3种多年生草本植物对土壤中铅的富集性研究

第２６卷第３期　Ｖｏ１．２６　Ｎｏ．３　徐州工程学院学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｘｕｚｈｏｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　２０１１年９月　Ｓｅｐ．２０１１　３种多年生草本植物对土壤中铅的富集性研究　孙宗连　，肖　昕　，王　倩　（１．中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州　２２１１１６；２．江苏省建湖县环境保护局，江苏建湖　２２４７００）　摘要：Ｐｂ是对人类有毒的重金属元素之一，含Ｐｂ污染物不仅影响土壤微生物、土壤酶活性以　及土壤的理化性质，而且通过食物链危害人类的健康．植物修复技术在不破坏环境的条件下利用超　富集植物使土壤重金属得以清除，是一种绿色经济的技术．通过研究３种多年生草本植物（紫花苜　蓿、高羊茅、黑麦草）对铅的富集特征，得到这３种植物在生长前期对铅的富集效果，为土壤中铅污　染的防治工作和修复工作提供一定的理论依据．　关键词：富集植物；富集特征；生物量　中图分类号：Ｘ５３　文献标志码：Ａ文章编号：１６７４—３５８Ｘ（２０１１）０３—００７３—０５　土壤重金属污染是指由于人类活动使重金属在土壤中的累积量，明显高于土壤环境背景值，致使土壤环　境质量下降和生态恶化的现象．这主要是由于电镀、冶炼、采矿、制革、化工、电子等工业产生含重金属的废弃　物进入土壤，以及农药、化肥、污灌、粉煤灰等的不合理的施用引起的口。］．　以徐州为例，通过对近几年徐州市北郊工业区土壤中重金属的质量分数进行对比分析，结果表明，该区　土壤中重金属质量分数的水平分布，Ｐｂ污染程度加重，垂直分布上逐渐递减的规律已受到扰动，剖面中重金　属质量分数有所累积．因此，徐州土壤中重金属的修复工作已经迫在眉睫，目前重金属修复中植物修复是最　被推崇的一种修复方法　］，虽然在世界范围内已经发现了１７种　］Ｐｂ超积累植物，但是由于这些植物具有　地域性，这些已经筛选出的超富集植物在徐州市并不一定具有超富集性．选择３种多年生草本植物（紫花苜　蓿、高羊茅、黑麦草）对铅的富集性以及铅在植物不同部位富集情况进行研究，探讨所选３种植物对铅的富集　性，进而确定所选植物是否是超富集植物及重金属在３种植物中的分布特征，为土壤中铅污染的防治工作和　修复工作提供一定的理论依据．　１材料与方法　１．１　材料　供试土样来自徐州云龙湖，土壤理化性质见表１，实验用盆采用可容纳质量为１２．５　ｋｇ土的塑料盆．供试　植物为紫花苜蓿、高羊茅、黑麦草¨８　］，种子来自徐州市生态园．　表１供试土壤养分状况及理化性质　１．２方法　采用盆栽试验，试验设６个处理水平，Ｐｂ质量分数分别为０（空白），０．０５，０．２０，０．５Ｏ，１，２　ｇ／ｋｇ，每个处　理水平重复２次．按实验设计将重金属以水溶态加入，称取１２．５Ｏ　ｋｇ风干后的土样与其充分混合均匀后，装　入花盆，每个花盆中分别播入植物种子３００粒，在自然环境中培养６Ｏ　ｄ，测量其生物量及植物各部分Ｐｂ的　收稿日期：２０１１　０卜Ｏ５　基金项目：中国矿业大学科技基金项目（Ｄ２００４０２）　作者简介：孙宗连（１９８８），女，山东－临沂人，硕士研究生，主要从事重金属污染研究　・　７２　・　徐州工程学院学报（自然科学版）　２０１１年第３期　在Ｐｂ质量分数低于０．２０　ｇ／ｋｇ时，刺激植物生长，但在Ｐｂ质量分数为０．０５～０．２０　ｇ／ｋｇ时，黑麦草各部分　生物量有随着Ｐｂ质量分数增大而减少的趋势，这说明在这个Ｐｂ质量分数范围内也表现出Ｐｂ对黑麦草生　长的抑制作用；在Ｐｂ质量分数为０．２０～Ｏ．５０　ｇ／ｋｇ时，黑麦草地上部分生物量急剧减少，此时减小量最大达　到３．１５５　２　ｇ，黑麦草地下部分随着Ｐｂ质量分数增加表现出的减小的趋势不是很明显；在Ｐｂ质量分数为　０．５ｏ～２　ｇ／ｋｇ时，黑麦草各部分生物量呈现减少的趋势，但总的来说在这３个Ｐｂ质量分数黑麦草的生物量　较稳定．因此，在Ｐｂ质量分数低时，土壤中的Ｐｂ表现出对黑麦草的生长有促进作用；在Ｐｂ质量分数高时，　土壤中的Ｐｂ表现出对黑麦草有抑制作用，且黑麦草表现出抗性．　２．２　３种植物的富集特征　嘲峰蛊　锭谁褂　２．２．１　３种植物各部分Ｐｂ的质量　植物各部位Ｐｂ的含量可以反映植物对Ｐｂ的富集过程中体内富集的Ｐｂ的含量，这可以作为判断该植　Ｏ　∞　Ｏ　０∞　０　∞∞０　们　Ｏ　Ｏ　Ｏ　物是否是富集植物提供一定的依据．只有能够大量吸收富集Ｐｂ的植物才有可能修复被Ｐｂ污染的土壤．３种　植物各部分Ｐｂ的含量如图２所示．　Ｐｂ质量分数／（ｇ／ｋｇ）　Ｐｂ质量分数／（ｇ／ｋｇ）　（ａ）柴花苜蓿　（ｂ）高羊茅　卒白０．０５　０．２０　０．５Ｏ　１　２　Ｐｂ质量分数／（ｇ／ｋｇ）　（ｃ）黑麦草　图２　３种植物各部分铅的含量　由图２可知，３种植物各部分Ｐｂ的质量均随着Ｐｂ质量分数的增加而增加，且地下部分Ｐｂ的质量大于　地上部分Ｐｂ的质量，说明植物中Ｐｂ的质量跟土壤中Ｐｂ质量分数有关系，以Ｐｂ的质量分数为自变量，以植　物各部分Ｐｂ的质量为因变量进行数据回归分析，发现除了紫花苜蓿地下部分、黑麦草地下部分与土壤中Ｐｂ　的质量分数呈正相关，植物其他部分Ｐｂ的质量与土壤中Ｐｂ质量分数呈二次相关．　２．２．２　３种植物转移系数与富集系数　富集系数（ＢＣＦ）能够反映某种植物对重金属的富集能力，转运系数（ＴＦ）可以反映出Ｐｂ在各植物体内　的运输和分配情况．富集系数和转运系数是衡量植物是否为超富集植物的重要指标．３种植物的转移系数和　富集系数如图３所示．　由图３可知，在植物生长前期，３种植物的富集系数和转移系数均小于１，不符合超富集植物的特征．通　过３种植物的转移系数和富集系数的对比，可知黑麦草在３种植物富集效果最好，其次是紫花苜蓿，高羊茅　的富集效果最差，不同Ｐｂ质量分数，３种植物的富集系数和转移系数不同，但是差别不大，紫花苜蓿在Ｐｂ质　・　７４　・　孙宗连，等：３种多年生草本植物对土壤中铅的富集性研究　量分数不高于０．２０　ｇ／ｋｇ时，转移系数和富集系数较大，此时转移系数最大为ｏ．４１０，富集系数最大为ｏ．１９３，　在这个质量分数范围内，紫花苜蓿具有较好的富集性和转运能力，建议用紫花苜蓿修复Ｐｂ质量分数低的土　豢　孛睾　恤躲粗撄凝　壤；高羊茅在Ｐｂ质量分数为０．５０～１　ｇ／ｋｇ时，转移系数和富集系数较大，此时转移系数最大为０．２４７，富集　系数最大为０．１５６，在这个Ｐｂ质量分数范围内，高羊茅具有相对较好的富集性和转运能力，建议用高羊茅修　复Ｐｂ质量分数高的土壤；黑麦草在Ｐｂ质量分数不高于０．５０　ｇ／ｋｇ时，转移系数和富集系数较大，此时转移　系数最大为０．３５５，富集系数最大为０．２２９，在这个Ｐｂ质量分数范围内，黑麦草具有相对较好的富集性和转　籁　恤　籁　辛毒抖　眯　运能力，建议用黑麦草修复Ｐｂ质量分数低的土壤．　ｎ　ｍ　ｎ　ｎ　ｎ　仰　｛；；　坫ｍ∞０　簌　恤　簿车孝帐卅僵　０．３０　０．２５　Ｏ．２０　０．１５　０．１Ｏ　Ｏ．０５　０　空白　０．０５　Ｏ．２０　０．５０　１　２　空白　０．０８　Ｏ．２０　０．５Ｏ　１　２　Ｐｂ质量分数／（ｇ／ｋｇ）　（ｂ）柴花苜蓿　Ｐｂ质量分数／（ｇ／ｋｇ）　（ｃ）高羊茅　图３　３种植物的转移系数及富集系数　３　结论　本文通过盆栽实验研究了这３种植物生长前期对Ｐｂ污染土壤的修复．通过研究３种植物株高、生物量　及植物各部分Ｐｂ的质量来研究Ｐｂ胁迫对３种植物生物量的影响和３种植物对Ｐｂ的富集特征．得到以下　结论：　１）土壤中的Ｐｂ质量分数对植株的生物量有影响，且这种影响随着Ｐｂ质量分数的增大而逐渐增大，表　现为质量分数低刺激植物的生长，Ｐｂ质量分数高抑制植物的生长，且随着Ｐｂ质量分数的增大抑制作用增　大，其中紫花苜蓿的抑制作用最大．　２）不同Ｐｂ质量分数的条件下，植物同一部位Ｐｂ的质量不同，且随着Ｐｂ质量分数的增加而增加；同一　Ｐｂ质量分数条件下，植物不同部位Ｐｂ的质量不同，且地下部分大于地上部分．　３）在植物生长前期，３种植物的富集系数和转移系数均小于１，不符合超富集植物的特征．不同Ｐｂ质量　分数条件下，３种植物的富集系数和转移系数不同，但是差别不大，总体来讲，３种植物的修复效果对比结果　为：黑麦草＞紫花苜蓿＞高羊茅．　参考文献：　［１１孙敬亮，武文钧，赵瑞雪，等．重金属土壤污染及植物修复技术［Ｊ］．长春理工大学学报，２００３，２６（４）：４６—４８．　［２３王学松，秦勇．徐州城市表层土壤中重金属的富积、分布特征与环境风险Ｉ　Ｊ３．中国环境监测，２００６，２２（１）：７０—７６．　［３］刘红侠，韩宝平．徐州市北郊土壤重金属污染演化特征研究［Ｊ］．农业环境科学学报，２００４，２３（６）：１１７７—１１８１．　・　７５　・　徐州工程学院学报（自然科学版）　Ｅ４３　张春桂，徐化夏，姜晴楠．污染土壤生物恢复技术［Ｊ］．生态学杂志，１９９７，１６（４）：５２—５８．　２０１１年第３期　Ｅｓ］　Ｋａｖａｍｕｒａ　Ｖ　Ｎ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏ　ｃａｌ　ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｉｌｓ　ｐｏｌｌｕｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ［Ｊ］．Ｂｉｏｔｅｃｈ—　ｎｏｌｏｇｙ　Ａｄｖａｎｃｅｓ，２０１０，２８（１）：６１—６９．　Ｚｈｕａｎｇ　Ｘ，Ｃｈｅｎ　Ｊ，Ｓｈｉｍ　Ｈ，ｅｔ　ａｌ，Ｎｅｗ　ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　ｐｌａｎｔ　ｇｒｏｗｔｈ—ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ　ｒｈｉｚｏｂａｃｔｅｒｉａ　ｆｏｒ　ｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎ—　［６］　ｍｅｎｔ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００７，３３（３）：４０６—４１３．　Ｃｈｅｈｒｅｇａｎｉ　Ａ，Ｎｏｏｒｉ　Ｍ，Ｙａｚｄｉ　Ｈ　Ｌ．Ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｐｏｌｌｕｔｅｄ　ｓｏｉｌｓ：Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ　ｆｏｒ　ｎｅｗ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ　ｐｌａｎｔｓ　［７］　ｉｎ　Ａｎｇｏｕｒａｎ　ｍｉｎｅ（Ｉｒａｎ）ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｍｏｖａｌ　ａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．Ｅｃｏｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓａｆｅｔｙ，２００９，７２（５）：　１３４９—１３５３．　Ｅ８］　金文芳，方晰，唐志娟．３种园林植物对土壤重金属的吸收富集特征［Ｊ］．中南林业科技大学学报，２００９，２９（３）：２１—２５．　［９］　魏树和，周启星，王新，等．农田杂草的重金属超积累特性研究［Ｊ］．中国环境科学，２００４，２４（１）：１０５—１０９．　Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｈｒｅｅ　Ｐｅｒｅｎｎｉａｌ　Ｈｅｒｂａｃｅｏｕｓ　Ｐｌａｎｔｓ　ｔｏ　Ｌ，ｅａｄ　ｉｎ　Ｓｏｉｌ　ＳＵＮ　Ｚｏｎｇ—ｌｉａｎ　，ＸＩＡＯ　Ｘｉｎ　，ＷＡＮＧ　Ｑｉａｎ。　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｓｐａｔｉａｌ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ　２２１１１６，Ｃｈｉｎａ　２．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｊｉａｎｈｕ　Ｃｏｕｎｔｙ，Ｊｉａｎｈｕ　２２４７００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｂ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｏｘｉｃ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ，ａｎｄ　Ｐｂ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ａｆｆｅｃｔ　ｍｉｃｒｏｂｅｓ，ａｎ—　ｚｙｍｅ　ａｃｔｉｖｉｔｙ，ａｎｄ　ｐｈｙｓｉｃａ１　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｓｏｉｌ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ａｒｅ　ｈａｒｍｆｕｌ　ｔｏ　ｈｕｍａｎ　ｈｅａｌｔｈ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｆｏｏｄ　ｃｈａｉｎ．Ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｇｒｅｅｎ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｏ　ｒｅｍｏｖｅ　ｓｏｉｌ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｗｉｔｈ　ｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ　ｐｌａｎｔｓ，ｃａｕｓｉｎｇ　ｎｏ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｄａｍａｇｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓｔｕｄｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｐｅｒｅｎｎｉａｌ　ｈｅｒｂａｃｅｏｕｓ　ｐｌａｎｔｓ（ａｌｆａｌｆａ，ｆｅｓｔｕｃａ，ｌｏｌｉｕｍ　ｐｅｒｅｎｎｅ），ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｔｈｅ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ　ｅｆｆｅｃｔ　ｔｏ　ｌｅａｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ　ｐｌａｎｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅｉｒ　ｅａｒｌｙ　ｐｅｒｉｏｄ　ｏｆ　ｇｒｏｗｔｈ，ｔｈａｔ　ｉｓ　ｌｏｌｉｕｍ　ｐｅｒｅｎｎｅ　ｅｘｃｅｌｓ　ａｌｆａｌｆａ，ａｎｄ　ａｌｆａｌｆａ　ｅｘｃｅｌｓ　ｆｅｓｔｕｃａ．Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｒｅ—　ｖｅｎｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｂ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｂ　ｐｏｌｌｕｔｅｄ　ｓｏｉｌ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ　ｐｌａｎｔ；ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｂｉｏｍａｓｓ　（责任编辑崔思荣）　７６　・