土壤重金屬鉛污染的修復(fù)

黃麗華+李蕓瑛+邵玲

摘要：研究了螯合劑EDTA對Pb污染土壤玉米幼苗生長的影響以及Pb積累特性。結(jié)果表明，在100～500 mg/kg濃度范圍內(nèi)，Pb處理對玉米幼苗生長的影響差異不大，但玉米地上部Pb含量隨著Pb處理濃度的增加而增加；而不添加EDTA處理，玉米生長受到嚴(yán)重影響，地上部干重、株高明顯下降；添加螯合劑EDTA處理后，能促進(jìn)土壤中Pb的溶解，使土壤和玉米地上部的有效Pb含量明顯增加，促進(jìn)玉米對重金屬的吸收和積累。

關(guān)鍵詞：玉米；EDTA；鉛；吸收和積累

中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）20-5211-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.20.012

Abstract： Through pot experiment， the EDTA chelating agent for the growth of maize seedling under the soil of Pb pollution effects and the characteristics of Pb accumulation were researched. The results showed that the concentration of 100～500 mg/kg range， Pb treatment effect on the growth of maize seedlings had little difference. While the Pb content of corn upper soil increase with the increase of the concentration of Pb treatment. Compared with not adding EDTA treatment， the growth of maize was badly damaged. And aboveground dry weight， plant height ratio decreased obviously； Adding EDTA chelating treatment could promote the dissolution of the Pb in soil， the effective Pb content of soil and corn upper were significantly increased after processing， which promoted the absorption and accumulation of heavy metals by corn.

Key works： corn； EDTA； plumbum； absorption and accumulation

隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，尤其是汽車尾氣排放等人為原因，使得鉛污染已逐漸成為了一個世界性的環(huán)境問題。土壤鉛污染嚴(yán)重影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，并且通過食物鏈進(jìn)入人體危害人類健康。鉛是一種重金屬元素，它不是農(nóng)作物生長所必需的微量元素，而是一種對植物有積累性危害的污染物質(zhì)。研究表明，影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的主要是土壤中的有效鉛含量，而土壤全鉛含量與作物的產(chǎn)量相關(guān)性較小，為了更好地揭示鉛的生物效應(yīng)，研究土壤有效鉛有著更為重大的意義[1]。所謂有效鉛就是植物能吸收利用的鉛離子[2]。土壤中的鉛離子被植物吸收后，再通過食物鏈進(jìn)入人體，干擾神經(jīng)細(xì)胞的正常工作，破壞血紅素的生存和腦微血管的滲透性，導(dǎo)致大腦發(fā)育遲緩、不健全，最終影響人的身體健康和智力[3]。因此，對鉛污染土壤進(jìn)行修復(fù)治理的深入研究，具有極其重要的意義。土壤中重金屬的植物修復(fù)是指利用重金屬富集能力較強(qiáng)的超積累植物吸收土壤中的重金屬，轉(zhuǎn)運(yùn)儲存到植物地上部分，然后通過收獲地上部分進(jìn)行焚燒銷毀，來達(dá)到去除或減少重金屬的目的[4]。重金屬在土壤中存在的形態(tài)主要有可交換態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、水溶態(tài)、沉淀或難溶的復(fù)合物，能夠被植物吸收的是可交換態(tài)和水溶態(tài)，而土壤中的重金屬大多數(shù)都與土壤固相結(jié)合相當(dāng)緊密，能被植物體吸收的量比較少，重金屬的生物有效性相當(dāng)?shù)?，在一定程度上限制了植物修?fù)的效率[5]。Huang等[6]研究發(fā)現(xiàn)玉米生長在受Pb污染的土壤中，根部吸收的鉛離子量很少，向地上部分運(yùn)輸鉛離子的量就更少。研究發(fā)現(xiàn)，螯合劑能夠有效地活化土壤中的重金屬，已被廣泛應(yīng)用于植物修復(fù)重金屬污染的土壤中。Blaylock等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在Ni、Pb、Cd、Cu、和Zn復(fù)合污染的土壤中添加 EDTA，印度芥菜地上部鉛離子的濃度最大，其次是Cu和Zn，濃度最低的是Cd和Ni。本試驗通過人工模擬重金屬鉛污染土壤，添加螯合劑EDTA將鉛活化成有效態(tài)鉛，被玉米幼苗吸收，再將收獲的玉米地上部分進(jìn)行焚燒處理，從而達(dá)到去除或減少土壤重金屬鉛的目的。

1 材料與方法

1.1 材料

供試土壤取自肇慶學(xué)院生物園未污染的土壤。玉米品種為農(nóng)大108，購自肇慶市種子公司。

1.2 方法

1.2.1 土壤的處理 土壤經(jīng)自然風(fēng)干后敲碎，過20 mm孔徑篩。每盆裝土壤1.5 kg，然后施尿素100 mg/kg土、磷酸氫二鉀300 mg/kg土作基肥。以Pb（NO3）2溶液的形式與土壤充分?jǐn)嚢杌靹?。試驗設(shè)0、100、250、500 mg/kg 4個處理濃度，調(diào)節(jié)土壤中的含水量為最大持水量的60%，在溫室條件下平衡處理兩周。

1.2.2 玉米苗的培養(yǎng) 挑選子粒飽滿健康無蟲害的玉米種子，用0.1%升汞水浸泡20 min，去離子水沖洗3次，去離子水浸泡12 h，將種子均勻放置于墊有濾紙的培養(yǎng)皿中，用去離子水浸潤種子，置于28 ℃的人工氣候培養(yǎng)箱培養(yǎng)催芽。每天加水保濕，當(dāng)胚芽長至1.5～2 cm時，挑選長勢一致的玉米幼苗轉(zhuǎn)移至已處理過的土壤中栽培，在玉米生長期間用去離子水澆灌。

1.2.3 螯合劑EDTA的處理 玉米生長14 d后，用50 mmol/L EDTA處理。共設(shè)7個處理：①CK；②PbA100：加Pb 100 mg/kg土；③PbA250：加Pb 250 mg/kg土；④PbA500：加Pb 500 mg/kg土；⑤PbC100：處理②+50 mmol/L EDTA；⑥PbC250：處理③+50 mmol/L EDTA；⑦PbC500：處理④+50 mmol/L EDTA。每個處理3盆。處理14 d后，對土壤中的植株進(jìn)行測定分析，同時測定種植前后土壤中鉛的含量。

1.2.4 土壤和玉米幼苗Pb含量以及玉米株高、鮮干重的測定 取各處理種植前后的土壤2 g，烘干，加入20.0 mL ASI[8]浸提劑（土液比為1∶10），蓋上瓶塞，搖勻，25 ℃、180 r/min振蕩30 min，過濾后，5 000 r/min離心10 min。濾液直接采用原子吸收分光光度計（火焰法）測定。土壤Pb含量采用原子吸收分光光度法測定玉米幼苗Pb含量。每盆選取4～5株生長一致的植株，定點測定株高。將玉米的地上部用去離子水清洗干凈后吸干，測定植株鮮重。將稱量好的玉米地上部在105 ℃左右殺青0.5 h，并轉(zhuǎn)至80 ℃烘至恒重，稱干重。

2 結(jié)果與分析

2.1 Pb處理對玉米生長的影響

由圖1可以看出，土壤添加一定濃度Pb處理后，玉米均能正常萌發(fā)長出幼苗。在玉米幼苗生長到第28天時，不同濃度處理玉米地上部分受害不明顯，其生長狀況與CK對照組差異不大。表明Pb（NO3）2在100～500 mg/kg處理濃度范圍內(nèi)，Pb對玉米的地上部分毒害效果不明顯。添加螯合劑EDTA處理后，玉米幼苗生長表現(xiàn)出嚴(yán)重的受害癥狀。不同處理下鉛污染對玉米幼苗地上部分影響不明顯，但大部分玉米幼苗隨著時間的延長出現(xiàn)根部腐爛，這是因為重金屬與植物作用時，總是最先接觸到地下根部，根部細(xì)胞壁中存在大量交換點，能將重金屬離子固定在這些點上，從而阻止重金屬離子進(jìn)一步向芽轉(zhuǎn)移[9-11]。

2.1.1 對玉米株高的影響 由圖2可以看出，與CK相比，在不添加螯合劑EDTA時，在100～500 mg/kg濃度范圍內(nèi)，Pb處理對玉米幼苗株高的影響差異不明顯，在添加螯合劑EDTA時，不同濃度Pb處理的玉米幼苗株高明顯下降，表明螯合劑EDTA處理抑制含Pb土壤玉米幼苗的生長。

2.1.2 對玉米干重的影響 由圖3可以看出，與CK相比，在不添加螯合劑EDTA時，在100～500 mg/kg濃度范圍內(nèi)，不同濃度Pb處理土壤后，玉米幼苗干重的差異不明顯。在土壤中添加螯合劑EDTA后，玉米幼苗干重明顯下降，且隨著Pb濃度增加，干重下降更明顯。表明螯合劑EDTA處理抑制含Pb土壤玉米地上部分的生長。

2.2 Pb處理對玉米幼苗Pb含量的影響

由表1可以看出，在不添加螯合劑EDTA時，不同濃度Pb處理對玉米吸收Pb有明顯的影響，隨著土壤中Pb處理濃度的增加，玉米地上部Pb含量均增加，100、250、500 mg/kg Pb處理玉米地上部Pb含量分別為15、70、104 mg/kg。在添加螯合劑EDTA時，100、250、500 mg/kg Pb處理玉米地上部Pb含量分別為50、100、201 mg/kg。由此可見，螯合劑EDTA處理后，玉米地上部富集的Pb含量明顯增加。表明螯合劑EDTA能活化土壤中的Pb，促進(jìn)玉米地上部Pb的積累。

3.3 玉米種植前后土壤有效Pb含量

由表2可以看出，土壤中隨著處理Pb濃度的增加，有效Pb濃度也增加。在不添加螯合劑EDTA時，土壤有效Pb濃度較低，在添加螯合劑EDTA后，3個濃度處理土壤有效態(tài)Pb分別為109、300、614 mg/kg，分別為不添加螯合劑EDTA的1.07、1.21、1.14倍。說明EDTA溶解土壤中Pb的能力很強(qiáng)。

種植玉米后，均能使土壤中的有效Pb濃度減少，但添加EDTA的玉米幼苗能吸收更多土壤中的有效Pb，使土壤中的有效Pb濃度減少幅度更大。表明在100～500 mg/kg Pb處理濃度范圍內(nèi)，玉米能吸收土壤中的有效Pb，從而降低其濃度，起到修復(fù)土壤Pb污染的效果。

3 小結(jié)與討論

植物修復(fù)是近年來發(fā)展起來的一種主要用于清除土壤重金屬（汞、鉛、鉻、鎘等）污染的綠色生態(tài)技術(shù)，是一條從根本上解決土壤重金屬污染的重要途徑。

試驗結(jié)果表明，土壤添加Pb離子濃度為100～500 mg/kg時，對玉米幼苗長勢、株高、鮮重、干重影響不大；但土壤加入EDTA后，顯著提高了土壤中Pb的溶解度，使Pb從根系向地上部運(yùn)輸，促進(jìn)玉米幼苗及地上部分對土壤Pb的吸收與積累，表現(xiàn)為玉米幼苗長勢不佳，株高、鮮重、干重3個指標(biāo)值都顯著下降。可見，EDTA增大了Pb離子對玉米幼苗的脅迫作用。Pb是植物生長過程中不可缺少的一種元素，但是過量的Pb又會抑制植物種子的萌發(fā)，延緩植物的生長，使植物各種酶活性降低，甚至導(dǎo)致植物萎蔫死亡。

EDTA溶解土壤Pb的能力很強(qiáng)，這與Huang等[6]的研究結(jié)果一致。試驗中土壤添加濃度為100～500 mg/kg Pb，玉米直接吸收的能力較差，添加EDTA后，玉米吸收Pb的能力明顯增強(qiáng)，并提高了土壤中有效態(tài)Pb濃度，促進(jìn)Pb在玉米幼苗和植株地上部的積累，從而起到修復(fù)作用。Bell等[12]認(rèn)為金屬離子-螯合體可通過根系內(nèi)皮層和凱氏帶的裂隙處而被吸收。然而玉米具有重要的經(jīng)濟(jì)價值，種植玉米來修復(fù)土壤重金屬Pb對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起不到促進(jìn)作用。豬秧秧、鬼針草等屬于禾本科植物，對鉛離子的吸收情況與玉米相類似[13]。若能在城鄉(xiāng)公路邊、鉛污染嚴(yán)重的土壤中種植豬秧秧、鬼針草等，既能對大氣中的Pb污染進(jìn)行凈化，又能美化城市，對修復(fù)Pb污染土壤也起到積極的作用[13]。

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