天綠香(Sauropus androgynus)對Cd中低污染土壤中Cd的富集潛力*

劉 婭 陳金全 楊子月 金世博 伏東堂 申時立#

(1.云南大學國際河流與生態安全研究院，云南 昆明 650091；2.云南大學生態與環境學院，云南 昆明 650091； 3.云南省高原山地生態與退化環境修復重點實驗室，云南 昆明 650091)

2014 年4月17日原環境保護部和原國土資源部發布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，我國土壤污染嚴重，以無機污染物中的Cd點位超標率最高，達到7%。土壤Cd污染會通過食物鏈轉移和富集到人體中，從而可能導致人體出現骨痛病、癌癥等，因此對已受到Cd污染的土壤進行修復十分必要[1]。

在土壤Cd污染的修復技術中，植物修復是一種環境友好、成本低廉的技術[2]。植物修復常使用超富集植物，因為它們對重金屬有良好的富集能力。然而，目前已發現的超富集植物多源于一些環境苛刻地區[3]，從而限制了它們的推廣應用。事實上，對于Cd中低污染土壤不一定要用超富集植物，選用環境適應性好、生物量大的Cd富集植物即可[4-5]。目前，篩選適合修復Cd中低污染土壤的富集植物仍是這一領域的研究重點。

天綠香(Sauropusandrogynus)是一種珍貴野生食用蔬菜，具有生物量大、生長速度快等特點[6-7]。天綠香應用于植物修復重金屬污染的研究還比較少。據申時立等[8]研究報道，天綠香可積累Cd等重金屬。但針對天綠香富集Cd的具體特性及機理的研究還比較缺乏。因此，開展天綠香富集Cd特性研究，闡明天綠香的Cd富集機理，有利于更好地指導天綠香修復Cd中低污染土壤實踐。本研究首先通過野外調查，分析自然環境下天綠香富集Cd的特征；然后開展室內盆栽實驗，研究不同Cd濃度水平下天綠香富集Cd的機理，為天綠香修復Cd中低污染土壤提供依據。

1 研究方法

1.1 野外植物和土壤樣品采集

在荒地、樹木園和生活區3種Cd中低污染土壤的野外環境下采集天綠香樣品，同時采集土壤樣品。其中，荒地、樹木園和生活區土壤中的Cd質量濃度分別為(0.39±0.03)、(0.30±0.02)、(0.46±0.03) mg/kg。

1.2 室內盆栽實驗設計

設置了4個Cd中低污染處理質量濃度(用CdCl2配制)，分別為0、1、6、50 mg/kg，每個處理設置6個重復，穩定28 d后裝盆，每盆裝土3 kg。盆栽實驗用土為未受Cd污染的紅壤土，土壤基本理化性質見表1。

表1 實驗用土的基本理化性質Table 1 Physical and chemical properties of the experimental soil

選擇生長情況盡可能相似的采自野外的天綠香種莖，均剪成20 cm的小段，保證每段上都有兩個以上的芽。用水沖洗干凈后將種莖下部浸泡在350 mg/L的生根粉溶液中催根24 h，然后將催根完畢的天綠香以與地面60°的夾角扦插入盆栽土壤[9]，每盆種植4株。扦插好的天綠香放置于溫室中培養，晝間溫度控制為(28±3) ℃，夜間溫度控制為(18±3) ℃，相對濕度控制為75%±5%。分別在天綠香生長的30、60、90、120、150 d時對每個處理的其中一個重復測定生物量和器官中Cd含量，并在150 d時同時測定土壤樣品的Cd含量。

1.3 測定方法

植物樣品分根、莖、葉裝袋放在105 ℃條件下殺青30 min后，調節溫度至70 ℃烘干，記錄干質量作為生物量。植物和土壤樣品均采用濕法消解后使用電感耦合等離子體原子發射光譜法測定Cd含量。

2 結果與討論

2.1 野外環境中天綠香的Cd富集特征

不同野外環境下天綠香各器官中的Cd質量濃度見表2。葉中Cd質量濃度為0.60～4.52 mg/kg，莖中為0.40～1.43 mg/kg，根中為0.62～1.83 mg/kg。地上部分的莖和葉中Cd質量濃度均超過了《食品安全國家標準 食品中污染物限量》(GB 2762—2017)中葉菜蔬菜的Cd限量指標(0.2 mg/kg)，楊暹等[10]也曾調查發現天綠香食用部分Cd含量超標。由此表明，天綠香在野外環境中能對Cd進行富集。

表2 野外環境中天綠香各器官中的Cd質量濃度Table 2 Mass concentrations of Cd in organs of Sauropus androgynus in wild environments mg/kg

一般認為，植物體內的Cd質量濃度超過100 mg/kg，且有較強的富集能力(即富集系數(BF)>1)和轉移能力(轉運系數(TF)>1)，才能算得上Cd富集植物[11-15]。由表2可知，在野外環境中天綠香各器官中的Cd質量濃度均遠低于100 mg/kg，這與野外環境中土壤本身的Cd含量較低有關系；但由表3可見，天綠香對Cd具有較高的BF和TF，除荒地中的TF小于1外，其他BF和TF均大于1。由此可見，天綠香在野外環境中雖沒有達到Cd富集植物水平，但已表現出較強的Cd富集能力。

表3 野外環境中天綠香的BF和TFTable 3 The BF and TF of Sauropus androgynus in wild environments

2.2 Cd中低污染土壤對天綠香生物量和Cd富集的影響

2.2.1 對生物量的影響

由于30 d以前，天綠香的生物量都較小，差異不大，因此對生物量的影響從60 d時開始分析。由圖1可見，60～150 d，4個處理下的天綠香生物量均表現出先升高后降低的趨勢，但隨著Cd處理濃度的升高，差異顯著性有逐漸變小的趨勢，到150 d時，4個處理下的天綠香生物量無顯著差異。由此可見，Cd中低污染土壤中天綠香生長雖會受到一定的抑制，但由于天綠香對Cd具有耐受性，適應之后天綠香在Cd中低污染土壤中可以正常生長，150 d后其生物量與未受污染土壤中無顯著差異。

注：不同大寫字母表示同一處理在不同時間差異顯著，不同小寫字母表示同一時間時不同處理差異顯著，均以顯著性水平為0.05判斷。圖1 Cd中低污染土壤對天綠香生物量的影響Fig.1 Effect of soil contaminated by low-medium Cd on biomass of Sauropus androgynus

已發現印度芥菜[16]、碎米薺[17]、莎草[18]、滇苦菜[19]等雖是Cd超富集植物，但均存在生物量小的問題。而本研究發現的天綠香雖然Cd富集能力沒有Cd超富集植物強，但也表現出較強的Cd富集能力，生物量大而且可以適應Cd中低污染土壤，這是它的優勢。

2.2.2 對Cd富集的影響

由表4可見，天綠香各器官中的Cd質量濃度隨處理中土壤Cd質量濃度增大而增大，處理中土壤Cd質量濃度為50 mg/kg時，天綠香各器官中的Cd質量濃度均超過100 mg/kg，說明天綠香具有Cd富集植物的潛力，可以在Cd中低污染土壤(Cd質量濃度為0～50 mg/kg)中對Cd進行富集。

表4 Cd中低污染土壤對天綠香Cd富集的影響Table 4 Effect of soil contaminated by low-medium Cd on Cd accumulation of Sauropus androgynus mg/kg

由圖2可見，30～150 d，天綠香葉、莖中的Cd濃度表現出隨處理中Cd濃度的增大而增加的趨勢；在同一處理中，隨時間的延長，天綠香葉、莖中Cd濃度表現出增加的趨勢。

圖2 天綠香地上部對Cd的富集過程Fig.2 Cd accumulation process in up-ground part of Sauropus androgynus

3 結 論

(1) 野外調查發現，在荒地、樹木園和生活區等野外環境下天綠香葉中Cd質量濃度為0.60～4.52 mg/kg，莖中為0.40～1.43 mg/kg，根中為0.62～1.83 mg/kg。地上部分的莖和葉中Cd質量濃度均超過了GB 2762—2017中葉菜蔬菜的Cd限量指標(0.2 mg/kg)，且BF和TF基本都大于1。可見，天綠香在野外環境下表現出較強的Cd富集能力。

(2) 進一步進行室內盆栽實驗發現，天綠香對Cd具有耐受性，當土壤中Cd質量濃度小于50 mg/kg時，天綠香幾乎可以正常生長，而且生物量比已發現的印度芥菜、碎米薺、莎草、滇苦菜等Cd超富集植物大，土壤Cd質量濃度達到50 mg/kg時，天綠香體內的Cd質量濃度超過100 mg/kg，能夠達到Cd富集植物的標準，故天綠香可判定為一種具有大生物量的Cd富集植物，可以在Cd中低污染土壤(Cd質量濃度為0～50 mg/kg)中對Cd進行富集。