全 文 ：生态环境 2005, 14(2): 199-203 http://www.jeesci.com
Ecology and Environment E-mail: editor@jeesci.com
基金项目：国家自然科学基金项目（30170147；30270282）；广东省团队基金项目（003031）；安徽省高校优秀青年教师基金项目
作者简介：田胜尼（1971－），男，博士研究生，主要从事恢复生态学研究。E-mail: tiansn@scib.ac.cn
*通讯作者
收稿日期：2005-01-12
铜尾矿对 5种豆科植物根系生长的影响
田胜尼 1, 2, 5，刘登义 3，王峥峰 1，彭少麟 1, 4*
1. 中国科学院华南植物园，广东 广州 510650；2. 安徽农业大学生命科学学院，安徽 合肥 230036；
3. 安徽师范大学生命科学院，安徽 芜湖 241000；4. 中山大学生命科学院，广东 广州 510275；5. 中国科学院研究生院，北京 100039

摘要：针对铜陵市铜尾矿废弃地的复垦，选用了 5种乡土豆科植物在 5种不同的尾矿改良方式上进行盆栽试验。5种供试物
种为：大豆（Glycine max）、赤豆（Phaseolus angularis）、赤小豆（P. calcaratus）、绿豆（P. radiatus）、山绿豆（P. mininus）。
盆栽基质是以尾矿与正常土壤按体积 100∶0、75∶25、50∶50、25∶75、0∶100比例混合而成，分别标记为：TA100、TA75、
TA50、TA25、TA00。5种豆科植物生长时间为 70 d。结果发现：随铜尾矿在混合基质中比例的增加，5种豆科植物根系的
主根长逐渐变短、根系一级侧根的数目逐渐减少；铜尾矿对 5种豆科植物根瘤的形成产生抑制作用，特别是山绿豆和绿豆在
全尾矿的基质上，无根瘤生成；地下根部的生物量表现为随着尾矿含量比例的增加，地下部分的生物量逐渐下降，但根冠比
表现为随尾矿含量比例的增加而增加；植物对铜尾矿中铜的积累，主要含集中根部，地上部分与地下部分差异明显。
关键词：铜尾矿；基质改良；豆科乡土植物；根系生长
中图分类号：X171.5 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2005）02-0199-05
铜尾矿（Copper tailings），又称铜尾沙，是矿
业部门在开采过程中，将矿石经粉碎、浮选中矿、
精矿后产生的固体粉末。这些排放的尾矿除少量作
为旧矿井的填充料之外，其余绝大多数还以填充凹
地或筑坝堆放的方式贮存。这些堆放的尾矿不仅占
用了大量的土地，覆盖原有的植被，破坏生态系统，
而且带来了严重的水污染、大气污染和土壤污染，
令人叫苦不迭[1~3]。安徽铜陵是我国铜矿重要开采
基地之一，排放堆集的尾矿库（场）就有十几处，
累计占地面积为 578.8 hm2。
在尾矿治理的过程中，植被重建是尾矿治理的
最好方式[2]。植被重建的关键在于基质的改良和耐
性物种的选择[2,3]。物种的选择应强调物种对基质的
适应性和物种对基质的改良效果，因此具有固氮能
力的豆科植物应作为优先选择的对象[4~9]。尾矿因
基质极端贫瘠，重金属含量较高，抑制植物的正常
生长[6~8]。尾矿对植物生长的毒害首先表现在植物
的根部。有关尾矿对豆科植物根系生长的影响至今
尚未见到报道。本文针对安徽铜陵铜尾矿废弃地的
复垦，选取 5种豆科植物在尾矿及尾矿与正常土壤
混合的基质上，进行了盆栽试验研究，通过尾矿对
豆科植物根部生长的影响，寻求豆科植物对铜尾矿
基质的耐性或适应性差异，为铜尾矿废弃地复垦提
供理论依据和实践经验。
1 自然环境
铜陵市位于安徽南部，地处长江中下游南岸，
北纬 30°5642，东经 117°4328，总面积 1 113
km2，属于亚热带湿润季风气候区，气候季节性明
显，平均气温 16.2 ℃，年降雨量 1 390 mm，太阳
辐射能量为 1 148千卡，平均湿度在 75%~81%之间。
该市现有大型的尾矿（场）：5公里尾矿场，黑沙河
尾矿场，铜官山尾矿库，狮子山尾矿库、累计占地
面积 578.8 hm2。
2 材料与方法
2.1 供试材料 供试的 5 种乡土豆科植物为大豆
(Glycine max)、赤豆(Phaseolus angularis)、赤小豆(P.
calcaratus)、绿豆(P.radiatus)、山绿豆(P.mininus)。
大豆、赤豆、绿豆为地方主要农作物，种子购于铜
陵市种子公司。在安徽芜湖范罗山铁矿废弃地发现
调查时发现，赤小豆和山绿豆在废弃地长势良好
好，为主要优势植物，但对铜尾矿废弃是也具有较
强的适应性，有待于进一步的试验。赤小豆、山绿
豆种子采集于此铁矿废弃地。
2.2 盆栽改良试验
将尾矿与土壤按体积分数以 TA100（100%尾
矿）、TA75（75%尾矿+25%土壤）、TA50（50%尾
矿+50%土壤）、TA25（25%尾矿+75%尾矿）和 TA00
（100%土壤）方式充分混合，装入直径为 25 cm, 深
为 30 cm的盆钵中，每盆约 2.5 kg。2000年 4月 23
日，选取无虫蚀、发育的良好的大豆、赤豆、赤小
豆、山绿豆、绿豆种子经消毒后播种于盆钵中，每
盆播种 15 粒。同一物种在同一混合方式上设 3 个
重复。每种改良方式 15盆，共计 75盆。实验地点
在安徽师范大学生命科学院植物园。
200 生态环境 第 14卷第 2期（2005年 3月）
当播种到第 20 天时，对每盆对进行间苗，10
株以上间随机间苗为 10株，10株以下保留原来株数
不变。生长至第 70天时，将各盆移到室内，小心倒
盆，用自来水和蒸馏水冲洗，晾干，测定各植株的
主根长度、侧根数目、根瘤数，称量其鲜质量。然
后在烘箱中 105 ℃杀青 30 min，80 ℃烘 24 h，称量
其干质量及粉碎供测植物体内重金属元素含量用。
2.3 分析测试方法
有效 Cu：DPTA浸提，WFX-IF2原子吸收分光
光度计测定[10]。
植物体内 Cu：用硝酸—高氯酸湿灰化，
GBC-932AAB原子吸收分光光度法测定[11]。
3 结果与分析
3.1 尾矿对豆科植物主根生长的影响
表 1为 5种豆科植物在尾矿与土壤按 5种不同
混合改良方式基质上，生长 70 d时的主根长度。从
表中可知，盆栽 70 d后，主根长（l）变化关系，
大豆为：l(TA00)> l(TA75)> l(TA50)> l(TA25)> l(TA100)。赤豆
为：l(TA50)> l(TA25)> l(TA00)> l(TA75)> l(TA100)。赤小豆为：
l(TA00)> l(TA25)> l(TA75)> l(TA50)> l(TA100)。绿豆为：l(TA25)>
l(TA50)> l(TA00)> l(TA75)> l(TA100)。山绿豆为：l(TA00)>
l(TA50)> l(TA75)> l(TA25)> l(TA100)。由此可知，对于 5种
豆科植物，在全尾矿（TA100）基质上，其主根的
根长均最短。尾矿与土壤混合后，主根的长度，则
有不同程度的增加，对于赤豆 TA50，绿豆 TA50、
TA25的主根长超出了本物种对照组 TA00的长度。
这表明，尾矿对豆科植物主根生长有一定的抑制
作用，将土壤与尾矿混合后，减轻全尾矿基质对
根系的毒害作用。研究还发现，赤豆 TA100 组、
绿豆 TA100组、山绿豆 TA100组部分植株主根座
缩，根尖出现瘤状突起，表明尾矿中的重金属对
植物的主根生长产生了毒害。
表 1可知，在同一改良组中，5种豆科植物种，
大豆的主根均比长于同一改良组其它 4 物种的主
根，其次为赤小豆的主根。从盆栽后主根的长度来
看，不同豆科物种对铜尾矿基质的生长适应性存在
着差异。大豆、赤小豆生长的主根发育较好，而绿
豆、山绿豆则主根生长较差。赤小豆和山绿豆 2种
豆科植物在安徽芜湖铁矿废弃地上为优势物种，盖
度大，长势旺盛。但在铜尾矿的基质时，长势较差，
特别山绿豆，根系发育不良或死亡。尽管豆科植物
具有天然的固氮能力，对基质有较强的耐贫瘠性，
但不同物种对不同的基质存在不同的适应性。因
此，在铜尾矿废弃地的复垦时，乡土豆科植物不论
是农作物还是野生植物，在尾矿复垦前进行物种的
适应性研究还是必要的。
3.2 尾矿对豆科植物侧根生长的影响
供试 5种豆科植物的根系均为直根系植物，
根系是由主根和侧根组成。侧根数包括有一级侧
根、二级侧根、三级侧根等，本研究中统计的侧
根数为一级侧根数，二级侧根数和多级侧根数没
有统计。表 2为 5种豆科植物在 5种不同的比例
改良方式上生长到第 70天时一级侧根数。
从表 2可以看出，各供试物种侧根数数目的变
化呈现不同的变化趋势。大豆其侧根数目依次为：
n(TA75)> n(TA50)> n(TA25)> n(TA100)> n(TA00)，TA00组的侧
根数最少，TA75和 TA50组侧根数则有不同程度的
增加。赤豆为 n(TA00)> n(TA50)> n(TA25)> n(TA75)>
表 1 不同铜尾矿改良方式中豆科植物主根长度①
Table 1 The length of the main root for five legume species in the different amendment substrates of the copper tailings（x±sd, n=3） cm
处理 大豆M. max 赤豆 P. angularis 赤小豆 P. calcaratus 绿豆 P. radiatus 山绿豆 P. mininus
TA100 18.8±2.338b 14.2±1.961a 16.7±2.625b 11.1±3.80b 12.8±1.988c
TA75 20.3±2.864ab 14.6±0.416a 18.6±3.707ab 11.8±1.685b 15.1±0b
TA50 21.6±0.837a 16.9±0.305a 17.5±1.168b 14.8±1.375a 15.1±3.636b
TA25 23.7±2.835a 15.5±1.871a 19.4±3.926a 15.1±1.369a 12.7±3.402c
TA00 23.9±2.967a 15.7±0.652a 22.5±2.543a 12.6±4.054ab 33.6±2.275a
①表中的数据先将求出每盆中各株根系几何平均值，再求出 3个重复组单株算术平均值；根据最小显著极差法，表中同列的不同字母表示 5%水
平差异显著

表 2 5种豆科植物根部的一级侧根数①
Talbe 2 The number of first class branch root for five legume species
处理 大豆M. max 赤豆 P. angularis 赤小豆 P. calcaratus 绿豆 P. radiatus 山绿豆 P. mininus
TA100 78±0.6c 44±1.8c 71±3.8a 28±5.1b 34±6.5ab
TA75 92±17.0a 45±7.1c 79±1.1a 29±6.5ab 39±0a
TA50 91±7.2a 53±1.1b 64±3.6ab 34±2.2a 35±1.4a
TA25 84±4.0b 47±1.2c 66±6.4b 36±0.9a 38±7.7a
TA00 75±1.9c 60±6.8a 63±3.4b 37±1.0a 29±5.0b
①注释与表 1相同
田胜尼等：铜尾矿对 5种豆科植物根系生长的影响 201
n(TA100)，TA100组最低。赤小豆为：n(TA75)> n(TA100)>
n(TA25)> n(TA50)> n(TA00)，TA00组最低。绿豆 TA100
组侧根数最多，TA00组山绿豆的侧根数更少。5种
物种在 5种不同改良方式上，侧根的数目变化趋势
各不相同。从总体上可能发现，以尾矿与土壤混合
的基质比全尾矿或全土壤的基质上，侧根的数目则
有不同程度的增加。在全尾矿或全土壤的基质上，
侧根的数目较少，这可能是尾矿与土壤混合后，基
质结构发现了变化，基质透气性增加，有利于侧根
的形成。也有些植物是因为主根生长受阻时，导致
侧根数目增加。从整个物种侧根数目变化可以看
出，尾矿与土壤混合,减轻尾矿基质对侧根形成的抑
抑制，有利于豆科植物侧根的产生。
对于同一种改良方式中，5 种豆科植物之间的
侧根数目各不相同，这与物种的本身的特性有关。
在 TA100-TA00改良方式中，大豆在各改良组中，
侧根数目都比相对应的其它组高，与绿豆和山绿豆
组相比，差异更为显著。从侧根数目大小的变化来
看，大豆和赤小豆比其它物种相对较多，这有利于
植物体对水份和营养物质的吸收。
3.3 尾矿对豆科植物根瘤生长的影响
根瘤是土壤中根瘤菌侵染高等植物的根部而
形成的瘤状突起。豆科植物根系形成根瘤，是该科
植物的典型特征。根瘤形成与植物种类有关，同时
与基质理化质也有一定关系。表 3为 5种豆科植物
在铜尾矿及铜尾矿与土壤混合基质上生长 70 d时
的根瘤菌数。
表 3 中可以看出，5 种豆科植物根瘤数随基质
中尾矿含量的不同而发生的变化。植物生长到第 70
天时，大豆、赤豆、赤小豆 TA100组比 TA00组或
其它组根瘤数都少，绿豆和山绿豆的 TA100组根部
尚未形成根瘤，这说明铜尾矿基质对豆科植物根瘤
的形成存在着明显抑制作用。将每供试种各组的根
瘤数与对照组进行 T—检验，结果表明，大豆、赤
豆、赤小豆各组以及绿豆 TA75 组达到极显著水平
或极显著水平。绿豆和山绿豆 TA100组未形成根
瘤，说明绿豆和山绿豆在全尾矿基质上，尾矿因基
质结构较差，重金属含量高，抑制豆科植物根部根
瘤的形成。因此，以正常土壤与铜尾矿混合后，能
有效的减轻尾矿对根的毒害作用，促进根部根瘤的
形成。
3.4 尾矿对豆科植物地下部分生物量的影响
5种豆科植物生长到第 70天时，大豆、赤豆、
山绿豆和绿豆已经开花，山绿豆、绿豆开始结荚。
5 种豆科植物在 5 种改良方式上地下部分单株平均
生物量如表 4所示。从表 4可知，5种植物在铜尾
矿与土壤混合的 5种基质之间，生长 70 d时单株平
均生物量相差不大，大豆 TA25，赤豆 TA75与其它
组之间存在显著异外，各物种的不同改良方式之
间，无明显差异。
对于同一种改良组而言，5种供试豆科植物中，
大豆的根部生物量均最大，而山绿豆则表现为最小，
这可能与物种间物种遗传性有关。但从尾矿废弃地
的复垦角度来看，在相同的生长期内，生物量大的
物种应作为首选的物种。表 5 为 5 种豆科植物根冠
比。从表 5可以看出，除赤小豆 TA50和 TA25的根
冠比值比 TA75 组高外，5 种豆科植物根冠比值从
TA100到 TA00呈现下降的趋势。根冠比值随混合基
质中铜尾矿含量增加逐渐升高。因此，在供试 5 种
豆科植物中，大豆应作为首选物种，其次为赤小豆。
3.5 豆科植物根部铜含量的变化
植物体生长在以重金属铜为主要重金属的尾
矿废弃地，通过根系吸收一部分可溶性的重金属，
进入植物体内。同时根部还分泌一些有机酸等，将
表 3 5种豆科植物根瘤数
Table3 The root nodules for five legumes species
处理 大豆M. max 赤豆 P. angularis 赤小豆 P. calcaratus 绿豆 P. radiatus 山绿豆 P. mininus
TA100 4±0.25** 1±0.17** 11±4.45** 0 0
TA75 20±1.12** 20±4.3** 43±0.95* 5±2.24** 4±0
TA50 20±0.25** 22±4.18** 41±3.276** 10±2.78** 5±2.815
TA25 18±0.1** 24±5.3** 68±4.58** 18±0.89 6±2.08
TA00 12±1.4 49±12.7 48±1.28 18±1.054 7±2.101
*p<0.05；** p<0.01

表 4 5种豆科植物地下部分的生物量
Table 4 The underground biomasses of the five legumes g/plant，dry weight
处理 大豆M. max 赤豆 P. angularis 赤小豆 P. calcaratus 绿豆 P. radiatus 山绿豆 P. mininus
TA100 0.813±0.245b 0.6275±0.045b 0.669±0.011a 0.5492±0.009a 0.5272±0.240a
TA75 0.877±0.228b 0.9266±0.638a 0.7399±0.042a 0.6304±0.061a 0.577±0a
TA50 0.842±0.216b 0.7374±0.003b 0.7658±0.009a 0.6931±0.059a 0.576±0.012a
TA25 1.266±0.083a 0.7268±0.037b 0.7702±0.052a 0.6912±0.021a 0.5846±0.018a
TA00 0.893±0.025b 0.7175±0.048b 0.6292±0.024a 0.6968±0.133a 0.575±0.021a

202 生态环境 第 14卷第 2期（2005年 3月）
基质中的结合态铜转化成有态吸收到体内。图 1为
5种豆科作物在 5种不同的基质上生长 70 d时植物
体的地上部分、地下部分铜的含量。
图 1 中可以看出，5 种豆科植物地下部分铜的
含量明显高于地上部分铜的含量。这说明植物体吸
收来的铜主要集中在根部，各物地上部分的含量远
低于地下根部，可能与植物对铜运输选择性有关。
5 种豆科植物根部铜的含量变化关系为从 TA00 到
TA100组，总体表现为随基质中铜尾矿比例的增加
而增加。赤豆、绿豆，山绿豆的 TA100组低于 TA75
组，这与植物生长在全尾矿基质上，重金属的毒害
影响了植物的生长,根系的吸收能力下降，导致根部
铜含量的比 TA75组低。
在同一改良方式，5 种豆科植物根部铜含量也
有所差异。在 5种改良方式中，赤小豆根部铜的含
量除 TA100外，在各对应的改良组中均最低，其次
为大豆。在 TA100组中，大豆的根部含量最低只有
150.20 mg·kg-1，而赤豆含量最高为 255.45 mg·kg-1，
二者之间差 105.25 mg·kg-1。在 TA75组，赤豆含量
最高为 270.27 mg·kg-1，高出 TA100组赤豆的含量，
说明基质改良后，提高了植物对基质中铜的吸收。
TA50、TA25 和 TA00 组，绿豆根部的含量最高，
其次为山绿豆，根部铜含量较高。
结合 5 种豆科植物营养期生长情况来看，5 物
种在生长初期，幼苗生长差异不大。但生长到在 1
个月后，绿豆、山绿豆与大豆、赤豆、赤小豆出现
明显差异，生长迟缓，有些植株出现死亡。绿豆、
山绿豆生长缓慢、死亡与根部铜的含量较高有关。
由于根部铜的含量高，重金属对根系产生毒害，导
致植物发良受阻，生长迟缓，直至死亡。
4 讨论与结论
铜尾矿是一种以重金属铜为主的金属固体废
弃物。铜是植物体内一种必需元素,在含量低的时候
可促进植物的生长。铜含量高时，会对植物的生长
产生毒害作用[12]。根是植物生长在地下的营养器
官，具有吸收、运输、分泌等功能，根系生长发育
直接影响到植物的正常生长。尾矿由于营养成份较
差、基质结构很差、重金属含量高等特点，对植物
的生长产生胁迫或抑制作用。在正常情况下，只有
少数耐性较强的植物才能在其上成活定居。尾矿对
表 5 5种豆科植物的根冠比
Table 5 The root/shoot ratio of five legumes
处理 大豆M. max 赤豆 P. angularis 赤小豆 P. calcaratus 绿豆 P. radiatus 山绿豆 P. mininus
TA100 0.303 0.306 0.363 0.33 0.232
TA75 0.278 0.246 0.256 0.254 0.251
TA50 0.238 0.238 0.304 0.233 0.119
TA25 0.202 0.203 0.308 0.242 0.118
TA00 0.201 0.202 0.159 0.144 0.120





































图 1 在不同改良方式上 5种豆科植物体内铜的含量差异
Fig. 1 The difference of the Cu contents for the five legumes
grown in the five amendment substrates

大 豆（G. max）
0
50
100
150
200
TA100 TA75 TA50 TA25 TA00
C
u/
(m
g·
kg
-1
)
地下部分parts under ground
地上部分parts above ground
赤豆 (P. angularis )
0
50
100
150
200
250
300
TA100 TA75 TA50 TA25 TA00
C
u/
(m
g·
kg
-1
)
赤小豆（P.calcaratus）
0
50
100
150
200
TA100 TA75 TA50 TA25 TA00
C
u/
(m
g·
kg
-1
)
绿豆(P.radiatus )
0
50
100
150
200
250
300
TA100 TA75 TA50 TA25 TA00
C
u/
(m
g·
kg
-1
)
山绿豆(P.mininus )
0
50
100
150
200
250
TA100 TA75 TA50 TA25 TA00
C
u/
(m
g·
kg
-1
)
田胜尼等：铜尾矿对 5种豆科植物根系生长的影响 203
植物的伤害最直接表现在植物的根部特别是根尖
部位。由于金属种类及浓度等差异影响导致根尖分
生区细胞分裂受阻，伸长区细胞伸长生长产生差
异。根部的重金属含量越高，影响根部细胞的分裂、
分化以及生理生化在形态上表现为主根的长度的
差异。通过 5种豆科植物在尾矿与土壤 5种不同比
例混合方式上根系生长研究结果发现：
（1）铜尾矿对 5种豆科植物的主根伸长和侧根
的产生有一定的抑制作用。尾矿在基质中的比例越
高，豆科植物主根长度越短。由于尾矿的重金属的
毒害作用，部分植物根尖分裂受阻，出现了座宿或
瘤状突起。以正常土壤与铜尾矿混合后，主根的长
度和侧根的数目出现了增长和增加的现象。
（2）铜尾矿对豆科植物根瘤的形成产生明显的
抑制作用。以正常土壤与铜尾矿混合后，能有效的
减轻尾矿对根的毒害作用，促进根部根瘤的形成。
（3）铜尾矿对豆科植物根部的单株生长量也产
生抑制作用。在尾矿中加入土壤进行改良后，随着
尾矿含量比例的增加，地下部分的生物量逐渐下降，
但根冠比表现为随尾矿含量比例的增加而增加。
（4）5 种豆科植物生长在铜尾矿的基质上，对
基质中铜的积累，主要集中在根部,地上部分与地下
部分差异明显。根部含量过高时，植株生长受阻，
直至死亡。

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Effects of copper tailings on the growth of roots of five legume species

TIAN Sheng-ni 1, 2, 5, LIU Deng-yi3, PENG Shao-lin1, 4
1. South China Botanical Garden, CAS, Guangzhou 510650, China; 2. School of Life Sciences, Anhui Agricultural University, Hefei 230036 China;
3. School of Life Sciences, Anhui Normal University, Wuhu 241000, China; 4. School of Life Sciences, Zhongshan University, Guangzhou 510275, China;
5.Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China

Abstract: Pot experiments with five local legumes were conducted in five different amendment substrates for the reclamation of
copper tailings in Tongling, Anhui province. The five tested legumes species are Glycine max, Phaseolus angularis, Phaseolus
calcaratus, Phaseolus radiatus, and Phaseolus mininus. The pot substrates were incorporated with copper tailings/soils ratios(V/V)
100∶0, 75∶25, 50∶50, 25∶75, 0∶100, respectively, which marked TA100, TA75, TA50, TA25, TA00. Five legumes species had
been planted for 70 days. The results showed that: the lengths of the main roots for the five legumes species decreased and the
numbers of the first branch roots dropped down while the rate of the copper tailings increased in mixed substrates. The growth of
root nodules were inhibited because of the phytotoxicity of the copper tailings. Especially there was no nodules for Phaseolus
radiatus, and Phaseolus mininus on TA100 pots after 70 days’ growth. The biomasses of underground parts for the five legumes on
TA100 group were the lowest, but some mixed groups’ biomasses were a little higher than that of the TA00 (controlled group). The
ratios of root/shoot increased with the rates of copper tailings in the pots. The contents of Cu in the roots were all higher than that of
the aboveground parts. The contents of Cu in the roots were higher than that of the shoots.
Key words: copper tailings; substrate amendment; local leguminous plants; the growth of the roots