螯合劑與表面活性劑強化東南景天修復(fù)Cd污染土壤的研究

石旻飛　李曄　袁江等

摘要 通過盆栽試驗，研究了螯合劑與表面活性劑混合添加對東南景天修復(fù)重金屬Cd污染土壤的影響。結(jié)果表明：螯合劑EDTANa2與表面活性劑SAA的使用能促進土壤中的Cd由可還原態(tài)、可氧化態(tài)、殘渣態(tài)向酸溶態(tài)轉(zhuǎn)化，提高重金屬的生物有效性，同時還能促進東南景天吸收Cd，強化植物修復(fù)的效果。在植物收割前7 d，當(dāng)添加pH為7的TX100以及4.0 mmol/kg EDTANa2（即A2B2C2D2E1）時，植物生物量較好，植物吸收重金屬Cd含量較高，植物修復(fù)效果較好。這就是最佳試驗組。

關(guān)鍵詞 重金屬；東南景天；EDTA；表面活性劑

中圖分類號 S14 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）20-099-04

Abstract This study examines the remediation of Cd contaminated soil.A pot trial based research strategy is adopted to identify how Sedum alfredii Hance can influence the remediation which is added by mixed chelator and surfactant.The results indicated that the use of chelator EDTANa2 and surfactant SAA can promote the transformation of Cd from the reducible state，the oxidable state or the residual state to the acid soluble state.Consequently，it improves the bioavailability of the heavy metals，promotes the absorption of Cd by Sedum alfredii Hance and enhances the effect of phytoremediation.To add TX100of pH 7 and EDTANa2 of 4.0 mmol/kg （A2B2C2D2E1） seven days before the plant harvest，plant biomass is better and plant absorption of heavy metal Cd content is higher，and the phytoremediation effect is better.

Key words Heavy metals； Sedum alfredii Hance； EDTA； Surfactant

隨著人們對食品安全的重視，農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染問題已越來越受人們的關(guān)注。李鵬等[1]調(diào)查顯示，某冶煉廠周邊土壤的重金屬Cd污染屬嚴重污染。因此，預(yù)防和修復(fù)土壤重金屬污染已迫在眉睫。植物修復(fù)技術(shù)有著良好的經(jīng)濟性和環(huán)境友好性，已受到研究人員的廣泛關(guān)注。這是土壤重金屬修復(fù)領(lǐng)域的一大熱點[2]。植物修復(fù)最常用的是植物提取，指將土壤中的重金屬超量積累且轉(zhuǎn)移到植物地上部可刈割部分的一種方法。這種方法能夠達到永久去除土壤中重金屬的目的[3]。礦山型東南景天是一種在我國東南部某鉛鋅礦發(fā)現(xiàn)的Zn、Cd超級累植物，能超量吸收土壤中的Cd，且具有易繁殖、能多年生、適于刈割等特點，是理想的植物修復(fù)材料[4]。

螯合劑強化植物修復(fù)原理是在投加螯合劑進入土壤后，土壤中的重金屬發(fā)生螯合作用，進而形成水溶性金屬——螯合劑絡(luò)合物，改變重金屬在土壤中賦存的形態(tài)，提高重金屬的生物有效性，從而強化植物對靶重金屬的吸收[5-7]。表面活性劑的增容、增流等特性可以使重金屬以絡(luò)合物、螯合物的形態(tài)在土壤溶液中存在。這些形態(tài)都極易流動，使其有效性提高，促進植物的吸收，達到提高修復(fù)效率的目的[8]。王莉瑋等[9-10]研究表明，聯(lián)合使用螯合劑和表面活性劑，通過它們對土壤重金屬活化效果以及表面活性劑強化植物根系對重金屬螯合物的透性作用，顯著提高植物對重金屬的吸收以及向地上部的轉(zhuǎn)運量。

前人研究未涉及在不同時間添加不同pH的螯合劑、表面活性劑混合試劑對東南景天超級累重金屬的影響。通過探索東南景天對螯合劑及表面活性劑的耐受能力以及聯(lián)合使用螯合劑與表面活性對東南景天超積累重金屬Cd的促進效果，筆者采用盆栽正交試驗，確定聯(lián)合使用螯合劑與表面活性劑強化東南景天修復(fù)土壤重金屬時的濃度、添加時間以及pH，為東南景天修復(fù)土壤重金屬及螯合劑與表面活性劑強化植物修復(fù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

剔除土壤中石塊和植物殘渣，經(jīng)自然風(fēng)干后磨碎，過10目篩，并且添加外源CdCl2，充分混勻后保持田間持水量60%，常溫下陳化40 d后作為盆栽用土。供試土壤理化性質(zhì)為：pH 6.65，有機質(zhì)13.20 g/kg，全磷0.87 g/kg，全氮1.73 g/kg。添加后，土壤鎘含量為42.4 mg/kg。

供試植物為礦山型東南景天。該植物原物取自廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，通過試驗培養(yǎng)繁殖。供試試劑為螯合劑EDATNA2、陰離子型表面活性劑十二烷基硫酸鈉（SLS）和非離子型表面活性劑辛基苯基聚氧乙烯醚（TX100），均購于國藥集團化學(xué)試劑有限公司，均為分析純。

1.2 試驗方法

每盆土壤3 kg，加入分析純KH2PO4 300 mg/kg、NH4NO3 400 mg/kg作為基肥，混勻，并加水保持持水量為50%～60%，穩(wěn)定5 d后備用。試驗采用五因素二水平的正交設(shè)計L8（27）（表1），表面活性劑（SAA）濃度為2 mmol/kg，以不加任何化學(xué)物質(zhì)的處理為對照（CK）。每個處理重復(fù)3次。正交試驗方案見表2。

1.3 分析測試方法

先取出植物樣品根部土壤，分別用自來水、純水清洗3次，按葉、莖、根將植株分為3個部分，放入烘箱，殺青30 min后在80 ℃下烘干至恒重。獲得植物干樣后，將其粉碎過100目篩后，保存，備用。植物樣品重金屬全量用混酸（HNO3HClO4）消解。

將土壤分類，置于陰涼通風(fēng)處，自然風(fēng)干后用木錘打碎，并且采用四分法將土壤磨細，分別過60目和100目篩后保存?zhèn)溆?。土壤樣品重金屬全量的測定用混酸（HNO3HClO4HF）消解。土壤重金屬全形態(tài)檢測采用BCR連續(xù)提取法[11]。提取形態(tài)主要包括酸可提取態(tài)（AE）、可還原態(tài)（Red）、可氧化態(tài)（Oxi）以及殘渣態(tài)（Res）4種。用原子吸收光譜儀測定重金屬含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 SAA/EDTA對東南景天生物量的影響

由圖1可知，不同處理東南景天生物量間差距明顯。其中，處理④地上部鮮重為151.1 g，處理⑥地上部鮮重為148.3 g，相比CK分別增加了17.95%和15.77%。由表3可知，對東南景天地上部生物量影響最大的因素是D，其次是C，兩者皆為收前7 d較好。主要原因是在第42天添加SAA和EDTA的東南景天植株受到不同程度的毒害。各因素對東南景天生物量的影響大小順序為D>C>B>E>A。通過正交試驗分析，得出最佳條件為A2B2C2D2E1。由表4可知，因素D、C對東南景天地上部生物量影響顯著。

2.2 SAA/EDTA對東南景天吸收Cd的影響

2.2.1 SAA/EDTA對東南景天重金屬Cd濃度的影響。

由圖2可知，東南景天Cd地上部濃度均大于地下部濃度，且大于土壤中Cd濃度，處理⑧達最高。所以，東南景天對重金屬Cd有超積累能力，也有很強的Cd的轉(zhuǎn)運能力和耐受能力。根際土壤中的重金屬通過植物根系的吸收作用進入植物體內(nèi)，在木質(zhì)部的薄壁細胞轉(zhuǎn)載到導(dǎo)管，然后通過蒸騰作用和根壓作用在植物導(dǎo)管中被運輸?shù)街参锏牡厣喜縖12]。植物中的鎘在細胞質(zhì)中與多肽、有機酸、磷化合物結(jié)合，然后儲存在液泡中的途徑，已被認為是植物耐受Cd的重要機制。田生科[13]利用Cd探針，證實Cd主要存在于礦山型東南景天液泡中。所有正交試驗組地上部Cd濃度均大于CK，且地上部Cd濃度最高的處理⑧，相比CK（385.6 mg/kg）提高了57.34%。這說明添加EDTA和SAA能不同程度地促進東南景天對Cd的吸收和轉(zhuǎn)運。由表5可知，各因素對東南景天地上部Cd濃度的影響的大小順序為B>D>A>C>E。通過正交試驗分析，得出最佳試驗組為A2B2C1D2E2。由表6可知，因素B對東南景天地上部Cd濃度影響顯著。

2.2.2 SAA/EDTA對東南景天重金屬Cd修復(fù)效率的影響。

根據(jù)強化植物修復(fù)的原理，植物修復(fù)的效率取決于單位時間、單位面積植物地上部吸收的重金屬總量。

東南景天地上部積累Cd總量=東南景天地上部干重×地上部Cd含量

由表7可知，各因素對Cd積累量的影響大小順序為D>C>B>A>E。通過正交試驗分析，得出最佳試驗組為A2B2C2D2E1。由表8可知，因素D、C對東南景天重金屬Cd的修復(fù)效率影響顯著。

2.3 EDTA/SAA對土壤中Cd形態(tài)比例的影響

BCR連續(xù)提取法中的酸溶態(tài)（AE）包括水溶態(tài)、可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)，是最易被植物吸收的形態(tài)[14]。由圖3可知，各試驗組土壤中重金屬Cd的酸溶態(tài)相較CK均有不同程度的提高，其中處理⑧提高量最大。在酸溶態(tài)增加的同時，還原態(tài)和可氧化態(tài)殘渣態(tài)含量有不同程度的減少，土壤中重金屬的各形態(tài)之間經(jīng)常處于一種動態(tài)平衡的狀態(tài)[15]。混合添加EDTA/SAA能夠促進土壤中重金屬由不活潑的形態(tài)向活潑的形態(tài)轉(zhuǎn)化，生物可利用性增強。

由表9可知，各因素對土壤重金屬Cd酸溶態(tài)量的影響大小順序為B>D>C>A>E。通過分析，得出最佳試驗組為A2B2C1D2E2。由表10可知，因素B、D對土壤重金屬Cd酸溶態(tài)影響顯著。

通過比較植物地上部Cd含量以及土壤中Cd酸溶態(tài)含量，發(fā)現(xiàn)在正交試驗組最優(yōu)試驗組都是A2B2C1D2E2，且因素B對兩者的影響都最顯著，同時都以添加4.0 mmol/kg為最佳。這說明土壤中重金屬活潑形態(tài)的增加能促進植物對重金屬的吸收積累。這與景琪等[16]研究結(jié)果一致。

3 結(jié)論

（1）當(dāng)螯合劑與表面活性劑都在收前7 d添加時，東南景天生物量有顯著增加，而在第42天添加螯合劑與表面活性劑都會對礦山型東南景天造成一定的毒害作用。生物量最大條件為在收前7 d添加pH為7的TX100和pH為7的4 mmol/kg EDTANa2即A2B2C2D2E1。

（2）在所有試驗組中，東南景天地上部Cd含量和土壤酸溶態(tài)Cd含量均有所增加，且兩者的最大條件均為收前7 d添加pH為5的4 mmol/kg EDTANa2，在第42天添加pH為5的TX100即A2B2C1D2E2，因素B對兩者的影響均最顯著。這說明土壤中重金屬Cd酸溶態(tài)的增加能有效地促進植物對重金屬Cd的吸收。

（3）東南景天是Cd的超積累植物。Cd去除量最大的條件為在收前7 d添加pH為7的TX100和pH為7的4 mmol/kg EDTANa2即A2B2C2D2E1。這和生物量最大條件一致，所以，該試驗采用的最佳試驗組為收前7 d添加pH為7的TX100和pH為7的4 mmol/kg EDTANa2，即A2B2C2D2E1。

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