螯合劑與表面活性劑強(qiáng)化龍葵修復(fù)Cd污染土壤研究

石旻飛

（浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程分院，浙江紹興 312000）

超富集植物對(duì)重金屬有很強(qiáng)的耐受、吸收和積累能力。目前發(fā)現(xiàn)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(guó)發(fā)現(xiàn)的Cd超富集植物，對(duì)土壤中的Cd有較強(qiáng)的耐受性，能超量富集Cd[1]。

螯合劑可以通過強(qiáng)化土壤中的重金屬生成螯合物，強(qiáng)化重金屬離子態(tài)增加，提高流動(dòng)性，從而強(qiáng)化植物對(duì)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(dòng)性的化合物，有增流特性，能促進(jìn)土壤中的重金屬保持較好的流動(dòng)性，較容易被植物所吸收，從而也能達(dá)到提高修復(fù)效率目的[4]。王莉瑋和陳玉成等[5]研究發(fā)現(xiàn)，通過混合添加以上兩類化學(xué)試劑，能有效提高植物修復(fù)土壤重金屬的能力。

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

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤通過剔除土壤中石塊和植物殘?jiān)?jīng)自然風(fēng)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(cè)試其理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤理化性質(zhì)

盆栽用土采用外源添加的方法，添加CdCl2溶液后進(jìn)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(cè)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(chǎn)廠商為國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

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

1.3 分析測(cè)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(jìn)行30分鐘殺青，然后調(diào)節(jié)烘箱溫度至80℃，進(jìn)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?zhèn)溆谩Ｖ参飿悠分亟饘偃坎捎没焖幔℉NO3-HClO4）濕法消解。

土壤樣品：盆栽土壤脫盆后放置通風(fēng)處自然風(fēng)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(cè)的土壤樣品重金屬全量。用BCR連續(xù)提取法測(cè)得重金屬Cd全形態(tài)，按提取先后程度分：酸溶態(tài)（AE）、可還原態(tài)（Red）、可氧化態(tài)（Oxi）和殘?jiān)鼞B(tài)（Res）。

儀器測(cè)定采用火焰-石墨爐原子吸收分光光度計(jì)ZEEnit700P。

數(shù)據(jù)處理和作圖采用Excel 2010。采用極差分析法分析正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用方差分析進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 SAA/EDTA對(duì)龍葵生物量的影響

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，6號(hào)處理組（A2B1C2D2E1）地上部生物量最大達(dá)到255.6g，4號(hào)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(yàn)直觀分析表5-3可知，EDTA添加時(shí)間和SAA添加時(shí)間對(duì)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(duì)龍葵產(chǎn)生一定的毒害，出現(xiàn)葉片發(fā)黑脫落等現(xiàn)象，尤其是在第6周添加4mmol/kg的EDTA-Na2組中毒現(xiàn)象最為明顯。而在收獲前7天添加EDTA-Na2則沒有出現(xiàn)中毒現(xiàn)象。

通過表2可以看出各因素對(duì)龍葵生物量的影響為EDTA添加時(shí)間＞SAA添加時(shí)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(duì)龍葵吸收Cd的影響

（1）混合添加EDTA及表面活性劑對(duì)龍葵重金屬Cd濃度影響

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(hào)處理組中達(dá)到了110.3mg/kg，最低的5號(hào)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(biāo)準(zhǔn)，對(duì)重金屬Cd有很強(qiáng)的耐受能力和轉(zhuǎn)運(yùn)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(jìn)龍葵對(duì)Cd的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。通過正交數(shù)據(jù)直觀分析表3，可以發(fā)現(xiàn)各因素對(duì)龍葵地上部Cd濃度的影響為EDTA劑量＞EDTA添加時(shí)間＞藥劑pH值＞SAA添加時(shí)間＞SAA類型。通過正交實(shí)驗(yàn)分析得出最佳實(shí)驗(yàn)組為（A1B2C1D2E2）。

（2）混合添加EDTA及表面活性劑對(duì)龍葵重金屬Cd修復(fù)效率的影響

植物修復(fù)的效率植物地上部單位時(shí)間內(nèi)積累的重金屬含量。

本實(shí)驗(yàn)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(shù)據(jù)經(jīng)過正交實(shí)驗(yàn)直觀分析得表4，通過極差分析得各因素對(duì)龍葵Cd積累量的影響EDTA添加時(shí)間＞SAA添加時(shí)間＞SAA類型＞EDTA劑量＞藥劑pH值。通過分析得出最佳實(shí)驗(yàn)組為（A1B1C2D2E2）。

2.3 EDTA/SAA對(duì)土壤中Cd、Cu形態(tài)比例的影響

通過BCR連續(xù)法分別提取了龍葵盆栽實(shí)驗(yàn)中各組盆栽土壤重金屬Cd的酸可提取態(tài)（AE）、可還原態(tài)（Red）、可氧化態(tài)（Oxi）和殘?jiān)鼞B(tài)（Res）由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，1-8處理組的重金屬Cd酸溶態(tài)（AE）較空白組均有所增長(zhǎng)，而酸溶態(tài)（AE）增加的同時(shí)，可還原態(tài)（Red）和可氧化態(tài)（Oxi）均有不同程度的減少，土壤中重金屬的各形態(tài)之間經(jīng)常處于一種動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。說明添加SAA/EDTA能不同程度的增加土壤中重金屬Cd酸溶態(tài)（AE），但是對(duì)殘?jiān)鼞B(tài)（Res）影響較小。酸溶態(tài)增加效果最好的4號(hào)處理組（A1B2C2D2E1）酸溶態(tài)（AE）的比例相對(duì)空白提高了16.7%。

土壤重金屬酸溶態(tài)（AE）在某種程度上反應(yīng)了重金屬的有生物有效性。對(duì)土壤中重金屬Cd酸溶態(tài)進(jìn)行正交分析得表5，從表中可以看出，對(duì)土壤重金屬Cd酸溶態(tài)量的影響EDTA劑量＞EDTA添加時(shí)間＞SAA類型＞SAA添加時(shí)間＞藥劑pH值。通過分析得出最佳實(shí)驗(yàn)組為（A1B2C1D2E2）。

比較盆栽土壤中重金屬Cd酸溶態(tài)含量和龍葵重金屬Cd含量，最佳實(shí)驗(yàn)組為（A1B2C1D2E2），且因素B（EDTA劑量）對(duì)四者的影響均最大。

3 結(jié)論

（1）在收前7天添加時(shí)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(shí)間第6周）均會(huì)使得龍葵生物量下降，觀察龍葵生長(zhǎng)情況認(rèn)為其對(duì)龍葵有一定的毒害作用。各因素對(duì)龍葵生物量的影響為EDTA添加時(shí)間＞SAA添加時(shí)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(tài)（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(duì)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(tài)增加能增加植物吸收重金屬的能力，兩者呈正相關(guān)。

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(tài)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(jìn)龍葵對(duì)土壤重金屬Cd的吸收。各因素對(duì)龍葵Cd修復(fù)效率的影響EDTA添加時(shí)間＞SAA添加時(shí)間＞SAA類型＞EDTA劑量＞藥劑pH值，修復(fù)效率最高的條件為（A1B1C2D2E2）。本研究主要研究目的為龍葵對(duì)重金屬Cd的超富集效果，所以本試驗(yàn)采用的最佳實(shí)驗(yàn)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）。