聚金属元素植物
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第1047页（4227字）
植物中几乎含有地球表面所有的元素。
它们主要来自植物赖以生存的土壤、水和大气中的无机元素、化合物和离子。这些元素有些是植物大量需要的营养元素，有些是微量营养元素，有些元素对植物的作用尚未被认识或正在认识。在金属矿区，在采矿、选矿、冶炼以及其它受重属污染的地区和高背景区，环境中金属元素含量过高，有些植物能大量地吸收聚集某些金属元素，或忍耐或发生某些变异，有些植物则中毒死亡。
聚金属元素植物的研究，在植物法找矿、环境保护、地方病的研究等方面具有重要的意义。
在古代，人们就注意到植物对金属元素的聚积作用。如《博物志》记载：“积艾草三年后，烧，津液下流成鈆(即铅)锡”。
随着化学分析技术的发展，人们对植物聚积金属元素的状况逐步认识。较早研究的是金属矿区植物中金属元素的含量。
1922年以后相继发现植物中的微量营养元素及含量。1900年，Lungwitz分析了植物中的金。
1938年Tkalich、1939年Brubdin和Vogt利用聚金属元素植物进行植物地球化学勘查矿床的研究。意大利Vergnana(1947)发现了镍的高积累者布氏香芥(Alyssumbertolonii)；美国的Cannon、加拿大的Wareen等从生物地球化学角度研究了许多聚金属元素植物。
前苏联A．П．BиHоградов、中国的侯学煜等，研究了不同土壤上的聚金属元素植物。
Peterson(1971)和李长复(1990)对植物异常吸收积累金属元素及其机制进行了较全面的论述，列举了一些植物金属元素含量异常高的数值。如蛇纹岩土壤上的十字花科植物布氏香芥干物质中的镍含量高达1%，这个属大约有50种植物具有这种能力；富含钴的土壤上的野百合(Crotalaria cobalticola)灰分中的钴含量达1．8%，钴积累者的钴／镍比大约为5，非积累者为0．05。黄荏属(Astuagalu ap．)的植物是铀的积累者。唇形科的罗勒(Becium homblei)干物质中的铜含量达0．3%；遏蓝菜属植物(Thlaspi calaminari)灰分中的锌含量达13%；生长在汞矿上的纸皮桦(Betula papyrifera)含有1150mg／L的汞(灰分)。1977年，Puryes论述了环境中微量元素的污染问题。
受铅污染的大气、土壤上的牧草灰分中的铅含量达3000mg／L，未受污染植物中的铅含量为10～100mg／L。生长在镉污染土壤上的莴苣叶干物质中的镉含量为668mg／L，植物中正常的镉含量水平低于1mg／L。
近些年来，一些研究者相继报道了许多金属元素超积累者，并把积累的临界值规定为＞1000mg／L(占干物质)。
1983年，Reeves等报道了中欧两种铅和锌的积累者。Brooks(1987)列出了144种镍的超积累者。1985年，Brooks综述了中非、南非的铜、钴、铬、镍的超积累者。
1982年，侯学煜提出了中国的聚铝、锰等植物种类，如红毛杜鹃(Rhododendron vialii)干物质中的含量铝为0．412%～2．732%，比一般植物的铝含量高出百倍至千倍；锰的含量为0．160%～0．320%，比一般植物的锰含量高出10倍至100倍。利用植物法勘察金矿，聚集金的植物种类近年来引起人们的极大的兴趣。
1982年，Brooks列出134种植物含金量的数值，有不少植物是金的聚积者。
Valente等(1986)报道了金矿区植物羊茅(Festucaovina)的金含量高达65．4ng／kg。而一般植物中的金含量小于2ng／kg。
据报道，植物中的金属元素主要来自金属矿区的和污染区的土壤，根吸收的这些元素，首先在根中积累，然后部分地被转移到植物体的其它部分。
此外，植物的地上部分可以从大气中吸收金属元素。Smith(1975)报道了生长在交通要道路边的树叶和小枝的铅含量，比背景含量(1～4mg／L，占干物质)高出10～100倍；酸模叶蓼(Polygonum lepathifoliumvar．Salicifolium)在大气、土壤中汞含量较低的地段，地上、地下部分汞含量的比值为1左右，而高汞的地段其比值为4。许多研究资料表明，植物的不同部位、同种植物在不同生长季节，甚至于同一株植物的不同方位，聚积金属元素的状况不一样。大多数报道的植物中金属元素含量，是指植物的绿色部的含量，即草本植物的地上部分、木本植物的叶，有时也包括一些嫩枝。
就植物不同部位金属元素含量而言，多数的报道是根＞茎(或枝)＞叶。
植物吸收积累金属元素是非常复杂的，最主要的决定于种的特点和发育阶段，也决定于环境的化学性质。
1984年，Kovalevskii根据植物与土壤的关系，提出生物障(bio-barrier)的概念，把不同的生物体(实际上是植物)对不同元素的吸收积累分为无障生物体、半无障生物体、有障生物和背景障生物体。无障生物体富集的元素与土壤中该元素的含量成直线比例关系，占所研究的植物种类的5%；背景障生物体富集的元素含量接近于所调查生物体的当地背景值。不同的元素障特征不一样。
如金的无障生物体，在研究的178种生物体中占29%；铅的无障生物体，在280种生物体中占4%；锌的无障生物体为零。
可以认为聚金属元素植物多为无障生物体和半无障生物体。孔令韶等(1991)对矿区植物与土壤之间金属元素含量进行了相关分析，把植物分为相关关系达显着水平、有相关关系但未达显着相关水平、基本上没有相关关系3类植物。第1类大体上与无障生物体和半无障生物体相当，第3类相当于背景障生物体。聚金属元素植物与其它环境化学性质的关系，近些年进行了深入、广泛的研究，如元素在环境中存在的状态(有效态等)、土壤H+浓度的影响、土壤有机质的状况、元素之间的拮抗、相促作用的影响等。
聚金属元素植物，大多数具有对金属忍耐能力，或为忍耐生态型，指示植物。
近几十年来相继报道了细弱剪股颖(Agrostis tenuis)是铜、锌、铅、镍的忍耐生态型，羊茅是铅忍耐生态型。
1985年，Brooks论述了镍、铜、钴的忍耐植物区系等。Peterson(1971)详细论述了植物的忍耐机制：(1)有毒元素被细胞排斥或部分排斥；(2)有毒元素受细胞壁的限制，如锌、铜、钴等常被细胞壁粘合，沉积在细胞壁内；(3)元素进入细胞参与新陈代谢或与另外的化合物结合转换成非活性部分，毒性降低。
Antonovics(1971)就植物忍耐金属元素的生态学、忍耐的演变、忍耐的机制和遗传以及忍耐植物的应用等问题进行了综述。
聚金属元素植物的研究来源于实践，应用于实践。(1)聚金属元素植物和忍耐变异生态型植物应用到地质矿产甚察上，已形成较完整的矿产勘察的植物学法。(2)环境科学和环境保护工作的发展，促进该领域的发展和应用。如近些年来利用凤眼莲(Eichhornia crassipes)吸收积累金属元素的能力，广泛地进行了净化污水的研究和实践；利用聚金属元素植物忍耐作用进行采矿、尾矿区及矿渣上植被的恢复和重建，如英国已经和正在进行这方面的工作；抗污染植物的选择及污染区的绿化等。(3)微量元素与健康，地方病的研究和防治，植物聚积金属元素的研究，是当前研究的重要方面之一。
聚合金元素植物的应用也为考古提供了重要线索。
。【参考文献】：
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(中国科学院植物研究所孔令韶研究员撰；李长复审)