李丹等

摘要多年生禾本科草本植物李氏禾（Leersia hexandra），起初作為農(nóng)田雜草備受關(guān)注，后因其具有抗旱耐淹耐瘠的生物學特性以及對重金屬鉻的超富集特性，成為水土保持領(lǐng)域和重金屬污染防治領(lǐng)域的研究熱點。就李氏禾在土壤重金屬污染植物修復上的應(yīng)用、李氏禾在人工濕地上的應(yīng)用、李氏禾在水土保持上的應(yīng)用和李氏禾與農(nóng)田雜草的控制4個方面進行了綜述，并對其今后發(fā)展進行展望，以期為該植物的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞李氏禾，植物修復；人工濕地；水土保持；雜草控制

中圖分類號S181.3；X53文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）06-01671-03

AbstractLeersia hexandra is a perennial grass of the Poaceae family. As a variety of weed， it has received much concern initially. Therefore， it becomes a research hotspot in the field of watersoil conservation and pollution control of heavy metals for its biological characteristics of resistance to flood and drought， as well as its accumulation characteristics of heavy metal chromium. This paper summarized application of L.hexandra in four fields： phytoremediation， constructed wetland， soil and water conservation， and weed control. Further， it discussed the prospect of aplication of L.hexandra. It is expected to provide a reference for its application.

Key wordsLeersia hexandra； Phytoremediation； Constructed wetlands； Soil and water conservation； Weed control

李氏禾（Leersia hexandra）屬多年生禾本科草本植物；稈下部伏臥地面或傾斜，并于節(jié)處生根，其節(jié)常具倒生微毛；葉鞘光滑或粗糙，上部短于節(jié)間；葉舌膜質(zhì)，長l～2 mm，其基部兩側(cè)下延與葉鞘邊緣相愈合；葉片扁平或卷折，披針形，長3～12 cm，寬約1.5 mm，具短柄。外稃5脈，脊與邊緣均具刺毛，兩側(cè)具刺毛；雄蕊6枚，秋冬抽穗，廣泛分布于華東、華中、河北、陜西、四川、貴州和廣西等地，為濕生野草，多生于沼澤地、溪旁和稻田的田基上。李氏禾可通過種子繁殖，也可通過地下莖繁殖，繁殖速度非常快，可高密度生長，單位面積內(nèi)生物量大[1-2]。李氏禾起初作為農(nóng)田雜草備受關(guān)注，后因其具有抗旱耐淹耐瘠的生物學特性以及對重金屬鉻的超富集特性，成為水土保持領(lǐng)域和重金屬污染防治領(lǐng)域的研究熱點。目前關(guān)于李氏禾的研究主要集中在以下4個方面：第一，李氏禾在土壤重金屬植物修復上的應(yīng)用；第二，李氏禾在人工濕地上的應(yīng)用；第三，李氏禾在水土保持上的應(yīng)用；第四，李氏禾與農(nóng)田雜草的控制。筆者對李氏禾研究進展與應(yīng)用現(xiàn)狀進行了綜述，并對其今后發(fā)展進行展望，以期為該植物的應(yīng)用提供參考。

1李氏禾與重金屬污染植物修復

近年來，土壤有毒金屬和準金屬污染逐漸成為全世界普遍關(guān)注的問題。由于人類活動加劇、地球化學巖石風化及其他環(huán)境原因（火山爆發(fā)、酸雨水和大陸粉塵），土壤中金屬鎘（Cd）、銅（Cu）、鉻（Cr）、鋁（Al）、鉛（Pb）、汞（Hg）、鎳（Ni）及準金屬砷（As）、硼（B）等的含量急劇提升[3]，嚴重威脅人類健康。

鉻（Chromium）是一種具有銀白色光澤的金屬，不溶于水和硝酸，但溶于稀鹽酸和硫酸而生成相應(yīng)的鹽類。常溫下較穩(wěn)定，不易被氧化，具有延展性。鉻的化合物最常見的是三價或六價，常見的化合物為氧化鉻（Cr2O3）、三氧化鉻（CrO3）、氯化鉻（CrCl3）、鉻酸鈉（Na2CrO4）、鉻酸鉀（K2CrO4）、重鉻酸鈉（Na2Cr2O7）、重鉻酸鉀（K2Cr2O7）等[4]。鉻（Cr）是一種劇毒的重金屬，也是一種危害性極大的環(huán)境污染物。鉻及其化合物是冶金、電鍍、制革、油漆、顏料等行業(yè)的基本原料，這些行業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的含鉻廢水、廢渣等通過多種途徑進入土壤，造成嚴重的鉻污染[5]。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年分別向大氣、水體和土壤中排放30 142和896 kt鉻污染物質(zhì)[5]。我國每年生產(chǎn)329 000 t鉻鹽，伴隨產(chǎn)生450 000 t鉻的廢棄物[6]。國務(wù)院批復的第一個“十二五”專項規(guī)劃《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》中將鉻列為重點防控的5個元素之一。因此，有效控制及治理鉻污染是一項重要且緊迫的工作。

植物修復技術(shù)是目前重金屬污染土壤治理最有效的方法之一，也是當今重金屬污染治理的研究熱點，它具有治理效果的永久性、治理過程的原位性、治理成本的低廉、環(huán)境美學的兼容性、后期處理的簡易性等優(yōu)點[7]。該技術(shù)是指利用一些超富集植物把土壤中的重金屬轉(zhuǎn)移到植物地上部，然后收獲植物以達到清除土壤中重金屬污染的目的[8]。到目前為止，世界各國發(fā)現(xiàn)的重金屬超富集植物有400多種，但鉻超富集植物極少，僅有3種，分別是在津巴布韋發(fā)現(xiàn)的Dicoma niccolifera和Sutera fodina及[8]我國發(fā)現(xiàn)的李氏禾[9]。自2006年張學洪等在桂林發(fā)現(xiàn)首例鉻超富集植物李氏禾后，國內(nèi)外針對李氏禾修復重金屬鉻污染的研究十分活躍。主要集中在：第一，李氏禾對鉻的富集特征；第二，李氏禾對鉻的耐性機制；第三，外源物質(zhì)對李氏禾吸收、轉(zhuǎn)運鉻的影響。

1.1李氏禾對鉻的富集特征

李氏禾對鉻具有超富集特性。研究表明，李氏禾能夠在土壤鉻濃度為114 mg/kg環(huán)境下生長良好，葉片內(nèi)平均鉻含量達1 786.9 mg/kg，變化范圍為1 084～2 978 mg/kg；葉片內(nèi)鉻含量與根部土壤中鉻含量之比最高達57，葉片內(nèi)鉻含量與根莖中鉻含量之比最高達12，葉片內(nèi)鉻含量與水中鉻含量之比最高達518[9]。此外，李氏禾對銅、鎳也具有很強的富集特性。研究表明，當土壤銅含量達2 000 mg/kg時，根、莖、葉中銅含量分別為500.33、33581、307.89 mg/kg。在土壤培養(yǎng)條件下，李氏禾葉中銅含量為46.11～308.07 mg/kg，銅的生物富集系數(shù)為0.40～175；根和莖中銅含量分別為49.22～500.33和39.22～33581 mg/kg，銅的最高生物富集系數(shù)分別為1.85和147[10]；李氏禾對水體中鎳的最高去除率達89.3%[11]，濃度100%的電鍍污泥中鎳的富集量355.06 mg/kg[11]。

1.2李氏禾對鉻的耐性機制

李氏禾對重金屬鉻具有很強的耐性和解毒能力。當植物吸收的鉻達到超富集植物的臨界濃度（100 mg/kg）時，李氏禾地上部分的生物量無明顯降低，顯微結(jié)構(gòu)和形態(tài)結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)明顯變化[12]。李氏禾在一定鉻濃度脅迫下其葉片的葉綠素、可溶性糖、MDA、類黃酮化合物、脯氨酸、可溶性蛋白含量和保護酶SOD、POD、CAT活性能適應(yīng)鉻脅迫并作出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，從而維持植株良好生長，說明李氏禾能適應(yīng)一定濃度的鉻脅迫并作出相應(yīng)的調(diào)節(jié)[13]。另一方面，李氏禾對鉻具有較強的解毒能力，鉻化學形態(tài)分析表明，鉻在莖、葉中以鹽酸提取態(tài)（草酸鹽結(jié)合態(tài)）為主，鉻的草酸鹽結(jié)合態(tài)含量與李氏禾對鉻的富集解毒機制密切相關(guān)；根部以殘留態(tài)為主，說明鉻在根部高濃度的累積與鉻的低生物利用形式有關(guān)；李氏禾對鉻也存在主動吸收的可能性，對鉻的吸收可能通過植物體鈣離子通道進行[14]。

1.3外源物質(zhì)對李氏禾吸收、轉(zhuǎn)運鉻的影響

在進行重金屬污染植物修復時，單純依靠超富集植物自身的耐性和富集特性很難達到理想的修復效果，因此往往需要添加外源物質(zhì)作為輔助手段，以期增強植物的耐性和富集能力[15]。植物中與重金屬轉(zhuǎn)運和積累相關(guān)的機理研究受到越來越廣泛的關(guān)注，然而，重金屬轉(zhuǎn)運和積累是極其復雜的生理過程[16]，研究表明，施加有機酸會對李氏禾富集鉻產(chǎn)生不同程度的影響[17-18]，李氏禾在鉻脅迫下，分別外施 EDTA（乙二胺四乙酸）、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）和 SA（水楊酸）對李氏禾吸收鉻含量及其生理特性產(chǎn)生不同的影響[19]：①EDTA（乙二胺四乙酸）使葉綠素含量稍有恢復，SOD/POD、SOD/CAT 的活性比降低，MDA含量減少，同時促進鉻從根部向地上部分運輸及積累，根系鉻含量下降，總體鉻含量仍有較大的提高[20]。②CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）使葉綠素含量降低，酶活性比值升高，MDA 含量增加，并有效促進根部對鉻的吸收和積累，對鉻向地上部分的運輸也有一定的促進作用，總體鉻含量有大幅度的提高[21]。③SA（水楊酸）可使葉綠素含量、酶活比值有所恢復，減少 MDA 的積累，對鉻的吸收和運輸無顯著影響[21]。

2李氏禾與人工濕地

人工濕地是由人工建造和控制運行的與沼澤地類似的地面，將污水、污泥有控制地投配到經(jīng)人工建造的濕地上，污水與污泥在沿一定方向流動的過程中，主要利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學、生物三重協(xié)同作用，對污水、污泥進行處理的一種技術(shù)[22]。人工是一個綜合的生態(tài)系統(tǒng)，它應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、物質(zhì)循環(huán)再生原理和結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)原則[23]，在促進廢水中污染物質(zhì)良性循環(huán)的前提下，充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力，防止環(huán)境的再污染，獲得污水處理與資源化的最佳效益[24-25]。植物是人工濕地的重要組成部分[26]。人工濕地根據(jù)主要植物優(yōu)勢種的不同，分為浮水植物人工濕地、浮葉植物人工濕地、挺水植物人工濕地和沉水植物人工濕地等不同類型[27]。濕地中的植物對于濕地凈化污水的作用能起到極重要的影響[28]。

李氏禾作為人工濕地的植物能夠有效去除水體中鉻、銅、鎳重金屬污染物，研究顯示，李氏禾對水中鉻的去除率接近100%，對水中銅、鎳的最高去除率分別達到93.8%和893%[11]。同時它也能在含鉻、銅和鎳等重金屬的電鍍污泥中較好生長，在100%電鍍污泥中達到最高，分別為588.21、345.49、355.06 mg/kg [10]。此外，也將李氏禾試用于處理生活污水的研究中，李氏禾人工濕地處理人工模擬生活污水，采用引入原水自然啟動的方式，漸漸增大水力負荷的方式來培養(yǎng)李氏禾，增強濕地微生物的適應(yīng)能力及其生長速度。其中李氏禾人工濕地系統(tǒng)對氨氮的去除率在80%～90%，對總磷的去除率在80%左右。李氏禾作為人工濕地處理生活污水的植物具有一定的應(yīng)用價值[29]。

3李氏禾與水土保持

消漲帶是指江河、湖泊的坡岸在豐水期水位與枯水期水位之間的水位差地帶，具有周期性淹水和出露交替的特征，淹露交替造成了消漲帶生境的極端變化，導致陸生和水生植物均難以生長，因而在缺乏植被覆蓋的條件下，往往形成水土流失較嚴重的受損生態(tài)系統(tǒng)。目前國外關(guān)于適用于消漲帶生態(tài)恢復的植物種類的研究仍十分有限[30]。

李氏禾具有抗旱耐淹耐瘠的生物學特性。該植物分蘗快，可迅速形成覆蓋，根系發(fā)達，能有效防止水土流失，在水庫岸坡消漲帶植被恢復中減少坡面徑流，防止水土流失，改善生態(tài)環(huán)境，提升景觀等有一定應(yīng)用價值，用于消漲帶植被恢復有一定的前景[31]。在新豐江水庫歷經(jīng)較典型的3種來水時段，即2000年為平水年，2001年為豐水年，2002年為枯水年，證明李氏禾的確抗旱耐淹。如2001年秋至2002年春，廣東地區(qū)出現(xiàn)60年來罕見的秋、冬、春連旱氣候，試驗區(qū)的蟛蜞菊在部分瘦瘠岸坡上表現(xiàn)出明顯的不良長勢，但李氏禾仍能適應(yīng)其干旱條件；而2001年上半年是特豐水量，來水量比平水年多近50%。試驗區(qū)李氏禾受淹最深10 m，淹沒最長達10個月，2002年出露后迅速返青，生長良好[32]。因此，將抗逆性強、尤其是把對水分逆境有較強抗性的李氏禾應(yīng)用于消漲帶植被恢復工程具有重要意義[33]。

4李氏禾與雜草控制

李氏禾雖然為是重金屬超富集植物，但在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上卻是水稻的克星。李氏禾地下莖的萌芽能力強，平均萌芽比例高達80.0%以上；不同年無性系種群的分蘗株株高差異顯著（P<0.05），建植1和2年的無性系種群的分蘗株株數(shù)顯著高于建植3年的；未經(jīng)處理的李氏禾種子生活力可達695%，但種子萌發(fā)率低，一般僅為3.8%[34]。無性繁殖是李氏禾得以繁衍的主要途徑，1 m2稻有李氏禾80株，可使水稻減產(chǎn)80%；有100株以上，可使水稻減產(chǎn)90%，甚至絕產(chǎn)[35]，其實繁殖生長速度快有諸多不可控性，推廣到實際應(yīng)用存在一定困難。

目前關(guān)于防治李氏禾對稻田的危害措施主要有以下3種措施。第一，農(nóng)作措施防除：在秋季或春季對稻田進行深翻深耕，把李氏禾的地下根莖暴露于土表，阻斷其衍生繁殖；第二，建立或恢復水旱輪作：為了有效控制稻田惡性雜草李氏禾的危害，可實行水旱輪作減少李氏禾基數(shù)，并調(diào)節(jié)地力和改良土壤，大大減少再生苗的發(fā)生量；第三，化學藥劑防除：韓樂天、農(nóng)美利2種藥劑對李氏禾的效果顯著，可有效控制稻田李氏禾的危害，明確20%上格千金防除直播水稻田禾本科雜草的效果良好[36-38]。

42卷6期李 丹等李氏禾研究進展與應(yīng)用現(xiàn)狀

5展望

李氏禾開始是作為一種農(nóng)田雜草，由于其在環(huán)境修復領(lǐng)域和水土保持領(lǐng)域的獨特性，成為人們廣泛關(guān)注的熱點。今后可加強在以下幾個方面的深入研究：

（1）李氏禾雖然具有生長快速，整體生物量較大等優(yōu)勢，但單株李氏禾生物量較小，若能從基因工程方面入手，改善其生長特性，提高單株生物量，進而提高其富集重金屬的能力。另一方面，目前關(guān)于超富集植物的研究，多集中于植物對重金屬的積累量、耐性及積累機理，以及如何提高植物的金屬積累性方面[39-40]，但對于修復植物的后期處理問題關(guān)注不多，且技術(shù)尚未成熟。超富集植物的后期處置問題主要是借鑒廢棄物的處置技術(shù)，工藝較單一，較少有針對修復植物特性的先進工藝技術(shù)，還需更系統(tǒng)深入地開展回收技術(shù)研究[41]，這樣才能使其綜合利用既有一定的經(jīng)濟效益，又使污染物得到妥善處理避免“二次污染”。因此如何妥善處理提取重金屬之后的李氏禾是今后需要重點研究的問題之一。

（2）李氏禾具有忍耐淹水和干旱的共耐性特點?？梢钥紤]從生物馴化方面入手，適當?shù)伛Z化出一批對極端環(huán)境適應(yīng)能力強的新種李氏禾，將其應(yīng)用在水庫消漲帶的生態(tài)恢復中。加強李氏禾生物學特性特別是抗逆性的研究，弄清其在不同條件下的抗性大小與抗性機理；多年生李氏禾地下根系發(fā)達，蓄水保土能力強，深入研究李氏禾在固土護坡、水土保持、消漲帶生態(tài)恢復等抑制崩塌、改良土壤、改善生態(tài)環(huán)境等方面的作用功能和作用及其機理，為其推廣應(yīng)用提供理論指導和科學依據(jù)[42]。

（3）人工濕地去污效果的影響因素分為季節(jié)差異、濕地類型、濕地植物組合和pH等[43]。將李氏禾和其他濕地植物混種或者利用李氏禾發(fā)達的根系并在人工濕地中人為添加微生物提高污水處理能力。

（4）實際推廣應(yīng)用李氏禾期間應(yīng)注意預(yù)防其對水稻田的危害，應(yīng)以“預(yù)防為主、綜合防治”為推廣方針，本著安全、有效、經(jīng)濟、簡易的原則，因地因時制宜，合理推行，實現(xiàn)水稻田保護與土壤污染修復雙贏效益[44]。

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