植物吸收与富集重金属：柑橘环境质量与食用安全控制

三、植物对重金属的吸收与富集

生长在重金属污染土壤中的植物，其体内必然会发生重金属富集（廖自基,1992）。植物富集化学元素的情况至少可以分为2种类型：①由于某区环境中元素含量高，该区全部有机体中该化学元素的含量均高；②某种有机体（经常是某一个属）能特别聚集某种化学元素，即在同一土壤中有的植物能选择吸收聚集这些元素，有的植物能选择吸收那些元素（孔令超,1983）。

（一）植物对镉的吸收与富集

植物对镉的吸收与富集取决于环境镉的含量和形态，镉在土壤中的活性及植物的种、属类型。镉是植物体不需要的元素，但许多植物均能从水和土壤中摄取镉，并在体内富集到一定数量。

Chang等人用城市污泥调整土壤含镉量，使每公顷土壤中含镉量为0，0.75，1.50，3.00，6.00kg，种植胡萝卜、萝卜、君达菜、莴苣，实验结果表明，蔬菜的叶子和食用部分的含镉量，随土壤中镉量的增加而增高。

不同种类的植物对镉的吸收存在明显的差异。对镉有较强吸收能力的植物有苋菜、芜菁、烟草、菠菜、向日葵、蕨类等。张士灌区的试验表明（张学询等,1982），从籽实含镉量看，小麦＞大豆＞向日葵＞水稻＞玉米；从植物吸收总量来看，向日葵＞玉米＞水稻＞大豆。

同种植物的不同品种之间，对镉的吸收和富集也出现较大的差异。加拿大J．Mattk等将9个发芽后的莴苣品种放入含有不同镉浓度的水培养液中栽培3周，测定顶叶的吸镉量，观察品种间的差异，结果表明，各品种之间差异极显著，叶片含量以Penn Leke品种最低，为0.4mg/kg，Hanson品种最高，为26.6mg/kg，后者为前者的66倍多。

植物不同部位吸收和富集的镉量也存在着差异，一般是新陈代谢旺盛部位蓄积量大，而营养贮存部位蓄积量少。植物的新陈代谢最旺盛部位是根和叶，营养贮存部位为果实、籽粒、块根，也有以茎或叶为营养贮存部位的。镉在植物各部分的分布基本上是：根＞叶＞枝的杆、皮＞花、果、籽粒。董克虞等人（1981）向土壤中投加1mg/kg的镉化合物，对12种栽培作物进行了观察，其不同部位含镉量顺序如下：水稻：根＞茎叶＞稻壳＞大米；小麦：根＞茎叶＞颖壳＞籽粒；玉米：根＞茎＞叶＞苞叶＞籽粒；甘薯：根＞茎叶＞块根；马铃薯：根＞茎叶＞块茎；花生：根＞茎叶＞果壳＞果仁；心里美萝卜：叶＞块根；水萝卜：叶＞块根；大红袍萝卜：叶＞块根；大白菜：根＞绿叶＞心叶；番茄：根＞茎叶＞果实；茄子：茎叶＞根＞果实。

（二）植物对汞的吸收与富集

植物能直接通过根系吸收汞。在很多情况下，汞化合物可能是在土壤中先转化为金属汞或甲基汞后才被植物吸收。许多实验证明，植物根部容易吸收金属汞。Smar认为植物从土壤中吸收的无机汞很少，但却能吸收有机汞，腐殖质络合汞则较难被植物所利用。植物吸收汞的另一条途径是通过叶片吸收，叶片的气孔有吸收和排放汞的能力。使用有机汞农药拌种，并不会使植物有过多的残留。叶片所吸收的主要是喷洒的农药或雨水中的汞。

植物体内的含汞量随土壤中汞的含量增加而增高。分别用含汞0.005mg/L，0.02mg/L，0.1mg/L的溶液处理栽培土壤，则稻米的含汞量依次为16.5μg/kg，55.6μg/kg，161.0μg/kg，黄瓜含汞量依次为3.2μg/kg，13.7μg/kg，43.2μg/kg。茄子依次为10.0μg/kg，31.5μg/kg，43.2μg/kg。

不同植物对汞的吸收、富集是不同的。一般来说，针叶植物吸收、富集的汞大于落叶植物。在被污染的土壤中，粮食作物的含汞量为稻谷＞高粱＞玉米＞小麦；稻谷＞蚕豆＞小麦＞菜籽。蔬菜作物为根菜＞叶菜＞果菜。辣椒、茄子、黄瓜吸收、富集的汞较少，菠菜叶、韭菜、菜花根、胡萝卜积累汞较多。

作物的不同部分对汞的富集量也不同。汞在植物各部分的分布是根＞茎、叶＞籽实。对于水稻，根＞茎＞叶＞籽实。水稻的根能富集大量汞，它从溶液中富集的汞可达2 150mg/kg。对于黄瓜，则是根＞叶＞茎＞果。茄子也是如此。在燕麦中，含汞量依根、荚、叶、茎、果实而递减（廖自基,1989）。白瑛等（1988）研究了汞在土壤——农作物系统中的残留和吸收，结果表明小麦各部位中汞的吸收呈现根＞茎叶＞麦粒的规律，其比例为30∶3∶1。

（三）植物对铅的吸收与富集

植物对铅的吸收与富集，决定于环境中的铅浓度、土壤条件及植物的种类与部位，还有叶片的大小和形状。

植物利用根系吸收土壤中的铅，当土壤中的铅浓度增加时，也会使植物的含铅量增高。根部所吸收的铅主要富集在根部，只有少数才转移到地上部分。如用浓度800mg/kg的铅溶液处理土壤，在此土壤上生长的大麦，地上部分铅量在3mg/kg以下，但根的含铅量可达800mg/kg。水培的柠檬根系的含铅量达890mg/kg以上，而叶中的含铅量少于3mg/kg。如用浓度0，0.1，1.0，10，50mg/L的硝酸铅溶液灌溉水稻，水稻根中的含铅量分别为痕量，40，120，180，1 300mg/kg；茎叶中为痕量，痕量，20，40mg/kg；穗中均为痕量。

土壤条件也影响植物对铅的吸收。土壤中其他元素的存在可与铅发生竞争而被植物吸收。土壤的酸碱性对植物吸收铅也有影响。当土壤的酸碱度由pH5.2增加至pH7.2时，萝卜体内含铅量降低。大麦的盆栽实验中，生长在酸性土壤（pH5.9）的大麦苗比在碱性土壤（pH7.9）生长的铅富集量要高。大气中的铅一部分经雨水淋洗进入土壤，一部分落在叶面上，有些植物叶表面有一层角质层保护，铅不易被植物吸收，但在某些植物上部的叶和茎受大气中的铅污染比下部严重。一般植物上部叶和茎中的铅浓度变化比下部大3倍，散布在空气中的铅，可以通过张开的气孔进入叶内。苔藓类植物作为铅污染和富集的指示植物已完全被确定下来。蕨类植物的含铅量一般明显地低于藓类和地衣，但却显著地高于其他植物。

（四）植物对砷的吸收与富集

一般认为砷不是植物必需的元素。但植物在其生长过程中可以从外界环境吸收砷，并且有机砷被植物吸收后，可在体内逐渐降解为无机态砷。砷进入植物的途径，主要是根、叶吸收。植物的根系可以从土壤中吸收砷，然后在植株内迁移运转到各个部分。施放到叶片上的砷化合物也可被叶子吸收，从叶梢向根、茎和其他叶片转移，砷主要集中在生长旺盛的部位。某些砷化合物对茎有一定穿透能力，水溶性小的砷化合物作用不显著。

植物对砷的吸收、富集决定于土壤中的含砷量，在砷污染的土壤中生长的植物能吸收、富集砷。杨翠琴对哈尔滨污灌区蔬菜作物的调查，污灌区土壤含砷量比清灌区高，其上种植的蔬菜含砷量普遍高。李应学等施用含砷污泥调整土壤中的砷量作栽培实验，使土壤中含砷量分别为0，25，50，100mg/kg，种植小麦、玉米和水稻，实验结果为：小麦、玉米、水稻籽实的含砷量与土壤含砷量呈正相关。(www.chuimin.cn)

不同种类的植物吸收的砷量有很大差异。Fleming调查了在施用砷酸铅量为1995kg/hm²的土壤中种植蔬菜的含砷量，其中豆荚、扁豆、甜菜、甘蓝、黄瓜、茄子、番茄、甘薯、马铃薯等的新鲜可食部分含砷量在0.5mg/kg以下，洋葱在0.5～1.0mg/kg，莴苣、萝卜、芜菁为1.0～2.0mg/kg。

植物的不同部位吸收、富集的砷量也是不同的。李应学等进行了不同含砷量土壤的作物小区栽培试验，土壤含砷量50mg/kg时，小麦茎叶含砷量1.72mg/kg，种子含砷量0.274mg/kg，根部含砷量433.5mg/kg；玉米茎叶含砷量1.80mg/kg，种子含砷量0.07mg/kg，根部含砷量14.0mg/kg；水稻茎叶含砷量11.4mg/kg，种子含砷量0.530mg/kg，根部含砷量435mg/kg。实验结果表明，作物吸收的砷大部分富集在根部，其次是茎叶，种子含量最少，说明作物从土壤中吸收的砷绝大部分分布在根和茎叶等生命旺盛的部位，向营养物质贮藏器官——种子转移很少。

（五）植物对铬的吸收与富集

植物在其生长发育过程中，可从外界环境中吸收铬。铬可以通过根和叶进入植物体内。植物体内的含铬量随植物种类、品种以及土壤的不同有很大差别。

有人测定25种植物的含铬量，指出含铬范围在10～1 000μg/kg之间。还有人对31种蔬菜和11种水果进行了含量分析，发现蔬菜中的含铬量在7～172μg/kg之间，水果中的含铬量在11～55μg/kg之间。生长在小麦地边的某些杂草，含铬量比小麦还高。长在碱性土壤上的藓类、地衣、蕨类等植物的含铬量，可比大多数其他植物高5～50倍。植物体内的含铬量有很大差异，这种差异比镍、钴、铜、铅等金属更为显著。

当植物生长的环境中含铬量大时，植物体内的含铬量也增多。在灌溉实验中，分别用含铬工业废水和河水灌溉蔬菜，结果发现用含铬废水灌溉的比用河水灌溉的胡萝卜含铬量高10倍，西红柿高2倍，甘蓝高3倍。三价铬的水稻土培实验结果表明，水稻根、茎叶、大米中的含铬量，与土壤处理铬浓度呈正相关。植物从土壤中吸收的铬绝大部分积累在根中，其次是茎叶，籽粒里积累最少。铬在蔬菜体内不同部位分布也呈现根＞叶＞茎＞果的趋势。铬在生物体内迁移能力是很弱的。土壤铬被作物吸收转移系数很低，它是重金属元素中最难被吸收的元素之一。

（六）植物对铜的吸收与富集

生长在铜污染土壤中的植物，其体内会发生铜的富集。根据我国污灌区的调查，在污灌土壤中生长的作物含铜量要比在清灌区土壤生长的作物高。污灌土壤生长的茄子含铜量为1.02mg/kg，清灌土壤生长的为0.49mg/kg；污灌土壤生长的豆角为1.53mg/kg，清灌土壤生长的为痕量；污灌土壤生长的菠菜为0.91mg/kg，清灌土壤生长的为0.006mg/kg，污灌土壤生长的黄瓜为0.72mg/kg，清灌土壤生长的为0.2mg/kg。

不同植物中含铜量存在着一定的差异。以苔藓植物含铜量较高，依次为双子叶植物、被子植物、羊齿植物、裸子植物、单子叶植物。在植物中，鹧鸪草、蝇子草、螺旋桂白鼓丁、雌雄异株女娄菜等含铜量很高。

铜在同种植物的不同部位的分布也不一样。如水稻根含铜量为10mg/kg，茎叶3.6mg/kg，大米1mg/kg。玉米根、茎含铜量10mg/kg，籽粒2.2mg/kg。青菜根含铜量2.7mg/kg，茎叶1.04mg/kg。乌拉苔草叶含铜量12.25mg/kg，茎14.38mg/kg，根25.88mg/kg。芦苇茎、叶含铜量7.0mg/kg，根26.38mg/kg。大多数植物体内铜的分布是根＞茎叶＞果实。但少数植物体内铜的分布与此相反。丛桦叶含铜量8.88mg/kg，枝10.50mg/kg，果15.75mg/kg，其铜的分布是果＞枝＞叶。小叶樟叶含铜量10.87mg/kg，茎13.38mg/kg，根11.13mg/kg，其铜的分布为茎＞根＞叶。

（七）植物对锌的吸收与富集

一般说来，锌在土壤中的富集，必然导致在植物体中的富集。由于土壤中锌含量的差异，作物中的锌含量变化也很大。天津市常年污灌区水稻籽实含锌量达205mg/kg，对照区清灌水稻籽实锌含量为20.0mg/kg；污灌区小麦籽实含锌量达524mg/kg，清灌为40.0mg/kg；污灌区辣椒含锌量为143.5mg/kg，清灌为21.2mg/kg；污灌区茄子含锌量251.0mg/kg，清灌为30.0mg/kg。

植物体内富集的锌与土壤的锌含量密切相关。刁淑荣等调查了土壤中锌含量与大米中锌富集的关系，其结果表明，土壤中锌的含量与锌在大米中的含量呈线性相关。

锌在植物体内各部位的分布也存在着差异。木本植物不同部位富集能力为树皮＞叶＞果实＞木质部。在草本植物中，锌的富集能力是地下部分比地上部分大。在水稻、小麦中的含量分布为根＞茎＞果实。在植物体内的根尖、茎尖和幼嫩的叶子富集锌的能力更强。

土壤中其他元素的存在影响植物对锌的吸收。光对植物吸收锌的影响也很大，在多雾弱光地区，植物吸收较多的锌，体内的含锌量较高，而在强光下植物对锌的吸收较少。温度也影响植物对锌的吸收。

不同植物对锌的吸收、富集差异很大，一般植物体内自然含锌量为10～160mg/kg，但有些植物对锌的吸收能力很强，这些植物体内富集的锌可高达200～10000mg/kg。锌的指示植物有禾本科的细叶小糠穗、狐茅、紫狐茅、黄花草、蓼科的酸模、车前科的车前等。

（八）植物对镍的吸收与富集

植物对镍的吸收富集与环境中的镍浓度有关。同属植物的含镍量与土壤中的镍浓度呈正相关。如土壤的含镍量为22.1mg/ kg时，在其上生长的岳桦含镍量为1.86mg/kg，当土壤的含镍量为30.0mg/kg时，在其上生长的白桦含镍量为2.11mg/kg。不同植物对镍吸收、富集差异较大，如生长在同一土壤的相邻地块的作物，大豆中的含镍量是小麦的7.5倍。有一些植物能吸收、富集异常高的镍。如蛇纹岩上的十字花科植物、岩高杨、庭荠属植物等。镍在植物不同部位中的含量差异也很大。一般根叶含镍量大于茎枝部分；根＞叶，果＞叶、枝。红松叶含镍量为2.93mg/ kg，枝含镍量＜0.2mg/kg，叶＞枝；水曲柳叶含镍量为2.22mg/kg，枝含镍量为0.54mg/kg，叶＞枝；岳桦叶含镍量为3.42mg/kg，枝含镍量为0.26mg/kg，叶＞枝；小叶樟叶含镍量为8.25mg/kg，茎含镍量为1.35mg/kg，叶＞茎；芦苇茎叶含镍量为0.50mg/kg，根为21.13mg/kg，根＞茎叶；丛桦枝叶为2.5mg/kg，果为5.38mg/kg，果＞枝、叶。这与其他重金属在植物中的含量分布相反。