日本楤木對重金屬Cd污染土壤的修復效果

王靜++何安++李德生++晁桌錫++俞洋++朱秀錦++張才

摘要：通過盆栽模擬試驗，驗證日本楤木（Arlia elata var. inermis）對重金屬Cd污染土壤是否有修復效果及重金屬Cd在植物體內的累積轉移是否影響其食用安全性。結果表明，日本楤木對重金屬Cd的富集能力較強且轉運系數較大，且地上部的富集系數高于地下部的富集系數。日本楤木根、莖、葉中的重金屬含量超過了國家無公害綠色蔬菜標準，不符合食用標準。通過日本楤木對重金屬Cd污染的修復效率來看，日本楤木對低濃度重金屬Cd污染的土壤修復效率達到最大，為60%，隨著重金屬Cd脅迫濃度的增加，日本楤木的修復效率逐漸降低。因此，在重金屬Cd污染的農田土壤中，日本楤木可作為抗污染植物，但體內的重金屬Cd的含量表明不宜直接食用。

關鍵詞：日本楤木（Arlia elata var. inermis）；重金屬Cd；富集；修復效率

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）16-3067-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.16.016

The Remediation Efficiency of Soil Polluted by Heavy Metal Cd

WANG Jing1，HE An1，LI De-sheng1，CHAO Zhuo-xi1，YU Yang1，ZHU Xiu-jin1，ZHANG Cai2

（1.College of Environmental Science and Safety Engineering，Tianjin University of Technology，Tianjin 300381，China；

2.Rushan Forestry Bureau of Shandong Province，Rushan 264500，Shandong，China）

Abstract： By means of pot simulation experiment，the remediation effect of soil polluted by Cadmium and the edible safety of Aralia elata var. inermis were validate. The results showed that A. elata had better accumulation ability of Cd with higher transfer coefficient，and the bioaccumulation factor of overground part was higher than underground part. The content of Cd in root，stem and leaf of A. elata in line were higher than the national organic green vegetable standard，which was inedibility.From the aspect of remediation efficiency of soil polluted by Cd with A. elata，the value was the highest as 60% at the lower Cd content. With the increases of Cd content，the remediation efficiency decreased gradually. Therefore，A. elata could be used as anti-pollution plant in soil with Cd pollution. However，the plant which had Cadmium illustrated couldnt be eaten any more.

Key words： Aralia elata var. inermis； heavy metal Cd； enrichment； remediation efficiency

由于礦產資源的開發利用、工業生產的快速發展及各種化學農藥、化肥等物質的大量使用，導致重金屬污染物進入環境中，造成土壤污染，尤其是農田土壤重金屬污染較為嚴重[1]。中國受Cd、Hg、Pb等污染的耕地面積約為2×107 hm2，受污染的糧食多達1.2×107 t，經濟損失至少達到2×1010元[2，3]。除此之外，受重金屬污染后的糧食一旦被人類誤食，則會對人體造成嚴重的危害，如痛痛病、軟腳病等癥狀。大多數學者將重心放在蔬菜[4]、糧食[5]、園林植物[6]、草本植物[7]對重金屬Cd污染土壤的修復，且方向更偏于植物的生理生化方面，很少學者研究木本植物對重金屬污染土壤的修復。日本楤木（Arlia elata var. inermis）是一種兼營養價值、藥用保健價值以及生態價值等于一身的木本蔬菜，其根系發達，適應性強，在酸性、微酸性、中性、微堿性土壤及輕度的鹽堿地中均能良好的生長[8，9]。本研究主要通過盆栽模擬試驗，研究日本楤木對含鎘污染土壤的修復效率以及重金屬Cd在日本楤木中遷移轉化規律，為日本楤木對重金屬Cd污染土壤的修復提供一定的參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料

于2014年12月進行試驗。供試土壤是將取自天津理工大學校園的土與購買的營養土以20∶1的比例混合均勻，過2 mm的目篩。將供試土壤置于大小一致的花盆中，且每盆裝土均為2.5 kg。將大小、長勢一致的日本楤木扦插于土壤中，并置于天津理工大學環境科學與安全工程學院的人工氣候室中進行培養。待幼苗恢復生長后，將化學試劑CdCl2·2.5H2O（分析純）以溶液的形式注入土壤中，共設為5個濃度梯度，分別為1、2、5、10、20 mg/kg，以空白樣為對照，每個處理組設3個平行樣。endprint

1.2 樣品測定

分別稱取0.1～0.2 g日本楤木的根、莖、葉樣品，經濃硝酸-雙氧水消解，再采用電感耦合等離子體發射光譜儀測定重金屬Cd的含量。計算日本楤木對土壤的修復效率、重金屬Cd在日本楤木體內的富集系數及轉運系數[10]。

1.3 數據分析

數據均采用Excel 2007軟件進行整理計算，以平均值表示，并采用Origin 8.5進行制圖。

2 結果與分析

植物體內的重金屬含量和積累量是衡量植物對重金屬修復能力的一個重要指標[11]。此外，通過研究植物體對重金屬的吸收，計算植物的富集系數和轉運系數，來探索重金屬在植物體內的遷移轉化規律。

2.1 日本楤木對重金屬Cd污染土壤的修復效率

由圖1可以看出，隨著重金屬Cd脅迫濃度的增加，日本楤木對土壤的修復效率逐漸降低。在土壤中重金屬Cd的脅迫濃度為1～3 mg/kg時，土壤修復效率下降的程度較大，在重金屬Cd的脅迫濃度達到1 mg/kg時，土壤的修復效率達到最高，為60%，但修復效率仍低于空白對照組。在重金屬Cd的脅迫濃度達到3 mg/kg以后，土壤的修復效率下降不明顯，在重金屬Cd的脅迫濃度為20 mg/kg時，土壤的修復效率最低，為3%。

2.2 重金屬Cd在日本楤木體內的富集及遷移轉化規律

由圖2可以看出，隨著重金屬Cd脅迫濃度的增加，日本楤木的地上部和地下部的富集系數均減小。日本楤木地上部的富集系數明顯高于地下部的，說明在重金屬Cd脅迫下，Cd更傾向于向莖、葉中遷移轉化。在重金屬Cd的脅迫濃度達到1 mg/kg時，日本楤木的地上部和地下部的富集系數達到最高，分別為0.654 9和0.421 9，且均高于空白對照組。在重金屬濃度達到2 mg/kg時，其地上部和地下部的富集系數分別為0.578 4和0.356 8，其富集系數仍高于空白對照組。

由圖3可以看出，在重金屬Cd的脅迫下，日本楤木的根-莖的轉運系數高于莖-葉之間轉運系數，但在Cd的脅迫濃度達到1 mg/kg時，莖-葉的轉運系數略高于根-莖的轉運系數，表明在此濃度下，Cd向日本楤木的莖、葉遷移的較多。在重金屬Cd濃度達到2 mg/kg時，日本楤木根-莖的轉運系數達到最大，為0.878 8，表明在此濃度下，Cd相對地向日本楤木的莖遷移較多。在土壤中重金屬Cd的投加濃度為5～20 mg/kg時，日本楤木根-莖和莖-葉的轉運系數變化不大。

2.3 日本楤木各組織中重金屬Cd的含量

由表1可以看出，日本楤木根、莖、葉中重金屬Cd的含量分別隨著重金屬Cd脅迫濃度的增加而增加，并且還可以發現，在同一處理濃度下，重金屬Cd在日本楤木各個組織中表現為根>莖>葉。在土壤中重金屬Cd濃度為20 mg/kg時，日本楤木根、莖、葉中的含量達到最大，分別為5.95、4.44和3.12 mg/kg。在土壤中重金屬Cd濃度為1～3 mg/kg時，日本楤木根、莖、葉中的重金屬Cd的含量變化不大，表明在重金屬Cd的脅迫濃度為1 mg/kg時，日本楤木對Cd的吸收較強，在脅迫濃度為2 mg/kg或3 mg/kg時，日本楤木對Cd的吸收相對較弱。根據《農產品安全質量無公害蔬菜安全要求》的標準[12]，重金屬Cd的含量應不超過0.5 mg/kg。本試驗結果表明，根、莖、葉在較低濃度下就已超標，故日本楤木種植在重金屬Cd污染土壤中，其可食用部分重金屬含量超標，不能安全生產。

3 小結與討論

隨著人們生活水平的提高，傳統的營養型食品已不再受人們的重視，然而生理調節型的功能食品受到人們的青睞，特別是植物性功能食品，木本蔬菜則占其一[9]。日本楤木是現代農業具有開發潛力的優良蔬菜[8，9]。然而中國農田土壤普遍受重金屬Cd污染，導致大量的糧食、蔬菜受到重金屬的脅迫。

本研究結果表明，日本楤木對重金屬Cd的修復效率在濃度為1 mg/kg時達到最大，為60%；在濃度為20 mg/kg時達到最低，為3%。此外，重金屬Cd在植物體內的遷移轉化規律表現為根>莖>葉。但是，在重金屬Cd不同脅迫濃度下，日本楤木的地上部分的富集系數均高于地下部的富集系數，表明重金屬Cd向植物地上部轉化的較多。在重金屬Cd的脅迫濃度為1 mg/kg時，日本楤木地上部和地下部的富集系數均達到最高，表明日本楤木對土壤中重金屬Cd的吸收量達到最大，對Cd污染土壤的重金屬的吸附效果最好。在重金屬濃度為1 mg/kg時，莖-葉間的轉運系數略高于根-莖間的轉運系數，且轉運系數均小于1，表明在此濃度下，日本楤木葉片內吸收重金屬Cd的含量相對較高；在重金屬Cd的脅迫濃度達到2 mg/kg之后，日本楤木根-莖間的轉運系數高于莖-葉間的轉運系數，且轉運系數均小于1，表明在此濃度下，日本楤木莖中重金屬Cd的含量相對較多，因此推測日本楤木為避免重金屬Cd對其毒害，向上轉移部分的重金屬，減輕Cd2+對根部的毒害，是植物的一種自我保護機制。此外，根據國家無公害蔬菜重金屬含量的標準[12]——Cd的含量應不超過0.5 mg/kg，可以看出日本楤木種植在重金屬Cd污染的土壤中，其可食用部位均不符合食用要求。因此，在重金屬Cd污染的農田土壤中，日本楤木可以作為抗污染植物，但植物的各個組織內的重金屬含量表明不宜直接食用。

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