关于超富集植物的新理解
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2021年01月20日 23:17
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ｓｕｎｓｈｉｎｅ
关于超富集植物的新理解
聂发辉
华东交通大学土建学院，江西
南昌
330013
< br>摘要：
长期以来重金属超富集植物定义存在着严重的不足，
新的评价系数的提出势在必行 。
文章在生物富集系数和转运系数
的基础上创造性地提出了新的评价系数即生物富集量系数，< br>其内涵为给定生长期内单位面积地上部分植物吸收的重金属总量
与土壤含量之比。
此系数 的提出扩大了传统超富集植物的定义，
使得富集质量分数未达某一水平，
但生物量很大的植物也 能
作为超富集植物。这为今后超富集植物的筛选提供了一定的参考，为土壤重金属污染的植物修复工程提 供了理论基础。
关键词：植物修复；超富集植物；重金属
中图分类号：
X131.3
文献标识码：
A
文章编号：
1672-2175
（
2005
）
0 1-0136-03
近年来重金属污染的植物修复技术受到了广
泛关注，被誉为廉价的“绿色修 复技术”
[1]
。而超
富集植物又是植物修复的基础，因此，一些能够在
地上 部大量富集污染物的特殊植物
____
超富集植
物
(hyperaccumu lator)
已成为学术界研究的热点
[2]
。
但一直以来对超富集植物的定 义存在着严重的不
足，致使目前已知的超富集植物虽然体内重金属的
含量高，但绝大多数生长慢 、生物量小，且大多数
为莲座生长，很难进行机械操作，因而一些学者对
植物修复技术提出质疑 ，认为这些小型超积累植物
不适宜大面积污染土壤的修复
[3]
。因此必须对超富集植物的概念进行新的定义。
1
超富集植物的定义
众 所周知，植物修复的前提是找到对某种
(
些
)
重金属具有特殊吸收富集能力的 植物种或基因型，
即重金属的“超富集植物”
(Hyperaccumulator)
。超
富集植物是指能超量吸收重金属并将其运移到地
上部的植物。通常，超富集植物的界定可考 虑以下
两个主要因素：
（
1
）植物地上部富集的重金属应达
到一定的 量；
（
2
）植物地上部的重金属含量应高于
根部。由于各种重金属在地壳中的 丰度及在土壤和
植物中的背景值存在较大差异，因此，对不同重金
属，其超富集植物富集质量分 数界限也有所不同。
目前采用较多的是
Baker
和
Brooks
[ 4]
提出的参考值，
即把植物叶片或地上部
(
干质量
)
中含
Cd
达到
100
μ
g/g
，含
Co
、< br>Cu
、
Ni
、
Pb
达到
1
000
μ
g/g
，
Mn
、
Zn
达到
10
000
μ
g/g
以上的植物称为超富集植物。
同时这些植物还应满足
S/
R
>1
的条件即转运系数
(
S
和
R
分别指植物地上部和根部重金属的含量
)
。目
前，世界上共发现有
400多种超富集植物。
2
超富集植物定义的不足
从上述的超富集植物的定义可知，对超富集植
ｓｕｎｓｈｉｎｅ
物的定义仅 仅考虑了两个因素，即植物体内的重金
属的含量和转运系数。由于目前发现的超富集植物
绝大多 数为在野外矿山开采或冶炼区发现的的品
种，一般土壤中的重金属含量较高，尽管植物地上
部含 量可以达到一定的含量，
但其生物富集系数
(
植
物地上部重金属含量与土壤重 金属含量的比值
)
并
不大，大多数文献报道也都忽略了对生物富集系数
的探讨 。
虽然近年来也有文献对超富集植物的生物富
集系数做过讨论，但到目前为止，传统 植物修复研
究中评价超富集植物的指标也仅仅局限于生物富
集系数和转运系数。生物富集系数也 称吸收系数，
是指植物中某元素质量分数与土壤中元素质量分
数之比，即：
生物富集系数
=
地上部植物中元素质量分数
/
土壤中元素质量分数
而地上部植物中某元素质量分数为
地上部植物中元素质量分数
=
（ 叶干质量
×
质量
分数
+
茎干质量
×
质量分数）（
叶干质量
+
茎干质量）
/
生物富集系数被用来反映 土壤
-
植物体系中元
素迁移的难易程度，这是植物将重金属吸收转移到
体内能 力大小的评价指标。生物富集系数高，表明
地上部分植物体内重金属富集质量分数大。
转运系数是地上部某元素质量分数与地下部
某元素质量分数之比，用来评价植物将重金属从地
下部向地上部的运输和富集能力。计算公式是：
转运系数
=
地上部植物中元 素质量分数
/
地下部
植物中元素质量分数
转运系数大的植物从根系向地上部器官转移的
吸收量大。
虽然植物生物富集 系数和转运系数在评价超
富集植物的修复能力时能够说明一些问题，但存在
ｓｕｎｓｈｉｎｅ< br>
明显的不足。设给定植物的生物富集系数大，即地
上器官中质量分数相对大，但若在给 定生长期内这
一植物的生长量小，则地上部分的吸收总量相对
小，相应地，这一植物在给定生长 时期内自土壤带
走的污染元素量则少，因此，这一植物的实际修复
价值小。
一般认为，生物富集系数大，且转运系数也
大的植物，按常用标准是很好的超富集植物。实
际上 ，即使植物地上部分元素质量分数大，转运
系数也大（即地上植物器官与地下植物器官的元
素质 量分数比值大）
，
但若在给定时期内植物地上
部分生长量小，植物自地下部分向地上部 实际转
运的总量小，带走的污染元素量亦小，这一植物
也没有修复价值。
相 对来说，生物富集系数和转运系数均小的植
物，只要其生长量大，以至该植物的生长量与污染
元 素质量分数的乘积（即污染元素吸收总量）比其
它植物的值大，该植物的污染元素的富集能力就
强。
在此我们举一个例子来说明。
Baker
等
[5]
在英国
洛桑试验站首次以田间试验研究了在
Zn
污染土壤
(440
μ
g /g)
栽种不同超富集植物和非超富集植物对
土壤
Zn
的吸收清除效果。结果 表明，超富集植物
T.
caeulescens
富
集
Zn
是
非
超
富
集
植
物
Raphnussatinus< br>(
萝卜
)
的
150
倍，富集
Cd
相应则是< br>10
倍。它每年从土壤中吸收的
Zn
量为
30 kg/hm
2
，
是欧盟允许年输入量的
2
倍，而非超富集植物萝卜
则仅能清除其< br>1%
的量。
Baker
同时也发现，尽管
T. caeulescens
吸收重金属能力很强，但由于其生物
量小，需
13~14 < br>a
的连续栽种才能将试验地的重金
属含量修复到欧共体规定的临界标准
(300
μ
g/g)
。
而
Brassicajuncea
(
印度芥菜
)
对重金属的富集能力虽不
如
T.
caeulescen s
，但其生物量至少是它的
20
倍，
因而显示
B. juncea< br>在植物修复上具有更大的潜力。
Robinson
等
[6]
在法国南部 利用盆栽和田间试验结合
进一步研究了
T. caerulescens
修复污染土地 的潜力，
通过施肥，
Thlaspicaerulescens
的生物量增加了两倍，
而其地上部
Zn
、
Cd
含量没有下降，
但修复<500
μ
g/g
的
Zn
污染土地仍需
8.13
a
，因此，传统的超
富集植物的评价系数最大的缺陷是忽略了对植物
的生物量 的讨论，这也是目前的植物修复试验基本
上还处于试验摸索阶段，大规模的工程应用较少的
重要 原因。继续寻找开发生物量大、富集重金属能
力强的超富集植物是植物修复技术走向工程应用
的 首要任务。
3
新的评价系数的提出
ｓｕｎｓｈｉｎｅ
显然，仅仅应用植物的生物富集系数和转运系
数作为评价 指标是远远不足的。它仅从元素质量分
数角度考虑植物对重金属的富集能力和转运能力，
忽略了 植物吸收总量与生长量的关系，因此在实际
应用中，较难得出符合实际的正确结论。当前许多
已 发现和定论的超富集植物往往是质量分数大，植
物植株矮小、生物量低、生长缓慢和生活周期长，
这些植物在实际应用中能够去除土壤污染元素的
总量较小，因而作为土壤修复植物，具有较小的经济和应用价值。因此，除了植物的吸收及转运能力
外，植物的生物量，尤其是植物在高质量分数污染
环境中的抗性和生长能力是植物修复的一个决定
性因素。
基于上述讨论，在 界定超富集植物时，必须有
新的评价指标进行补充。作者针对以往在评价超富
集植物方面的不足 ，提出植物生物富集量系数和转
运量系数的概念，作为反映植物对污染元素富集能
力的评价指标 。植物吸收量系数的定义为：给定生
长期内，单位面积上植物地上部分吸收的污染元素
总量与土 壤含量之比，即
生物富集量系数
=
（地上部植物中元素质量分
数< br>×
地上部植物生物量）
/
土壤中元素质量分数
植物生物富集 量系数不仅能够较好地指示污
染元素富集能力，同时也能反映植物对污染环境的
适应性。
比照植物吸收量系数，可进一步定义植物转运
量系数为：
转运量系数< br>=
（地上部植物中元素质量分数
×
地
上部生物量）
/
（地下部植物中元
素质量分数
×
地下部生物量）
植物转运量系数能够较好地反映植物生长量
和吸收量在地上和地下器官分布的规律。
在增加这两个新的评价指标之后，可以看出，
此系数的提出扩大了传统超富集植物的定义，综合
了植物生长量这个至关重要的因素，使得富集质量
分数虽未达某一水平，但生物量大的植物也能 作为
超富集植物，因此，通过上述评价指标所得超富集
植物均具有较好的修复效率，这样使筛选 出的超富
集植物更具实际应用价值。
4
小结
目前植 物富集能力主要运用吸收系数和转运
系数来评价。本文作者在借鉴和运用前人研究成果
的基础上 ，针对传统超富集植物定义存在的缺陷，
创造性地提出了生物富量系数和转运量系数的概
念，弥 补了原有超富集植物定义的不足。随着该评