螯合劑與表面活性劑強化龍葵修復Cd污染土壤研究

石旻飛

（浙江工業職業技術學院建筑工程分院，浙江紹興 312000）

超富集植物對重金屬有很強的耐受、吸收和積累能力。目前發現的超富集植物大多都是Ni的超富集植物，而Cd的超富集植物卻非常少見。龍葵是一種在我國發現的Cd超富集植物，對土壤中的Cd有較強的耐受性，能超量富集Cd[1]。

螯合劑可以通過強化土壤中的重金屬生成螯合物，強化重金屬離子態增加，提高流動性，從而強化植物對重金屬的吸收[2-3]。表面活性劑，作為一種可以增加重金屬流動性的化合物，有增流特性，能促進土壤中的重金屬保持較好的流動性，較容易被植物所吸收，從而也能達到提高修復效率目的[4]。王莉瑋和陳玉成等[5]研究發現，通過混合添加以上兩類化學試劑，能有效提高植物修復土壤重金屬的能力。

本研究重在通過正交試驗，研究在不同ph值，不同時間添加的螯合劑表面活性劑對植物修復的幫助，此為前人研究所未涉及的。通過試驗，確定龍葵對藥劑的耐受性，藥劑對龍葵吸收重金屬的幫助，以及藥劑對土壤中重金屬形態的改善程度，本研究可為龍葵修復土壤重金屬及螯合劑與表面活性劑強化植物修復提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤通過剔除土壤中石塊和植物殘渣，經自然風干后，磨碎過10目篩，用四分法選取并磨碎土樣分別過60目及100目尼龍篩，分析測試其理化性質見表1。

表1 供試土壤理化性質

盆栽用土采用外源添加的方法，添加CdCl2溶液后進行攪拌混合，并保持田間持水量60%，在常溫下陳化40天，取樣測試。添加后土壤鎘含量為42.4mg/kg。

供試植物為超富集植物龍葵（Solanum nigrum L）。供試試劑選取非離子型表面活性劑辛基苯基聚氧乙烯醚（TX-100），陰離子型表面活性劑十二烷基硫酸鈉（SLS）以及鰲合劑EDTA-Na2。純度分析純，生產廠商為國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 實驗方法

均勻選取3kg土壤裝盆，并添加分析純NH4NO3400mg/kg，KH2PO4300mg/kg作為實驗用土基肥、保持田間持水量60%，放置7天陳化，植物種植時間共為84天（12周）。實驗采用的正交設計L8（27）五因素二水平，實驗組均添加濃度為2mmol/kg的表面活性劑，并設有無任何化學藥品添加的空白對照組CK，每個處理試驗重復3次。

1.3 分析測試方法

植物樣品：收獲植物后，清理完成，按地上部、地下部將植株分為兩部分。將植物樣品放入烘箱，控制溫度為105℃，進行30分鐘殺青，然后調節烘箱溫度至80℃，進行烘干直至樣品重量恒重。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采用混酸（HNO3-HClO4）濕法消解。

土壤樣品：盆栽土壤脫盆后放置通風處自然風干，用木槌粉碎土壤后用四分法研磨制樣，將樣品土壤分別通過10目和100目篩。采用混酸（HNO3-HClO4-HF）濕法消解測的土壤樣品重金屬全量。用BCR連續提取法測得重金屬Cd全形態，按提取先后程度分：酸溶態（AE）、可還原態（Red）、可氧化態（Oxi）和殘渣態（Res）。

儀器測定采用火焰-石墨爐原子吸收分光光度計ZEEnit700P。

數據處理和作圖采用Excel 2010。采用極差分析法分析正交試驗數據，采用方差分析進行顯著性分析。

2 結果與討論

2.1 SAA/EDTA對龍葵生物量的影響

從試驗數據可知，6號處理組（A2B1C2D2E1）地上部生物量最大達到255.6g，4號處理組（A1B2C2D2E1）地上部生物量226.6g相比CK組207.4g也有顯著提高（P＜0.05）。通過正交試驗直觀分析表5-3可知，EDTA添加時間和SAA添加時間對龍葵地上部生物量影響較大，影響程度因素D大于因素C。其主要原因是，過早添加EDTA和SAA對龍葵產生一定的毒害，出現葉片發黑脫落等現象，尤其是在第6周添加4mmol/kg的EDTA-Na2組中毒現象最為明顯。而在收獲前7天添加EDTA-Na2則沒有出現中毒現象。

通過表2可以看出各因素對龍葵生物量的影響為EDTA添加時間＞SAA添加時間＞EDTA劑量＞SAA類型＞藥劑pH值。增加龍葵生物量的最佳條件為（A1B1C2D2E1）。

2.2 SAA/EDTA對龍葵吸收Cd的影響

（1）混合添加EDTA及表面活性劑對龍葵重金屬Cd濃度影響

根據實驗數據可知，重金屬Cd在龍葵的地上部濃度均顯著高于其在龍葵地下部濃度（P＜0.05），且大于土壤中Cd濃度，龍葵地上部Cd濃度在最高的4號處理組中達到了110.3mg/kg，最低的5號處理組則為87.5mg/kg，均顯著高于空白組73.2mg/kg（P＜0.05），分別為空白組的1.51倍、1.20倍。說明龍葵符合Cd超富集植物標準，對重金屬Cd有很強的耐受能力和轉運能力。各處理組地上部Cd濃度均高于空白組，說明添加EDTA和SAA能不同程度的促進龍葵對Cd的吸收和轉運。通過正交數據直觀分析表3，可以發現各因素對龍葵地上部Cd濃度的影響為EDTA劑量＞EDTA添加時間＞藥劑pH值＞SAA添加時間＞SAA類型。通過正交實驗分析得出最佳實驗組為（A1B2C1D2E2）。

（2）混合添加EDTA及表面活性劑對龍葵重金屬Cd修復效率的影響

植物修復的效率植物地上部單位時間內積累的重金屬含量。

本實驗龍葵地上部積累Cd總量=龍葵地上部干重×龍葵地上部Cd含量

將數據經過正交實驗直觀分析得表4，通過極差分析得各因素對龍葵Cd積累量的影響EDTA添加時間＞SAA添加時間＞SAA類型＞EDTA劑量＞藥劑pH值。通過分析得出最佳實驗組為（A1B1C2D2E2）。

2.3 EDTA/SAA對土壤中Cd、Cu形態比例的影響

通過BCR連續法分別提取了龍葵盆栽實驗中各組盆栽土壤重金屬Cd的酸可提取態（AE）、可還原態（Red）、可氧化態（Oxi）和殘渣態（Res）由試驗數據可以看出，1-8處理組的重金屬Cd酸溶態（AE）較空白組均有所增長，而酸溶態（AE）增加的同時，可還原態（Red）和可氧化態（Oxi）均有不同程度的減少，土壤中重金屬的各形態之間經常處于一種動態平衡的狀態。說明添加SAA/EDTA能不同程度的增加土壤中重金屬Cd酸溶態（AE），但是對殘渣態（Res）影響較小。酸溶態增加效果最好的4號處理組（A1B2C2D2E1）酸溶態（AE）的比例相對空白提高了16.7%。

土壤重金屬酸溶態（AE）在某種程度上反應了重金屬的有生物有效性。對土壤中重金屬Cd酸溶態進行正交分析得表5，從表中可以看出，對土壤重金屬Cd酸溶態量的影響EDTA劑量＞EDTA添加時間＞SAA類型＞SAA添加時間＞藥劑pH值。通過分析得出最佳實驗組為（A1B2C1D2E2）。

比較盆栽土壤中重金屬Cd酸溶態含量和龍葵重金屬Cd含量，最佳實驗組為（A1B2C1D2E2），且因素B（EDTA劑量）對四者的影響均最大。

3 結論

（1）在收前7天添加時添加螯合劑EDTA和表面活性劑，均能增加龍葵生物量，而過早的添加EDTA與表面活性劑（添加時間第6周）均會使得龍葵生物量下降，觀察龍葵生長情況認為其對龍葵有一定的毒害作用。各因素對龍葵生物量的影響為EDTA添加時間＞SAA添加時間＞EDTA劑量＞SAA類型＞藥劑pH值。龍葵生物量最大條件為（A1B1C2D2E1）。

（2）在所有處理組中，盆栽土壤中重金屬Cd酸溶態（AE）、龍葵地上部Cd濃度均增加，最佳條件為（A1B2C1D2E2）。其中因素B（EDTA添加量）都對他們都有顯著影響，且都為EDTA添加4.0mmol/kg效果好。說明土壤中重金屬的酸可提取態增加能增加植物吸收重金屬的能力，兩者呈正相關。

表2 龍葵地上部生物量正交分析表

表3 龍葵地上部Cd濃度正交分析表

表4 龍葵Cd去除量正交分析表

表5 龍葵盆栽土壤重金屬Cd酸溶態正交分析表

（3）龍葵是重金屬Cd的超富集植物，混合添加螯合劑和表面活性劑能促進龍葵對土壤重金屬Cd的吸收。各因素對龍葵Cd修復效率的影響EDTA添加時間＞SAA添加時間＞SAA類型＞EDTA劑量＞藥劑pH值，修復效率最高的條件為（A1B1C2D2E2）。本研究主要研究目的為龍葵對重金屬Cd的超富集效果，所以本試驗采用的最佳實驗組為在收前7天添加pH值為5的SLS以及2.0mmol/kg的EDTA-Na2即（A1B1C2D2E2）。