全 文 ：铅污染对山皂角生长生理的影响
金亚荣 1 ,王国娟2 ,黄晓光 3 ,陆秀君 4＊　(1.辽宁省凌源市河东国合造林站 ,辽宁凌源 122500;2.山东省临沂市林业科学研究所 ,山
东临沂 276004;3.辽宁省朝阳县朝阳林场,辽宁朝阳 122000;4.沈阳农业大学林学院 ,辽宁沈阳 110161)
摘要　[目的 ]研究山皂角在铅污染环境中的生长发育 、生理生态的反应及适应性 ,为治理铅污染土壤提供一定的理论依据及技术指导。
[方法]以山皂角(GleditsiajaponicaMiq.)为研究对象 ,通过野外盆栽试验 ,分别添加纯铅浓度为 200、400、800、1 200、1 600mg/kg(土),研
究不同浓度铅处理对山皂角苗木生长发育、生理方面的影响。 [结果]盆栽山皂角根系长度、苗高、地径、质量受到了不同程度的抑制;低
浓度的铅处理能够刺激叶绿素含量的形成 ,高浓度则抑制叶绿素形成;山皂角叶片的脯氨酸含量随铅浓度的升高而增加;铅对硝酸还原
酶活性有较强的抑制作用 ,山皂角过氧化物酶活性随着铅浓度的增加表现出先升高后降低的趋势。 [结论 ]土壤铅浓度在 800 mg/kg
(土)之内 ,铅对山皂角的生理影响较小 ,山皂角可以比较正常生长。
关键词　铅污染;生长生理;山皂角
中图分类号　S688.904　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2010)16-08775-02
EffectofLeadContaminationontheGrowthandPhysiologyofJapaneseHoneylocust
JINYa-rongetal　(HedongguoheAforestationStationofLingyuanCityinLiaoning, Lingyuan, Liaoning122500)
Abstract　[ Objective] Thegrowthanddevelopment, physiologicalreactionandadaptabilityofJapanesehoneylocust(Gleditsiajaponica
Miq.)plantedinleadpolutedsoilwerestudiedinordertosupplytheoreticbasisandtechnicalguidancefortreatmentofsoilpolutedbylead.
[ Method] Theefectofthedifferenttreatingconcentrationsoflead, whichwasaddedinthesoilofpotedexperimentoutsidewiththeconcen-
trationof200, 400, 800, 1 200or1 600mg/kg(soil), onthegrowthanddevelopment, thephysiologicalreactionoftheplant, includingthe
contentofchlorophylandPro, theactivityofNRandPODwerestudied.[ Result] Theresultindicatedthelengthoftheroots, theheight, di-
ameterandqualityofseedlingoftheJapanesehoneylocustwererestrainedindiferentdegreeinpotedexperiment.Thelowconcentrationof
leadinsoilcouldstimulatethesynthesisofchlorophyl, butrestrainforitshighconcentration.ThecontentofProintheleafwasincreasedwith
theincrementofleadconcentration.TheleadhadstronginhibitiontotheactivityofNR.TheactivityofPODintheplantwasfirstlyraisedand
thenreducedwiththeincrementofleadconcentration.[ Conclusion] Below800mg/kg(soil)ofleadconcentration, theJapanesehoneylocust
couldnormalygrow.
Keywords　Leadcontamination;Growthandphysiology;Japanesehoneylocust
基金项目　辽宁省百千万人才资助项目(2008921057)。
作者简介　金亚荣(1965-),男 ,满族 ,辽宁凌源人 ,工程师 ,从事造林 、
林业资源管理方面的工作和研究。 ＊通讯作者 ,教授。
收稿日期　 2010-04-01
　　目前重金属铅的污染已经比较严重 ,有很多学者作了相
关的研究 ,但大多研究都是以蔬菜 、草本等 1年生植物为试
材 ,进行短期的试验研究 [ 1-3] 。木本植物具有茂密的枝叶 、
高大的树干 、发达的根系 、高产的生物量 、较长的生长周期 ,
且极少与人类食物链相连 ,因此在治理重金属污染时具有非
常大的潜力。笔者通过盆栽试验 ,研究山皂角在铅污染环境
中的生长发育 、生理生态的反应及适应性 ,为治理铅污染土
壤提供一定的理论依据及技术指导 。
1　材料与方法
1.1　试验材料　供试药剂为分析纯硝酸铅 Pb(NO3 )2和硝
酸铵 (NH4NO3 );供试土壤为原土 ∶炉渣 ∶泥炭∶松针 =
9∶2∶2∶1(体积比),其中原土过 2 mm筛 ,其理化性质为:有机
质 8.40 g/kg,全氮 3.08 g/kg,碱解氮 79.31 μg/g,缓效钾
11.12g/kg,速效钾 159.35 μg/g,全磷 1.87 g/kg,速效磷
53.87μg/g,铅含量为 64.89 mg/kg。将配制好的土壤晾干 ,
然后喷入溶液态分析纯硝酸铅 ,制成含不同浓度铅的污染土
壤 ,处理铅浓度为(以添加纯铅计)200、400、800、1 200、1 600
mg/kg(土)(用硝酸铵平衡多加入的硝酸根),分别标记为处
理 1、2、3、4、5,并以不加铅的为对照 ,分别将 5kg的土放入直
径 24 cm、高 30 cm的花盆中 ,每个处理重复 3次。将经催芽
处理的山皂角(GleditsiajaponicaMiq.)种子播于供试土壤
中 ,采用野外盆栽方式种植于沈阳农业大学林学院植物
园内。
1.2　测定方法
1.2.1　苗木生长的测定。播种后 ,苗木出齐时 ,定期测量苗
高 、地径的生长量 ,季末测量根系长度和干物质积累量。
1.2.2　苗木生理指标的测定。苗木出齐后生长到一定的时
期定期测定下列指标 [ 4]:叶绿素含量的测定采用丙酮 、无水
乙醇等体积混合作为浸提液 ,比色;游离脯氨酸含量的测定采
用 3-磺基水杨酸提取 , 2, 5-茚三酮显色 ,甲苯萃取;过氧化物酶
活性的测定采用愈创木酚氧化法;硝酸还原酶活性的测定采用
磺胺 、α-萘胺法;比色均使用紫外分光光度计 uv-2102测定。
2　结果与分析
2.1　不同浓度铅处理对山皂角苗木生长质量的影响　在铅
污染土壤中山皂角种子的萌发没有受到外源铅的影响 ,出苗
率达到 97%～ 100%,植物遭受重金属毒害最普遍的症状之
一是矮化 ,对大多数重金属来说 ,植物受害最先是根尖 ,重金
属对细胞分裂和伸长的抑制是导致植株矮化和根系生长受
阻的主要原因。从表 1中可以看出 ,土壤中的铅抑制了山皂
角根系长度 、苗高 、地径的生长以及干物质的积累。山皂角
在土壤铅浓度为 200 mg/kg(土)时 ,铅对根系生长的抑制作
用不大;在土壤铅浓度为 400 ～ 1 600 mg/kg(土)时 ,铅对根
系的伸长有严重的抑制作用 ,虽然在铅浓度为 800 ～ 1 600
mg/kg(土)时的根系长度略大于铅浓度为 400 mg/kg(土)
时 ,但均远小于对照。处理 1、2、3、4、5的根系长度分别为对
照的 93.0%、77.0%、84.7%、81.7%、86.0%,苗高分别为对
照的 89.2%、87.56%、84.66%、82.58%、79.84%,地径分别
为对照的 94.42%、92.20%、86.31%、87.74%、84.40%。盆
栽试验中铅对植株的抑制强度低于室内水培发芽试验 [ 5] ,这
说明土壤对铅具有较大的缓冲作用。
安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2010, 38(16):8775-8776, 8803 责任编辑　李菲菲　责任校对　傅真治
DOI :10.13989/j.cnki.0517-6611.2010.16.129
表 1　不同浓度铅处理对 1年生山皂角苗木生长质量的影响
Table1　EfectofdifferentPbconcentrationsonthegrowthqualityofone-yearGleditsiajaponicaMiq.
处理
Treatment
根系长度∥cm
Rootlength
苗高∥cm
Heightofseedling
地径∥cm
Grounddiameter
地上部分质量∥g
Abovegroundmass
地下部分质量∥g
Undergroundmass
对照(CK) 22.13±0.87a 37.38±0.81a 0.628±0.006a 12.93±0.81a 6.67±0.46a
处理 1 20.63±0.42b 33.34±1.91b 0.593±0.004b 9.87±0.27b 6.01±0.27a
处理 2 17.00±0.35d 32.73±0.51b 0.579±0.009b 9.54±0.11b 4.76±0.22b
处理 3 18.67±0.28c 31.64±0.66bc 0.542±0.003c 7.14±0.57c 3.94±0.21bc
处理 4 18.00±0.29cd 30.87±1.08c 0.551±0.011c 6.44±0.51cd 3.64±0.40c
处理 5 19.00±0.26c 29.84±0.29c 0.530±0.012c 5.14±0.38d 3.41±0.20c
　注:表中同列不同字母表示在 0.05水平差异显著。
　Note:Diferentletersinthesamecolumnmeansignificantdiferenceat0.05level.
　　铅胁迫对植物干物质的积累有着明显的影响 ,表现为山
皂角的干物质随着土壤铅浓度的升高而减少 。有研究表明 ,
铅对幼苗的生长有明显的抑制作用 ,无论是在黄棕壤还是红
壤上的稻苗 ,在铅浓度高时 ,干物质均有明显的下降 ,在该试
验条件下 ,铅对幼苗生长的影响至少有 2个原因:一是抑制
了根的生长 ,从而抑制了其对营养的吸收 ,二是叶绿素含量
减少 ,光合受阻 ,产量下降 [ 6] 。
2.2　不同浓度铅处理对山皂角叶片叶绿素含量的影响　从
图 1中可以看出 ,随着铅污染浓度的升高 ,山皂角叶绿素含
量呈现先略有增加后降低的趋势 ,山皂角在铅浓度为 200 ～
800 mg/kg(土)时 ,叶绿素含量在铅的刺激下高于对照 ,在
400mg/kg(土)时 ,叶绿素含量最高 ,为 3.28 mg/g,比对照增
加了 10.10%;在铅浓度为 1 200 mg/kg(土)(处理 4)、1 600
mg/kg(土)(处理 5)时叶绿素含量明显降低 ,在处理 5时 ,叶
绿素含量为 2.40mg/g,为对照的 80.60%,与对照差异极显
著(P<0.01)。结果表明 ,山皂角叶片在铅浓度为 800mg/kg
(土)时 ,叶绿素的合成能够正常进行 ,从而可以正常进行光
合作用 ,而在处理 4、5时 ,叶绿素含量降低 。有研究表明 ,叶
绿素被重金属破坏的机制可能有 3种:其一 ,重金属进入叶
内 ,在局部积累过多 ,与蛋白质上的 -SH等活性基团结合或
取代其中的铁 、锌 、铜 、镁等直接破坏叶绿体结构及其功能活
性;其二 ,重金属间接地通过拮抗作用干扰了植物对铁 、锌 、
铜 、镁等生命必需元素的吸收 、转移 ,阻断了营养元素向叶部
输送 ,阻碍叶绿素的合成;其三 ,重金属使叶绿素酶活力增
加 ,加速叶绿素分解 ,含量降低 [ 6] 。
图 1　不同浓度铅处理对山皂角叶片叶绿素含量的影响
Fig1　EfectofdifferentPbconcentrationsonChlcontentinthe
leavesofGleditsiajaponicaMiq.
2.3　不同浓度铅处理对山皂角叶片脯氨酸含量的影响　各
处理山皂角脯氨酸含量在整个生长季中都表现为随时间的
推移 ,脯氨酸含量增加(图 2)。山皂角叶片脯氨酸含量变化
趋势为在 6月 22日 ～ 7月 12日缓慢增长 ,之后有一个较大
幅度的增长 ,同一时间 ,脯氨酸在山皂角的叶片中的含量也
随铅浓度的增加而增加 ,在 9月 12日时 ,山皂角对照脯氨酸
含量为 32.76 μg/g,各处理分别为 39.99、42.04、57.24、
63.22、76.72 μg/g,分别比对照增加了 22.10%、28.32%、
74.72%、93.00%、134.20%。
图 2　不同浓度铅处理对山皂角叶片脯氨酸含量的影响
Fig.2　EfectofdiferentPbconcentrationsonProcontentin
theleavesofGleditsiajaponicaMiq.
2.4　不同浓度铅处理对山皂角叶片硝酸还原酶活性的影响
　试验结果表明 ,铅对硝酸还原酶活性有较强的抑制作用。
从图 3中可以看出 ,山皂角叶片硝酸还原酶在生长过程中表
现出先增加后降低的趋势。铅对山皂角叶片中硝酸还原酶
活性的影响总体上表现出抑制作用 ,在 8月 22日时 ,硝酸还原
酶的活性达到最大值 ,对照最大 ,为 6.44μg/(g·h)(FW),处理 5
最小 ,为 4.39μg/(g· h)(FW),只有对照的 68.20%,与对照
差异极显著(P<0.01),这是因为硝酸还原酶是一种含有-SH
的黄素蛋白酶。有关研究指出 ,铅 、镉等重金属离子能与 -SH
结合 ,占据其活性中心 ,从而降低其活性 [ 6] 。
2.5　不同浓度铅处理对山皂角叶片过氧化物酶活性的影响
　从图 4可以看出 ,山皂角叶片过氧化物酶在整个生长季中
从 6月 22日到 8月 22日是持续增加的 ,在 8月 22日达到峰
值之后开始下降。山皂角叶片过氧化物酶活性在低浓度 200
～ 400mg/kg(土)时表现为增长的状态 ,且约在 400 mg/kg
(土)时达到最大值 ,之后下降 ,在 8月 22日处理 2酶活性为
384.54愈创木酚 /(g·h)(FW)最大 ,比对照增加了 70.00%,
与对照差异极显著(P<0.01),处理 3 ～ 5酶活性降低 ,但酶
的活性大都大于对照。
(下转第 8803页)
8776 　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2010年
图 7　局部堆土处理
Fig.7　Thelocalsoil-heapingtreatment
3.5.2　植物选取与配置。在该项目屋顶绿化系统的设计
中 ,植物选择主要考虑是否能够抵御强烈的太阳辐射 ,此外 ,
南宁在台风季节时会有短暂的强风 ,所以选用的植物还应能
抵御强风的侵袭。在此基础上 ,同时考虑景观效果 ,可于承
重墙柱位置进行多层次种植 ,进行乔木 、灌木和地被的配合 ,
乔木选用低矮的果树如杨桃 、龙眼 、荔枝等;灌木选用月季 、
朱槿 、三角梅 、双色茉莉 、四季桂等观花及香花植物;草坪则
选用夏威夷草 、马尼拉草和狗牙根混播;藤蔓植物选用葡萄 、
百香果 、金银花等。
4　结语
我国屋顶绿化系统的普及与国外特别是德国 、日本 、美
国等国家相比 ,还不够完备 ,但其对于中国这样一个人多地
少的国家来说却显得十分重要。屋顶绿化系统的建造技术
十分深厚 ,笔者只从屋顶绿化系统设计的角度探讨了绿色屋
顶系统的建设。 3号楼屋顶绿化系统正在施工 ,一些技术和
数据还需进行后续的观察和研究 ,如屋顶绿化系统的施工和
养护管理等 ,而屋顶绿化系统各级政策和法规的制订等方面
也正待完善 ,园林规划的设计者 、建筑者和有关部门应团结
合作 ,共同关注和研究屋顶绿化的技术 ,以促进屋顶绿化在
我国的快速发展 。
参考文献
[ 1] 叶明琴.广西屋顶绿化设计与管理研究 [ J].安徽农业科学, 2009(14):
6711-6713.[ 2] 徐蔓.美国掀起绿色屋顶培植运动 [ J].资源与人居环境 , 2008(1):44-
45.
[ 3] 叶明琴.南宁市被动式节能庭园景观设计的探讨 [ J].北方园艺, 2009
(9):196-198.
[ 4] 国际绿色屋顶协会 ,健康绿色屋顶协会.最新国外屋顶绿化[ M].武汉:
华中科技大学出版社 , 2009.
[ 4] 刘保莉,曹文志.可持续雨洪管理新策略———低影响开发雨洪管理
[ J].太原师范学院学报:自然科学版, 2009, 8(2):111-115.
[ 5] 胡若愚.绿色屋顶为城市节能和降温[ J] .广西城镇建设 , 2008(4):87-
88.[ 6] 贾宁,田华 ,赵蔓卓 ,等.北京市屋顶绿化的发展与对策 [ J].中国城市
林业, 2006(3):27-29.
(上接第 8776页)
图 3　不同浓度铅处理对山皂角叶片硝酸还原酶活性的影响
Fig.3　EffectofdifferentPbconcentrationsonNRactivityof
GleditsiajaponicaMiq.leaves
图 4　不同浓度铅处理对山皂角叶片过氧化物酶活性的影响
Fig.4　EfectofdifferentPbconcentrationsonPODactivityof
GleditsiajaponicaMiq.leaves
3　结论与讨论
(1)铅污染抑制了山皂角苗木根系的伸长 、苗木高度的
生长 ,以及地径的增粗 ,同时抑制了山皂角地上 、地下部分干
物质积累 ,阻碍了山皂角苗木的生长。
(2)随着铅污染浓度的升高 ,山皂角叶绿素含量呈现先
略有增加后降低的趋势 ,铅对叶绿素的合成有一定的刺激作
用;山皂角叶片中脯氨酸含量随铅浓度的增加而增加;铅对
山皂角叶片硝酸还原酶活性有较强的抑制作用;山皂角叶片
过氧化物酶活性在低浓度 200 ～ 400 mg/kg(土)时表现为增
长的状态 ,高浓度时降低 。
(3)试验结果表明 ,土壤铅浓度在 800 mg/kg(土)之内 ,
铅对山皂角的生理影响较小 ,山皂角可以比较正常地生长 。
参考文献
[ 1] 霍霞.蔬菜中重金属铅污染现状及对策[ J].六盘水师范高等专科学校
学报, 2009, 21(3):27-31.
[ 2] 陈东宛 ,梁和平 ,刘秀峰.2002～ 2008年北京市顺义区农作物铅污染监测与危害分析[ J].职业与健康 , 2009, 25(14):1492-1493.
[ 3] 伍钧,孟晓霞,李昆.铅污染土壤的植物修复研究进展 [ J].土壤, 2005,
37(3):258-264.
[ 4] 郝建军 ,刘延吉.植物生理学实验 [ M].沈阳:辽宁科学技术出版社,
2001:100-101.
[ 5] 王国娟 ,陆秀君.不同浓度铅处理对两种木本植物种子萌发的影响
[ J].辽宁林业科技, 2006(6):11-14.
[ 6] 韩阳,李雪梅,朱延姝.环境污染与植物功能[ M].北京:化学工业出版
社 , 2005:85-86.
[ 7] VALLEEBL,ULMERDD.Biochemicalefectsofmercury, cadmiumandlead[J].AnnualReviewofBiochemistry, 1972, 41:91-129.
880338卷 16期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　叶明琴　屋顶绿化系统建造技术