日本楤木對(duì)重金屬Cd污染土壤的修復(fù)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(yàn)，驗(yàn)證日本楤木（Arlia elata var. inermis）對(duì)重金屬Cd污染土壤是否有修復(fù)效果及重金屬Cd在植物體內(nèi)的累積轉(zhuǎn)移是否影響其食用安全性。結(jié)果表明，日本楤木對(duì)重金屬Cd的富集能力較強(qiáng)且轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)較大，且地上部的富集系數(shù)高于地下部的富集系數(shù)。日本楤木根、莖、葉中的重金屬含量超過了國(guó)家無公害綠色蔬菜標(biāo)準(zhǔn)，不符合食用標(biāo)準(zhǔn)。通過日本楤木對(duì)重金屬Cd污染的修復(fù)效率來看，日本楤木對(duì)低濃度重金屬Cd污染的土壤修復(fù)效率達(dá)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(fù)效率逐漸降低。因此，在重金屬Cd污染的農(nóng)田土壤中，日本楤木可作為抗污染植物，但體內(nèi)的重金屬Cd的含量表明不宜直接食用。

關(guān)鍵詞：日本楤木（Arlia elata var. inermis）；重金屬Cd；富集；修復(fù)效率

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(chǎn)資源的開發(fā)利用、工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展及各種化學(xué)農(nóng)藥、化肥等物質(zhì)的大量使用，導(dǎo)致重金屬污染物進(jìn)入環(huán)境中，造成土壤污染，尤其是農(nóng)田土壤重金屬污染較為嚴(yán)重[1]。中國(guó)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(dá)1.2×107 t，經(jīng)濟(jì)損失至少達(dá)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(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重的危害，如痛痛病、軟腳病等癥狀。大多數(shù)學(xué)者將重心放在蔬菜[4]、糧食[5]、園林植物[6]、草本植物[7]對(duì)重金屬Cd污染土壤的修復(fù)，且方向更偏于植物的生理生化方面，很少學(xué)者研究木本植物對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)。日本楤木（Arlia elata var. inermis）是一種兼營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、藥用保健價(jià)值以及生態(tài)價(jià)值等于一身的木本蔬菜，其根系發(fā)達(dá)，適應(yīng)性強(qiáng)，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(zhǎng)[8，9]。本研究主要通過盆栽模擬試驗(yàn)，研究日本楤木對(duì)含鎘污染土壤的修復(fù)效率以及重金屬Cd在日本楤木中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，為日本楤木對(duì)重金屬Cd污染土壤的修復(fù)提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

于2014年12月進(jìn)行試驗(yàn)。供試土壤是將取自天津理工大學(xué)校園的土與購(gòu)買的營(yíng)養(yǎng)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(zhǎng)勢(shì)一致的日本楤木扦插于土壤中，并置于天津理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與安全工程學(xué)院的人工氣候室中進(jìn)行培養(yǎng)。待幼苗恢復(fù)生長(zhǎng)后，將化學(xué)試劑CdCl2·2.5H2O（分析純）以溶液的形式注入土壤中，共設(shè)為5個(gè)濃度梯度，分別為1、2、5、10、20 mg/kg，以空白樣為對(duì)照，每個(gè)處理組設(shè)3個(gè)平行樣。endprint

1.2 樣品測(cè)定

分別稱取0.1～0.2 g日本楤木的根、莖、葉樣品，經(jīng)濃硝酸-雙氧水消解，再采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定重金屬Cd的含量。計(jì)算日本楤木對(duì)土壤的修復(fù)效率、重金屬Cd在日本楤木體內(nèi)的富集系數(shù)及轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)[10]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)均采用Excel 2007軟件進(jìn)行整理計(jì)算，以平均值表示，并采用Origin 8.5進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

植物體內(nèi)的重金屬含量和積累量是衡量植物對(duì)重金屬修復(fù)能力的一個(gè)重要指標(biāo)[11]。此外，通過研究植物體對(duì)重金屬的吸收，計(jì)算植物的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，來探索重金屬在植物體內(nèi)的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。

2.1 日本楤木對(duì)重金屬Cd污染土壤的修復(fù)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(duì)土壤的修復(fù)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(shí)，土壤修復(fù)效率下降的程度較大，在重金屬Cd的脅迫濃度達(dá)到1 mg/kg時(shí)，土壤的修復(fù)效率達(dá)到最高，為60%，但修復(fù)效率仍低于空白對(duì)照組。在重金屬Cd的脅迫濃度達(dá)到3 mg/kg以后，土壤的修復(fù)效率下降不明顯，在重金屬Cd的脅迫濃度為20 mg/kg時(shí)，土壤的修復(fù)效率最低，為3%。

2.2 重金屬Cd在日本楤木體內(nèi)的富集及遷移轉(zhuǎn)化規(guī)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(shù)均減小。日本楤木地上部的富集系數(shù)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(zhuǎn)化。在重金屬Cd的脅迫濃度達(dá)到1 mg/kg時(shí)，日本楤木的地上部和地下部的富集系數(shù)達(dá)到最高，分別為0.654 9和0.421 9，且均高于空白對(duì)照組。在重金屬濃度達(dá)到2 mg/kg時(shí)，其地上部和地下部的富集系數(shù)分別為0.578 4和0.356 8，其富集系數(shù)仍高于空白對(duì)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(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)高于莖-葉之間轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，但在Cd的脅迫濃度達(dá)到1 mg/kg時(shí)，莖-葉的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)略高于根-莖的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，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(dá)到2 mg/kg時(shí)，日本楤木根-莖的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)達(dá)到最大，為0.878 8，表明在此濃度下，Cd相對(duì)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(shí)，日本楤木根-莖和莖-葉的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)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(fā)現(xiàn)，在同一處理濃度下，重金屬Cd在日本楤木各個(gè)組織中表現(xiàn)為根>莖>葉。在土壤中重金屬Cd濃度為20 mg/kg時(shí)，日本楤木根、莖、葉中的含量達(dá)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(shí)，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(shí)，日本楤木對(duì)Cd的吸收較強(qiáng)，在脅迫濃度為2 mg/kg或3 mg/kg時(shí)，日本楤木對(duì)Cd的吸收相對(duì)較弱。根據(jù)《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無公害蔬菜安全要求》的標(biāo)準(zhǔn)[12]，重金屬Cd的含量應(yīng)不超過0.5 mg/kg。本試驗(yàn)結(jié)果表明，根、莖、葉在較低濃度下就已超標(biāo)，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(biāo)，不能安全生產(chǎn)。

3 小結(jié)與討論

隨著人們生活水平的提高，傳統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)型食品已不再受人們的重視，然而生理調(diào)節(jié)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(xiàn)代農(nóng)業(yè)具有開發(fā)潛力的優(yōu)良蔬菜[8，9]。然而中國(guó)農(nóng)田土壤普遍受重金屬Cd污染，導(dǎo)致大量的糧食、蔬菜受到重金屬的脅迫。

本研究結(jié)果表明，日本楤木對(duì)重金屬Cd的修復(fù)效率在濃度為1 mg/kg時(shí)達(dá)到最大，為60%；在濃度為20 mg/kg時(shí)達(dá)到最低，為3%。此外，重金屬Cd在植物體內(nèi)的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律表現(xiàn)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(shù)均高于地下部的富集系數(shù)，表明重金屬Cd向植物地上部轉(zhuǎn)化的較多。在重金屬Cd的脅迫濃度為1 mg/kg時(shí)，日本楤木地上部和地下部的富集系數(shù)均達(dá)到最高，表明日本楤木對(duì)土壤中重金屬Cd的吸收量達(dá)到最大，對(duì)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(shí)，莖-葉間的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)略高于根-莖間的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，且轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均小于1，表明在此濃度下，日本楤木葉片內(nèi)吸收重金屬Cd的含量相對(duì)較高；在重金屬Cd的脅迫濃度達(dá)到2 mg/kg之后，日本楤木根-莖間的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)高于莖-葉間的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，且轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)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(duì)較多，因此推測(cè)日本楤木為避免重金屬Cd對(duì)其毒害，向上轉(zhuǎn)移部分的重金屬，減輕Cd2+對(duì)根部的毒害，是植物的一種自我保護(hù)機(jī)制。此外，根據(jù)國(guó)家無公害蔬菜重金屬含量的標(biāo)準(zhǔn)[12]——Cd的含量應(yīng)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(nóng)田土壤中，日本楤木可以作為抗污染植物，但植物的各個(gè)組織內(nèi)的重金屬含量表明不宜直接食用。

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