镉超富集植物球果 菜对镉2砷复合污染的反应及其吸收积累特征
孙约兵
1,2
,周启星
1,33
,任丽萍
1
(11中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态过程重点实验室,沈阳 110016;21安徽师范大学重要资源保护与利用研究安
徽省重点实验室,安徽芜湖 241000;31南开大学环境科学与工程学院,天津 300071)
摘要:采用室外盆栽模拟方法,比较和分析了镉(Cd )2砷(As )复合污染处理对球果 菜(Rorippa globosa ,十字花科焊菜属,1种从农田杂草中新发现的镉超富集植物)的生长及其对Cd 、As 吸收和积累特征的影响.结果表明,在低浓度Cd 2As 复合污染条件下,由于Cd 、As 的拮抗作用,从而促进植物的生长发育,同时也促进地上部对Cd 的吸收和积累.在Cd 2As 复合污染处理浓度为
10mg Πkg 和50mg Πkg 时,株高和地上部干重达到最大(分别为3519cm 和212g Π盆),叶片中Cd 积累量高于同浓度单一Cd 处理.Cd 2As 复合污染高浓度处理表现出对球果 菜生长以及Cd 的吸收和积累有协同的抑制作用.同时,球果 菜根部对As 的吸
收能力大于其地上部,相应的富集系数≤013,转移系数≤016,说明球果 菜对As 有一定的排斥作用.这些结果表明,球果 菜有很强的忍耐Cd 2As 复合污染的能力,对修复Cd 2As 复合污染土壤具有一定的潜力.关键词:镉超富集植物;球果 菜;复合污染;植物修复
中图分类号:X17114 文献标识码:A 文章编号:025023301(2007)0621355206
收稿日期:2006207210;修订日期:2006208221
基金项目:海外青年学者合作研究基金项目(20428707);国家自然科
学基金重点项目(20337010);中俄自然资源与生态环境联合研究中心项目
作者简介:孙约兵(1978～),男,硕士,主要研究方向为污染土壤的植
物修复.
3通讯联系人,E 2mail :Zhouqx @https://www.doczj.com/doc/7e4531665.html,
G row th R esponses of Rorippa globosa and Its Accumulation Characteristics of Cd and As under the Cd 2As Combined Pollution
S UN Y ue 2bing
1,2
,ZH OU Qi 2xing
1,3
,RE N Li 2ping
1
(11K ey Laboratory of T errestrial Ecological Process ,Institute of Applied Ecology ,Chinese Academy of Sciences ,Shenyang 110016,China ;21Provincial K ey Laboratory of C onservation and Exploitation of Biological Res ources ,C ollege of Life Sciences ,Anhui N ormal University ,Anhui Wuhu 241000,China ;31C ollege of Environmental Science and Engineering ,Nankai University ,T ianjin 300071,China )
Abstract :Rorippa globosa has been identified as a new Cd 2hyperaccumulating plant species.In the present study ,growth responses of Rorippa globosa and its accumulation characteristics of Cd and As were examined under the condition of Cd 2As combined pollution.The results showed that Cd and As had an antag onistic effect on enhancing the growth of the plants and Cd uptake and accumulation under the low concentration Cd and As treatments.When Cd and As concentrations were 10mg Πkg and 50mg Πkg ,the highest height of the plants and the dry weight of shoots were up to 3519cm and 212g Πpot ,respectively ;and the accumulation of Cd in the leaves under the combined pollution was higher than that at the same level under single Cd pollution.H owever ,there were synergic adverse effects on plant growth and Cd uptake under the high concentration Cd and As combined pollution.Meanwhile the accumulation of As in the roots was higher than that in the shoots ,the translocation factor ≤013and the bioaccumulation factor ≤016,which showed that Rorippa globosa had an excluding effect on As uptake.These results con firmed that Rorippa globosa had the strong tolerance ability to the Cd 2As combined pollution ,and the potential applied to phytoremediation of contaminated s oil by Cd and As.
K ey w ords :Cd 2hyperaccumulator ;Rorippa globosa ;combined pollution ;phytormediation
由于工业废物的排放和不合理的农业管理措施,致使农田土壤中镉(Cd )、砷(As )污染日趋严重,并不同程度地导致了人和动物体急性、亚急性和慢
性中毒,还可诱发引起致癌、致畸[1～3]
.由于Cd 、As 污染在土壤环境中表现为具有隐蔽性、长期性和不可逆转性的特点,使得这2种金属污染土壤的治理和修复成为亟需解决的现实问题.对于具有经济高效、绿色净化和易于后续处理等优点的植物修复技术[4～6],其关键是选育出对污染元素有较强吸收能力的超富集植物(hyperaccumulator ).这种植物对重金属的吸收积累量超过一般植物的100倍而不影响其
正常生长[7]
.目前,有关超富集植物的衡量标准有3个:一是临界含量标准,即植物茎或叶中重金属达到其临界含量,其中Cd 为100mg Πkg ,As 为1000mg Πkg
[7]
;二是富集系数标准,即富集系数大于110,
但有时甚至达50～100[8]
;三是转移系数标准,即重
金属在植物地上部积累量大于其根部积累量[9]
,同
第28卷第6期2007年6月
环 境 科 学E NVIRONME NT A L SCIE NCE
V ol.28,N o.6Jun.,2007
时还需要对它们有一定的耐受能力.但是,这些已知的超富集植物都不同程度存在着不能同时超量积累多种重金属、生物量较小、生长缓慢,且在基因工程培育理想的超富集植物方面进展也十分缓慢等缺点,从而影响植物修复技术的有效性和广泛应用[10].
与作物相比,杂草抗逆境能力强,同时还具有较强的争光、争水和争肥的能力,是修复污染土壤较理想的种质资源.球果 菜(Rorippa globosa)是我国境内利用农田杂草发现的为数不多的1种镉超富集植物(专利号:C N20041002098112).已有研究表明,当土壤Cd达到25mgΠkg时,其开花期和成熟期叶片中Cd含量分别为13116mgΠkg和15011mgΠkg[11],地上部Cd积累量大于其根部积累量,且地上部富集系数大于110,符合超富集植物的基本特征[7].鉴于镉超富集植物对Cd2As复合污染土壤的修复以及同时对Cd、As具有超富集作用的植物鲜见报道,本试验旨在研究Cd2As 复合污染条件下球果 菜的生长反应及其对Cd、As的吸收和积累特征,探讨它们互作的内在机制,以期为Cd2As复合污染土壤的修复和治理提供科学依据.
1 材料与方法
111 试验地点概况
试验地点设在中国科学院沈阳生态实验站内,地理位置为东经123°41′、北纬41°31′,海拔约50m,属温带半湿润大陆性气候,年平均温度5～9℃,无霜期为127～164d,年降水量650～700mm.盆栽试验土壤采自该站表土(0～20cm),土壤类型为草甸棕壤,其理化性质为pH值6156,有机质12126gΠkg,全N0191gΠkg,全P014gΠkg,全K183gΠkg,总Cd0117 mgΠkg,总Cu3219mgΠkg,总Zn2811mgΠkg,总Pb 1111mgΠkg,总As1014mgΠkg.
112 试验方法
将供试土壤风干后过4mm筛后,每盆装土215kg,与一定量的污染物充分混匀后装入塑料盆(<=20cm,H=15cm),Cd2As复合污染处理,设3个Cd水平(mgΠkg):10、25、50;2个As水平(mgΠkg):
50、250;另外设1个对照,共7个处理,即为:①CK;
②Cd10mgΠkg+As50mgΠkg;③Cd10mgΠkg+As250 mgΠkg;④Cd25mgΠkg+As50mgΠkg;⑤Cd25mgΠkg+ As250mgΠkg;⑥Cd50mgΠkg+As50mgΠkg;⑦Cd50 mgΠkg+As250mgΠkg.以CdCl2?215H2O和Na2H AsO4
?7H
2O的形式加入.平衡3周后,选择生长一致的球
果 菜幼苗分别移栽入各盆中,每盆3棵苗,重复3
次.为了使其在自然状况下生长,不施底肥且露天栽
培,根据盆中土壤缺水情况,不定期浇水(水中未检
出Cd和As),使土壤含水量经常保持在田间持水量
的80%左右.为防止污染物淋溶渗漏损失,在盆下
放置塑料托盘并将渗漏液倒回盆中.植物生长时间
为68d.
113 样品分析
植物样品分为根、茎、叶和籽实4部分,分别用
自来水充分冲洗以去除粘附于植物样品上的泥土和
污物,然后再用去离子水冲洗,沥去水分,在105℃
杀青10min.之后,在70℃下烘干至衡重,将植物样
品粉碎备用.植物样品采用H NO
32HClO4法消化(二
者体积比为3∶1),原子吸收分光光度计测定样品中
的Cd含量.As的测定方法是在酸性条件下,加入
20%硫脲(体积分数)将As5+还原成As3+,利用
HG2AFS法测定[12].
114 数据分析
所有检测的数据都重复3次,在计算机上用
Micros oft Excel2003进行平均值和标准差的运算,以
Mean±S D形式表示.并利用最小显著性差异测验
(LS D测验)进行植物样品差异显著性测验.
2 结果与讨论
211 球果 菜对Cd2As复合污染的生长反应
从外观上看,Cd2As 复合污染条件下球果 菜
生长正常,叶片没有出现如萎黄、缺绿等受胁迫症
状.通过盆栽梯度实验发现,植株在株高和地上部干
重对Cd2As复合污染的反应,表现为相一致的规律
(图1和图2).在低浓度Cd2As复合污染条件下,球
果 菜地上部的生长表现出一定促进效应.当Cd 、
As复合浓度为10mgΠkg和50mgΠkg时,植物平均株
高达到最大值,为3519cm;地上部干重也达到最大,
是对照的111倍,达到212gΠ盆.随着土壤中施加Cd、
As含量逐步提高,对球果 菜生长发育逐渐具有协
同的抑制作用,表现在平均株高和地上部生物量均
有所降低.然而,当Cd2As复合浓度水平增加到
50mgΠkg和250mgΠkg时,株高和地上部生物量则显
著降低(p<0105),尤其与对照相比,其株高和地上
部干重分别下降了35%和43%.当Cd投加浓度相
同时,与As浓度为50mgΠkg相比较,在As浓度为
250mgΠkg条件下植物株高和生物量地上部干重总体
有所降低,但不太明显(只有在Cd为50mgΠkg时,株
高显著下降);同样,在同一As投加浓度条件下,随6531环 境 科 学28卷
着Cd 投加浓度的上升,球果 菜生长发育受到抑制程度也基本上愈加明显.
作为超富集植物,其在成熟期的生物量通常是
一个重要的评价指标[13]
,尤其是地上部生物量,在土壤中重金属污染程度较高,但只要没有达到能够抑制植物生长的临界浓度条件下,植物地上部生物量一般不会下降;如果超过这一临界浓度,植物生长就会受到抑制,其叶色、株高等生长特性就会发生不同程度地变化,但最终集中反映在植物地上部生物
量会显著降低[14,15]
.由图1和图2可知,在低浓度Cd 2As 复合污染条件下,由于Cd 、As 之间表现出拮
抗作用,促进球果 菜的生长和发育,株高和生物量与对照相比均有所提高;当Cd 2As 复合浓度增加到25mg Πkg 和50mg Πkg 时,株高和生物量虽然减少但并不显著,同时在Cd 2As 复合污染浓度梯度处理中植物根部干重受影响的程度不太明显(p >0105)(如图2),说明球果 菜对Cd 2As 复合污染有很强的耐性
图1 Cd 2As 复合作用对球果 菜株高的影响
Fig.1 E ffects of Cd 2As combined pollution on
the height of Rorippa
globosa
图2 Cd 2As 复合作用对球果 菜生物量的影响
Fig.2 E ffects of Cd 2As combined pollution
on the biomass of Rorippa globosa
能力.对于Cd 2As 复合污染土壤的植物修复有一定的潜力,因为对重金属的强耐性能力是超富集植物
修复复合污染土壤的一个重要特征[16]
.
212 Cd 2As 复合污染对球果 菜体内Cd 积累的影响
表1表示的是Cd 2As 复合污染处理下球果 菜根、茎、叶和籽实4个部分Cd 含量.由表1可看出,随着土壤中Cd 投加浓度的提高,植物体各部分Cd 含量均有所增加.植物体中Cd 含量表现为:叶片>茎>根>籽实,植物地上部含量大于地下部的浓度.当Cd 投加浓度≥25mg Πkg 时,叶片中Cd 含量高于
镉超富集植物临界含量标准[7]
,尤其当Cd 2As 复合污染浓度为50mg Πkg 和50mg Πkg ,叶片中Cd 含量达到24118mg Πkg.可见,在较高的复合污染浓度条件下,球果 菜仍然有很强的Cd 吸收积累能力,对于Cd 2As 复合污染土壤的治理有一定的修复潜力.当Cd 为同一浓度处理水平情况下,高As (250mg Πkg )条件下抑制了植物对Cd 的吸收,植物体各部分中Cd 含量基本上都有所减少,但在Cd 为10mg Πkg 和25mg Πkg 浓度下,高As (250mg Πkg )浓度对Cd 的吸收抑制程度不太明显(p >0105);而当土壤中Cd 浓度达到50mg Πkg 时,与低As (50mg Πkg )浓度相比,高As (250mg Πkg )浓度下植株根、茎和叶中Cd 含量显著下
降(p <0105).在Cd 单一处理浓度为25mg Πkg 时,与成熟期的球果 菜叶片中Cd 含量为15011mg Πkg [11]
相比,在Cd 2As 复合污染处理水平为25mg Πkg 和50mg Πkg 时,叶片中Cd 的积累量却达到18010mg Πkg.说明了投加一定含量的As 能够表现出球果 菜对Cd
的吸收机能的促进作用.周启星研究发现[17]
,当土壤环境中同时存在Cd 和As 时,As 有促进苜蓿吸收Cd 的功能;同时,As 也可促进水稻对Cd 的吸收,当土壤投加As 浓度为30mg Πkg 时,水稻根、茎叶、籽实
Cd 含量水平随着土壤中As 含量的增加而增加[18]
.植物对Cd 的吸收能力,直接受土壤中投加的Cd 、As 浓度及其交互作用制约,这或许是Cd 2As 复合污染
的实质[17]
.Cd 、As 之间交互作用表现为协同效应,Cd 、As 在协同作用时,Cd 3(AsO 4)2可透过植物细胞膜,因此在复合污染条件下,一定浓度的As 投加能
够促进植物对Cd 的吸收和积累[18]
.
转移系数(translocation factor ,TF )是指地上部元
素的含量与地下部同种元素含量的比值[19]
,用来评价植物将重金属从地下向地上的运输和富集能力.转移系数越大,则重金属从根系向地上部器官转运能力越强.从表2可看出,Cd 2As 复合污染条件下球
7
5316期孙约兵等:镉超富集植物球果 菜对镉2砷复合污染的反应及其吸收积累特征
表1 Cd2As复合污染对球果 菜体内Cd 积累量的影响
T able1 E ffects of Cd2As combined pollution on Cd accumulation in Rorippa globosa
处理Πmg?kg-1
Cd积累量Πmg?kg-1
根茎叶籽实
Cd10+As501213±12.2bc3411±17.1cd6410±32.0cd1716±7.3a Cd10+As250712±2.1c1214±7.8d2713±16.2d217±0.1a Cd25+As504018±6.5b9214±27.8b18010±40.0ab3616±16.5a Cd25+As2503410±23.0bc5612±15.2bc12016±46.5bc4818±10.4a Cd50+As509116±12.9a17614±35.5a24118±7.1a7016±39.1a Cd50+As2504010±33.6b8013±21.5b14116±51.2b3010±5.2a 显著性水平(p)<0101<0101<0101>0105 F71123131615119
果 菜对Cd仍然具有较强的转运和富集能力,各复
合污染处理梯度水平下其TF>1.当Cd投加浓度相
同时,球果 菜体内的转移系数随着As 投加浓度的
增加而减少,说明高As抑制了Cd向地上部转移;但
在Cd为50mgΠkg时,高As处理下植物的富集系数
则大于低As条件下,这可能与高As显著抑制根部
对Cd的吸收积累有关;与低As(50mgΠkg)相比,其
Cd积累量减少了56%(见表1).当投加As浓度相
同时,植物体Cd的转移系数随着土壤中Cd含量的
增加而减少.
表2 Cd2As 复合污染条件下球果 菜Cd、As的
富集系数和转移系数
T able2 Bioaccumulation and translocation factors of Cd and As in
Rorippa globosa under the Cd2As combined pollution
处理Πmg?kg-1
Cd As
富集系数
(BF)
转移系数
(TF)
富集系数
(BF)
转移系数
(TF)
Cd10+As50 Cd10+As250 Cd25+As50 Cd25+As250 Cd50+As50 Cd50+As250614
217
712
418
418
218
512
318
414
316
216
315
012
011
012
011
013
011
015
013
016
013
014
013
富集系数(bioaccumulation factor,BF)也称吸收系数,是指植物中某元素含量与土壤中元素含量之比[10].富集系数表征土壤2植物体系中元素迁移的难易程度,这是反映植物将重金属吸收转移到体内能力大小的评价指标.富集系数越高,表明植物地上部重金属富集质量分数大.从表2可看出,当Cd投加浓度相同时,高As(250mgΠkg)处理下表现出抑制球果 菜地上部对Cd的吸收效率;与低As(50mgΠkg)处理相比,球果 菜叶中Cd的积累量分别减少了58%、33%和42%;当投加As浓度相同时,植物体的富集系数则在Cd为25mgΠkg达到最大值,这可能与植物地上部的富集系数与其土壤中污染物投加含量有关,在适宜浓度下,能够促进植物对Cd的吸收积累,富集系数达到最大.总之,由于液泡的区室化作用和植物体内某些有机物(如MTs、PCs、有机酸等)对重金属的螯合作用,降低了重金属的毒性,从而能够促进植物体对重金属的吸收积累[20～22].在复合污染处理中,球果 菜体内都有较高的转移系数和富集系数,显示出对Cd 有很强的耐性和富集特征. 213 Cd2As 复合污染对球果 菜体内As积累的影响
从图3可看出,Cd2As复合污染作用下球果 菜吸收的As主要集中在根部.在土壤Cd2As复合浓度为25mgΠkg和250mgΠkg时,根部As积累量达到11516mgΠkg,是地上部As 积累量的318倍.在Cd2As 复合污染处理条件下球果 菜对As吸收和转移能力很低,富集系数为011～013,转移系数为013～016 (表2),说明球果 菜对As有一定的排斥作用.在Cd投加浓度为10mgΠkg和25mgΠkg时,与低As(50 mgΠkg)处理相比,在高As(250mgΠkg)处理下植物根部和地上部As积累量显著增加(p<0105);在Cd处理浓度为50mgΠkg时,根部和地上部As积累量增加不太明显,可能在高Cd浓度下抑制了植物对As的吸收和积累.在As处理浓度为50mgΠkg条件下,根部和地上部As的积累量随着Cd处理浓度增加而增加;而在As处理浓度为250mgΠkg条件下,表现出低Cd处理浓度促进根部和地上部对As的吸收和积累,高Cd处理浓度抑制根部和地上部对As的吸收和积累.
植物对重金属的排斥机制通常包括2个方面,一是减少根部对重金属的吸收,二是重金属在根部通过区室化保存,从而限制向地上部转移[20].排异植物最重要的特征就是植物体尤其是地上部重金属含量较低[23],排异植物是重金属污染土壤稳定修复较理想的修复植物;与超富集植物相反,以体外抗体为主导机制,排异植物减少其向地上部转移[24].球果 菜对As的排斥性虽然影响其对As的提取修
8531环 境 科 学28卷
复,但却是其对As 耐性能力的表现,根部吸收的As 只有少量转移到地上部,从而降低了As 对植物体的毒害
.图3 Cd 2As 复合污染作用对球果 菜体内As 积累量的影响
Fig.3 E ffects of Cd 2As combined pollution on As
accumulation in Rorippa globosa
214 Cd 2As 复合污染对球果 菜地上部和根系中Cd 、As 吸收量的影响
超富集植物地上部积累大量的重金属有利于将
其收获并妥善处理后,即可将该土壤中重金属移出土体,从而达到重金属污染治理与生态修复的目的[25]
,同时地上部高含量重金属还有一定的经济效
益,如通过灰化冶炼提取重金属[26,27]
.球果 菜从土壤中吸收的Cd 主要积累在地上部,占整个植株的86%～99%(图4).当As 投加浓度相同时,地上部Cd 积累量随着土壤中投加Cd 含量增加而增加;当Cd 处理为同一浓度时,高As (250mg Πkg )处理能显著抑制地上部Cd 的积累,与低As (50mg Πkg )处理相比,球果 菜地上部Cd 积累量分别减少了69%、49%和59%.虽然球果 菜地上部As 含量小于根部,但由于地上部生物量大,其As 积累量则是根部的112～315倍
.
图4 Cd 2As 复合污染作用下球果 菜体内Cd 的积累量
Fig.4 Accumulation of Cd in Rorippa globosa under the
Cd 2As combined pollution
植物有效数(plant effective number ,PE N )和重金属提取率(metal extraction ratio ,MER )被用来评价超富集植物修复重金属污染能力.其中,植物有效数是指植物体内积累1g 重金属所需要植物地上部或整
个植株的数目[28]
.在Cd 2As 复合污染水平为50mg Πkg 和50mg Πkg 时,球果 菜体内积累1g 镉需要植
物地上部或整个植株数分别为>12126和>10836,球果 菜体内积累1g 砷需要植物地上部或整个植株数分别为>33638和>240633.重金属提取率是指植物地上部积累重金属的量与土壤中同种重金属量的比值,即
[29]
:
MER =
c 地上部重金属×m 地上部干重
c 土壤中重金属×m 土壤重量
×100%
(1)
在Cd 2As 复合污染不同浓度处理条件下球果 菜地上部对Cd 的提取率分别为0111%、0103%、0109%、0105%、0107%和0103%,可见由于高As 处理抑制了植物地上部对Cd 的吸收和积累,植物对Cd 的提取率也相应减少;在同样复合污染处理中,As 的提取率分别为01007%、01003%、01008%、01002%、01007%和01002%.总之,Cd 超富集植物球
果 菜在Cd 2As 复合污染条件下对Cd 仍然有很强的吸收富集能力,对As 的吸收富集能力则较弱,这可能是植物体对不同污染物具有不同的耐性机制
[10]
,从而最大程度地适应污染的胁迫以利于植物
的生存.3 结论
(1)在Cd 2As 复合污染条件下,两者低浓度处理
由于Cd 、As 的拮抗作用,能够促进球果 菜的生长发育,株高和生物量都有所增加;同时,与Cd 单一污染相比,低As 浓度处理能够促进植物对Cd 的吸收和积累.高浓度处理,Cd 、As 两者能够表现出对球果菜有协同的抑制作用,不仅植株生长发育减缓,而且地上部Cd 的积累量也降低.作为镉超富集植物,在复合污染条件下,地上部能够积累大量的Cd ,其富集系数和转移系数都大于1.在Cd 2As 复合污染条件下,球果 菜对As 有一定的排斥作用,表现为植株地上部As 的积累量明显低于根部,其富集系数和转移系数都小于1.
(2)在本实验中,镉超富集植物球果 菜对Cd 有超富集能力,同时对As 有一定的排斥作用,说明
球果 菜对Cd 2As 复合污染有很强的耐性机制,对
于修复Cd 2As 复合污染土壤有一定的潜力.作为农田杂草型超富集植物的球果 菜既具有野生植物的
9
5316期孙约兵等:镉超富集植物球果 菜对镉2砷复合污染的反应及其吸收积累特征
性状,也具有作物的某些栽培特征,有很强的生态适应性和竞争能力,生长迅猛,光合作用效率高,能够在较短时间内完成其生长史,抗逆性和抗虫害能力强,具有一般超富集植物无法比拟的优势,是Cd2As 复合污染土壤植物修复比较理想的材料.
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0631环 境 科 学28卷
表1.2超富集植物Table1.2HyPeraccumulators 重金属常用植物重金属积累量(mg·kg-1) 砷（As）大叶井口边草(Pteris nervosa) 418 娱蛤草(Pteris vittata L.) 3280-4980 镉（Cd）天蓝遏蓝菜(Thlaspi caerulescens) 1800 灯芯草(Juncus effusus) 8670 宝山堇菜(Viola baoshanensis) 1168 铜（Cu）海州香蕾(Elsholtzia hai-chowensis) 1470 铅（Pb）圆叶遏蓝菜(T.rotundifolium) 8200 1000 石竹科米努草属（Caryophyllaceae Minuartia) 芸苔科1000 锰（Mn）商陆(Phytolacca L.) 19299 高山甘薯(Ipomoea batatas Lam) 12300 粗脉叶澳坚(Macadamia neurophylla) 51800 镍（Ni）遏蓝菜属(Thlaspi L.) 12400 十字花科（Brassieaceae) 7880 锌（Zn）天蓝遏蓝菜(T.caerulescens) 51600 东南景天(Sedum alfredii Hance) 4514 表，.1中国发现的超富集植物 Tble1.1HyPeraceumulators diseovered in China 重金属元素植物种文献来源铅(Pb 酸模(Rumex acetosa) 刘秀梅等.2002 羽叶鬼针草(Bidens aximawiczlama 刘秀梅等.2002
Oett) 土荆芥(Chenopodium ambrosioides) 吴双桃等.2004 鲁白柯文山等.2004 芥菜柯文山等.2004 绿叶觅菜(Amaranthus tricolor) 聂俊华等.2004 紫穗槐(Sophora japonica) 聂俊华等.2004 镉(Cd) 龙葵(Solamum nigrum) 魏树和等.2004 宝山堇菜(Viola baoshanensis) 刘威等.2003 小白菜:日本冬妃王松良等.2004 结球甘蓝B.oleracea:夏秋3号王松良等.2004 锰(Mn）鼠鞠草(Gnaphalium offine) 张慧智等.2004 商陆(Phytolacca acinosa Rox) 薛生国等.2003 砷(As) 蜈蚣草(Pteris viftata L) 陈同斌等.2002 大叶井口边草(Pteris cretica) 韦朝阳等.2002 井栏边草(Pteris multifida) 王宏镇等.2006 斜羽凤尾蕨(Pteris oshilnensis) 王宏缤等.2006 金钗凤尾蕨(Pteris fauriei) 王宏槟等.2007 锌(Zn）东南景天(Sedum alfredii H) 杨肖娥等.2002 铜(Cu) 鸭拓草(silene fortunei) 束文圣等.2001 表1.3常见高生物量耐性植物 Tbte1.3High biomass tolerance Plant 植物名分类经济价值和用途
不同改良剂对砷和镉复合污染土壤修复效果的研究 摘要：本研究针对某地区砷和镉复合污染土壤的实际情况，通过等温吸附解吸实验和土壤浸出毒性实验，探讨了使用mgo和 feso4+cao修复砷和镉复合污染土壤的治理效果。 关键词：土壤；砷；镉；氧化镁；硫酸亚铁；氧化钙；吸附；解吸；浸出毒性 abstract：this research in view of an area arsenic and the cadmium compound contaminated soil’s actual situation, through the isothermal adsorption desorption experiment and the soil leaching toxicity experiment, discussed has used mgo and feso4+cao repairs the arsenic and the cadmium compound contaminated soil government effect. keywords:soil; arsenic; cadmium; magnesia; ferrous sulfate; calcium oxide; adsorption; desorption;leaching toxicity 随着工农业生产的发展，土壤重金属污染负荷与日俱增，而砷、镉也逐渐成为土壤重金属污染的主要污染物。由于施用改良剂修复砷、镉污染土壤对环境破坏较小、费用较低、易于操作，因此受到人们的重视。本研究针对某地砷和镉复合污染土壤的实际情况，通过等温吸附解吸实验和土壤浸出毒性实验，探讨使用mgo和 feso4+cao修复砷和镉复合污染土壤的治理效果。 1材料与方法
重金属超积累植物研究 10化41 10234027 汪杉椿 摘要：土壤重金属污染是当前面临的一个重大环境问题，而土壤重金属污染的植物修复尤其是超积累植物的应用是治理污染土壤的重要手段之一。本文主要就重金属超累积植物的概念与选择标准，及其超累积的机理和在生态修复中的应用问题与前景进行综述。 关键词：重金属；超积累植物；植物修复 中国矿产资源蕴藏量丰富，分布遍及全国，随着铅锌矿的累年开发，矿渣、矿区废水不断污染周围农田。此外各种工业废水和废气的排放及农田污泥的施用都造成农田土壤的重金属污染。植物修复技术作为一种新兴的绿色生物技术，能在不破坏生态环境，保持土壤结构和微生物活性的状况下，通过植物的根系直接将污染元素吸收，从土壤中带走，从而修复被污染的土壤。 1 . 金属超累积植物 1.1重金属超累积植物的概念及选择标准 重金属超累积植物是指对重金属的吸收量较大，并能将其运移贮藏到地上部，且地上部重金属含量显著高于根部的植物，这类植物地上部的重金属含量是常规植物的10一500倍。 超累积植物吸收修复被重金属污染土壤的综合指标是净化率，即植物地上部吸收某种重金属的量与土壤中此种重金属总量的百分比。超累积植物一般对某种元素是专一的，但是某些植物也能同时超累积两种或多种植物。 理想的重金属超积累植物一般具有以下特征：(1)可以耐受高水平的重金属；(2)地上部超量积累某种或几种重金属时，不影响植物的正常生长，通常超出普通植物的100倍以上，比如超积累植物积累的Cd含量可达100Lg/g(干重)以上，Co、Ni、Cu、Pb达1 mg/g以上，而Mn、Zn达10 mg/g以上；(3)生长迅速；(4)生物量大；(5)根系发达。超积累植物可以用于环境污染的植物修复、
天津师范大学 本科毕业论文（设计）重金属污染土壤的超积累植物修复技术 学院：城市与环境科学学院 学生姓名：陈晓龙 学号：10508122 专业：资源环境与城乡规划管理 年级：2010级 完成日期：2014年4月8日 指导教师：梁培玉
重金属污染土壤的超积累植物修复技术 摘要：近年来，由于工农业的急速发展，导致环境问题日益严重。采矿、冶炼、汽车尾气的排放、工业废水的排放、农业化肥的使用，导致重金属囤积，严重污染土壤，对人类生活已造成了严重危害。重金属污染有别于其他污染，在土壤中重金属无法通过自身特性而降解。由于重金属具的易富集的特性，这导致其很难被降解在环境中。植物修复技术作为一种新兴的绿色技术被重视，并成为国内外研究的热点。本文就国内外目前研究植物修复技术的现状，重点探讨中国在植物修复技术上的发展和植物修复技术目前在国内重金属污染土壤中的应用。 关键词：重金属；土壤污染；超积累植物；植物修复技术； Technology of Hyperaccumulator for Phytoremediation of Soils Contaminated by Heavy Metals Abstract:In recent years, given the rapid development of industry and agriculture, led to increasingly serious environmental problems. Mining, metallurgy, automobile exhaust emissions and industrial wastewater discharges, agricultural fertilizers, leading to accumulation of heavy metals, heavily polluted soil, has caused serious harm to human life. Differ from other organic compound pollution of soil heavy metal pollution, cannot by itself the purification and physicochemical properties or biological degradation. Enrichment of heavy metals, it is difficult to degrade in the environment. Phytoremediation was developed in recent years for removal of heavy metal pollution in soil in green technology. Hyperaccumulators and phytoremediation of heavy metals has become one of the hot fields of academic research at home and abroad. This article on the current status of research on phytoremediation technology at home and abroad, focusing on China's development in this technology and application of phytoremediation in soil contaminated by heavy metals. Keywords:Heavy metal; Soil pollution; Hyperaccumulator; Phytoremediation technology
镉超富集植物球果 菜对镉2砷复合污染的反应及其吸收积累特征 孙约兵 1,2 ,周启星 1,33 ,任丽萍 1 (11中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态过程重点实验室,沈阳 110016;21安徽师范大学重要资源保护与利用研究安 徽省重点实验室,安徽芜湖 241000;31南开大学环境科学与工程学院,天津 300071) 摘要:采用室外盆栽模拟方法,比较和分析了镉(Cd )2砷(As )复合污染处理对球果 菜(Rorippa globosa ,十字花科焊菜属,1种从农田杂草中新发现的镉超富集植物)的生长及其对Cd 、As 吸收和积累特征的影响.结果表明,在低浓度Cd 2As 复合污染条件下,由于Cd 、As 的拮抗作用,从而促进植物的生长发育,同时也促进地上部对Cd 的吸收和积累.在Cd 2As 复合污染处理浓度为 10mg Πkg 和50mg Πkg 时,株高和地上部干重达到最大(分别为3519cm 和212g Π盆),叶片中Cd 积累量高于同浓度单一Cd 处理.Cd 2As 复合污染高浓度处理表现出对球果 菜生长以及Cd 的吸收和积累有协同的抑制作用.同时,球果 菜根部对As 的吸 收能力大于其地上部,相应的富集系数≤013,转移系数≤016,说明球果 菜对As 有一定的排斥作用.这些结果表明,球果 菜有很强的忍耐Cd 2As 复合污染的能力,对修复Cd 2As 复合污染土壤具有一定的潜力.关键词:镉超富集植物;球果 菜;复合污染;植物修复 中图分类号:X17114 文献标识码:A 文章编号:025023301(2007)0621355206 收稿日期:2006207210;修订日期:2006208221 基金项目:海外青年学者合作研究基金项目(20428707);国家自然科 学基金重点项目(20337010);中俄自然资源与生态环境联合研究中心项目 作者简介:孙约兵(1978～),男,硕士,主要研究方向为污染土壤的植 物修复. 3通讯联系人,E 2mail :Zhouqx @https://www.doczj.com/doc/7e4531665.html, G row th R esponses of Rorippa globosa and Its Accumulation Characteristics of Cd and As under the Cd 2As Combined Pollution S UN Y ue 2bing 1,2 ,ZH OU Qi 2xing 1,3 ,RE N Li 2ping 1 (11K ey Laboratory of T errestrial Ecological Process ,Institute of Applied Ecology ,Chinese Academy of Sciences ,Shenyang 110016,China ;21Provincial K ey Laboratory of C onservation and Exploitation of Biological Res ources ,C ollege of Life Sciences ,Anhui N ormal University ,Anhui Wuhu 241000,China ;31C ollege of Environmental Science and Engineering ,Nankai University ,T ianjin 300071,China ) Abstract :Rorippa globosa has been identified as a new Cd 2hyperaccumulating plant species.In the present study ,growth responses of Rorippa globosa and its accumulation characteristics of Cd and As were examined under the condition of Cd 2As combined pollution.The results showed that Cd and As had an antag onistic effect on enhancing the growth of the plants and Cd uptake and accumulation under the low concentration Cd and As treatments.When Cd and As concentrations were 10mg Πkg and 50mg Πkg ,the highest height of the plants and the dry weight of shoots were up to 3519cm and 212g Πpot ,respectively ;and the accumulation of Cd in the leaves under the combined pollution was higher than that at the same level under single Cd pollution.H owever ,there were synergic adverse effects on plant growth and Cd uptake under the high concentration Cd and As combined pollution.Meanwhile the accumulation of As in the roots was higher than that in the shoots ,the translocation factor ≤013and the bioaccumulation factor ≤016,which showed that Rorippa globosa had an excluding effect on As uptake.These results con firmed that Rorippa globosa had the strong tolerance ability to the Cd 2As combined pollution ,and the potential applied to phytoremediation of contaminated s oil by Cd and As. K ey w ords :Cd 2hyperaccumulator ;Rorippa globosa ;combined pollution ;phytormediation 由于工业废物的排放和不合理的农业管理措施,致使农田土壤中镉(Cd )、砷(As )污染日趋严重,并不同程度地导致了人和动物体急性、亚急性和慢 性中毒,还可诱发引起致癌、致畸[1～3] .由于Cd 、As 污染在土壤环境中表现为具有隐蔽性、长期性和不可逆转性的特点,使得这2种金属污染土壤的治理和修复成为亟需解决的现实问题.对于具有经济高效、绿色净化和易于后续处理等优点的植物修复技术[4～6],其关键是选育出对污染元素有较强吸收能力的超富集植物(hyperaccumulator ).这种植物对重金属的吸收积累量超过一般植物的100倍而不影响其 正常生长[7] .目前,有关超富集植物的衡量标准有3个:一是临界含量标准,即植物茎或叶中重金属达到其临界含量,其中Cd 为100mg Πkg ,As 为1000mg Πkg [7] ;二是富集系数标准,即富集系数大于110, 但有时甚至达50～100[8] ;三是转移系数标准,即重 金属在植物地上部积累量大于其根部积累量[9] ,同 第28卷第6期2007年6月 环 境 科 学E NVIRONME NT A L SCIE NCE V ol.28,N o.6Jun.,2007
Bioprocess生物过程, 2014, 4, 61-66 Published Online December 2014 in Hans. https://www.doczj.com/doc/7e4531665.html,/journal/bp https://www.doczj.com/doc/7e4531665.html,/10.12677/bp.2014.44008 Phytoremediation Technology of Cadmium Pollution Yanqi Li, Dongming Guan*, Luxia Chen, Bo Yan, Shengnan Xie, Zheng Li School of Chemical & Environmental Engineering, China University of Mining & Technology, Beijing Email: *gdm321@https://www.doczj.com/doc/7e4531665.html,, 974223881@https://www.doczj.com/doc/7e4531665.html, Received: Oct. 8th, 2014; revised: Oct. 21st, 2014; accepted: Nov. 7th, 2014 Copyright ? 2014 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.doczj.com/doc/7e4531665.html,/licenses/by/4.0/ Abstract With the rapid development of economy, the cumulative environmental dyeing phenomenon has gradually revealed. In recent years, the serious soil pollution condition can also be compared with water pollution and air pollution. In the diversity of soil remediation technology, phytoremediation technology gradually showed its excellent place. This article simply introduced the overview of the phytoremediation of soil cadmium pollution, reviewed the cadmium enrichment plants with obvious effect in recent years, and made a prospect to the development of phytoremediation technology. Keywords Phytoremediation Technology, Cadmium Pollution, Cadmium Enrichment Plants, Research Progress 镉污染植物修复技术 李彦奇，关东明*，陈陆霞，燕波，谢胜男，李铮 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京 Email: *gdm321@https://www.doczj.com/doc/7e4531665.html,, 974223881@https://www.doczj.com/doc/7e4531665.html, 收稿日期：2014年10月8日；修回日期：2014年10月21日；录用日期：2014年11月7日 摘要 随着我国经济的飞速发展，累积的环境污染现象已逐步显露。近几年来，土壤污染状况的日益严重也可*通讯作者。
【关键字】情况、方法、条件、进展、质量、地方、深入、发现、研究、规律、特点、关键、热点、环境、工程、途径、资源、能力、作用、标准、关系、分析、倾斜、保护、教育、适应、实施 一种新发现的湿生铬超积累植物 -—李氏禾( Leersia hexandra Swartz) 吴东 (北京化工大学化学工程学院，北京 100029) 摘要:通过对某电镀厂附近的植物和土壤的野外调查,发现了湿生铬超积累植物———李氏禾(Leersia hexandra Swartz) 。结果表明,多年生禾本科李氏禾对铬具有明显的超积累特性,叶片内平均铬含量达1786.9mg/kg ,变化范围为1084.2～2977.7mg/kg ;叶片内铬含量与根部土壤中铬含量之比最高达56.83 ,叶片内铬含量与根茎中铬含量之比最高达11.59 ,叶片内铬含量与水中铬含量之比最高达517.86。李氏禾不仅对铬有很强的富集能力,而且具有生长快、地理分布广、适应性强的特点,因此李氏禾的发现将为植物的铬超积累机理与铬污染环境的植物修复研究提供新的重要物种。 关键词:李氏禾;湿生;超积累植物;铬 A Newly Discovered Hygrophyte With Comium Hyperaccumulator Properties Leersia hexandra Swartz: WuDong (College of Chemical Engineering, Beijing University of Chemical Technology ,Beijing 100029 ) Abstract : In a series of field investigations and plant samplings around an electroplating factory , a hygrophyte with chromium hyper-accumulative properties , Leersia Hexandra Swartz , was found for the first time in china. Leersia Hexandra Swartz is a perennial species that often grows along the margins of the tailing pond of the electroplating factory and the nearby streams. It grows to about 1m tall but when floating , it may have branches several meters long. Further research indicated that the hygrophyte from the tailing pond was obviously characterized by the chromium enrichment in its leaves , with a mean Cr concentration of 1786.9mg/kg (1084.2～
蔬菜铅镉和砷含量调查 [摘要] 目的了解成都北郊生产蔬菜铅、镉和砷含量。方法随机抽取成都北郊菜地5块，摘取时令蔬菜9种，用火焰原子吸收分光光度法测定铅、镉和砷含量。结果9种蔬菜镉含量均正常，铅和砷含量均超过国家允许值，铅平均值为允许值的1.5倍，砷平均值达到国家允许值5.26倍。讨论成都北郊蔬菜砷污染严重。 病从口入，食物污染与人体健康有着密切联系。近年来，环境重金属污染日益严重，长期食用重金属污染蔬菜对人体可能造成潜在的、严重的和不可逆转的危害[1]。调查成都北郊蔬菜中常见污染物含量水平，分析其发展动态，为该地环境污染监测、环境污染治理和蔬菜食用提供参考数据。 1.材料与方法 1.1材料2011-09，成都北郊三环以川陕路和北新干线为2条样线，在每条样线两侧，每隔1公km设一个样方，样方面积为0.5km×0.5km，共设样方26个，随机抽取其中5个，摘采样方内时令蔬菜共9种，包括：土豆，藕，西红柿，莴笋，豇豆，扁豆，空心菜，小白菜，辣椒蔬菜。 1.2检测方法自来水清洗干净，再用双蒸水冲洗2～3遍。不同采样点同一品种蔬菜可食部分，按生重等量混合，切细，60℃烘干，粉碎至过100目尼龙筛。用分析天平准确称取样品0.5g（±0.0005g）放入消解内罐中，滴入少量蒸馏水浸润，加双氧水2ml，60℃静置30min，加硝酸3ml，置于XT－9900微波消解仪内（上海新拓微波溶样测试技术有限公司），在压力1.0Mpa、时间120s、功率80%条件下消化，消解液用1%硝酸定容25ml，摇匀移入塑料瓶[2]。用原子吸收分光光度法（北京普析通用仪器公司TAS-986原子吸收仪）测定样品中Pb、As、Cd的含量。每个样品设3个重复，消化测定均以双蒸水为平行对照。以圆白菜为标准物质[GBW10014(GSB-5)]平行消化，所得回收率为90.7%～10 2.6%。 作者单位：四川大学华西公共卫生学院卫生统计教研室（四川成都610041） 作者简介：魏敏（1975-），女，硕士，卫生统计及其应用 通讯作者：朱彩蓉，副教授，硕士生导师，E-mail：zhu.cairong@https://www.doczj.com/doc/7e4531665.html, 1.3统计分析所获得数据用SPSS13.0进行分析。 2.结果 各种类蔬菜中铅、镉和砷含量测定结果见表1，同国家食品卫生限量标准（GB/T5009.75-2003：Pb≤0.2mg/kg, Cr≤0.5mg/kg, As≤0.5mg/kg）比较可得，9种蔬菜中铅含量均超标，平均值为国家允许值的1.5倍；9种蔬菜中砷含量均严重超标，平均值为国家允许值的5.26倍；9种蔬菜中均未见镉超标。 3种元素在蔬菜中含量相关分析结果如图3。可见铅含量与砷和镉含量相关性有显著意义，P<0.001，R=0.652推测铅和砷可能存在着复合污染。而镉与砷相关系数检验P=0.043，接近0.05。 图3 9种蔬菜中铅、砷和镉含量相关分析 3讨论 砷、铅和镉是环境常见污染物[3],此次采样点均为北郊三环以外非工业区，所测蔬菜中砷平均值高达国家允许值的5.26倍，铅平均含量高达国家允许值的1.5倍。傅绍清等1992年对成都相似位置蔬菜的检测结果为砷比铅低，并且两元素都远低于现在的检出值（莴笋茎铅0.7，砷0.099mg/kg）[4]。这说明近20年来，成都北郊蔬菜受到的污染日益严重，特别是砷污染在加剧。蔬菜的砷污染可能来自土壤、灌溉水、烟尘、农药和化肥[5]，成都北郊处于
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910156801.X (22)申请日 2019.03.01 (71)申请人 湖南现代环境科技股份有限公司 地址 410000 湖南省长沙市芙蓉南路128号 现代凯莱大酒店综合楼6楼 (72)发明人 刘朝辉 刘艳 李慧 晏洪铃 欧阳赛 蔡亮亮 (74)专利代理机构 长沙朕扬知识产权代理事务 所(普通合伙) 43213 代理人 魏龙霞 (51)Int.Cl. B09C 1/08(2006.01) B09C 1/00(2006.01) C09K 17/06(2006.01) (54)发明名称一种用于处理镉砷复合污染废渣/土壤的稳定化药剂和方法(57)摘要本发明公开了一种用于处理镉砷复合污染废渣/土壤的稳定化药剂，按照质量含量计，包括：生石灰20～45％、过氧化钙20～50％和铁盐改性粘土矿物30～60％。本发明还公开了该稳定化药剂稳定化处理废渣/土壤的方法：1)向镉砷复合污染废渣/土壤中加入生石灰和水，搅拌混合均匀，调整废渣/土壤酸碱度至pH>7.5；2)加入过氧化钙，搅拌混合均匀；3)加入铁基改性粘土矿物，搅拌混合均匀；4)养护，完成镉砷复合污染废渣/土壤的稳定化处理。本发明的稳定化药剂可以同时固化稳定化废渣(土壤)中的镉和砷，处理效果好。稳定化药剂中过氧化钙的加入可持续稳定的提高废渣的氧化还原电位，可有效防止重金属返溶， 长期稳定性能优良。权利要求书1页 说明书4页CN 109807167 A 2019.05.28 C N 109807167 A
与普通植物相比，学术界认为，超富集植物一般应具备4个基本特征：首先，临界含量特征，即植物地上部如茎或叶重金属含量应达到一定的临界含量标准，如锌、锰为10 000毫克/千克；铅、铜、镍、钴、砷均为1 000毫克/千克；镉为100毫克/千克；金为1毫克/千克。其次，转移特征，即植物地上部重金属含量大于根部重金属含量。第三，耐性特征，即植物对重金属具有较强的耐性。其中对于人为控制试验条件下的植物来说，是指试验中与对照相比，植物茎、叶、籽、实等地上部分的干重没有下降。对于在自然污染状态下生长的植物来说，是指植物的生长从长相来看没有表现出明显的毒害症状。第四，富集系数特征，即植物地上部富集系数（定义：指某种元素或化合物在生物体内的浓度与其在的环境中的浓度的比值）大于1。一般来讲，植物体内重金属含量随土壤中含量的增加而提高。 世界上已发现超富集或具有超富集性质的植物多达几百种，涉及十字花科、凤尾蕨科、菊科、景天科、商陆科、堇菜科、禾本科、豆科、大戟科等。在我国，科研人员已经发现了蜈蚣草、东南景天、龙葵、宝山堇菜、商陆、圆锥南芥、李氏禾等砷、锌、镉、锰、铅、铬等超富集植物， 转移系数（translocation factor）是地上部元素的含量与地下部同种元素含量的比值，即：转运系数﹦地上部植物中元素含量／地下部植物中元素含量。用来评价植物将重金属从地下向地上的运输和富集能力。转移系数越大，则重金属从根系向地上器官转运能力越强 。 滇白前 调查，表明其地上部中含Zn、Pb 和Cd 平均为（11 043±3 537）、（1 546±1 044）和（391±196）mg·kg -1 ，富集系数（地上部和土壤金属质量分数之比）分别为0.35、0.08 和1.05，转运系数（地上部和根中金属质量分数之比）均超过1，均值分别为8.21、3.90 和8.36。野外调查数据表明，滇白前是一种Pb/Zn/Cd 共超富集植物。滇白前对Zn、Pb 富集系数小于1，主要是由于其对应土壤中Zn、Pb 质量分数太高（平均分别为（45 778±32 819）、（22 512±13 613）mg·kg -1 ）所致。 李氏禾 李氏禾(Leersia Hexandra Swartz)是中国境内发现的第一种铬超富集植物.通过水培实验,评价了李氏禾对水中Cr、Cu、Ni的去除潜力.结果表明,李氏禾能够有效去除水体中的Cr、Cu、Ni污染物,重金属初始浓度分别为10和20 mg·L-1的营养液,10 d后Cr浓度降低到原子吸收分光光度法检出限以下,10 d后Cu浓度降低到1.02 mg·L-1和1.25 mg·L-1,20 d后Ni浓度降低到1.10和2.14mg·L-1.收获的植物根、茎、叶中重金属含量均较高,根中重金属含量显著高于茎、叶.单株生物量的比较结果表明,含Cr培养液中生长的李氏禾生物量与对照相比无显著减少(P>0.05),含Cu、Ni营养液中生长的李氏禾生物量均显著低于对照(P<0.05),表明李氏禾对Cr的耐性强于Cu和Ni.李氏禾适宜于湿生环境中生长,能对多种重金属产生大量富集,对Cr、Cu、Ni等重金属污染水体的修复表现出较强的潜力. 宝山堇菜
几种典型Cd超累积植物分析 摘要：随着工业“三废”和机动车尾气的排放、污水灌概及农药、除草剂和化肥的使用，Cd土壤污染迅速蔓延，污染程度也逐渐加深。土壤Cd污染也具有一般重金属污染的特性，即易累积、难降解和毒性大等特点，当其累积一定量时，会对农作物产生影响，进而通过食物链进入人体，对人体健康造成伤害。国内外学者近年来也提出了许多Cd污染治理方法：物理化学方法、化学方法、生物方法。其中既不破坏土壤生态环境，又能保持土壤结构和微生物活性且安全廉价的Cd污染治理方法便是植物修复技术。 关键词：Cd元素；Cd污染治理方法；植物修复技术；新技术 Cd是一种动植物非必需的毒性重金属元素。然而近年来，1955年至1972年发生在日本富山县神通川流域的痛痛病就是因为重金属Cd含量超标所致，以及我国陕西的癌症村也与Cd污染有关。植物修复技术的关键是超累积植物的筛选，Cd的超累积植物即是指地上部能超量累积Cd的植物，植物体内地上部Cd临界含量为100mg/kg（以干重计），且转运系数S/R大于1。 1 Cd累积植物分析 常见的Cd累积植物有遏蓝菜、印度芥菜、油菜的某
些基因型、宝山堇菜、鱼腥草、商陆以及田间杂草的某些品种。 遏蓝菜，是目前世界上公认的Cd富集植物之一[1-3]，地上部Cd含量可达1800mg/kg，但该属植物生长缓慢、株型矮小、地上部生物量小，实际应用有很大的局限性。印度芥菜除了能超累积Cd外，还能对Pb、Zn发挥超累积作用，虽然其生长快、生物量大，但有很强的地域性，难以在我国大面积种植。油菜的某些基因型如川油Ⅱ-10，当土壤Cd含量达到80mg/kg时，其地上部镉含量达120mg/kg，明显高于同等条件下的印度芥菜。有研究发现，印度芥菜的根系有很强的活化能力，和油菜互作时可提高植物提取修复难溶态镉污染土壤的能力。宝山堇菜在自然条件下地上部Cd平均含量可达1168mg/kg，在营养液培养条件下，Cd浓度为0-30mg/L 时，其生物量达到最大，当Cd浓度为30-50mg/L时，其生物量开始减少直至枯萎、死亡。而其地上部分以及根部累积Cd量随着营养液浓度增加而不断增加，当营养液Cd浓度达到50mg/L时，其地上部对Cd的累积达到4825mg/L，均高于根系Cd累积量。但这种植物和遏蓝菜相似，都具有生物量较小的特点，野外生长的干重估计只有3t/hm2。田间杂草具有生物量大，抗逆性强、生长迅速等特点，在水土保持、土壤改良和农业生物多样性的维持方面起着重要的作用，杂草龙葵在盆栽条件下，Cd浓度在25mg/kg以下时，龙葵地上生
有毒金属汞、镉、铅、砷 对食品的污染及危害 有毒金属汞、镉、铅、砷是常见的食品污染源 一、汞对食品的污染及危害 1、污染来源： 汞及其化合物广泛应用于工农业生产和医疗卫生行业，可通过废水、废气、废渣等途径污染食品。另外，用有机汞拌种，或在农作物生长期施用有机汞农药均可污染农作物。除职业接触外，进入人体的汞主要来源于受污染的食品。据我国对各类食品中汞的化学形式研究，发现水产品中的汞主要以甲基汞形式存在，而植物性食品中的汞则以无机汞为主。 2、对人体的危害 甲基汞脂溶性较高，易于扩散并进入组织细胞之中，主要蓄积于肾脏和肝脏，并通过血脑屏障进入脑组织。 汞由于存在形式的不同，其毒性亦异，无机汞化物多引起急性中毒，有机汞多引起慢性中毒。 二、镉对食品的污染及危害 1、污染来源： 镉对食品的污染主要是工业废水的排放造成的。用含镉金属作容器存放酸性食品或饮料时，可使大量的镉溶出，造成对食品的严重污染。
2、对人体的危害 肾脏是慢性镉中毒的靶器官 镉对体内巯基酶具有较强的抑制作用，长期摄人镉后可引起镉中毒，主要损害肾脏、骨骼和消化系统，特别是损害肾近曲小管上皮细胞，影响重吸收功能，临床上出现蛋白尿、氨基酸尿、高钙尿和糖尿，使体内呈负钙平衡而导致骨质疏松症。 摄人过多的镉还可引起高血压、动脉粥样硬化、贫血等。锌、镉是相互拮抗的元素，镉可以干扰结合锌的酶。进入体内的镉可置换含锌酶中的锌，并抑制该酶活性。提高锌的摄入，能拮抗镉的毒性作用。 三、铅对食品的污染及其危害 1、污染来源： 含铅工业三废的排放和汽车尾气是铅污染食品的主要来源；食品加工用机械设备和管道含铅，在适宜的条件下，可移行于食品中；食品的容器和包装材料也是铅的重要来源；印刷食品包装材料的油墨、颜料，儿童玩具的涂料也是铅的来源；某些食品添加剂或生产加工中使用的化学物质含铅杂质，亦可污染食品。含铅农药(如砷酸铅等)的使用，可造成农作物的铅污染。 2、对人体的危害： 人体内的铅主要来源于食物。 铅的毒性作用主要是损害神经系统、造血系统和肾脏。食物铅污染所致的中毒主要是慢性损害作用。
第49卷 第24期 2004年12月 论 文 2568 https://www.doczj.com/doc/7e4531665.html, 一种新发现的镉超积累植物龙葵(Solanum nigrum L) 魏树和 周启星* 王 新 张凯松 郭观林 (中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态过程重点实验室, 沈阳110016. * 联系人, E-mail: zhouqixing2003@https://www.doczj.com/doc/7e4531665.html,) 摘要 以杂草为研究对象, 通过盆栽模拟实验和小区实验, 从20科54种杂草植物中筛选出镉(Cd)超积累植物龙葵(Solanum nigrum L). 研究结果表明, 在Cd 投加浓度为25 mg/kg 条件下, 龙葵茎和叶中Cd 含量分别为103.8和124.6 mg/kg, 超过了Cd 超积累植物应达到的临界含量标准100 mg/kg, 而且其地上部Cd 富集系数为2.68, 地上部Cd 含量大于其根部Cd 含量, 植物的生长未受抑制, 这些特点均满足Cd 超积累植物的衡量标准. 小区实验也表明, 龙葵对Cd 的富集特性均符合Cd 超积累植物的基本特征. 因此, 可以确定龙葵是Cd 超积累植物. 研究结果对于超积累植物筛选乃至植物耐性生理 ) 具超积累特征杂草植物的筛选. 筛选实 验
论 文 第49卷 第24期 2004年12月 https://www.doczj.com/doc/7e4531665.html, 2569 Zn 等重金属), 使土壤含水量经常保持在田间持水量的80%左右. 待植物成熟后或下霜之前, 收获杂草. 参试杂草植物共有54种, 分属20科, 其中菊科植物最多, 共13种[8]. ( ) 小区确认实验. 为了确认龙葵在田间污染 环境条件下对重金属的超积累能力, 在进行不同浓度梯度实验的同时, 又进行了小区实验. 小区面积为8 m 2 (L = 4 m, W = 2 m), 土壤基本理化性质与盆栽土壤相同. 小区土壤中Cd 投加浓度为50 mg/kg. 具体操作如下: 于2003年6月下旬将小区土壤挖出, 挖掘深度为50 cm, 能确保龙葵的根系均生长在Cd 污染土壤中. 待挖出的土壤自然风干后过4 mm 筛, 然后将土壤大体分为2等份, 其中一份投加重金属Cd, 另一份回填作为未投加Cd 的对照区. 投加重金属时, 先将风干土分成均匀的等份, 每份3 kg, 按设计的浓度将Cd 均匀拌入, 然后再将每份投加Cd 土壤放在一起混匀后回填到小区的另半部分, 小区的两部分土壤中间用塑料隔开. 待投加Cd 土壤平衡2周后开始移栽龙葵幼苗. 2003年7月下旬将生长一致的龙葵幼苗10棵分别移栽到未投加Cd 的对照土壤和投加Cd 的处理土壤, 幼苗高度为4 cm 左右. 添加的试剂及田间管理方式与上述筛选实验相同. 由于在9月末霜期来临之前植物还没有成熟, 因此, 于9月下旬整个小区加盖了塑料棚, 棚内高度为80 cm, 土壤含水量一直保持在80%左右, 并在植物成熟时同时采集植物及其相应根区土壤样品, 植物生长时间为91 d. (茎 原子吸收分光光度计法测定其中的重金 属含量, 重复3次[8]. 原子吸收分光光度计为日立180-80, 其Cd, Pb, Cu 和Zn 的测定波长分别为228.8, 283.3, 324.8和213.8 nm. 土壤的有机质含量等基本理化性质的测定采用常规的测定方法[9]. 土壤pH 用PHS-3B 型pH 计测定, 土︰水比为1︰2.5. 分析所获数据, 在计算机上用Microsoft Excel 进行平均值和标准差(SD)的计算, 并利用Duncan’s 新复极差测验(SSR 测验)进行差异显著性测验, t 测验检验小区实验中对照区和处理区植物地上部干重的差异显著性[10]. 测定结果表明, 供试土壤pH 为6.5, 有机质1.52%, 重金属元素背景值分别为Cd 0.2 mg/kg, Pb 14.2 mg/kg, Cu 12.4 mg/kg 和Zn 39.9 mg/kg. 2 结果与分析 2.1 龙葵对Cd 的超积累特征 一般来说, 既使土壤中重金属污染程度较高, 但只要土壤中重金属浓度没有达到抑制植物生长的临界浓度条件下, 植物地上部生物量通常不会下降, 但一旦超过这一临界浓度, 植物的生长就会受到抑制, 其叶色
超累积植物简介 与普通植物相比，学术界认为，超富集植物一般应具备4个基本特征：首先，临界含量特征，即植物地上部如茎或叶重金属含量应达到一定的临界含量标准，如锌、锰为10 000毫克/千克；铅、铜、镍、钴、砷均为1 000毫克/千克；镉为100毫克/千克；金为 1毫克/千克。其次，转移特征，即植物地上部重金属含量大于根部重金属含量。第三，耐性特征，即植物对重金属具有较强的耐性。其中对于人为控制试验条件下的植物来说，是指试验中与对照相比，植物茎、叶、籽、实等地上部分的干重没有下降。对于在自然污染状态下生长的植物来说，是指植物的生长从长相来看没有表现出明显的毒害症状。第四，富集系数特征，即植物地上部富集系数（定义：指某种元素或化合物在生物体内的浓度与其在的环境中的浓度的比值）大于1。一般来讲，植物体内重金属含量随土壤中含量的增加而提高 重金属超量积累植物,是指能够超量吸收和积累重金属的植物，超积累植物体内的重金属含量要达到一般植物的100倍以上，不同元素有不同的临界值，一般业内公认的标准是，镉1000ppm，铜、镍、铅等为1000ppm，锰、锌为10000ppm.我国目前发现的超积累植物有：砷--蜈蚣草；锌--东南景天；锰--商陆；镉--龙葵等 蜈蚣草 蜈蚣草，蕨类一种，凤尾蕨科凤尾蕨属多年生草本。叶簇生，一回羽状。孢子囊群生于羽片侧脉顶部的联结脉上，线形。广布于长江以南，生于路旁、石缝或石灰岩山地，是钙质土或石灰岩的标示植物。蜈蚣草对砷超强喜好，它能通过根系大量吸收泥土中的砷，然后存进自己的叶片中。生于海拔2000-3100m的空旷钙质土或石灰岩石上。蜈蚣草是世界上第一种被发现的砷的超富集植物，对重金属具有超常规吸收与富集能力。将蜈蚣草植于污染土壤，吸收重金属加以回收，可达到“清污与回收”双重目的。蜈蚣草对土壤中铅、铜、锌与砷均有不同程度的抗性和修复能力。在自然条件下，蜈蚣草可生长在砷含量40～50mg/Kg土壤中，甚至能在砷含量高达23400mg/Kg的矿渣中正常生长；在野外其叶片砷含量超过1000mg/Kg，室内栽培的叶片砷含量高达5070mg/Kg。蜈蚣草可在铅浓度高达3368～3550mg/Kg的铅锌矿尾砂库及其周围环境成片生长；可在铜含量896～12802mg/Kg的矿区土壤中正常生长，且其体内铜浓度高达918mg/Kg；可在锌浓度高达22616mg/Kg的矿渣上正常生长，其羽叶锌含量最高可达737mg/Kg。目前，利用蜈蚣草等植物富集与修复砷、铜和锌等重金属污染的技术已推广应用，蜈蚣草生长速度快、生物量大、地理分布广、适应性强，应用其修复砷污染土壤是现有修复方法中的一种成本低廉、快速的绿色修复技术，具有良好的应用前景。蜈蚣草在富集砷的过程中，其正常生长也需要吸收土壤中的氮、磷、钾等植物必需的营养元素。对植物富集后的生物量的处理还没有比较妥善的解决办法一种现实的处理办法是暂时存放，可以将超富集植物烧成灰后，当做特殊垃圾深挖、填埋，或是运到铅、锌等重金属矿区的尾矿库中与尾矿渣一起贮存，等将来技术手段进步了再进行提炼。 蜈蚣草是一种对砷具有极强的耐性和富集能力的超富集植物 , 其积累砷的浓