范文一:超富集植物
基本概述
超富集植物
超富集植物可以提取、吸收、分解、转化或固定土壤、沉积物、污泥或地表、地下水中有毒有害的污染物。国外很早就发现了重金属超富集体的存在,早期主要是利用指示植物来发现特定的矿床,这种方法在美国和俄罗斯发现铀矿中起到重要作用。
1983年,Chaney首次提出利用某些能够超富集重金属的植物清除土壤中重金属的想法,这一想法很快受到世界研究者的重视。
截至2012年,世界范围内已经发现的超富集植物有400多种。中国的科技工作者陆续发现了香根草、蜈蚣草、鳞苔草、印度芥菜等超富集植物。
基本特征
超富集植物,酸模草
超富集植物应同时具备以下四个基本特征:
临界含量特征植物地上部富集的重金属达到一定的量,是普通植物在同一生长条件下的100倍,其临界含量分别为锌10000 mg/kg,镉100 mg/kg,金1 mg/kg,铜、铅、镍、钴均为1000 mg/kg;
转移特征植物地上部的重金属含量高于根部该种重金属含量;
耐性特征对高浓度的金属有较强的忍耐性;
富集系数特征
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。
种类介绍
1、羊齿类铁角蕨、野生苋和十字花科植物天蓝遏蓝菜对镉的富集能力强;
2、紫叶花苕能富集铅和锌;
3、蒿属和芥菜对铅的富集作用明显;
4、在镍污染的土壤中可种植十字花科和庭芥属植物;在铜污染土壤中可种植酸模草,其植株含铜可达1.850mg/g。
金属机理
植物重金属超富集可能是由多基因控制的复杂过程,涉及重金属离子在根部区域的活化、吸收,地上部运输、贮存以及忍耐等方面。
络合作用
通过与植物中对重金属具有高亲和力的大分
超富集植物子(如苹果酸、柠檬酸等)结合形成络合物,可使土壤中自由重金属的浓度降低,从而降低重金属的毒性。研究比较多的是植物螯合素(PCs)和金属硫蛋白(MT)。植物螯合素(PCs)由植物体内一系列低分子质量、能够结合金属离子的多肽组成。PCs不能由基因直接编码,必须在PCs合成酶的催化下完成。通过螯合作用固定金属离子,可以降低其生物毒性或改变其移动性,减少细胞内自由金属离子,避免新陈代谢产生紊乱。
金属硫蛋白(MT)是自然界中普遍存在的一种低分子量、富含半胱氨酸的蛋白质。它与PCs的本质区别在于MT由基因直接编码,而PCs在PCs合成酶的催化下完成。与PCs一样,金属硫蛋白能够通过巯基与金属离子结合,从而降低重金属离子的毒性,对于Zn 和Cu 的解毒效果尤为明显。
区域化作用
超富集植物将吸收的重金属离子富集在液泡、细胞壁及叶片表皮细胞的表皮毛等部位。一般认为超富集植物的超富集能力和耐性属于不同的生理机制,超富集能力与其根部细胞具有与重金属较多的结合位点有关,而其耐性则与植物细胞中的区域化有关。
生化响应
植物生长在含高浓度重金属的土壤上会出现一些生化响应,如产生一些抗氧化酶和含巯基物质。植物可以通过抗氧化系统以消除自由基。抗氧化系统主要分成两种:①低分子量的抗氧化剂,包括膜上的脂溶性抗氧化剂(α2维生素E、β2胡萝卜素)和水溶性的还原剂(GSH和抗坏血酸盐);②抗氧化物酶,包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、GPX、APX。
最新研究
超级能“吃”镉的少花龙葵。
2012年11月,中国科学院华南植物园的专家找到了四种超富集植物,可用于修复被污染的土壤;还发明了寻找超富集植物的有效方法。 其中,少花龙葵对镉的富集总作用强,此外,还发现杂交狼尾草可修复镉、锌污染,热研11号黑籽雀稗和串叶松香草也可修复镉污染土壤。
不同的植物,对土壤中成分的吸收能力是不同的,超富集植物吸收重金属的能力至少是普通植物的100倍。
范文二:超富集植物
重金属 Cu Cd As
超富集植物
异叶柔花(Aeollanthus biformifolius) 禾秆蹄盖蕨(Athyrium yokoscense) 海州香薷(Elsholtzia splendens) 鸭拓草(Commelina communis) 圆锥南芥(Arabis paniculata) 宝山堇菜(Viola baoshanensis) 天蓝遏蓝菜(Thlaspi carulescens) 东南景天(Sedum alfredii) 商陆(Phytolacca acinosa) 龙葵(Solanum nigrum)
粉叶蕨(Pityrogramma calomelanos) 鳞盖凤尾蕨(Pteris longifolia) 蜈蚣草(Pteris vittata)
琉球凤尾蕨(Pteris ryukyuensis) 大叶井口边草(Pteris nervosa) 粗糙凤尾蕨(Pteris cretica)
备注
生物量大,地下部Cu含量高
生物量小
生物量小,富集能力强 生物量大 生物量较大
生物量较蜈蚣草小
范文三:超富集植物
表1.2超富集植物Table1.2HyPeraccumulators
表,.1中国发现的超富集植物
Tble1.1HyPeraceumulators diseovered in China
表1.3常见高生物量耐性植物
[201施俊法.化学定时炸弹的克星:植物修复技术[J].国土资源情报,2001,(4):39242.
[2l]聂俊华,刘秀梅,王庆仁.营养元素N、P、K对Pb超富集植物吸收能力的影响口].农业工程学报,2004,20(5):262~265. [22]张晓岭.N’PK肥料对土壤中cd、Pb形态变化及吸附解吸的影响田].武汉:华中农业大学,2003.15~42
[15]SUDCH,HUANGHZH.The Phytoremediation poteniial of oilseedrape (B.juncea) as a hyPeraceumulator for cadmium contaminated soil[J].China Environrnental Science,2002,22(l):45~48(in Chinese).
[16]WANG J Q,ZHANG B R,SU D CH.Selection and aeeumulation characteristics ofoilseed rapes for phytoremediation of cadmium contaminated soil[J].Journal of Hebei North University,2005,25(l):58-61 (in Chinese).
[17]CHEN Y. H,LlxD,LIU H Y,etal.The potential of India mustard(BrassicajunceaL.)for phytoremediation of Pb-contaminated soils with the aid of EDTA addition[J].Journal of Nanjing Agrieultural University,2002,25(4):15一18(in Chinese).
[18]张守文,等.油菜对pb污染土壤的修复效应研究[J].西北植物学报,2009,29(1):0122-012 1土壤Cd污染状况简介
Cd是生物生长发育过程的非必需元素,也是自然界中对动、植物及人体危害 性最大的重金属种类之一,连同Hg、As、cr、Pb被称为土壤中的“五毒元素” (Rajmakrishnan et al., 1995;陈志良等,2001)。cd在自然环境中分布极广,地壳 中的平均含量为 0.2mg·k-1,广泛存在于岩石、沉积物及土壤中 (Lalor et al., 2004)。近年来,由于环境中
Cd含量的不断增加,从而引起许多国家的普遍关注, 这些国家基于对食物中重金属安全的认识,针对用于作物生产的农田土壤严格制 作了一系列限定标准(见表1,Lalor, 2008)。
表1一些国家的土壤重金属限定值
在我国,土壤Cd污染状况也一直较为严重。上世纪90年代,国内遭受As、 Pb、cu、Hg等重金属污染的农田土壤面积为2.0×107hm2,其中Cd污染己超过 1.0×106hm2,此后一直呈上升趋势(王凯荣,1997;徐良将等,2011)。在国内某 些地区,Cd污染状况更加突出,Du等(2008)对东北某冶炼厂周围农田土壤的
一
重金属污染调查发现,所采集土壤样品中Cd的含量在4.1~167.6mg·kg1不等, 地积累指数结果表明该地区Cd的污染程度最为严重;对浙江上虞地区的监测结 果也表明,Cd在所调查的几种重金属中污染程度最高,且土壤中有效态的Cd占 有较大比例,对周边小麦生产及生态安全造成了极大威胁 (Cui and Du,2010); 由于过高的土壤Cd污染而导致蔬菜、粮食及经济作物食品安全性降低的现象同 样存在于广东大宝山、重庆万州等地(Yang er al.,2007:Zhuang et al.,2009)。由 于工业污水灌溉、矿渣堆弃等突发性原因,再加上农药、磷肥导致的面源污染等 持久性问题的存在 (Wu and zhang,2010;高志岭等,2001;曾希柏等,2007), 近年来国内“福米”事件频频报道,给人们的生产、生活带来很多负面影响。近 日,国家环保部部长周生贤在向全国人大常委会所作的环境质量报告中指出:中 国重金属污染呈高发态势,2011年1~8月份全国共发生11起较为严重的重金属 污染事件,给某些地区人们的生活造成恐慌。
针对食品安全问题,王凯荣(1997)将我国部分地区的农田土壤Cd污染状 况及当地稻米中的Cd含量作了汇总,以引起相关部门的重视(见表2)。 表2我国部分地区污染农田土壤和农作物锅含量状况
*注:表中符号“---”表示含量过低在检出限以下。
依据联合国食品法典委员会于2006年9月7日发布的有关食品中铅、福和黄
一
曲霉素最高限量的最新规定,精白米中Cd的最高含量标准为 0.4mg·kg1,由此 可见,上述地区粮食产品的安全性远远达不到这一标准。有效控制土壤Cd污染、
提高蔬菜、粮食作物的食品安全任重而道远!
镉( Cd) 是生物毒性最强的重金属元素,在环境中的化学活性强,移动性大,毒性持久,容易通过食物链的富集作用危及人类健康,对人体具有三致( 致病、致癌、致突变) 作用,能诱发肾衰变、关节炎、癌症等病[11-12] 。同时镉是一种积累性的剧毒元素,镉易通过农作物途径进入人体造成毒害。人体某些器官中的镉含量随着年龄的增长而增加,对镉的环境行为、污染防治等方面的研究一直受到广泛关注等方面的研究一直受到广泛关注[14-16]。 [11]CHEN Y. H,LlxD,LIU H Y,etal.The potential of India mustard(BrassicajunceaL.)for phytoremediation of Pb-contaminated soils with the aid of EDTA addition[J].Journal of Nanjing Agrieultural University,2002,25(4):15一18(in Chinese).
[12]张守文,等.油菜对pb污染土壤的修复效应研究[J].西北植物学报,2009,29(1):0122-012 [14]施俊法.化学定时炸弹的克星:植物修复技术[J].国土资源情报,2001,(4):39242.
[15]聂俊华,刘秀梅,王庆仁.营养元素N、P、K对Pb超富集植物吸收能力的影响口[J].农业工程学报,2004,20(5):262~265. [16]张晓岭.NPK肥料对土壤中Cd、Pb形态变化及吸附解吸的影响田[D].武汉:华中农业大学,2003.15~42. ,镉毒害阻碍植物根系生长,抑制水分和养分的吸收,引起一系列生理代谢紊乱,如叶绿素、糖和蛋白质合成受阻,光合强度下降和一些酶的活性改变,最终导致产量减少[22]。镉在土壤植物系统中的迁移直接影响到植物的生理生化特征和生长发育,从而影响作物的产量和品质。目前对镉毒害的研究主要集中在镉对植物地上部分的影响方面,如: 对植物的光合作用和蒸腾作用以及对植物产品的产量和质量的影响等方面[26-26]。并可通过食物链作用将污染土壤中大量的镉向人体转移,由此带来一系列的健康风险。
[22]Seregin I V,Ivanov V B. Physiological aspects of cad-mium and lead toxic effects on higher plants[J]. Rus-sian J of Plant Physiology,2001,48: 523 - 544.
[23]Clemens S. Toxic metal accumulation,responses to ex-posure and mechanisms of tolerance in
plants[J]. Bio-chimie,2006,88( 11) : 1707 - 1719.
[24]毕淑芹,谢建治,刘树庆,等. 土壤重金属污染对植物产量及品质的影响研究[J]. 河 北农业科学,2006,10( 2) : 107 - 110.
[25]荆红梅,郑海雷,赵中秋,等. 植物对镉胁迫响应的研究进展[J]. 生态学报,2001, 21 ( 12) : 2125 -2132.
[26]Zhou W B,Qiu B S. Effects of cadmium hyperaccu-mulation on physiological characteristics of Sedum al-fredii Hance ( Crassulaceae) [J]. Plant Science,2005( 169) : 737 -745.
范文四:植物对富集离子超富集现象
题目:植物的叶片是否能够吸水
姓名:罗平
学号:
专业:农学
2012312196
摘要:本作业讨论植物细胞对某种离子的吸收表现出无休无止的现象,其实这种现象叫做超富集植物吸收富集重金属现象。通过本作业将简单了解超富集植物吸收富集重金属真的生理和分子生物学机制,可扩宽我们的知识面和提高对生物生理机制研究的兴趣。
关键词:超富集植物 富集重金属 知识面 植物生理
一:什么是超富集植物吸收富集重金属现象
与普通植物相比 ,超富集植物在地上部富集大量重金属离子的情况下可以正常生长 ,这种现象叫做超富集植物吸收富集重金属现象。其富集重金属的机理已经成为当前植物逆境生理研究的热点领域 .尤其是近两年 ,随着分子生物学等现代技术手段的引入 ,关于重金属离子富集机理的研究取得了一定进展 .通过与酵母突变株功能互补克隆到了多条编码微量元素转运蛋白的全长cDNA ;也从分子水平上研究了谷胱甘肽、植物螯合素、金属硫蛋白、有机酸或氨基酸等含巯基物质与重金属富集之间的可能关系。
二:富集植物吸收富集重金属对照
植物名 超累积、富集对象
Alyssum bertolonii(庭荠属) Ni
海州香薷, Elsholtzia harchowensisSun Cu
大叶井口边草 As 蜈蚣草 As
球果蔊菜 Cd-As 菰和菖蒲 Cd
滨蒿和艾蒿 Cu 鸭跖草 Cu
商陆 Mn 东南景天 Zn
香附子、狗牙 根和菜蕨 Mn 土荆芥 Pb
羽叶鬼针草和酸模 Pb 绿叶苋菜、裂叶荆芥、香根草、羽叶鬼针草、紫穗槐和苍耳 Pb
三,超富集植物吸收富集重金属现象研究展望
——《超富集植物吸收富集重金属的生理和分子生物学机制》3李文学 陈同斌 (中国科学院地理科学与资源研究所环境修复室,北京100101)
关于超富集植物富集重金属离子的研究虽然取得了一定进展,但至今对其分子和生理机制仍不是很清楚,研究人员的看法也存在明显的分歧.在把超富集植物用于实践的过程中,首先要研究清楚对超富集植物富集的生理基础,譬如重金属离子如何进入根细胞,在木质部如何被运输,在叶片中如何分布;其次要注意不同生理过程的联系,就吸收而言,它其实是根系吸收与体内再分配的有机结合,所以在利用基因工程方法增加重金属离子吸收量时,不仅要考虑到增加根系的吸收位点,提高转运蛋白底物的专一性,同时要注意细胞器,尤其是液泡膜上与重金属离子区室化相关膜蛋白的表达,只有这样,才会达到比较好的效果;最后要强调的是学科交叉与渗透,Dhankher等[6]将细菌中的砷酸盐还原酶ArsC基因和γ2谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ2ECS)在拟南芥的叶子中表达,这样运输到地上部的砷酸盐在砷酸盐还原酶的作用下转化成亚砷酸盐,γ2ECS表达可增加一些连接重金属(如亚砷酸盐)并解除其毒性的化合物,将这些复合物限制在叶子中,从而使植物能够积累并忍耐不断增加的As含量。
四:参考文献
[1] 张玉秀,张媛雅,孙涛,柴团耀. 植物重金属转运蛋白P1B-ATPase结构和功能研究进展[J]. 生物工程学报. 2010(06) [2] 李文学,陈同斌. 超富集植物吸收富集重金属的生理和分子生物学机制[J]. 应用生态学报. 2003(04) [3] 魏树和,周启星,任丽萍. 球果蔊菜对重金属的超富集特征[J]. 自然科学进展. 2008(04) [4] 周琼. 我国超富集·富集植物筛选研究进展[J]. 安徽农业科学. 2005(05) [5] 刘秀梅,聂俊华,王庆仁. 植物修复重金属污染土壤的研究进展[J]. 甘肃农业大学学报. 2001(01) [6] 胡绵好,袁菊红,杨肖娥. 锰超富集植物及其富集机制的研究进展[J]. 土壤通报. 2010(01)
[7] 武泰存,房蓓,王景安. 锌转运蛋白基因研究进展[J]. 西北植物学报. 2005(10)
[8] 韦朝阳,陈同斌. 重金属超富集植物及植物修复技术研究进展[J]. 生态学报. 2001(07)
[9] 黄泽春,陈同斌,雷梅,胡天斗,黄启飞. 砷超富集植物中砷化学形态及其转化的EXAFS研究[J]. 中国科学C辑. 2003(06)
[10] 赵立新. 杂草对重金属的生物积累特性的研究[J]. 环境保护科学. 2004(05)
范文五:广西典型矿区中植物对Cu、Mn和Zn的富集特征与潜在的Mn超富集植物
广西典型矿区中植物对Cu、Mn和Zn的富
集特征与潜在的Mn超富集植物
第26卷第1期
2007年1月
地理研究
GE0GRAPHICALRESEARCH
V01.26,No.1
Jan.,2007
广西典型矿区中植物对Cu,Mn和Zn的
富集特征与潜在的Mn超富集植物
范稚莲,莫良玉,陈同斌,翟丽梅,雷梅,黄安奇,黎桦
(I.广西大学农学院,南宁530005;2.中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心,北京100101)
摘要:本文对广西锰矿区,铅锌矿区和金矿区土壤和植物的重金属含量进行了调查分析.在
所调查的24种植物中,Cu含量在30.8,183.8mg/kg范围,Mn含量在143.6,27514mg/
kg范围,Zn含量在113.3,1773mg/kg范围.相对于正常条件下生长的普通植物来说,其
Cu,Mn和Zn含量都较高.生长在锰矿区的狗牙根,香附子和菜蕨中
Mn的含量分别达到
27514,16144和11516mg/kg,相应的富集系数为l1.4,6.7和4.8.这3种植物均达到Mn
超富集植物的相关标准,因此是潜在的Mn超富集植物.
关键词:土壤;植物种类;重金属;矿区;超富集植物;锰
文章编号:i000—0585(2007)01—0125—07
1引言
土壤重金属污染是一个颇受关注的环境问题.采用传统的物理和化学治理方法,一般
都存在技术难度较大,投资大,运行成本高,工程量大和容易产生二次污染等缺点,因此
土地污染治理被认为是环境保护领域中的一个难点.近年来,利用超富集植物(hyperac—
cumulator)去除重金属污染的植物修复(phytoremediation)技术颇受关注[1叫].植物修
复技术具有投资少,环境友好,容易操作等优点.在这类植物修复技术中,最关键的问题
是如何找到富集能力强,生物量大的超富集植物,因此筛选合适的超富集植物一直以来都
是环境修复领域中的一个热点和重要发展方向.
自1977年Brooks等人提出”超富集植物”概念[5]以来,迄今已发现400多种超富集
植物,但绝大部分是Ni超富集植物[,能够富集其他重金属的超富集植物相对较少引.
自从陈同斌等人发现蜈蚣草对砷具有超富集功能[以后,目前国内的陈同斌课题组,引,
杨肖娥课题组[9引,束文圣课题组[11],陈英旭课题组m等又先后发现多种富集砷,铅,
锌,锰等重金属的超富集植物.这些超富集植物的发现,为我国利用超富集植物修复重金
属污染土壤奠定了基础.但总体来说,到目前为止在我国境内发现并已公开报道的超富集
植物依然很少.
目前,锰超富集植物的研究在国内已经开始受到关注,有关学者已开展了一些很有价
值的研究工作.2004年,薛生国等人首先报道商陆(Phytolaccaacinosa)
是一种锰超富
集植物L1引.后来,罗亚平等人通过对广西荔浦锰矿区优势植物的调查发现,在该地的商
收稿日期:2006-04—08;修订日期:2006—09—28
基金项目t广西大学博士后启动基金项目
作者简介:范稚莲(1970一).广西灌阳人,讲师,在读博士.主要从事土壤污染和植物修复研究.
126地理研究26卷
陆叶片中Mn含量达到3280mg/kg,对Mn表现出明显的超富集特征,但是离Mn超富
集植物的标准(10000mg/kg)仍有差距[1引.2005年,铁柏清等人通过野外调查发现,
美洲商陆(Phytolaccaamericana)叶片中Mn含量在5160,8000mg/kg[1,还是没有
达到锰超富集植物的浓度标准.因此美洲商陆只是一种锰富集植物,而不是超富集植
物H].从目前已报道的文献来看,发现并确认的锰超富集植物种类仍很稀少,很有必要
进一步开展Mn超富集植物和耐性植物的筛选和鉴定工作,以满足锰污染土地修复和矿区
植被恢复的需求.
广西地处亚热带,物种资源和矿产资源丰富,为寻找超富集植物提供了条件.因此本
研究对广西3种典型废弃矿区的植物重金属含量进行了调查,并寻找可用于重金属污染土
壤修复的植物材料,筛选新的超富集植物.
2材料与方法
2.1调查地点的土壤和植被概况
土壤和植物样品均采自广西南宁市上林县已废弃的锰矿区,锌矿区,
金矿区.锰矿区
于1991年开始开采,2002年被关闭.铅锌矿于1998年开采,2002年初废弃.金矿为广
西第二大金矿,1985年开采,1999年废弃.这些矿区分布在该县境内的大明山脚下(北
纬23.12,东经108.23),处于南亚热带向北热带的过渡地带,岩性主要是寒武纪的变质
岩——石英岩,页岩以及千枚岩等.
锰矿区生长的植物主要有金发草(Pognatherumpaniceum),铺地黍(Panicumre—
pens),香附子(Cyperusrotundus),五节芒(Miscanthusfloridulus),斑茅(Erianthus
arundinaceus),马唐(Digitariasanguinalis),狗牙根(Cynodondactylon),菜蕨(Cal—
lipterisesculenta),少花龙葵(Solanumnigrum),桉树(Eucalyptusspp),石杉(Huper—
ziaspp),庶鸪草(Eriachnepallescens),短肠蕨(Allantodiaviridissima)等.铅锌矿生长
的植物有乌毛蕨(Blechnaceaeonientale),乌桕(Sapiumsebif~rum),栾树(Koelreuteria
paniculata),栗蕨(Histiopterisincisa),肾蕨(Nephnolepiscordifoolia),五节芒
(Miscanthusfloridulus),短肠蕨(Allantodiaviridissima)等.金矿区主要是人工种植的
植物,有小白菜(Brassicachinensis),玉米(Zeamays),葱(Allium.stulosum),水稻
(Oryzasativa),红薯(Ipomoeabatatas)等.
2.2土壤和植物采样及样品分析
根据调查矿区的地貌和植被分布特点,土壤样品的采集采用”S”形取样(每个矿区
采18个点,每点采样lkg),采集土壤表层约20cm厚度的土壤,各采集点土壤充分混匀
后用四分法取lkg样品.同步采集具有代表性的植物(每种植物5,6株).土壤和植物样
品采集后随即带回实验室处理.
土壤样品经过自然风干后粉碎,过8O目后备用.植物样品经自来水洗净后再用去离
子水冲洗4次,在85?的烘箱内杀青30min,6O?下烘72h,经磨碎,过筛后备用.
土壤重金属全量采用浓HNO.一H2O2消煮(EPA3050B)E?].植物用HNO.一HC10
联合消煮(EPA3010A)[163.消煮液用原子吸收分光光度计(安捷伦3510,安捷伦科技
上海分析仪器有限公司)测定其中的Mn,Cu和Zn的含量”].采用国家
土壤标准样品
GBW一07401作为分析质量控制,其分析误差在允许范围内.
1期范稚莲等:广西典型矿区中植物对Cu,Mn和Zn的富集特征与潜在的Mn超富集植物127
3矿区土壤与植物的重金属含量分析
3.1不同矿区土壤的重金属含量
在调查的3个矿区中,不同矿区
的土壤Zn和Mn含量有明显差异,
Cu含量差异不大(表1).锰矿区土
壤的Mn含量高达2415mg/kg,分
别是铅锌矿区和金矿区的3.5倍和
5.0倍.铅锌矿区的土壤Mn含量比
金矿区的土壤高200mg/kg.铅锌矿
区和金矿区的土壤Zn含量相当,但
均高于锰矿区,分别是锰矿区土壤的
7.9倍和8.1倍.3个矿区的土壤
Zn,Cu,Mn含量均大于广西土壤的
Zn,Cu,Mn背景值,分别是其相应
表1废弃矿区土壤中Mn,Cu和Zn含量
Tab.1ContentsofMn-CuandZninsoilsfrom
thearessnesttheabandonedmines
矿区类型
重金属含量(mg/kg)
CuZnM13,
土壤背景值的2.4,19.7,1.6,2.1,2.8,14.0倍[18j(表1).铅锌矿区和金矿区土壤主
要是Zn污染,而锰矿区土壤主要是Mn污染.与国家土壤环境质量标准值(GB15618—
1995)比较,3个矿区土壤中的Cu含量(33.2,43.1mg/kg)接近国家一级(自然背
景)标准(35mg/kg),而低于二级标准(50mg/kg);锰矿区的Zn含量接近国家一级
(自然背景)标准(1OOmg/kg),铅锌矿区和金矿区土壤中的Zn含量超过国家三级标准
(500mg/kg),锰矿区土壤中的Mn含量达到2415mg/kg,是广西土壤背景值的14.0倍.
这表明,矿产资源开采使周围土壤中的多种重金属含量升高.许多国内学者在矿区调查中
早已发现类似的重金属污染问题[1?.?.
3.2不同矿区植物的重金属含量
从表2可知,锰矿区植物Mn含量普遍较高(909.0,27514mg/kg),除斑茅Mn含
量(909.0mg/kg)稍低于1000mg/kg之外,其余的均在1000mg/kg以上.
其中,狗牙
根,菜蕨和香附子的Mn含量超过10000mg/kg.锰矿区植物的Zn含量在153.0,
1773mg/kg范围内;其中狗牙根,菜蕨和石杉等植物的Zn含量较高(1600mg/kg左
右).锰矿区植物的Cu含量在30.8,105.8mg/kg之间.
在铅锌矿区所调查的7种植物中,Zn的含量较高,在252.8,1571mg/kg范围内;
其中短肠蕨,栗蕨,乌毛蕨和肾蕨等4种植物的Zn含量超过1000mg/kg(表2),表明
铅锌矿区这4种植物对Zn具有较强的吸收能力.植物Mn的含量在256.5,4388mg/kg
范围内,其中栗蕨最高(4388mg/kg),乌桕其次(1407mg/kg).植物的Cu的含量较
低,在53.6,183.8mg/kg范围内.
在金矿区种植作物中,Cu,Mn,Zn含量分别在40.9,140.6mg/kg,113.3,
642.8mg/kg和247.1~1940mg/kg之间(表2).Cu和Zn含量都高于正常土壤中生长的
作物[2.引.这表明金矿区的农产品都不宜食用,尤其是小白菜对健康的风险较大.
植物对重金属的富集能力,通常用植物中某一元素含量与土壤中该
元素含量的比值
(富集系数BF)来衡量.一般来说,种植超富集植物主要是收获地上部.因此本文中富集
系数采用植物地上部的重金属含量与土壤中该重金属含量之比来表征.由表2可见,23种植
128地理研究
物对Zn的富集系数大部分大于1,其中狗牙根,菜蕨和石杉对Zn的富集系数较高,分别
达到14.2,14.8和15.8.对Mn富集系数较大的植物有狗牙根(11.4)和香附子(6.7).
除马塘外,植物对Cu的富集系数均大于1,但植物体Cu含量都远低于Cu超富集植物的
含量标准(1000mg/kg).这表明,狗牙根和香附子对Zn,Mn有较强的富集能力.
3个矿区的植物中,地上部的Cu(30.8,183.8mg/kg),Zn(113.3,1773mg/kg)
和Mn(256.5~27514mg/kg)含量均超过了一般植物的正常含量[2孔].因此,矿区土壤
污染会导致植物体内的重金属含量升高.
表2不同矿区植物的地上部重金属含量及其富集系数
Tab.2ThecontentsandbioconcentrationfactorsofCu,MnandZnintheabove
-groundparts
ofplantsc~lectedfromdifferental’e~neartheabandonedmines
*富集系数BF是某一金属元素在植物组织中的含量与其在土壤中的含量的比值.
1期范稚莲等:广西典型矿区中植物对Cu,Mn和Zn的富集特征与潜在的Mn超富集植物129
3.3锰矿区中的三种Mn超富集植物
与锰矿区相比,金矿区和铅锌矿区的植物Mn含量相对低一些,但总体来说3个矿区
植物Mn含量都比较高(表2).锰矿区的植物Mn含量高达909mg/kg以上,这与土壤中
的Mn含量高有关(表1).生长在锰矿区的植物中,狗牙根,香附子和菜蕨等3种植物体
内的Mn含量超过10000mg/kg,分别高达27514mg/kg,16144mg/kg
和ll516mg/kg,
对Mn的富集系数分别为11.4,6.7,4.8.因此,本文的研究结果表明,狗牙根,香附
子和菜蕨对Mn具有超强的吸收和富集能力,是潜在的Mn超富集植物.其中狗牙根和香
附子生物量相对较小,但对环境的适应性很强.菜蕨与近年发现的As超富集植物蜈蚣草
生长特性相似,生物量较大,是喜阳性蕨类植物.因此,对不同条件下的Mn污染土壤,
狗牙根,香附子和菜蕨对修复Mn污染的土地都有潜在的利用价值.
超富集植物是植物修复中的关键材料.一方面,这些Mn超富集植物可以用于Mn污
染土地的修复,通过植物对Mn的超富集功能,去除污染土壤中的Mn,达到清除污染和
恢复土地使用功能的目的;另一方面,也可以利用这些超富集植物进行Mn矿区的植被恢
复和开发尾砂库植物稳定化技术,以改善矿区及其周边地区的环境质量.从国内的文献报
道和本文的调查结果(表1)来看,我国的广西,湖南,贵州等地的矿区锰污染问题比较
突出,并导致严重的土地污染和人发中锰超标现象[2.我们的调查发现,广西有些矿区
受Mn污染后土地被丢荒,甚至连植物都难以生长.因此,这些Mn超富集植物的发现,
对于我国Mn矿区污染土地的修复和开发具有重要意义.
4结论
对三种不同类型金属矿区中26种植物的研究表明,短肠蕨,栗蕨,乌毛蕨和肾蕨4
种蕨类植物中的Zn含量超过1000mg/kg,对锌的吸收能力较强.初步
筛选出狗牙根,香
附子和菜蕨等3种潜在锰超富集植物,在修复锰污染土地方面具有潜在应用价值.
参考文献:
[1]MeagherRRPhytoremediationoftoxicelementalandorganicpollutants.
CurrentOpinPlantBio1.,2000,3:153,
162.
[2]廖晓勇,陈同斌,谢华,等.磷肥对砷污染土壤的植物修复效率的影响:田间实例研究.环境科学,2004,24
(3):455~462.
[3]韦朝阳,陈同斌.重金属超富集植物及修复技术研究进展.生态,2001,21:1196~1203.
[4]陈同斌,阎秀兰,廖晓勇,等.关于hyperaccumulator中文译名的探讨.环境科学,2005,25(9):I148~I150.
[5]BrooksRR,LeeJ,ReevesRD,eta1.Detectionofnickeliferousrocksbyana
lysisofherbariumspecimensofindi—
catorplants.J.Geochem.Explor.,1977,7:49~57.
[6]陈同斌,韦朝阳,黄泽春,等.砷超富集植物蜈蚣草及其对砷的富集特征.科学通报,2002,47(3):207~210.
[7]韦朝阳,陈同斌,黄泽春,等.大叶井1:3边草——一种新发现的富集砷的植物.生态,2002,22(5):777,778.
[8]陈同斌,黄泽春,黄宇营,等.砷超富集植物中元素的微区分布及其
与砷富集的关系.科学通报,2003,48(11):
1163,1168.
[9]杨肖娥,龙新宪,倪吾钟,等.东南景天(SedumalfrediiH.)——一种新的锌超积累植物.科学通报,2002,47
(13):1003~1006.
[1O]YeHai-Bo,YangXiao-E,HeBing,eta1.Growthresponseandmetalaccu
mulationofSedm口lfrediitoCd/Zn
complex-pollutedionlevels.ActaBotanicaSinica,2003,45(9):1030~1036.
[11]刘威,束文圣,蓝崇珏.宝山堇菜(?okos)——一种新的镉超富集植物.科学通报,2003,48(19):2046
,
2049.
13O地理研究26卷
[12]
[13]
[143
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[2O]
薛生国.陈英旭.骆永明,等.商陆(PhytolaccaacinosaRoxb.)的锰耐性和超积累.土壤,2004,41(6):889
,
895.
罗亚平,李明顺,张学洪,等.广西荔浦锰矿区优势植物重金属累积特征.广西师范大学(自然科学版),
2005,23(4):89,93.
铁柏清,袁敏,唐美珍.美i}ll商陆(PhytolaccaamericanaL.)——一种新的Mn积累植物.农业环境科学,
2005,24(3):340,343.
EPA3050B.WWW.epa.gov/epaoswer/hazwaste/testmain.htm,revision2,
1996,3050B:1,12.
EPA3010A.WWW.epa.gov/epaoswer/hazwaste/testmain.htm,revision2,
1996,3010A:1,5.
雷梅,岳庆玲,陈同斌,等.湖南柿竹园矿区土壤重金属含量及植物吸收特征.生态,2005,26(5):I146
,
l151.
广西环境保护科学研究所.土壤背景值研究方法及广西土壤背景值.南宁:广西科学技术出版社,1992.
廖晓勇,陈同斌,武斌,等.典型矿业城市的土壤重金属分布特征与复
合污染评价——以”镍都”金昌市为例.地
理研究,2006,25(5):843,852.
周建民,党志,司徒粤,等.大宝山矿区周围土壤重金属污染分布特征
研究.农业环境科学,2004,23(6):
l176,l172.
郑袁明,宋波,陈同斌,等.北京市菜地土壤和蔬菜铜含量及其健康风
险.农业环境科学,2006,25.
黄泽春,宋波,陈同斌,等.北京市菜地土壤和蔬菜锌含量及其健康风
险分析.地理研究,2006,26():439,448.
谢荣秀,田大伦,方晰.湘潭锰矿废弃地土壤重金属污染及其评价.中
南林学院,2005,25(2):38,41.
曾锡莲,阳富强.湖南省湘潭锰矿596名儿童发锰含量的调查报告.广
东微量元素科学,2(4):32,35.
AccumulationofCu,MnandZninplantsgrowninareas
nearthreeabandonedminesinGuangxiandthe
discoveryofpotentialMn——hyperaccumulators
FANZhi—lian,MoLiang—yu,CHENTong—bin.,
ZHAILi—mei.,LEIMei.,HUANGAn—qi,LIHua
(1.AgriculturalCollege,GuangxiUniversity,Nanning530005,China;
2.CenterforEnvironmentalRemediation,InstituteofGeographicSciencesa
nd
NaturalResourcesResearch,CAS,Beijing100101,China)
Abstract:Inordertoscreenthepotentialhyperaccumulators,theconcentrationsofCu,Mn
andZnin24dominantplantsgrowninareasnearabandonedMn,Pb/ZnandAuminesin
NanningCityofGuangxiProvincewereinvestigated.Theresultsshowthatmostplants
containedhighconcentrationofmetalsresultingfromtheincreasedmetalconcentrationsin
thesoilsnearthemines.MnconcentrationofMn-minesoil(2415.0mg/kg),whichwas
14.0timesgreaterthanMnbackgroundvalueofGuangxisoil,washigherthanthatofPb/
Zn—minesoil(687.5mg/kg)andAu—minesoil(487.2mg/kg).Mostofthein
vestigated
plantsgrownontheMnminecontainedhigherconcentrationMnintheabovegroundtissue
(909.0,27514.0mg/kg)thanthat(143.6,
4388.0mg/kg)grownonothermines.A—
mongtheplantsinvestigated,threespeciesofplants,Cynodondactylon,Cyperusrotun—
dusandCallipterisesculenta,grownonMn-minecouldhyperaccumulateMnintheirtis—
sues,withtheMncontentsandbioconcentrationfactorstoMnbeing27514.0mg/kgand
1期范稚莲等:广西典型矿区中植物对Cu,Mn和Zn的富集特征与潜
在的Mn超富集植物131
11.4.16144.0mg/kgand6.7,and11516.0mg/kgand4.8,respectively.Theplantsin—
vestigatedgrownonPb/ZnminecontainedmoreZn(252.8,
1571.0mg/kg)andMn
(143.6~4388.0mg/kg)thanthat(113.3,642.8mg/kgand247.1,
1940.0mg/kgfor
MnandZn,respectively)grownonAumine.TheCuconcentration(30.8,
183.8mg/
kg)oftheplantsgrownonthethreemineswaslowerthanthatofMnandZn.Thecon—
centrationsofCu,ZnandMnoffoodcropsgrownonthemineswerehigherthanthatin
normalplants,withpotentialthreatstohumansandlivestockhealth.Theresultsindicate
thatthethreeplantspecies,Cynodondactylon,CyperusrotundusandCallipterisesculen—
tn,grownontheseminesaccumulatedmuchhigherconcentrationofheavyme
tals,and
theywerediscoveredtobepotentialMn—hyperaccumulators.
Keywords:abandonedmine;heavymetal;hyperaccumulator;Mn;plant;soil
中国科学院副院长李家洋院士一行视察
环江植物修复基地
广西壮族自治区环江毛南族自治县因尾
砂坝坍塌导致大面积农田污染,部分农田至
今仍然寸草不生.这是广西近年来最突出的
重大环境事故,严重影响当地社会稳定和经
济发展.曾培炎副总理提出了”限期整改”的
批示,国家环保总局和广西区人民政府对此
事表示高度关注,并被列为广西区重大环境
问题挂牌督办5个案件之一.
2001年以来,在科技部863计划,国家自
然科学基金重点项目,国家杰出青年科学基
金,973计划和中科院重点项目等的共同支持
下,中国科学院地理科学与资源研究所环境
修复中心在湖南郴州建立了世界上第一个砷李家洋副院长一行视察修复基地并听取现场汇报
污染土地的植物修复示范工程.2004年,环江县人民政府获悉上述信息以后,邀请并委托环境修复中心开
始进行污染土地的修复技术示范研究.经过近2年的试验和研究,现
已完成环江县土地污染风险评价,污
染土地的修复剂和添加剂的研制和低吸收重金属的作物品种筛选等植物修复技术研发工作,并建立面积
达5O亩的污染土地植物修复示范工程,使荒芜多年的土地能够正常生长植物,恢复了土地的生产能力.
2006年,该课题组在云南红河州与云南锡业集团有限责任公司建立规模近100亩的植物修复示范基地.
2006年12月6日,中国科学院李家洋副院长和中国科学院资源环境科学与技术局傅伯杰局长在李秀
彬副所长,广西区科技厅,河池市等有关领导的陪同下,视察了中国科学院地理科学与资源研究所环江植
物修复基地.陈同斌研究员介绍了环江县农田污染治理的研究工作进展和示范工程效果.李家洋副院长
充分肯定了修复基地所取得的成绩,并强调这是一个服务于”三农”问题和环境保护等国家重大战略需求
的重要学科生长点,实现了理论研究与工程应用的良好衔接.针对今后的发展,他还指出要进一步做好污
染土地修复后的安全利用和健康风险评估等工作,争取为国家和地方做出更大的贡献.(廖晓勇供稿)