／kg Cu浓度处理和对
表 1 　土壤中不同 Cu浓度下向日葵的生物学性状
Tab１ 　 Biological properties of sunflower with different Cu concentration of soil
Cu 浓度／mg·kg － １
Cu concent ration
高度／cm
Plant height
最大单叶面积／cm２
Maximum
leaf area
叶片数／个
Noof leaves
地上部干物质量／g
Dry shoot weight
地下部干物质量／g
Dry root weight
　 ０ ４８２ ± ４０ ６２６ ± １１７ １３８ ± １３ ３４６９ ± ０６ １１８７ ± ０４４
１００ ５７０ ± ２６ ５４３ ± ２１２ １３８ ± １６ ３０６４ ± ０４８ １０５６ ± １４６
２００ ３４５ ± ０７ ２２１ ± １１０ １２１ ± １１ ６９２ ± ０４８ １１１ ± ０２３
照向日葵叶片数不具显著性差
异 ，但 ２００mg／kg Cu 浓度处理叶
片数少于对照组及 １００mg／kg Cu
浓度处理 ，且均表现为极显著性
差异 。 Cu 对植株高度的影响表
现出特殊性 ，土壤中 Cu 浓度为
１００mg／kg 时植株高度最高 ，且
各处理对株高的影响极显著
　 　（ P ＜ ００１） 。植株地上部和地下部干物质量均随土壤中 Cu浓度的增加而下降 ，多重比较分析表明 ，对照地
上部干物质量与 １００mg／kg Cu浓度处理无显著差异（ P ＞ ００５） ，而对照与 ２００mg／kg Cu浓度处理呈显著差
异（ P ＜ ００５） ，１００mg／kg Cu与 ２００mg／kg Cu处理表现出极显著差异（ P ＜ ００１） 。 当土壤中添加 ２００mg／kg
Cu时 ，植株地下部干物质量异常小 ，说明高浓度 Cu 对向日葵根部生长抑制作用较大 。多重比较分析显示 ，
植株地下部干物质量对照与 １００mg／kg Cu处理呈显著差异（ P ＜ ００５） ，对照与 ２００mg／kg Cu处理 、１００mg／kg Cu
与 ２００mg／kg Cu处理均表现出极显著差异（ P ＜ ００１） 。
22 　向日葵对 Cu的积累作用
表 ２表明 ，向日葵各部分 Cu含量均随土壤中 Cu
浓度的增加而增加 ，但随土壤中 Cu 浓度的变化 ，向
日葵各部分 Cu 含量比例却有很大不同 。 当土壤中
Cu含量较低时（对照和添加 １００mg／kg Cu） ，向日葵
根部的 Cu含量很高 ，远远高于茎 、叶地上部分的 Cu
含量 。 但当土壤中添加 ２００mg／kg Cu 时 ，向日葵除
根部 Cu含量继续增加外 ，茎 、叶等地上部位 Cu 含量
　
表 2 　向日葵对 Cu的积累
Tab２ 　 Accumulation of Cu by sunflower
Cu 浓度／mg·kg － １
Cu concent ration
Cu 含量／mg·kg － １DW
Cu content
叶／根
Leaf／ root
根
Root
茎
Stem
叶
Leaf
０ １０６ ± ２５ ４２ ± １１ ５１ ± １０ ０４９
１００ ５５７ ± ２８ ６９ ± １６ ６０ ± ７ ０１１
２００ ６７４ ± ５１ ５５８ ± １０８ ８５７ ± ２９７ １２７
１３２　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １４卷
也大辐度增加 ，其中叶中 Cu含量超过了根的含量 ，达到 ８５７ ± ２９７mg／kg 。 多重比较统计分析表明 ，２００mg／kg
Cu处理与对照和 １００mg／kg Cu处理间表现出极显著差异（ P ＜ ００１） 。
3 　小结与讨论
很早就有学者建议种植传统作物如向日葵对污染土壤修复并进行了初步研究［１４］ ，认为向日葵具有生物
量大 、根系发达以及便于机械化收割等特点 ，较适于对重金属污染土壤的修复［１５］ 。从本试验结果看 ，向日葵
对重金属 Cu有一定的忍耐作用 。当土壤中 Cu浓度达到 １００mg／kg 时 ，向日葵仍然能够生长 ，且株高 、干物
质量等生物学性状并未显著下降 ，且此时植株根部 Cu 的积累也大大增加 ，茎 、叶部分 Cu 积累量却很少 ，植
株中 Cu含量的叶根比最低 ，向日葵似乎不符合超积累植物的定义［１６］ 。 但当土壤中添加 Cu 浓度为 ２００mg／
kg时 ，地上部分叶中积累的 Cu 超过了根部 ，Cu 含量的叶根比达到 １２７ ，说明当土壤中较高浓度 Cu 存在
时 ，大量积累在根部的 Cu向地上部位转移 ，以减轻 Cu 对根部的危害 ，此时集中收获植株地上部分 ，可移出
土壤中过多的有效铜 ，故此植物对 Cu污染土壤的修复具有一定应用前景 ，但此时向日葵生长却受到了很大
抑制 ，植株高度 、干物质量等生物学性状大大下降 ，对于能耐受重金属的植物 ，其生物量的高低将是决定植
物修复技术成功的主要因素［１６］ ，因此使用向日葵修复高浓度 Cu污染土壤时 ，还需考虑采用其他手段如接种
适当的根际微生物［１４］ 、转基因［１０］ 、设施农业环境工程技术［１１］等来增加其生物产量 。
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