添加保水劑和栽種黑麥草對土壤不同形態(tài)鉛轉(zhuǎn)化的影響

胡 偉，秦端端，李玉和，房瑜靜，王小治，2，封 克，2*

添加保水劑和栽種黑麥草對土壤不同形態(tài)鉛轉(zhuǎn)化的影響

胡 偉1，秦端端1，李玉和1，房瑜靜1，王小治1，2，封 克1，2*

（1.揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚州225127；2.江蘇省有機固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心，南京210095）

為了探討保水劑進入土壤后是否影響重金屬的存在形態(tài)及其減少植物對重金屬吸收的原因，首先通過電鏡技術(shù)對保水劑（聚丙烯酸鈉）吸附重金屬鉛的行為從表面結(jié)構(gòu)和元素組成上進行了表征確認，并在了解其對鉛吸附能力的基礎(chǔ)上，采用保水劑和黑麥草進行盆栽試驗。試驗設(shè)4個處理（保水劑0%、保水劑0.2%、黑麥草、保水劑0.2%+黑麥草），試驗結(jié)束后，對土壤不同形態(tài)的鉛和黑麥草植株地上部的鉛含量進行測定。結(jié)果顯示，保水劑對重金屬鉛具有較強的吸附能力，其吸附方式以螯合作用和絡(luò)合作用為主，通過離子交換方式吸附的量很少。單獨添加保水劑可促進土壤中易溶性鉛向難溶性鉛轉(zhuǎn)化，有助于土壤鉛的鈍化；單獨栽種黑麥草促進難溶性鉛向易溶性鉛的轉(zhuǎn)化，對土壤鉛具有活化作用。保水劑和黑麥草的雙重作用可導(dǎo)致大量殘渣態(tài)鉛的溶解釋放，但釋放的鉛率先被保水劑吸附，從而使黑麥草體內(nèi)的鉛含量降低。

土壤污染；鉛；保水劑；黑麥草

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，土壤重金屬污染問題日趨嚴(yán)重[1]。過去50年中，全球約有7.83×105t鉛排入環(huán)境，其中大部分進入了土壤，造成不同程度的土壤重金屬污染[2]。據(jù)統(tǒng)計，我國大中城市郊區(qū)蔬菜、糧食、水果、肉類與畜產(chǎn)品中鉛的超標(biāo)率已分別達38.6%、28.0%、27.6%、41.9%和71.1%，因此對土壤鉛污染的治理迫在眉睫[3-4]。

土壤重金屬污染修復(fù)方法主要包括物理、化學(xué)和生物三大類，其中物理修復(fù)包括物理熱脫法、分離法、新土置換法、固化穩(wěn)定法以及電動力法等，化學(xué)方法包括溶劑萃取法、化學(xué)淋洗法、鈍化法及氧化還原法等，生物修復(fù)方法包括微生物修復(fù)法、植物修復(fù)法和動物修復(fù)法等[5-6]。當(dāng)前使用較多的是向土壤中添加鈍化劑，降低重金屬的遷移性和生物有效性[7-8]。對輕度污染且面廣量大的農(nóng)田土壤來說，采用鈍化劑修復(fù)法較為切實可行，該法投入低、操作簡單、不破壞土壤原有結(jié)構(gòu)[9-10]，其修復(fù)效果主要取決于修復(fù)材料對重金屬的吸附和固持能力[11]。

保水劑類物質(zhì)是利用強吸水性樹脂合成的具有超吸水保水能力的高分子聚合物[12]，自身帶有大量親水基團和羥基[13-15]，這些基團可通過離子交換、絡(luò)合或螯合方式吸附重金屬，通過降低其在土壤中的遷移性來減少植物吸收[12，16]。近年來，已有保水劑作為水體或土壤重金屬修復(fù)材料的報道[17]，但在對重金屬污染土壤進行修復(fù)時，保水劑是否影響土壤中不同形態(tài)重金屬的轉(zhuǎn)化，以及這種轉(zhuǎn)化如何影響植物對重金屬吸收的機制還不清楚。本文采用模擬實驗和盆栽試驗，對保水劑影響土壤鉛形態(tài)轉(zhuǎn)化和黑麥草吸收的機理進行探討，為應(yīng)用保水劑治理土壤重金屬污染提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用保水劑由北京漢力淼新技術(shù)有限公司提供，屬聚丙烯酸鈉鹽類，分子量500萬～600萬，粒徑60目左右，純凈水中的吸水倍率為434.3。

供試植物為多年生黑麥草。供試土壤采自湖南省株洲市某冶煉廠附近受重金屬嚴(yán)重污染的0～10 cm表層土，風(fēng)干后過孔徑為1 mm的尼龍篩備用。土壤基本性質(zhì)為：pH 6.23，有機質(zhì)28.55 g·kg-1，全氮1.373 g·kg-1，全磷0.358 g·kg-1，速效鉀56.7 mg·kg-1，總鉛1 174.1 mg·kg-1。

1.2 試驗方法

1.2.1 保水劑對溶液中鉛的吸附和解吸

該部分采用模擬實驗。

吸附實驗：將0.100 g保水劑加入到100 mL鉛濃度分別為100、500、1000、1500、2000、2500、2500、3000、3500 mg·L-1的乙酸鉛溶液中，每處理重復(fù)3次。室溫下每2 h手搖混勻1次，48 h后200目尼龍網(wǎng)過濾。采用等離子體質(zhì)譜儀ICAP-6000 MS（美國Thermo公司）測定濾液中的鉛，根據(jù)處理前后溶液中鉛濃度變化推算保水劑吸附的鉛量。將過濾后的保水劑放入50 mL坩堝中，65～70℃烘干，采用S-4800場發(fā)射掃描電鏡對保水劑表面掃描，觀察其表面結(jié)構(gòu)變化和元素組成。

解析實驗：將9份0.100 g保水劑分別浸泡在100 mL濃度為3000 mg·L-1的乙酸鉛溶液中，室溫下每2 h手搖混勻1次，48 h后過濾。用等離子體質(zhì)譜儀ICAP-6000 MS（美國Thermo公司）測定濾液中的鉛，計算被吸附鉛的摩爾數(shù)。將過濾后的保水劑分別加入到三種解吸液中（醋酸銨、檸檬酸、EDTA-2NH4），三種物質(zhì)的摩爾數(shù)與被保水劑吸附鉛的摩爾數(shù)相同，即摩爾比均為1∶1。160 r·min-1振蕩0.5 h后過濾，采用等離子質(zhì)譜儀ICAP-6000 MS（美國Thermo公司）對濾液中的鉛離子濃度進行測定。

1.2.2 添加保水劑對土壤鉛形態(tài)和植物吸收影響

實驗在日光溫室中進行，采用配有防漏托盤的129 mm×90 mm×116 mm帶孔塑料盆缽，每缽裝風(fēng)干土壤750 g。實驗共4個處理,保水劑0%、保水劑0.2%、黑麥草、保水劑0.2%+黑麥草，每處理重復(fù)3次。按N 180 mg·kg-1（尿素）、P2O590 mg·kg-1（過磷酸鈣）、K2O 120 mg·kg-1（硫酸鉀）將肥料、保水劑和土壤混勻，根據(jù)保水劑的吸水倍率和土壤飽和持水量，計算出使土壤水分達到飽和持水量60%所需澆入的水量。每盆播種黑麥草種50粒，待全部出苗后，保留20株生長健壯的苗。所有處理在黑麥草生長期間均采用稱重法維持土壤水分含量在飽和持水量的60%。在40、60、80 d時分3次收獲地上部植株。新鮮植株經(jīng)105℃殺青0.5 h，75℃烘干24 h至恒重。

第三次收獲后將保水劑從土壤中分離。分離方法：利用保水劑中的水分難以揮發(fā)且可長時間保持較大顆粒而土壤顆粒失水較快、易分散的特點，采用一定孔徑的尼龍篩，將保水劑與土壤進行逐步分離。將分離出的土壤進一步風(fēng)干、研磨后過100目尼龍篩，用于測定不同形態(tài)鉛含量。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 土壤養(yǎng)分測定

有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法－外加熱法；全氮采用開氏法；全磷采用HClO4－H2SO4消煮，鉬銻抗分光光度法；速效鉀采用1.0 mol·L－1NH4OAc浸提，火焰光度法[18]。

1.3.2 土壤不同形態(tài)鉛測定

加入土壤后的保水劑表面吸附了許多土壤小顆粒，水沖可導(dǎo)致吸附在保水劑表面的鉛被淋洗損失，影響測定結(jié)果，因此對保水劑吸附的鉛采用間接計算方法：即僅測定土壤鉛量，通過對土壤總鉛和各形態(tài)鉛的變化，推算被保水劑吸附的鉛量以及不同形態(tài)鉛的改變量。

土壤總鉛測定采用硝酸、氫氟酸、高氯酸消煮法[18]，以等離子體質(zhì)譜儀ICAP－6000 MS（美國Thermo公司）完成測定。

土壤中不同形態(tài)鉛的測定采用BCR法[19－21]。按照該法，土壤鉛可分為酸溶態(tài)鉛（包括可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)）、可還原態(tài)鉛（鐵錳氧化態(tài)）、可氧化態(tài)鉛（有機結(jié)合態(tài)和硫化物結(jié)合態(tài)）和殘渣態(tài)鉛四級。

1.3.3 植物體內(nèi)鉛含量

植物體內(nèi)鉛含量采用干灰化法[18]提取，等離子體質(zhì)譜儀ICAP－6000 MS（美國Thermo公司）測定。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003軟件對數(shù)據(jù)進行分析。采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗（LSD法）。采用OriginPro 8.5繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 保水劑對溶液中鉛的吸附容量

圖1顯示，保水劑對鉛的吸附能力較大。在鉛濃度＜3000 mg·L－1范圍內(nèi)，吸附量隨鉛濃度增加而增加，在鉛濃度為3000 mg·L－1時達到最大值461.6 mg·g－1。鉛濃度增至3500 mg·L－1時，吸附能力降低至421.7 mg·g－1。這說明保水劑吸附能力受環(huán)境中鉛濃度的影響，并非濃度越大吸附越多。

圖1 保水劑對溶液中鉛的吸附容量Figure 1 The Pb2+adsorption capacity of water－retaining agent

2.2 保水劑吸附鉛離子后表面結(jié)構(gòu)和元素組成變化

為證實鉛確被保水劑所吸附，采用S－4800場發(fā)射掃描電鏡對吸附鉛離子后的保水劑表面進行表征，并分析表面元素組成。從圖2看出，未吸附鉛時，保水劑表面光滑平整（圖2a），經(jīng)鉛處理后，其表面發(fā)生皺縮，凹凸不平（圖2b）。

表面元素組成分析（表1）顯示，未經(jīng)處理的保水劑表面僅含C、O、Na，經(jīng)鉛處理后的表面C、O原子百分比均有所減少，Na基本消失，而Pb的原子百分比從0%變?yōu)?8.86%。該結(jié)果說明，溶液中的Pb確實與保水劑表面的基團發(fā)生了結(jié)合，被吸附在保水劑表面。

表1 吸附Pb前后保水劑表面的元素組成（%）Table 1 The atom of water retaining agent surface before and after Pb2+treatment（%）

圖2 保水劑吸附Pb2+前后掃描電鏡圖Figure 2 The SEM of surface structure of water retaining agent before and after Pb2+treatment

2.3 保水劑吸附鉛的解吸

乙酸銨、檸檬酸和EDTA－2NH4均可與Pb2+結(jié)合，其結(jié)合能力大小依次為EDTA－2NH4＞檸檬酸＞乙酸銨。通過比較保水劑所吸附Pb2+在三種溶液中被重新解吸量的多少，可間接了解保水劑與Pb2+之間吸附力的大小。表2顯示，被吸附Pb2+在乙酸銨溶液中解吸很少，僅占總吸附量的1.61%；在檸檬酸中的解吸占總吸附的34.2%，約為三分之一；在EDTA－2NH4溶液中解吸較多，達到總吸附的66.4%，即約三分之二被吸附的鉛釋放出來與EDTA結(jié)合。

2.4 保水劑對黑麥草生長和吸收鉛的影響

土壤添加保水劑增加了黑麥草地上部分生物量的積累（表3）。前人研究認為，這是由于添加保水劑使植物生長期間的土壤水分供應(yīng)狀況得以改善，土壤的物理結(jié)構(gòu)得到調(diào)節(jié)，有助于土壤養(yǎng)分的釋放[22－25]。

由于黑麥草根系生長具有趨水性，大量根系從保水劑顆粒中直接穿過，收獲黑麥草時無法將大量根系從保水劑中分離出來，故無法對黑麥草根部的鉛積累量進行直接測定。但表3的結(jié)果表明，添加保水劑處理黑麥草地上部的鉛含量明顯降低，與不添加保水劑相比，地上部生物量增加了1.1倍以上，但鉛的積累量增加不到三分之一。

2.5 添加保水劑對土壤鉛含量的影響

圖3顯示，僅添加保水劑的土壤總鉛含量變化不大。僅種植黑麥草的土壤總鉛量下降了14.0 mg·kg－1，即單獨種植黑麥草可引起土壤總鉛量的減少，但減少量有限。結(jié)合表3中黑麥草吸鉛量推斷，減少的鉛大部分并沒有進入到植物體內(nèi)，只可能是被保水劑所吸附。值得注意的是，添加保水劑并種植黑麥草處理的土壤總鉛比單種黑麥草處理降低了292.2 mg·kg－1，說明黑麥草和保水劑共同作用可使土壤鉛含量大幅減少，但減少的部分主要被保水劑所吸附。

表2 保水劑吸附的Pb2+在不同提取劑中的解吸Table 2 The desorption of Pb2+adsorbed by water retaining agent in different extracting agent solutions

表3 添加保水劑對黑麥草生長和吸收鉛的影響Table 3 Effect of water－retaining agent on growth and Pb uptake of ryegrass

圖3 添加保水劑對土壤鉛總量的影響Figure 3 Effect of water－retaining agent on Pb content in soil

2.6 保水劑對土壤不同形態(tài)鉛的影響

采用Ure等[19]的分步提取法對土壤中不同形態(tài)鉛進行了測定（圖4）。結(jié)果顯示，保水劑0%處理土壤的殘渣態(tài)鉛含量極高，達到633.6 mg·kg－1，其次是可還原態(tài)鉛436.6 mg·kg－1，再其次是酸溶態(tài)鉛64.5 mg·kg－1，最后是可氧化態(tài)鉛39.2 mg·kg－1，它們分別占土壤總鉛量的54.0%、37.2%、5.5%和3.3%。

試驗結(jié)束時，單獨保水劑處理的酸溶態(tài)鉛減少20.9 mg·kg－1，約下降32.3%；可還原態(tài)鉛減少68.5 mg·kg－1，約下降15.7%；可氧化態(tài)鉛增加16.0 mg·kg－1，約上升40.9%；殘渣態(tài)鉛增加67.5 mg·kg－1，約上升10.7%。

圖4 各處理土壤中不同形態(tài)鉛含量Figure 4 Pb content in different forms in soil of different treatments

與對照相比（保水劑0%），僅種植黑麥草的土壤酸溶性鉛和殘渣態(tài)鉛分別減少6.1、17.7 mg·kg-1，而可氧化態(tài)鉛增加了15.7 mg·kg-1，可還原態(tài)鉛含量相對變化不大。與僅種植黑麥草的處理相比，黑麥草+保水劑處理的可還原態(tài)鉛有所增加（21.7 mg·kg-1），其余三種形態(tài)的鉛均明顯下降，其中酸溶態(tài)和可氧化態(tài)鉛分別下降了18.9、6.2 mg·kg-1，而殘渣態(tài)鉛降至288.9 mg·kg-1。

3 討論

實驗所用保水劑已被作為土壤改良劑廣泛應(yīng)用于干旱或鹽堿土壤的改良[26]。鑒于保水劑中的大量親水基團和羧基可以絡(luò)合重金屬，近年來認為其可作為重金屬鈍化劑使用[27]。本試驗保水劑屬于聚丙烯酸鈉鹽，內(nèi)部可通過羧基和羥基等的輕度交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)孔和分子表面及斷鏈處的羧基可以與重金屬進行絡(luò)合或螯合。在鉛濃度為3000 mg·L-1的溶液中，每克保水劑約可吸附高達461.6 mg的鉛離子，但在更高的鉛濃度下，其對鉛的吸附能力有所下降（圖1）。盧巧暉[28]在將保水劑混入污泥中時也觀察到保水劑對重金屬吸附能力明顯降低的現(xiàn)象。一些學(xué)者認為，這是由于高價離子可在羧基間形成鍵橋，使保水劑表面的聚丙烯酸分子間交聯(lián)密度增大，親水基團減少，表面形成收縮，降低保水劑吸水倍數(shù)，從而使重金屬離子難以進入到保水劑內(nèi)部[11，29]。本實驗對鉛處理后保水劑表面元素種類和原子百分比的測定表明，確有大量的鉛被吸附到保水劑表面。電鏡照片也顯示，吸附鉛離子后的保水劑表面發(fā)生皺縮，形成了明顯的凸起與凹陷（圖2），驗證了以上學(xué)者的推測。

利用絡(luò)合能力不同的化合物對保水劑吸附鉛進行提取，可大致了解鉛離子被保水劑所吸附的程度。從本試驗結(jié)果看，乙酸銨很難將被吸附的鉛重新解吸（表3），說明被吸附的鉛中只有極小部分屬于交換性吸附。這與曲貴偉等[29]的試驗結(jié)果相符。在絡(luò)合能力更強的檸檬酸溶液中，可解吸出的鉛大約占總吸附鉛的三分之一，說明保水劑對鉛的吸附能力總體上強于檸檬酸對鉛的絡(luò)合能力。該結(jié)果意味著，保水劑所吸附的重金屬鉛將不會輕易被土壤中存在的檸檬酸等一般有機酸所“奪走”，從而降低了鉛的生物活性，起到“鈍化”的作用。在絡(luò)合能力極強的EDTA-2NH4溶液中，保水劑吸附鉛中仍有三分之一左右不能解吸出來，說明保水劑對這部分鉛的吸附力要強于EDTA-2NH4對它們的螯合力[30]。由此推斷，保水劑對鉛的吸附形式包含了螯合、絡(luò)合和離子交換三種方式。在這三種方式中，螯合和絡(luò)合是最主要的，而離子交換僅占很小部分。

通過采用不同提取劑，Ure等[19]將土壤重金屬形態(tài)從化學(xué)角度分為四大類：酸溶態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘渣態(tài)四大類，它們的溶解性依次降低。由于可溶解性與植物吸收密切相關(guān)，它們對植物的有效性也依次遞減。本試驗添加0.2%保水劑后，酸溶態(tài)鉛和可還原態(tài)鉛下降，而可氧化態(tài)鉛和殘渣態(tài)鉛增加（圖4），即易溶解的或?qū)χ参镆子行У牟糠譁p少，而難溶解或?qū)χ参镫y有效的部分增加。也就是說，保水劑除本身固鉛外，還可通過改變土壤鉛形態(tài)而起到鈍化鉛的作用。

種植黑麥草使殘渣態(tài)鉛明顯減少，可氧化態(tài)鉛明顯增加，可還原態(tài)鉛變化不大。添加保水劑并種植黑麥草，同樣使殘渣態(tài)鉛減少和可氧化態(tài)鉛增加，且可還原態(tài)鉛明顯增加。這種趨勢說明，黑麥草的存在促進了難溶的殘渣態(tài)鉛向可氧化態(tài)和可還原態(tài)鉛轉(zhuǎn)化。這種現(xiàn)象與最近秦端端等[11]所報道的鎘的情況類似。原因可能是黑麥草屬于禾本科類植物，根系可向土壤中分泌大量鐵載體（Siderophore），它們對土壤中的金屬離子具有很強的絡(luò)合作用，從而使金屬離子從沉淀狀態(tài)不斷溶解出來[31-34]，最終導(dǎo)致了殘渣態(tài)鉛的減少。

植物吸收試驗結(jié)果顯示，添加保水劑明顯減少了黑麥草體內(nèi)的鉛濃度，與黃震等[35-36]的報道相似。就生物有效性而言，酸溶性鉛應(yīng)該是活性最強、最易被植物吸收的形態(tài)，但酸溶性鉛也最易進入土壤溶液被保水劑所吸附。本試驗中添加保水劑后導(dǎo)致土壤酸溶態(tài)鉛有所降低（圖4），就是由于保水劑對其大量吸附所造成的。但根據(jù)吸附和解吸模擬試驗的結(jié)果，鉛一旦被保水劑所吸附，一般的有機酸難以將其重新解吸出來，即黑麥草的存在可促使較多的鉛從沉淀狀態(tài)不斷溶解出來，另外保水劑對進入溶液中鉛的吸附固定又導(dǎo)致了溶液中鉛的大量減少。由于植物只能吸收進入土壤溶液的重金屬，在添加保水劑的情況下，溶液中鉛濃度的降低使黑麥草對重金屬的吸收減少。

4 結(jié)論

實驗所用保水劑對重金屬鉛具有較強的吸附能力，在鉛濃度為3000 mg·L-1的溶液中，保水劑的鉛吸附量可達461.6 mg·g-1。

保水劑吸附鉛主要通過螯合作用和絡(luò)合作用，以離子交換方式吸附的量很少。

保水劑可促進易溶性鉛向難溶性鉛的轉(zhuǎn)化，而黑麥草可促進難溶性鉛的溶解。兩者共同作用雖可導(dǎo)致難溶性鉛的減少，但溶解出的鉛將率先被保水劑所吸附，從而減少了對植物的供應(yīng)，導(dǎo)致黑麥草地上部的鉛含量降低。

[1]景鑫鑫.幾種鈍化劑修復(fù)鉛污染石灰性土壤的效果研究[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué),2015.

JING Xin-xin.Study on the effect of several kinds of passivation agents on the remediation of lead contaminated calcareous soil[D].Zhengzhou：Henan Agricultural University.2015.

[2]劉秋香,張 沐,楊 程.土壤鉛污染及其超富集植物研究進展[J].江蘇科技信息,2016（5）：71-74.

LIU Qiu-xiang,ZHANG Mu,YANG Cheng.Study on soil lead pollution and hyperaccumulation in plants[J].Jiangsu Science&Technology Information,2016（5）：71-74.

[3]張麗君.彭州市土壤污染防治技術(shù)的研究[D].成都：四川師范大學(xué),2010.

ZHANG Li-jun.Study on soil pollution control technology in Pengzhou[D].Chengdu：Sichuan Normal University,2010.

[4]王海波.農(nóng)業(yè)環(huán)境中的重金屬污染問題堪憂[N].中國經(jīng)濟時報,2013-06-03（006）.

WANG Hai-bo.Worrying about heavy metal pollution in agricultural environment[N].China Economic Times,2013-06-03（006）.

[5]黃益宗,郝曉偉,雷 鳴,等.重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)及其修復(fù)實踐[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2013,32（3）：409-417.

HUANG Yi-zong,HAO Xiao-wei,LEI Ming,et al.The remediation technology and remediation practice of heavy metals-contaminated soil[J].Journal of Agro-Environment Science,2013,32（3）：409-417.

[6]劉 刊,王 波,權(quán)俊嬌,等.土壤重金屬污染修復(fù)研究進展[J].北方園藝,2012,22：189-194.

LIU Kan,WANG Bo,QUAN Jun-jiao,et al.Research progress of remediation of heavy metals contaminated soils[J].Northern Horticulture,2012,22：189-194.

[7]串麗敏,趙同科,鄭懷國,等.土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究進展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2014,37（120）：213-222.

CHUAN Li-min,ZHAO Tong-ke,ZHENG Huai-guo,et al.Research advances in remediation of heavy metal contaminated soils[J].Environmental Science and Technology,2014,37（120）：213-222.

[8]曹心德,魏曉欣,代革聯(lián),等.土壤重金屬復(fù)合污染及其化學(xué)鈍化修復(fù)技術(shù)研究進展[J].環(huán)境工程學(xué)報,2011,5（7）：1441-1453.

CAO Xin-de,WEI Xiao-xin,DAI Ge-lian,et al.Combined pollution of multiple heavy metals and their chemical immobilization in contaminatedsoils：Areview[J].ChineseJournalofEnvironmentalEngineering,2011,5（7）：1441-1453.

[9]樊 霆,葉文玲,陳海燕,等.農(nóng)田土壤重金屬污染狀況及修復(fù)技術(shù)研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2013,22（10）：1727-1736.

FAN Ting,YE Wen-ling,CHEN Hai-yan,et al.Review on contamination and remediation technology of heavy metal in agricultural soil[J].E－cology and Environmental Sciences,2013,22（10）：1727-1736.

[10]Guo G L,Zhou Q X,Ma L.Availability and assessment of fixing additives for the in situ remediation of heavy metal contaminated soils：A review[J].Environmental Monitoring and Assessment,2006,116（1/2/3）：513-528.

[11]秦端端,姚粉霞,陳亞軍,等.保水劑對土壤重金屬鎘形態(tài)及生物有效性的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2016,35（12）：2327-2333.

QIN Duan-duan,YAO Fen-xia,CHEN Ya-jun,et al．Effect of waterretaining agent on themorphology of Cd in soil and its′bioavailability[J].Journal of Agro-Environment Science,2016,35（12）：2327-2333.

[12]黃占斌,張 彤,彭麗成,等．重金屬Pb、Cd污染對土壤酶活性的影響[C]//2010中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集．北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社,2010：3824-3828.

HUANG Zhan-bin,ZHANG Tong,PENG Li-cheng,et al．Effects of Pb and Cd-pollution soil enzyme activity[C]//2010 Annual Conference Proceedings of Chinese Society for Environmental Sciences．Beijing：China Environmental Science Press,2010：3824-3828.

[13]李 希,劉玉榮,鄭袁明,等.保水劑性能及其農(nóng)用安全性評價研究進展[J].環(huán)境科學(xué),2014,35（1）：394-400.

LI Xi,LIU Yu-rong,ZHENG Yuan-ming,et al.Characterization and soil environmental safety assessment of super absorbent polymers in agricultural application[J].Environmental Science,2014,35（1）：394-400.

[14]謝修銀,宛 方,張 艷,等.保水劑的研發(fā)現(xiàn)狀與展望[J].化學(xué)與生物工程,2013（4）：8-13.

XIE Xiu-yin,WAN Fang,ZHANG Yan,et al.Research and development situation and prospect of water retention agents[J].Chemistry＆Bioengineering,2013（4）：8-13.

[15]陳海麗,吳 震,劉明池.不同保水劑的吸水保水特性[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報,2010,19（1）：201-206.

CHEN Hai-li,WU Zhen,LIU Ming-chi.Analysis of water absorptivity and retention properties of different water retaining agents[J].Acta A－griculturae Boreali-occidentalis Sinica,2010,19（1）：201-206.

[16]黃 震,黃占斌,孫朋成,等．環(huán)境材料對作物吸收重金屬Pb、Cd及土壤特性的研究[J]．環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2012,32（10）：2490-2499.

HUANG Zhen,HUANG Zhan-bin,SUN Peng-cheng,et al.A study of environmental materials on lead and cadmium absorption by crops and soil characteristics[J]．Acta Scientiae Circumstantiae,2012,32（10）：2490-2499.

[17]曲貴偉,依艷麗,郭德金.聚丙烯酸銨對外源復(fù)合重金屬污染的土壤修復(fù)效果的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,35（20）：6211-6212,6215.

QU Gui-wei,YI Yan-li,GUO De-jin.Study on remediation effect of ammonium polyacrylate on soil polluted by exogenous compound heavy metals[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences,2007,35（20）：6211-6212,6215.

[18]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].三版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社,2000.

BAO Shi-dan.Soil and agricultural chemistry analysis[M].Third Edition.Beijing：Chinese Agricultural Press,2000.

[19]Ure A M,Quevauviller Ph,Muntau H,et al.Speciation of heavy metals in soils and sediments.An account of the improvement and harmoniza－tion of extraction techniques undertaken under the auspices of the BCR of the commission of the European communities[J].International Journal of Environmental Analytical Chemistry,1993,51（1/2/3/4）：,135-151.

[20]劉恩峰,沈 吉,朱育新.重金屬元素BCR提取法及在太湖沉積物研究中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)研究,2005,18（2）：57-60.

LIU En-feng,SHEN Ji,ZHU Yu-xin.Determination of heavy metal chemical forms by BCR method for Taihu Lake sediments[J].Research of Environmental Sciences,2005,18（2）：57-60.

[21]張朝陽,彭平安,宋建中,等.改進BCR法分析國家土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中重金屬化學(xué)形態(tài)[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2012,21（11）：1881-1884.

ZHANG Chao-yang,PENG Ping-an,SONG Jian-zhong,et al.Utilization of modified BCR procedure for the chemical speciation of heavy metals in Chinese soil reference material[J].Ecology and Environmental Sciences,2012,21（11）：1881-1884.

[22]黃占斌,孫朋成,鐘 建,等.高分子保水劑在土壤水肥保持和污染治理中的應(yīng)用進展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2016,32（1）：125-131.

HUANG Zhan-bin,SUN Peng-cheng,ZHONG Jian,et al.Application of super absorbent polymer in water and fertilizer conversation of soil and pollution management[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2016,32（1）：125-131.

[23]劉世亮,寇太記,介曉磊,等.保水劑對玉米生長和土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化供應(yīng)的影響研究[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2005,39（2）：146-150.

LIU Shi-liang,KOU Tai-ji,JIE Xiao-lei,et al.Studies on the effects of water-retaining agents on maize growth and soil nutrient transformation[J].Journal of Henan Agricultural University,2005,39（2）：146-150.

[24]Einsman J C,Jones R H,Pu M,et al.Nutrient foraging traits in 10 cooccurring plant species of contrasting life forms[J].Joural of Ecology,1999,87：609-619.

[25]王慶成,程云環(huán).土壤養(yǎng)分空間異質(zhì)性與植物根系的覓食反應(yīng)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2004,15（6）：1063-1068.

WANG Qing-cheng,CHENG Yun-huan.Response of fine roots to soil nutrient spatial heterogeneity[J].Journal of Applied Ecology,2004,15（6）：1063-1068.

[26]戴 欣,王百田.保水劑對硫酸銅溶液吸收性能的研究[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2011,39（3）：146-149,156.

DAI Xin,WANG Bai-tian.Effects of CuSO4solution on water absorbent ability of super absorbent polymers[J].Journal of Northwest A&F University（Nat Sci Ed）,2011,39（3）：146-149,156.

[27]黃占斌,張國楨,李秧秧,等.保水劑特性測定及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2002,18（1）：22-26.

HUANG Zhan-bin,ZHANG Guo-zhen,LI Yang-yang,et al.Determination of water retaining agent and its application in agriculture[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2002,18（1）：22-26.

[28]盧巧暉.污泥混合聚丙烯酸鈉的堆肥工藝研究[D].福州：福建師范大學(xué),2007.

LU Qiao-hui.Study on composting process of sludge mixed with sodium polyacrylate[D].Fuzhou：Fujian Normal University,2007.

[29]曲貴偉,依艷麗.聚丙烯酸銨對重金屬離子的吸附效應(yīng)及在土壤修復(fù)上的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2006,34（20）：5331-5333,5335.

QU Gui-wei,YI Yan-li.Effect of polyacrylate polymers on the absorption of heavy metal and remediation of artificially polluted soil with cadmium[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences,2006,34（20）：5331-5333,5335.

[30]Jean L,Bordas F,Gautier-Moussard C,et al．Effect of citric acid and EDTA on chromium and nicked uptake and translication by Datura innoxia[J].Environmental Pollution,2008,153：555-563.

[31]王英麗,林慶祺,李 宇,等.產(chǎn)鐵載體根際菌在植物修復(fù)重金屬污染土壤中的應(yīng)用潛力[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2013,24（7）：2081-2088.

WANG Ying-li,LIN Qing-qi,LI Yu,et al.Application potential of siderophore-producing rhizobacteria in phytoremediation of heavy metals-contaminated soils[J]．Chinese Journal of Applied Ecology,2013,24（7）：2081-2088.

[32]楊仁斌,曾清如,周細紅,等.植物根系分泌物對鉛鋅尾礦污染土壤中重金屬的活化效應(yīng)[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護,2000,19（3）：152-155.

YANG Ren-bin,ZENG qing-ru,ZHOU Xi-hong,et al.The activated impact of plant root exudates on heavy metals in soils contaminated by tailing of lead-zinc ore[J].Agro-environmental Protection,2000,19（3）：152-155.

[33]李 影,陳明林.節(jié)節(jié)草生長對銅尾礦砂重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化和土壤酶活性的影響[J].生態(tài)學(xué)報,2010,30（21）：5949-5957.

LI Ying,CHEN Ming-lin.Effects of the inhabitation by Hippochaete ramosissimum on heavy metal speciations and enzyme activities in copper mine tailing soil[J].Acta Ecologica Sinica,2010,30（21）：5949-5957.

[34]Sinha S,Mukherjee S.Cadmium-induced siderophore production by a high Cd-resistant bacterial strain relieved Cd toxicity in plants through root colonization[J].Current Microbiology,2008,56（1）：55-60.

[35]黃 震,黃占斌,孫朋成,等．環(huán)境材料對作物吸收重金屬Pb、Cd及土壤特性的研究[J]．環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2012,32（10）：2490-2499.

HUANG Zhen,HUANG Zhan-bin,SUN Peng-cheng,et al.A study of environmental materials on lead and cadmium absorption by crops and soil characteristics[J]．Acta Scientiae Circumstantiae,2012,32（10）：2490-2499.

[36]Peng L,Xu Y,Zhou F,et al.Enhanced removal of Cd（Ⅱ）by poly（acrylamide-co-sodium acrylate）water-retaining agent incorporated nano hydrous manganese oxide[J].Matereals and Design,2016,96：195-202.

Effects of water-retaining agents and ryegrass on the transformation of Pb into different forms in soil

HU Wei1,QIN Duan-duan1,LI Yu-he1,FANG Yu-jing1,WANG Xiao-zhi1,2,FENG Ke1,2*
（1.School of Environment Science and Engineering,Yangzhou University,Yangzhou 225127,China;2.Jiangsu Collaborative Innovation Center for Solid Organic Waste Resource Utilization,Nanjing 210095,China）

Heavy metal（HM）pollution in soil is an important environmental problem with respect to food security.Water-retaining agents（WRAs）have recently been used to remediate heavy metal contaminated soil.However,the mechanisms of HM remediation using WRAs have not been well documented.The purpose of this study was to investigate the effects of WRAs on the distribution and morphology of lead（Pb）in soil and to identify the possible mechanisms associated with reduced Pb uptake by plants.To achieve this,Pb-loaded WRAs were characterized using scanning electron microscopy（SEM）to confirm the elemental distribution of Pb on WRAs.A pot experiment with ryegrass（Lolium perenne L.）（0%WRA,0.2%WRA,ryegrass,and 0.2%WRA+ryegrass）was then carried out to determine Pb uptake and accumulation in aboveground plant tissues.The results indicated that WRAs have good Pb sorption capacity.Pb was mainly immobilized by chelation and complexation with WRAs,and to a considerably lower extent by ion exchange.The pot experiment revealed that soil Pb tends to be mobilized by plant roots,while WRAs can immobilize Pb by transforming it to less soluble species.The combined effects of WRAs and ryegrass roots can induce the release of residual Pb in soil,but much of the released Pb can be quickly sorbed by WRAs.This contributes to a reduction in Pb content in aboveground plant tissues.

soil contamination;lead;water-retaining agent;ryegrass

X53

A

1672-2043（2017）09-1771-07

10.11654/jaes.2017-0171

胡 偉，秦端端，李玉和，等.添加保水劑和栽種黑麥草對土壤不同形態(tài)鉛轉(zhuǎn)化的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2017,36（9）：1771-1777.

HU Wei,QIN Duan-duan,LI Yu-he,et al.Effects of water-retaining agents and ryegrass on the transformation of Pb into different forms in soil[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36（9）:1771-1777.

2017－02－16

胡 偉（1992—），男，江蘇泰州人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)環(huán)境研究。E-mail：824528182@qq.com

*通信作者：封 克E-mail：fengke@yzu.edu.cn

國家重大基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目（2013CB127404）；國家自然科學(xué)基金項目（41301308，31272228，31000934）

Project supported：TheNationalBasicResearchProgramof China（2013CB127404）；TheNational Natural ScienceFoundationof China（41301308，31272228，31000934）