富里酸促進苧麻對汞污染農田土壤修復的研究

范占煌 孫佳峰 陸永明 孫達 徐燦燦 劉銳

摘要 為了提高汞污染農田土壤的修復效率，在汞污染農田土壤中投加富里酸（投加量為0、0.075、0.150、0.225 kg/m2），并在試驗結束后分析植物生物量和組織內汞含量及土壤中總汞、有效汞含量，研究富里酸促進苧麻對土壤汞的修復效果。結果表明，投加富里酸可促進苧麻地上部分生長，但差異不顯著，投加富里酸能提高苧麻中總汞的含量，促進苧麻根部汞向地上部分轉運以及土壤中總汞和有效汞的降低。富里酸投加量為0.075 kg/m2時促進效果最好，修復后，土壤中總汞含量由（0.56±0.05）mg/kg降低至（0.38±0.03）mg/kg，土壤中有效汞含量由（2.13±0.04）μg/kg降低至（0.97±0.07）μg/kg。投加富里酸可作為促進苧麻修復汞污染農田土壤的潛在修復技術。

關鍵詞 汞污染農田土壤;富里酸;苧麻;強化修復

中圖分類號 X53文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）08-0080-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.08.021

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study on the Promotion of Fulvic Acid on the Remediation of Mercury Contaminated Farmland Soil by Ramie

FAN Zhan-huang1，SUN Jia-feng2，LU Yong-ming3 et al （1.Cecep Dadi （Hangzhou） Environmental Remediation Co.，Ltd.，Hangzhou，Zhejiang 310020;2.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Water Science and Technology，Department of Environment，Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University，Jiaxing，Zhejiang 314006;3.Agricultural Economic Bureau of Nanhu District，Jiaxing City，Jiaxing，Zhejiang 314001）

Abstract In order to improve the remediation efficiency of mercury contaminated farmland soil，fulvic acid （dosage：0，0.075，0.150，0.225 kg/m2） was added to the mercury contaminated farmland soil.After the experiment，the plant biomass，the mercury content in the tissue，the total mercury and the effective mercury content in the soil were analyzed，and the enrichment of mercury in ramie was studied.The results showed that the addition of fulvic acid had no significant effect on the biomass of ramie plants，but could increase the content of total mercury in plants，promote the transport of mercury from plant roots to aboveground parts and reduce the total and effective mercury in soil.When the fulvic acid dosage was 0.075 kg/m2，the promotion effect was the best.After restoration，the total mercury content of soil decreased from （0.56±0.05） mg/kg to（0.38±0.03） mg/kg，and the effective mercury content of soil decreased from 2.13±0.04 μg/kg to 0.97±0.07 μg/kg.The addition of fulvic acid could be used as a potential remediation technology to promote remediation of mercury contaminated farmland soil by ramie.

Key words Mercury contaminated farmland soil;Fulvic acid;Ramie;Enhanced remediation

生態環境部公布的《全國土壤污染狀況調查公報》（2014年）顯示，我國汞污染點位超標率達1.6%[1]。汞及其化合物是具有很強的致癌致畸作用、神經毒性持久性、遺傳毒性和生物積累效應的最危險的環境污染物之一[2-4]。由此汞被國際衛生組織列為優先控制污染物[5]。1980—2012年我國汞的排放增量明顯，被認為是最大的汞排放國[6]。排放到環境的汞會通過大氣沉降、固廢堆積等方式污染土壤。土壤中的汞可通過食物鏈在人體中富集，受汞污染的土壤被認為是人類健康風險和全球環境的主要來源之一[7]。所以土壤中汞污染的治理迫在眉睫。

在眾多土壤重金屬污染治理技術中，植物修復屬于成本低、環境友好型的措施之一[8-9]。植物修復技術通常采用兩類方式：應用超富集植物修復，但截至目前，尚無報道發現有汞的超富集植物;應用生物量大但不具備超富集能力的植物修復污染的土壤[10]。苧麻是多年生的草本植物，根系發達、生長迅速、生物量大、抗逆性強，對鎘[11]、汞、鉛、砷、等重金屬都有一定的吸收富集能力，且苧麻不進入食物鏈，在修復重金屬污染土壤的同時，還具有一定的經濟效益[10]。我國苧麻資源豐富，為其在土壤修復領域的應用提供了有利條件，應用苧麻進行重金屬污染的修復成為近年來植物修復研究的熱點[12]。而土壤中大部分汞都以惰性形態存在，生物可利用態汞的含量普遍較低[7，13-14]。因此，汞污染土壤的植物修復最主要的是提高土壤中汞的生物有效性。有文獻報道富里酸可顯著促進土壤中汞的遷移活性[15]。因此，富里酸可作為植物吸收汞的促進劑之一。

目前，苧麻對汞污染農田土壤修復的田間試驗報道并不多，大部分都是基于盆栽試驗和人為制備污染土的研究結果[1]，在田間環境下添加富里酸，研究苧麻對農田土壤汞污染修復潛力的更是鮮有報道。基于此，筆者以苧麻為修復植物，探究大田環境下添加富里酸對苧麻富集農田土壤汞的影響以及土壤汞有效態的變化情況，以期為汞污染農田土壤的強化苧麻修復提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

田間試驗位于嘉興市南湖區某農田（原種植模式為稻麥輪作），在小型熱電廠附近。試驗田土壤有機質含量38.2 g/kg、全氮含量2.5 g/kg、全磷含量0.8 g/kg、水解性氮含量175.1 mg/kg、有效磷含量20.9 mg/kg、速效鉀含量139.6 mg/kg、陽離子交換量20.2 cmol（+）/kg、土壤總汞含量0.56 mg/kg、有效汞含量2.13 μg/kg，土壤pH 6.3。土壤總汞含量超過我國《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618—2018）中農用地土壤污染風險篩選值。

供試苧麻采自溫州某無汞污染山區的野生苧麻，苧麻采集后，馬上采用根部移栽的方式種植。試驗設置富里酸投加量分別為0（對照，只種苧麻，不加富里酸）、0.075、0.150、0.225 kg/m2共4個處理，每處理3個重復，小區隨機排列，每個試驗小區面積為33.3 m2（3.0 m×11.1 m）。苧麻移栽量為每個小區100兜。在播種前，按試驗設置撒入富里酸，撒入后進行翻土，翻土深度為20 cm左右，然后進行播種，澆水，后期對試驗農田定期澆水并進行統一管理。苧麻生長期為6個月。

1.2 樣品采集與分析

苧麻收獲時，在每個小區采用5點采樣法采集5穴的苧麻樣。同時，在采集每穴苧麻時收集該穴根部的土壤，5穴混合均勻后采用四分法分樣，每小區最后獲得1 kg新鮮土壤樣品。將土壤樣品置于密封樣品袋中帶回試驗室，自然風干后過100目篩。

每個小區先采的5穴苧麻樣，按地下部分根和地上部分莖葉采集，地上部分捆成一捆，之后收割每個小區地上部分的苧麻樣，捆成一捆，植物樣帶回實驗室后，用自來水反復沖洗干凈，在烘箱中50 ℃烘干，每個小區所有地上部分（莖葉）稱重，地上部分植物干重除以小區面積（33.3 m2）即為每個小區地上部分植株的生物量（kg/m2）。稱重后，每個小區采集的5穴苧麻植株，分根、莖、葉三部分，經植物粉碎機粉碎后待測總汞[4]。

土壤基本理化性質測定采用常規分析法[7]。土壤有機質測定采用容量法;全氮測定采用開氏法;pH測定采用電位法，土水比例確定為1∶2.5;陽離子交換量測定采用醋酸銨浸提火焰分光光度計;速效磷測定采用NH4F-HCl法;速效鉀測定采用醋酸銨-火焰光度計法?？偣瘻y定采用原子熒光譜儀（科創海光AFS-9700）[7]，土壤有效汞用0.1 mol/L鹽酸浸提后再測定[16]。

1.3 數據分析

采用SPSS 24.0軟件對試驗數據進行顯著性分析，其中投加富里酸小區與對照組的差異性分析，P<0.05 表示差異顯著，P<0.01表示差異極顯著。

2 結果與分析

2.1 苧麻植株生物量 各處理小區苧麻植株地上部分生物量見表1。富里酸投加量為0.075、0.150、0.225 kg/m2的小區，苧麻植株地上部分生物量均比對照有所增加，但差異均不顯著。隨著富里酸投加量的增加，苧麻植株地上部分生物量逐漸增加，表明投加量為0.075～0.225 kg/m2的富里酸能促進苧麻地上部分生長，但差異不顯著。

2.2 苧麻對汞的富集

由表2可見，對照處理的苧麻植株根、莖、葉中總汞含量分別是0.042、0.019和0.015 mg/kg，表明不加富里酸，苧麻對汞的富集量較低，且主要富集在植株根部;富里酸投加量為0.075、0.150、0.225 kg/m2的小區，苧麻根部總汞含量逐漸增高，投加富里酸的小區苧麻根部汞含量均顯著高于對照。投加富里酸，苧麻莖部總汞含量均極顯著高于單種苧麻的對照組，但不同投加量富里酸的小區莖部總汞含量也不同，富里酸0.075～0.225 kg/m2的投加量下，隨著投加量的增加，苧麻莖部總汞含量逐漸降低。投加富里酸，苧麻葉部總汞含量均高于單種苧麻的對照組，富里酸投加量為0.075、0.150 kg/m2的小區均達到顯著性水平;不同投加量富里酸的小區，葉部總汞含量也不同，富里酸0.075～0.225 kg/m2 的投加量下，隨著投加量的增加，苧麻葉部總汞含量逐漸降低。

以上結果表明，與不加富里酸的對照相比，投加富里酸能促進苧麻對土壤汞的吸收，且促進根系部分的汞向地上部分轉運，而低投加的富里酸促進效果最好?？傮w而言，富里酸可促進土壤汞在苧麻植株中富集。在項目組之前的研究中也顯示，一定投加量的富里酸能促進印度芥菜、油菜對汞的富集，且促進印度芥菜、油菜根部汞向地上部分轉移[17-18]。

2.3 土壤中總汞、有效汞含量

由表3可見，苧麻修復后，與修復前土壤中總汞含量（0.56±0.05 mg/kg）相比，對照小區土壤中總汞含量（0.51±0.06 mg/kg）略有降低，但差異不顯著。3種投加量（0.075、0.150、0.225 kg/m2）富里酸處理小區土壤中總汞含量均顯著低于對照，也顯著低于修復前土壤中總汞含量?？梢?，投加富里酸有利于苧麻對土壤汞的吸收，有利于土壤中總汞的降低。投加量為0.075～0.225 kg/m2，隨著富里酸投加量的增加，土壤中總汞含量的降低量減少，表明低投加量的富里酸更有利于促進苧麻對土壤中總汞的修復。

與修復前土壤有效汞含量（2.13±0.04 μg/kg）相比，對照小區土壤中有效汞含量顯著降低，為（1.32±0.06） μg/kg，表明苧麻本身能吸收一定量的有效汞。3種投加量富里酸處理小區土壤有效汞含量均顯著低于對照和修復前，可見投加富里酸不僅能使土壤中總汞降低，也能促進苧麻對土壤有效汞的吸收。投加量為0.075～0.225 kg/m2，隨著富里酸投加量的增加，這種促進作用減弱，低投加量的富里酸促進效果更好。投加富里酸，土壤中有效汞降低的趨勢和土壤中總汞的降低趨勢相同。該研究中，從修復效果及經濟性考慮，投加量為0.075 kg/m2的富里酸更適合用于苧麻修復汞污染農田土壤。苧麻是多年生宿根性作物，栽麻一次，可多年收益，根部留在土壤中，而一年內地上部分可以收割多輪[10]。所以，促進苧麻根部汞向地上部分轉運，對于苧麻修復汞污染農田土壤更具現實意義。

3 結論與討論

該研究在汞污染農田土壤中投加富里酸，研究富里酸對苧麻修復汞污染農田土壤的促進情況。結果表明，與只種苧麻不加富里酸的對照小區相比，投加0.075～0.225 kg/m2富里酸，隨著投加量增加，苧麻地上部分生物量逐漸增加，但差異不顯著。投加富里酸能促進苧麻對土壤汞的吸收，且促進根部汞向地上部分轉運。隨著富里酸投加量的增加，苧麻植株根部總汞富集量增加，地上部分總汞富集量減少。低投加量的富里酸更有利于促進苧麻對土壤總汞的吸收，富里酸投加量為0.075 kg/m2，修復后土壤中總汞含量由（0.56±0.05）mg/kg 降低至（0.38±0.03）mg/kg，土壤中有效汞含量由（2.13±0.04）μg/kg降低至（0.97±0.07）μg/kg。

部分有機物與汞的相互作用可影響土壤汞的賦存形態、遷移轉化以及生物有效性[19]。而富里酸對土壤中鐵錳氧化物結合態的汞無論是水遷移活性還是植物遷移活性均表現出極顯著的促進效應[15]。一定投加量的富里酸和土壤汞可能形成部分易溶出的絡合物，易被苧麻吸收。土壤中有效汞的含量在投加富里酸修復后顯著降低，所以該研究中投加富里酸促進苧麻修復土壤汞，可能是由于通過降低土壤中潛在有效汞含量而降低土壤汞的潛在風險。這樣的機理可能與硫代硫酸鹽促進植物吸收土壤汞的機理相似[7，20]。過量的富里酸可能與汞進一步發生絡合而形成不易被植物吸收的絡合物形態，或是過量的富里酸對土壤汞的溶出效果不佳，也有可能是過量的富里酸與土壤汞發生其他反應而形成不易被植物吸收的汞的化合物，從而不利于苧麻對汞的富集[18]。硫代硫酸鹽促進植物吸收土壤汞，與硫代硫酸鹽和汞絡合形成的Hg（S2O3）22-比其他汞的絡合形態更易被植物吸收有關[20]。有機或無機螯合劑可通過沉淀、酸化、絡合、氧化還原等方式改變土壤中重金屬的溶解性，或間接通過影響土壤微生物群落、酶活性來影響土壤中重金屬的活性[21]，富里酸作為一種成分復雜的有機螯合劑，可能與土壤根際微生物之間也存在著密切的聯系[22]，所以富里酸促進苧麻修復土壤汞的相關機理可能非常復雜，有待進一步研究。有相關文獻已經報道，外源螯合劑CA和NTA對苧麻修復鉛鎘復合污染土壤的影響[21]，茶皂素作用下苧麻對鎘污染土壤的修復效應[23]，EDDS與EDTA強化苧麻修復鎘鉛污染土壤[13]。而相關活化劑對促進苧麻修復汞污染土壤的卻鮮有報道。在汞污染農田土壤中，經過一季的種植，富里酸促進苧麻修復土壤汞以及苧麻吸收汞。有文獻報道，通過投加一定濃度的促進劑長期種植優選的有效修復植物，是一種比較經濟的汞污染農田修復技術[4]，而苧麻可以一年內采收多輪地上部分。所以投加富里酸可作為促進苧麻修復低汞污染農田土壤邊生產邊修復的潛在修復技術。

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