哈萨克斯坦东哈萨克斯坦州地区植物界重金属积累生态特点
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摘要：主要研究了东哈萨克斯坦州土壤中不同元素含量和生物可利用度条件下植物中重金属（铜、锌、锰、钴、铅、镉）积累的主要规律和评价的问题，指出了这是预测植物性食品中重金属积累和研究环保产品生产办法的基础。
关键词：哈沙克斯坦东哈沙克斯坦州地区；植物界；重金属积累；生态特点
中图分类号：X173文献标识码：A文章编号：1674-9944（2012）12-0011-04
1引言
目前，人对生物圈的人为影响具有全球性的特点，因此很多有毒物质在高浓度时局部、地区、全球散射和进入生物圈问题就变得非常迫切，这其中就包括重金属，所有生物圈不断增长的“金属压力”正成为经常起作用的生态因素。研究地区在这方面具有很大的需要，因为这里既有前核试验场的土地，同时也有阿巴亚博物馆保护区土地。这个地区没有进行详细的研究，因为在众多自然对象中，重金属背景值的研究数据不足，这其中包括植物中的，在大多数情况下它们将作为自然标准。具备这样的数据可以提高对当前形势评价的客观性，也有可能计算污染的速度，但首先必须成功对环境进行监测。
由于人对生物圈工艺基因影响的增长，对环境负面影响的真正的危险也开始出现，现在很多有毒物质高浓度时环境对象中含量研究是一种最大的社会和经济问题。在解决人为污染对环保的实际问题时，自然对象中有毒成分背景含量的资料具有非常重要的地位，其中包括植物和具体地区中的[1～3]。重金属是环境中非常重要的污染，其中包括铅、镉、锌和铜，这是以工业发展趋势为条件的，还有重金属生理—生物化学特性，它们在活的有机体中具有积累高毒性的能力。由于工业生产的增长研究自然对象中重金属含量监控的科学依据就成为非常重要和迫切的任务，其中包括代表很大科学和实践兴趣的植物。
2植物中的重金属
2.1植物中重金属的形成机制
生物圈中重金属问题具有两个方面——与重金属微量元素缺乏有关的生物面和生态毒理学面。因此必须对不同地区环境对象中重金属含量进行监控，首先就是植物中的，因为植物是活的有机体，它们是生物圈水平高信息指示剂中大量化学元素的主要来源。在科学方法上考虑另外一种情况，植物元素组成具有的稳定的—不稳定性。生命物质尽可能保留前几代形成的特性，但又不得不接受当前的环境状况，并随之发生变化。植物的化学组成有特定的功能，由于有机体对土壤中含有的元素的选择性的关系， 地球化学环境形成了冗余或不足的植物元素。在多种多样的地球化学条件下，植物的化学成分及代谢，可能会有显著不同[4，5]。
2.2植物中重金属积累的生态方法
植物将根系扎到很深的土壤中通过生物积累把化学元素从地下传输到上面，之后经过植物残留物在土壤上层的矿化作用积累了这些元素，它们的生物吸收系数超过计算单位。影响重金属进入植物的因素有很多，比如植物种类、土壤类型、浓度、重金属发现的方式、土壤pH值、土壤颗粒组成、有机物质含量、土壤中离子吸收能力和是否具有生态系统污染的工艺基因来源。重金属在植物中的分布首先取决于各种植物器官进行的生理职能、植物形态结构和化学元素进行的生理职能，因此应该更广泛地研究现有的植物对化学元素的选择性吸收：不仅可以选择新陈代谢需要的元素，还可以对抗不需要元素的进入。植物有机体存在好几个选择性吸收的级别：从较低准确（在根-环境界限内）到非常严格（在地上机构中，尤其是茎-种子（果实）界限内），正因为选择性吸收化学元素才以适合存活的比例进入植物。
界重金属积累生态特点研究地区的植物覆盖具有多样性的特点，这里是典型的草原地带，还有部分是沙漠-草原地带。古老冲击平原上主要是沙-针茅-远东羊茅类植物，它们生长在土壤中，除了传统的Festuca sulgata 和Stipa Joannis外，这里还可以看到其他一些禾本科植物，比如Festuca beckeri， Gleistogenes squafrosa и разнотравье Taraxa-cum sibiricum， Artemisia scoparia， Potentilla acaulis等。Г·Я.林吉斯与Е·А.德米特里耶夫共研究了草原和沙漠-草原典型地带的6个科，18个种类，50个植物样本。植物和其形态器官中重金属含量是通过Г·Я. 林吉斯/1/双硫棕比色法法确定的，所有分析数据是通过Е·А.德米特里耶夫/9/数学分析法处理的[6]。
3.1同一种植物在不同土壤中重金属积累的生态特点
研究结果证明，同一种植物类型在不同土壤类型中重金属积累数量不同。比如，研究元素含量在不同土壤植物中含量变化如下：铜-0.1～2.5倍，锌-0.1～2.2倍，锰-0.1～1.5倍，钴-0.1～1.0倍，铅-0.1～2.3倍，镉-0.1～5.3倍。研究地区植物中重金属含量取决于它们在土壤中的含量和具体土壤中形成的矿物供给情况[7～9]。生物吸收系数数值可以间接证明元素达到土壤的程度，通常生物吸收系数值越高，植物中元素含量就越高。同一植物中重金属含量不同既取决于植物的生物特性，又取决于环境条件——元素在土壤中/3， 4， 5. 6/含量和生物利用度（表1）。
3.2各科研究植物中重金属含量
各科植物中重金属含量变化不大，平均情况如下：铜-35.0%，锌-19.0%，锰-34.8%，钴-46.7%，铅-43.3%，镉-51.5%。由于选择性吸收化学元素才以适合存活的比例/7， 8， 9， 10， 11/进入植物，这在不同的植物器官中表现尤为明显，因为化学元素在不同植物器官中具有自己特定的职能（表2）。
3.3不同植物器官中重金属含量的分布
从表3中可以看出，锌在植物器官中是向基部的分配，铜和锰是向顶分布，钴、铅、镉在根分布稍多，到叶和茎中减少，它们含量在茎中最低。只有镉元素在各科植物剖面研究时形态器官中发现了共同规律（表4），其他元素没有确认。
3.4各科野生植物形态器官中重金属含量
各科野生植物形态器官中重金属含量见表4。
菊科和藜科形态器官中铜和锰具有向基部和向顶分布的特点，其他科则不同。因此除了镉之外，植物科所属会影响其他研究重金属在其形态器官中的含量。各科植物和植物器官中重金属吸收强度（生物吸收系数）研究是一体的，茎对铜和锌平均吸收强度要低于叶和根：生物吸收系数茎>生物吸收系数叶>生物吸收系数根；铅和锰——生物吸收系数根>生物吸收系数茎>生物吸收系数叶；钴和镉——生物吸收系数根>生物吸收系数叶>生物吸收系数茎[10]。
研究区域整个特点如下：铜、锰、钴和铅在植物生物吸收水平属于中等吸收元素，锌和镉属于强吸收元素。很显然，最近的生物迁移可以作为这些元素在地形中迁移的主要因素。
4总结
4.1同一植物在不同土壤中重金属数量不同
同一植物在不同土壤中重金属积累不同既取决于植物的生物特性，又取决于环境条件——具体土壤中原色的含量和生物利用度。研究元素含量在不同土壤植物中含量变化如下：铜-0.1～2.5倍，锌-0.1～2.2倍，锰-0.1～1.5倍，钴-0.1～1.0倍，铅-0.1～2.3倍，镉-0.1～5.3倍。
4.2科植物中重金属含量变化
科植物中重金属含量变化不大，平均情况如下：铜-35.0%，锌-19.0%，锰-34.8%，钴-46.7%，铅-43.3%，镉-51.5%。
4.3各重金属元素在锌植物器官中的分布状况
锌植物器官中是向基部的分配，铜和锰是向顶分布，钴、铅、镉分布不是这样的，他们在根分布稍多，到叶和茎中减少，他们含量在茎中最低。
4.4植物不同部分生物吸收系数
茎对铜和锌平均吸收强度要低于叶和根：生物吸收系数茎>生物吸收系数叶>生物吸收系数根；铅和锰——生物吸收系数根>生物吸收系数茎>生物吸收系数叶；钴和镉——生物吸收系数根>生物吸收系数叶>生物吸收系数茎。根据生物吸收系数值铜和钴在植物中属于中等生物захват和弱积累元素[11]；锌、锰和铅——强生物积累元素；镉——极强生物积累元素。所有元素生物吸收系数在豆科植物中要强一些。
总之，研究哈萨克斯坦东哈萨克斯坦地区不同类型、形态学器官和各科野生植物重金属积累的地区背景水平，一方面能够给予生态系统由于全球和地区认为影响而可能的气候和地球化学变化课题稳定的评估，另一方面也能够对认定生物的各种疾病提供重要依据，因此这项研究，具有重要的科研价值和现实意义。
参考文献：
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[10]Ильин В.Б.， Гармаш П.В. Тяжелые металлы в растениях[J].Агрохимия， 1985（6），7～13.
[11]Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях[M].Агропромиздат：Агропромиздат，1987.
收稿日期：2012-11-28
作者简介：刘勇（1974—），男，重庆人，工程师，主要从事环境统计、数据质量管理方面的研究。2012年12月Journal of Green Science and Technology第12期