低分子有機(jī)酸對(duì)貴州黃壤龍葵吸收鎘的影響

劉桂華　秦松　柴冠群　吳正卓　范成五

摘要：【目的】探討低分子有機(jī)酸對(duì)龍葵吸收鎘（Cd）的影響，以期為提高貴州地區(qū)黃壤重金屬污染的植物修復(fù)效率提供科學(xué)依據(jù)。【方法】采用盆栽試驗(yàn)種植龍葵，待龍葵生長(zhǎng)60 d后，將不同濃度的低分子有機(jī)酸（檸檬酸、蘋果酸和酒石酸）及其復(fù)合處理（檸檬酸+蘋果酸、檸檬酸+酒石酸）以溶液形式加入土壤，以添加500 mL去離子水為對(duì)照（CK），1個(gè)月后收獲植株樣品并采集土壤樣品，分析不同處理對(duì)龍葵生長(zhǎng)及吸收轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬Cd的影響?！窘Y(jié)果】檸檬酸添加量為2.5 mmol/kg時(shí)龍葵單株生物量最高，較CK顯著增加6.75%（P<0.05，下同），其他處理的生物量均低于CK。3種有機(jī)酸均能強(qiáng)化龍葵根、莖、葉和果實(shí)對(duì)Cd的吸收，表現(xiàn)為蘋果酸>酒石酸>檸檬酸，各部位的Cd含量表現(xiàn)為葉>莖>根>果實(shí)，且均在蘋果酸添加量為5.0 mmol/kg時(shí)達(dá)最大值，分別為CK的1.68、1.53、1.21和1.32倍。添加2.5 mmol/kg酒石酸和5.0 mmol/kg蘋果酸時(shí)龍葵對(duì)Cd的累積量較高，二者顯著高于其他處理。添加檸檬酸、蘋果酸和酒石酸均能提高龍葵對(duì)Cd的轉(zhuǎn)移和富集能力，作用表現(xiàn)為蘋果酸>酒石酸>檸檬酸，其中，添加5.0 mmol/kg蘋果酸時(shí)龍葵對(duì)Cd的富集系數(shù)最大，為12.81。相對(duì)于單一有機(jī)酸處理，復(fù)合有機(jī)酸處理對(duì)龍葵富集Cd的能力無明顯優(yōu)勢(shì)?！窘Y(jié)論】添加適當(dāng)濃度的檸檬酸、蘋果酸和酒石酸均能提高龍葵各部位對(duì)Cd的吸收及土壤Cd從地下向地上部轉(zhuǎn)移的能力，促進(jìn)龍葵對(duì)Cd的轉(zhuǎn)移和富集;其中蘋果酸添加量為5.0 mmol/kg時(shí)，龍葵對(duì)Cd的累積量相對(duì)較高且富集系數(shù)最大，對(duì)土壤中Cd的植物修復(fù)效果最好。

關(guān)鍵詞： 低分子有機(jī)酸;龍葵;鎘;吸收累積;貴州黃壤

中圖分類號(hào)： S153 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：2095-1191（2020）11-2682-08

Effects of low molecular weight organic acid on cadmium uptake by Solanum nigrum L. in yellow soil of Guizhou

LIU Gui-hua1， QIN Song1，2， CHAI Guan-qun1， WU Zheng-zhuo3， FAN Cheng-wu1*

（1Institute of Soil and Fertilizer，Guizhou Academy of Agricultural Sciences，Guiyang ?550006， China; ?2Guizhou Engineering Research Center for Agricultural Resources and Environment， Guiyang ?550006， China;

3College of Agriculture， Guizhou University， Guiyang ?550025， China）

Abstract：【Objective】The influence of low molecular organic acidon cadmium（Cd） absorption of Solanum nigrum L. in karst yellow soil in Guizhou was studied，in order to provide a scientific basis of improving the phytoremediation efficiency of heavy metal pollution. 【Method】The pot experiment was carried out to study the effects of low molecular organic acid on the S. nigrum growth，after S. nigrum grew 60 d， different concentrations of low molecular organic acids （citric acid， malic acid and tartaric acid） and the compound treatments （citric acid+malic acid， citric acid+ tartaric acid） were added to the soil in solution form， and 500 mL of deionized water was added as the control （CK）. Plant samples and soil samples were collected one month later， and the effects of different treatments on the growth， absorption and transport of heavy metal Cd were analyzed. 【Result】When the additive amount of citric acid was 2.5 mmol/kg， the biomass of S. nigrum was the highest， which was significantly increased by 6.75%（P<0.05， the same below）. Biomass of other treatments were lower than CK. All the three organic acids could enhance the absorption of Cd by the roots， stems， leaves and fruits of S. nigrum， following the orders：malic acid>tartaric acid>citric acid. The order of Cd concentrationin different organs was as follows：leaf>stem>root>fruit，and the maximum concentration of Cd in leaf，stem，root and fruit were 1.68，1.53，1.21，1.32 times as that of the control when the malic acid was at 5.0 mmol/kg. The accumulation of Cd was high with the addition of 2.5 mmol/kg tartaric acid and 5.0 mmol/kg malic acid， and were significantly higher than other treatments. The addition of citric acid， malic acid and tartaric acid could improve the Cd transfer and enrichment of S. nigrum， following the orders：malic acid>tartaric acid>citric acid. The highest Cd enrichment coefficient was 12.81 when 5.0 mmol/kg malic acid was added. Compared with single organic acid treatment， the compound organic acid treatment had no obvious advantage in Cd enrichment. 【Conclusion】The absorption of Cd from different parts of the plant and the ability of Cd transfer from underground to aboveground are promoted with proper concentration of citric acid， malic acid and tartaric acid， and promote the transportation and enrichment of Cd of S. nigrum. The relative accumulation of Cd in S. nigrum is high and enrichment coefficient is the largest， and phytoremediation effect on Cd was best when 5.0 mmol/kg malic acid is added.

Key words： low molecular organic acid; Solanum nigrum L.; cadmium; uptake and accumulating; Guizhou yellow soil

Foundation item：Guizhou Science and Technology Support Project（QKHZC〔2017〕2577，QKHZC〔2019〕2368）; Youth Fund Project of Guizhou Academy of Agricultural Sciences（QNKYQNJJ〔2017〕13）

0 引言

【研究意義】目前，工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展導(dǎo)致土壤重金屬污染問題愈來愈嚴(yán)峻，我國(guó)耕地土壤污染面積達(dá)2×107 ha（蘇炳林等，2019）。鎘（Cd）污染是最常見的重金屬污染之一，根據(jù)2014年公布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》，全國(guó)鎘污染物點(diǎn)位超標(biāo)率為7%，是土壤重金屬污染的首要污染物（王建樂等，2019）。土壤鎘具有較強(qiáng)的化學(xué)活性、植物易吸收性及較強(qiáng)的遷移性（孫正國(guó)，2015）。土壤中重金屬積累到一定程度后超過土壤的自凈能力，不僅會(huì)導(dǎo)致土壤退化、農(nóng)作物產(chǎn)量及品質(zhì)下降，還會(huì)通過徑流、淋失作用污染水源，通過土壤—作物—食物鏈進(jìn)入人體，危害人體健康（Singh et al.，2011）。因此，土壤環(huán)境中重金屬污染物的去除及修復(fù)技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。相對(duì)于傳統(tǒng)的重金屬污染土壤治理方法，如客土法、淋洗法、化學(xué)氧化法等，土壤重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保綠色及操作簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)（孫正國(guó)，2015），已在重金屬污染土壤的修復(fù)中發(fā)揮作用（朱守晶等，2018;郭暉等，2019;蔣萍萍等，2019）。土壤重金屬污染植物修復(fù)的核心為超富集植物，利用超富集植物較強(qiáng)的轉(zhuǎn)運(yùn)能力和耐受性，將土壤中超量的重金屬提取而去除，從而達(dá)到污染土壤修復(fù)的效果（Susarla et al.，2002）。龍葵（Solanum nigrum L.）是貴州廣泛分布的優(yōu)勢(shì)鄉(xiāng)土植物（嚴(yán)蓮英等，2017），是一種典型的Cd超富集植物，具有較強(qiáng)的抗逆境及爭(zhēng)光、爭(zhēng)水和爭(zhēng)肥能力，生長(zhǎng)周期短、生物量較大且不被食草動(dòng)物取食（不污染食物鏈），對(duì)Cd具有較強(qiáng)的耐受性和富集能力（魏樹和等，2005），已成為Cd污染土壤植物修復(fù)機(jī)理研究和應(yīng)用的新型材料。但由于植物修復(fù)存在重金屬累積絕對(duì)量小、修復(fù)周期長(zhǎng)及專一性強(qiáng)等缺點(diǎn)，具有一定的局限性（熊國(guó)煥等，2011）。因此，尋求一種提高超富集植物對(duì)重金屬富集效率的方法顯得尤為重要?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】低分子有機(jī)酸普遍存在于植物根系和微生物的分泌物中，能酸化根際土壤從而將污染土壤中固態(tài)重金屬活化，使植物更易吸收，提高植物修復(fù)效率（席梅竹等，2008;胡妮等，2016）。楊艷等（2007）研究認(rèn)為，低分子量有機(jī)酸（酒石酸、檸檬酸和草酸）均能緩解Cd對(duì)油菜的脅迫作用，緩解程度為酒石酸>檸檬酸>草酸。郭艷杰等（2008）研究表明，水楊酸和半胱氨酸能顯著提高油菜地上部分對(duì)Cd的吸收。黃蘇珍等（2008）研究認(rèn)為，不同濃度的EDTA和檸檬酸均能增加黃菖蒲對(duì)Cd和Cu的吸收，且提高其向地上部運(yùn)輸Cd和Cu的能力，但檸檬酸會(huì)在一定程度上阻礙黃菖蒲的生長(zhǎng)。劉萍等（2012）研究表明，檸檬酸在10 mg/kg濃度時(shí)能顯著促進(jìn)龍葵生長(zhǎng)，且對(duì)重金屬Cd的吸收量最大，達(dá)229.85 μg/gDW。潘麗萍等（2014）研究表明，檸檬酸能活化土壤中的重金屬并促進(jìn)劍麻對(duì)重金屬的吸收，增加其富集系數(shù)。詹淑威等（2015）研究添加外源檸檬酸、草酸和蘋果酸對(duì)小飛揚(yáng)草（Euphorbia thymifolia L.）富集Cd的影響，結(jié)果表明3種有機(jī)酸均能提高小飛揚(yáng)草根和地上部的Cd含量，其效果為草酸>檸檬酸>蘋果酸。馬良等（2017）通過土培實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)濃度的乙酸、檸檬酸和草酸均能促進(jìn)植株地上部對(duì)Pb的吸收，提高植株修復(fù)Pb污染土壤的能力，且表現(xiàn)為乙酸>檸檬酸>草酸。馬俊俊等（2020）研究了不同螯合劑對(duì)香石竹（Dianthus caryophyllus）修復(fù)Cd污染土壤的影響，發(fā)現(xiàn)在2.5～10.0 mmol/kg濃度范圍內(nèi)，EDTA、檸檬酸和草酸均能促進(jìn)香石竹對(duì)土壤中有效態(tài)Cd的吸收。【本研究切入點(diǎn)】貴州省是我國(guó)西南典型的碳酸鹽巖地區(qū)，土壤類型主要以黃壤和石灰土為主，土壤層較薄，生態(tài)較脆弱。在長(zhǎng)期的農(nóng)用耕作過程中，導(dǎo)致大量的Cd進(jìn)入土壤（邢丹等，2015），土壤Cd平均含量為0.659 mg/kg，重金屬背景值普遍高于國(guó)內(nèi)其他區(qū)域（Zhang et al.，2015;崔明陽等，2017）。但目前針對(duì)該地區(qū)Cd污染黃壤進(jìn)行植物修復(fù)的研究較少。【擬解決的關(guān)鍵問題】以貴州受Cd中度污染的黃壤耕地為研究對(duì)象，通過外源添加低分子有機(jī)酸，研究不同濃度有機(jī)酸對(duì)龍葵修復(fù)Cd污染黃壤效率的影響，以期為提高貴州地區(qū)黃壤重金屬污染的植物修復(fù)效率提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

供試土壤采自貴陽市郊區(qū)典型旱地黃壤，隨機(jī)采集表層0～20 cm的混合土壤樣品，采樣時(shí)用不銹鋼鏟避免土壤二次污染，并用干凈的編織袋盛裝土壤樣品，混合均勻土樣，揀出動(dòng)植物殘?bào)w及碎石等雜物，風(fēng)干過篩備用。土壤基本理化性質(zhì)：pH 4.86，有機(jī)質(zhì)38.4 g/kg，CEC 190.0 mmol/kg，堿解氮165.2 mg/kg，有效磷69.0 mg/kg，速效鉀173.0 mg/kg，總Cd 0.86 mg/kg。供試植物為龍葵，種子采自無污染土壤培育生長(zhǎng)的植株。供試有機(jī)酸為檸檬酸、蘋果酸和酒石酸，均為分析純化學(xué)試劑。

1. 2 試驗(yàn)方法

采用盆栽試驗(yàn)，稱取過5 mm篩風(fēng)干土2.5 kg裝盆，一次性施入基肥（尿素和KH2PO4），每盆用量分別為：尿素0.4 g（N 67.0 mg/kg），KH2PO4 0.3 g（P 53.3 mg/kg，K 34.9 mg/kg）。肥料與土壤混勻，加入去離子水使含水量為田間最大持水量的60%。

將龍葵種子直接播入盆缽，待種子出芽7 d后定苗，每盆留長(zhǎng)勢(shì)相同的2株幼苗。定期以稱重法加去離子水使土壤的含水率保持為田間持水量的60%。龍葵生長(zhǎng)60 d后，將低分子有機(jī)酸以溶液形式（相應(yīng)濃度有機(jī)酸溶于500 mL去離子水中）加入到土壤中。根據(jù)前期研究成果（劉桂華等，2018），檸檬酸添加量分別為2.5 mmol/kg（2.5N）、5.0 mmol/kg（5N）、7.5 mmol/kg（7.5N）和10.0 mmol/kg（10N）;蘋果酸添加量為2.5 mmol/kg（2.5P）、5.0 mmol/kg（5P）和7.5 mmol/kg（7.5P）;酒石酸添加量為2.5 mmol/kg（2.5J）、5.0 mmol/kg（5J）和7.5 mmol/kg（7.5J）。復(fù)合有機(jī)酸分別為：（1）2.5 mmol/kg檸檬酸+7.5 mmol/kg蘋果酸（2.5N+7.5P）;（2）2.5 mmol/kg檸檬酸+7.5 mmol/kg酒石酸（2.5N+7.5J）;（3）5.0 mmol/kg檸檬酸+5.0 mmol/kg蘋果酸（5N+7.5P）;（4）5.0 mmol/kg檸檬酸+5.0 mmol/kg酒石酸（5N+5J）;（5）7.5 mmol/kg檸檬酸+2.5 mmol/kg蘋果酸（7.5N+2.5P）;（6）7.5 mmol/kg檸檬酸+2.5 mmol/kg酒石酸（7.5N+2.5J）。共16組處理，另設(shè)1組對(duì)照（CK，添加500 mL去離子水），每組3個(gè)重復(fù)。為保證有機(jī)酸分布的均衡性，避免有機(jī)酸接觸龍葵地上部分而造成試驗(yàn)誤差，有機(jī)酸采用滴管滴加方式加入到土壤中。1個(gè)月后收獲植株樣品，采集土壤樣品。植株樣品分根、莖、葉和果實(shí)部分，用去離子水洗凈，濾紙吸干其表面水分，置于105 ℃下殺青30 min，80 ℃烘干至恒重，測(cè)定各部分及單株干物質(zhì)重量（生物量），然后磨細(xì)過100目篩，測(cè)定其Cd含量。

1. 3 測(cè)定指標(biāo)及方法

土壤基本理化性質(zhì)按常規(guī)方法測(cè)定（鮑士旦，2008）。土壤Cd全量采用混合酸消化（HCl-HNO3-HClO4），原子吸收分光光度法測(cè)定;植株樣品中Cd含量采用HNO3-HClO4消解，原子吸收分光光度法測(cè)定。

1. 4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2017進(jìn)行平均值和標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)，采用DPS 6.5檢驗(yàn)有機(jī)酸濃度和植株重金屬含量的差異顯著性（Duncans新復(fù)極差法），采用Origin 8.5.1制圖。

2 結(jié)果與分析

2. 1 低分子有機(jī)酸對(duì)龍葵生長(zhǎng)的影響

生物量是直接反映植物生長(zhǎng)情況的一個(gè)重要指標(biāo)。由圖1可看出，檸檬酸、蘋果酸和酒石酸對(duì)龍葵單株生物量的影響有所差異。添加檸檬酸后，龍葵單株生物量隨著檸檬酸添加量的增大逐漸減少，檸檬酸添加量為2.5 mmol/kg時(shí)龍葵單株生物量最高，較CK顯著增加6.75%（P<0.05，下同），而檸檬酸添加量為5.0、7.5和10.0 mmol/kg時(shí)，龍葵單株生物量分別較CK顯著降低5.15%、17.75%和23.00%。添加蘋果酸后，龍葵單株生物量隨蘋果酸添加量的變化趨勢(shì)與檸檬酸相同，但各處理單株生物量均顯著低于CK，降幅分別為15.00%、16.35%和25.00%。添加酒石酸后，龍葵單株生物量呈先增加后減少的變化趨勢(shì)，各處理均顯著低于CK，降幅分別為6.50%、5.50%和9.00%。單一有機(jī)酸的添加量≤5.0 mmol/kg時(shí)，龍葵單株生物量表現(xiàn)為檸檬酸>酒石酸>蘋果酸;添加量為7.5 mmol/kg時(shí)，則表現(xiàn)為酒石酸>檸檬酸>蘋果酸，總體來看，添加不同有機(jī)酸后龍葵單株生物量表現(xiàn)為酒石酸>檸檬酸>蘋果酸。檸檬酸分別與蘋果酸、酒石酸復(fù)合添加后，龍葵單株生物量比單獨(dú)添加10.0 mmol/kg檸檬酸（10N）時(shí)顯著增加4.87%～27.60%;與CK相比，除2.5N+7.5J處理龍葵單株生物量無顯著差異外（P>0.05，下同），其他復(fù)合處理的龍葵單株生物量較CK顯著減少10.00%～19.25%。

2. 2 低分子有機(jī)酸對(duì)龍葵吸收Cd的影響

2. 2. 1 低分子有機(jī)酸對(duì)龍葵不同部位Cd含量的影響 不同低分子有機(jī)酸對(duì)龍葵根、莖、葉和果實(shí)中Cd含量的影響存在差異。由圖2可看出，隨著檸檬酸添加量的增大，龍葵根、莖和果實(shí)中的Cd含量整體上呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，其中根和莖中的Cd含量在添加量為5.0 mmol/kg時(shí)達(dá)最大值，分別為0.94和1.45 mg/kg，較CK分別顯著增加5.62%和10.69%，莖中Cd含量雖在檸檬酸添加量為10.0 mmol/kg時(shí)略有升高，但仍低于5.0 mmol/kg時(shí)的Cd含量;果實(shí)中的Cd含量在檸檬酸添加量為7.5 mmol/kg時(shí)達(dá)最大值，為0.72 mg/kg，且較CK顯著降低7.70%;龍葵葉中Cd含量隨檸檬酸添加量的增大逐漸升高，較CK增幅為14.14%～40.91%，檸檬酸添加量為10.0 mmol/kg時(shí)達(dá)最大值。隨著蘋果酸添加量的增大，龍葵根、莖、葉和果實(shí)中的Cd含量均呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，且在添加量為5.0 mmol/kg時(shí)達(dá)最大值，分別為1.08、2.00、6.65和1.03 mg/kg，達(dá)CK的1.21、1.53、1.68和1.32倍。添加酒石酸后，龍葵根和果實(shí)中的Cd含量先降低后升高，添加量為5.0 mmol/kg時(shí)Cd含量最低，但與CK相比仍增加5.62%和2.56%;莖和葉中的Cd含量則隨酒石酸添加量的增大逐漸降低，各處理Cd含量較CK均顯著增加，增幅分別為36.64%～47.33%和34.10%～59.10%。添加復(fù)合有機(jī)酸均能顯著促進(jìn)龍葵莖和葉對(duì)Cd的吸收，莖和葉中Cd含量分別在2.5N+7.5J和2.5N+7.5P處理達(dá)最大值，為1.70和5.17 mg/kg;龍葵根部Cd含量在復(fù)合有機(jī)酸5N+5P和2.5N+7.5J處理時(shí)顯著高于CK，分別為0.91和0.94 mg/kg，其他處理的根部Cd含量均顯著低于CK;果實(shí)中的Cd含量表現(xiàn)為5N+5P和7.5H+7.5P處理顯著低于CK，其他復(fù)合酸處理與CK差異不顯著?？傮w看來，不同有機(jī)酸處理后，龍葵根、莖、葉和果實(shí)中的Cd含量均表現(xiàn)為葉>莖>根>果實(shí)，說明添加有機(jī)酸可促進(jìn)土壤中的Cd通過根部向莖、葉輸導(dǎo)，果實(shí)對(duì)Cd也有一定吸收，且促進(jìn)作用大小為蘋果酸>酒石酸>檸檬酸，其中，5.0 mmol/kg蘋果酸的促進(jìn)作用最大，其次是2.5 mmol/kg酒石酸。檸檬酸與蘋果酸、酒石酸復(fù)合處理能在一定程度上促進(jìn)龍葵對(duì)Cd的吸收，但總體效果低于單一有機(jī)酸處理。

2. 2. 2 低分子有機(jī)酸對(duì)龍葵植株Cd累積量的影響 龍葵植株Cd累積量是根、莖、葉和果實(shí)中Cd含量與龍葵生物量的乘積，能最直觀地反映植物修復(fù)效果。隨著檸檬酸添加量的增大，龍葵植株Cd累積量逐漸減小，添加量為2.5和5.0 mmol/kg時(shí)，Cd累積量較CK顯著增加16.18%和13.98%;而添加量為7.5和10.0 mmol/kg時(shí)較CK降低3.15%和5.39%。蘋果酸添加量為2.5和5.0 mmol/kg時(shí)，龍葵植株Cd累積量較CK顯著增加11.54%和29.72%;添加量為7.5 mmol/kg時(shí)龍葵植株Cd累積量低于CK，但無顯著性差異。隨著酒石酸添加量的增大，龍葵植株Cd累積量逐漸增加，較CK分別顯著增加36.42%、23.53%和19.36%。添加復(fù)合有機(jī)酸后，5N+5P和2.5N+7.5J處理的龍葵植株Cd累積量較CK顯著增加6.50%和8.08%，其余復(fù)合處理則均低于CK。整體來看，添加2.5 mmol/kg酒石酸和5.0 mmol/kg蘋果酸對(duì)龍葵植株Cd累積量的影響最明顯。

2. 3 低分子有機(jī)酸對(duì)土壤Cd富集能力的影響

植物地上部和根部重金屬含量的比值為轉(zhuǎn)移系數(shù)，反映重金屬由地下部分向地上部分轉(zhuǎn)移的能力（劉萍等，2012），轉(zhuǎn)移系數(shù)越大，說明植物從根系向地上部分轉(zhuǎn)移重金屬的能力越強(qiáng)。植物體內(nèi)重金屬與土壤重金屬含量的比值為富集系數(shù)，反映重金屬在植物體內(nèi)的富集能力，也是評(píng)價(jià)超積累植物的關(guān)鍵指標(biāo)之一（周啟星和宋玉芳，2004）。由表1可知，不同有機(jī)酸處理對(duì)龍葵Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)的影響存在差異。與CK相比，不同有機(jī)酸處理對(duì)龍葵Cd的轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)均具有促進(jìn)作用，3種單一有機(jī)酸處理的轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)整體表現(xiàn)為蘋果酸>酒石酸>檸檬酸。添加檸檬酸后，龍葵Cd的轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)分別較CK增加8.71%～35.30%和8.84%～22.88%。添加蘋果酸后，龍葵Cd的轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)分別較CK增加32.50%～49.48%和31.23%～55.08%。添加酒石酸后，龍葵Cd的轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)分別較CK增加6.79%～37.96%和30.75%～45.88%。檸檬酸與蘋果酸、酒石酸復(fù)合處理后，轉(zhuǎn)移系數(shù)較CK分別提高18.02%～28.36%和5.47%～18.46%，富集系數(shù)分別較CK提高8.84%～19.25%和4.96%～10.65%。由此可知，添加有機(jī)酸均在一定程度上提高了龍葵Cd從地下部分向地上部分的轉(zhuǎn)移和富集能力，其中復(fù)合有機(jī)酸處理的轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)均低于添加10.0 mg/kg檸檬酸處理（10N）。由此看出，添加低分子有機(jī)酸能在一定程度上強(qiáng)化龍葵對(duì)貴州黃壤中Cd的富集作用，其中蘋果酸添加量為5.0 mmol/kg的富集系數(shù)最大，達(dá)12.81。

3 討論

生物量是直接反映重金屬脅迫下植物生長(zhǎng)狀況的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一（黃蘇珍等，2008）。本研究中，添加不同濃度的檸檬酸、蘋果酸和酒石酸后，龍葵單株生物量整體上呈降低趨勢(shì)，且除低濃度檸檬酸（2.5 mmol/kg）處理外，其他處理的龍葵單株生物量均低于CK，與包姣等（2012）研究發(fā)現(xiàn)低濃度有機(jī)酸對(duì)煙草生長(zhǎng)有一定促進(jìn)作用，而進(jìn)一步提高用量則對(duì)煙草生長(zhǎng)有抑制作用的結(jié)果相似，推測(cè)其原因可能是有機(jī)酸在一定濃度范圍內(nèi)能降低土壤pH，提高土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的有效性，對(duì)植物生長(zhǎng)具有一定的刺激作用;但有機(jī)酸濃度過高則會(huì)導(dǎo)致植物過量吸收有機(jī)酸而產(chǎn)生脅迫反應(yīng)，干擾其對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，從而對(duì)植物生長(zhǎng)表現(xiàn)出抑制作用（Vassil et al.，2004）。

有機(jī)酸能與重金屬形成五元或六元環(huán)狀結(jié)構(gòu)（朱艷霞等，2006），這種結(jié)構(gòu)在一定程度上能提高土壤中重金屬的活性，從而增加土壤中重金屬的遷移性而更易被植物吸收（廖敏和黃昌勇，2002;胡浩等，2008）。穩(wěn)定性越高的有機(jī)絡(luò)合物越容易從污染土壤中去除（Gheju and Stelescu，2013），檸檬酸、酒石酸和蘋果酸與土壤中Cd形成絡(luò)合物的穩(wěn)定常數(shù)分別為3.15、2.80和2.36（劉桂華等，2018）。本研究發(fā)現(xiàn)，檸檬酸、蘋果酸和酒石酸能強(qiáng)化龍葵根、莖、葉和果實(shí)對(duì)Cd的吸收，表現(xiàn)為蘋果酸>酒石酸>檸檬酸，與3種有機(jī)酸絡(luò)合物的穩(wěn)定系數(shù)不完全一致，原因可能是3種有機(jī)酸均為弱質(zhì)子酸，三者能提供的H+程度為檸檬酸>酒石酸>蘋果酸，因此添加檸檬酸后土壤pH最低，其次為酒石酸和蘋果酸（詹淑威等，2015），但低pH環(huán)境下有機(jī)酸會(huì)顯著抑制植物對(duì)土壤Cd的吸收（廖敏，2000;王學(xué)鋒等，2006），導(dǎo)致檸檬酸處理對(duì)龍葵Cd吸收的促進(jìn)作用小于蘋果酸和酒石酸。添加檸檬酸、酒石酸和蘋果酸后，與CK相比，龍葵對(duì)Cd的轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)均有所提高，且促進(jìn)作用表現(xiàn)為蘋果酸>酒石酸>檸檬酸，這也與上述3種有機(jī)酸提供H+程度不同，龍葵對(duì)土壤中Cd吸收有所不同相一致。

本研究結(jié)果表明，隨著蘋果酸和檸檬酸添加量的增大，龍葵根、莖、葉和果實(shí)中的Cd含量呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，龍葵各部位Cd濃度高低依次表現(xiàn)為葉>莖>根>果實(shí)，說明龍葵地上部的葉和莖是吸收Cd的主要部位，與李志賢等（2017）研究表明龍葵地上部Cd累積量均顯著高達(dá)龍葵地下部Cd累積量的10～15倍的結(jié)果相似。龍葵在2.5 mmol/kg檸檬酸處理下生物量達(dá)最大值，但龍葵對(duì)Cd累積的最大值并非出現(xiàn)在該處理，而是在2.5 mmol/kg酒石酸處理下達(dá)最大值。因此，植物對(duì)Cd修復(fù)效率的關(guān)鍵主要取決于其植株生物量與吸收Cd含量的平衡點(diǎn)，使兩者乘積最大化。同時(shí)，實(shí)際修復(fù)中對(duì)龍葵枯葉及時(shí)清理收集和刈割，則有利于防止葉中重金屬重新進(jìn)入土壤，提高龍葵富集Cd的能力，進(jìn)而提高植物修復(fù)效率（裴昕等，2007;Komaek et al.，2008）。

4 結(jié)論

添加適當(dāng)濃度的檸檬酸、蘋果酸和酒石酸均能提高龍葵各部位對(duì)Cd的吸收及土壤Cd從地下向地上部轉(zhuǎn)移的能力，促進(jìn)龍葵對(duì)Cd的轉(zhuǎn)移和富集，龍葵不同部位富集量表現(xiàn)為葉>莖>根>果實(shí)。其中添加5.0 mmol/kg蘋果酸時(shí)，龍葵對(duì)Cd的累積量相對(duì)較高且富集系數(shù)最大，對(duì)土壤中Cd的植物修復(fù)效果最好。

參考文獻(xiàn)：

包姣，韋惠琴，趙秀蘭. 2012. 低分子量有機(jī)酸強(qiáng)化煙草修復(fù)鎘污染土壤的適用性研究[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，26（2）：265-270. [Bao J，Wei H Q，Zhao X L. 2012. Feasibility of low molecular weight organic acids in enhancing phytoextraction of cadmium from soils with tobacco（Nicotiana tabacum L.）[J]. Journal of Soil and Water Conservation，26（2）：265-270.]

鮑士旦. 2008. 土壤農(nóng)化分析[M]. 第三版. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社. [Bao S D. 2008. Soil agrochemical analysis[M]. The 3rd Edition. Beijing： China Agriculture Press.]

崔明陽，何騰兵，王道平，方慧，林昌虎. 2017. 貴州黃壤、石灰土的重金屬吸附解吸特性[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，17（29）：212-219. [Cui M Y，He T B，Wang D P，F(xiàn)ang H，Lin C H. 2017. Adsorption and desorption characteristics for heavy metals of yellow soil lime soil in Guizhou Pro-vince[J]. Science Technology and Engineering，17（29）：212-219.]

郭暉，靳筠，莊靜靜. 2019. 3種水生植物鉛積累及運(yùn)移差異性研究[J]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，53（2）：227-235. [Guo H，Jin J，Zhuang J J. 2019. A study on Pb enrichment and transfer characteristics in three aquatic plants[J]. Journal of Henan Agricultural University，53（2）：227-235.]

郭艷杰，李博文，謝建治，金美玉，楊華. 2008. 潮褐土施用有機(jī)酸對(duì)油菜吸收Cd Zn Pb的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，27（2）：472-476. [Guo Y J，Li B W，Xie J Z，Jin M Y，Yang H. 2008. Effect of organic acids on Cd Zn Pb absorption of rape in meadow cinnamon soil[J]. Journal of Agro-Environment Science，27（2）：472-476.]

胡浩，潘杰，曾清如，馬云龍，劉小燕. 2008. 低分子有機(jī)酸淋溶對(duì)土壤中重金屬Pb Cd Cu和Zn的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，27（4）：1611-1616. [Hu H，Pan J，Zeng Q R，Ma Y L，Liu X Y. 2008. The effects of soil leaching with low molecular weight organic acids on Pb，Cd，Cu and Zn[J]. Journal of Agro-Environment Science，27（4）：1611-1616.]

胡妮，陳柯罕，李取生，徐智敏，郭世鴻，余丹萍，羅濤. 2016. 鹽脅迫下莧菜品種有機(jī)酸變化對(duì)Cd累積和耐鹽性的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，35（5）：858-864. [Hu N，Chen K H，Li Q S，Xu Z M，Guo S H，Yu D P，Luo T. 2016. Effects of salinity-inducted organic acid variation on Cd accumulation and salinity tolerance of edible amaranth[J]. Journal of Agro-Environment Science，35（5）：858-864.]

黃蘇珍，原海燕，孫延?xùn)|，韓玉林. 2008. 有機(jī)酸對(duì)黃菖蒲鎘、銅積累及生理特性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，27（7）：1181-1186. [Huang S Z，Yuan H Y，Sun Y D，Han Y L. 2008. Effects of applying organic acidson Cd and Cu accumulation and physiological characteristics of Iris pseudacorus L.[J]. Chinese Journal of Ecology，27（7）：1181-1186.]

蔣萍萍，俞果，姚詩音，劉杰，雷玲，游少鴻，陳喆，程艷. 2019. 不同螯合劑強(qiáng)化青葙修復(fù)土壤鎘污染的效應(yīng)[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，50（11）：2443-2449. [Jiang P P，Yu G，Yao S Y，Liu J，Lei L，You S H，Chen Z，Cheng Y. 2019. Remediation effects on cadmium contaminated soil by different chelating agents enhanced Celosia argentea Linn.[J]. Journal of Southern Agriculture，50（11）：2443-2449.]

李志賢，馮濤，陳章，陳國(guó)梁，陳遠(yuǎn)其，向言詞，劉慶龍，劉順. 2017. 鎘脅迫對(duì)龍葵鎘的吸收積累及生理響應(yīng)的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，31（5）：328-333. [Li Z X，F(xiàn)eng T，Chen Z，Chen G L，Chen Y Q，Xiang Y C，Liu Q L，Liu S. 2017. Effects of different levels Cd stress on Cd uptake and physiological response of Solanum nigrum L. [J]. Journal of Soil and Water Conservation，31（5）：328-333.]

廖敏，黃昌勇. 2002. 黑麥草生長(zhǎng)過程中有機(jī)酸對(duì)鎘毒性的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，13（1）：109-112. [Liao M，Huang C Y. 2002. Effects of organic acids on the toxicity of cadmium during ryegrass growth[J]. Chinese Journal of App-lied Ecology，13（1）：109-112.]

廖敏. 2000. 存在有機(jī)酸時(shí)pH對(duì)鎘毒害土壤微生物生物量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，19（4）：236-238. [Liao M. 2000. Effects of pH on toxicity of cadmium towards soil microbial biomass in the presence of organic acids[J]. Agro-Environmental Protection，19（4）：236-238.]

劉桂華，敖明，柴冠群，任婧，秦松，范成五. 2018. 低分子有機(jī)酸對(duì)貴州黃壤中鎘釋放及形態(tài)的影響[J]. 土壤通報(bào)，49（6）：1473-1479. [Liu G H，Ao M，Chai G Q，Ren J，Qin S，F(xiàn)an C W. 2018. Effects of organic acids with low molecular weight on the extraction and fractionations of cadmium in yellow soil of Guizhou[J]. Chinese Journal of Soil Science，49（6）：1473-1479.]

劉萍，翟崇治，余家燕，鮑雷，劉偉. 2012. Cd、Pb復(fù)合污染下檸檬酸對(duì)龍葵修復(fù)效率及抗氧化酶的影響[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào)，6（4）：1387-1392. [Liu P，Zhai C Z，Yu J Y，Bao L，Liu W. 2012. Effect of citric acid on remediation efficiency and antioxidant enzyme of Solanum nigrum L. under Cd and Pb combined pollution[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering，6（4）：1387-1392.]

馬俊俊，吳炯，祖艷群，陳建軍. 2020. 不同螯合劑對(duì)香石竹（Dianthus caryophyllus）修復(fù)鎘污染土壤的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，32（7）：57-64. [Ma J J，Wu J，Zu Y Q，Chen J J. 2020. Effects of chelating agents on remediation of cadmium-contaminated soil by Dianthus caryophyllus[J]. Acta Agriculturae Jiangxi，32（7）：57-64.]

馬良，秦余麗，蔡璐瑤，張愛平，陳宏. 2017. 小分子有機(jī)酸誘導(dǎo)野莧菜修復(fù)Pb污染土壤[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào)，11（6）：3861-3865. [Ma L，Qin Y L，Cai L Y，Zhang A P，Chen H. 2017. Wild amaranth remediation of Pb contaminated soil on induction of small molecular organic acid[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering，11（6）：3861-3865.]

潘麗萍，張鵬，方培結(jié)，楊惟薇，胡清菁，顧明華，張超蘭. 2014. 不同改良劑對(duì)劍麻累積土壤重金屬的影響[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，27（4）：1632-1636. [Pan L P，Zhang P，F(xiàn)ang P J，Yang W W，Hu Q J，Gu M H，Zhang C L. 2014. Effe-ct of different amendments on heavy metals accumulation in sisa[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences，27（4）：1632-1636.]

裴昕，郭智，李建勇，張邁，奧巖松. 2007. 刈割對(duì)龍葵生長(zhǎng)和富集鎘的影響及其機(jī)理[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)科學(xué)版），25（2）：125-129. [Pei X，Guo Z，Li J Y，Zhang M，Ao Y S. 2007. Effects of cutting on regeneration and Cd- accumulation by Solanum nigrum L.[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University（Agricultural Science），25（2）：125-129.]

蘇炳林，孫夢(mèng)強(qiáng)，林加獎(jiǎng)，陳祖亮. 2019. 綠色合成納米氧化鐵對(duì)污染土壤中鎘的鈍化研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，39（3）：908-916. [Su B L，Sun M Q，Lin J J，Chen Z L. 2019. Immobilization of cadmium in soil by green synthesized iron oxide nanoparticles[J]. Acta Scientiae Circumstan-tiate，39（3）：908-916.]

孫正國(guó). 2015. 龍葵對(duì)鎘污染土壤的響應(yīng)及其修復(fù)效應(yīng)研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，43（10）：397-401. [Sun Z G. 2015. Response of Solanum nigrum to cadmium pollution in soil and its repair effects[J]. Jiangsu Agricultural Scien-ces，43（10）：397-401.]

王建樂，謝仕斌，涂國(guó)權(quán)，方戰(zhàn)強(qiáng). 2019. 多種材料對(duì)鉛鎘污染農(nóng)田土壤原位修復(fù)效果的研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，38（2）：325-332. [Wang J L，Xie S B，Tu G Q，F(xiàn)ang Z Q. 2019. Comparison of several amendments for in-situ remediation of lead-and cadmium-contaminated farmland soil[J]. Journal of Agro-Environment Science，38（2）：325-332.]

王學(xué)鋒，林海，馮穎俊，皮運(yùn)清，崔倩. 2006. EDTA、檸檬酸對(duì)Cd、Ni污染土壤植物修復(fù)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，25（6）：1487-1492. [Wang X F，Lin H，F(xiàn)eng Y J，Pi Y Q，Cui Q. 2006. Effects of EDTA and citric acid on phytoremediation of Cd and Ni contaminated soil[J]. Journal of Agro-Environment Science，25（6）：1487-1492.]

魏樹和，周啟星，王新. 2005. 超積累植物龍葵及其對(duì)鎘的富集特征[J]. 環(huán)境科學(xué)，26（3）：167-171. [Wei S H，Zhou Q X，Wang X. 2005. Cadmium-hyperaccumulator Solanum nigrum L. and its accumulating characteristics[J]. Environmental Science，26（3）：167-171.]

席梅竹，白中科，趙中秋. 2008. 重金屬污染土壤的螯合劑誘導(dǎo)植物修復(fù)研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)土壤與肥料，（5）：6-11. [Xi M Z，Bai Z K，Zhao Z Q. 2008. Advances on the study of chelate-enhanced phytoremediation for heavy metal contaminated soils[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China，（5）：6-11.]

邢丹，王永平，任婧，蘇丹，詹永發(fā)，韓世玉. 2015. 貴州典型土壤中Cd 形態(tài)分布及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，37（4）：743-748. [Xing D，Wang Y P，Ren J，Su D，Zhan Y F，Han S Y. 2015. Cd soeciation distribution and environmental risk assessment for typical Cd polluted soil in Guizhou Province[J]. Acta Agricuhurae Universitatis Jiangxiensis，37（4）：743-748.]

熊國(guó)煥，高建培，王宏鑌，潘義宏，焦鵬. 2011. 間作條件下螯合劑對(duì)龍葵和大葉井口邊草吸收重金屬的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，30（4）：666-676. [Xiong G H，Gao J P，Wang H B，Pan Y H，Jiao P. 2011. Effects of chelators on the uptake of heavy metals by Solanum nigrum and Pteris cretica var. Nervosa growing in an intercropping system[J]. Journal of Agro-Environment Science，30（4）：666-676.]

嚴(yán)蓮英，范成五，趙振宇，劉桂華，胡崗，秦松. 2017. 黔北輕污染耕地12種優(yōu)勢(shì)雜草重金屬含量及富集特征[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào)，26（10）：237-244. [Yan L Y，F(xiàn)an C W，Zhao Z Y，Liu G H，Hu G，Qin S. 2017. Heavy metal absorption and enrichment characteristics of dominant weed species naturally growing on farmland in Northern Guizhou[J]. Acta Prataculturae Sinica，26（10）：237-244.]

楊艷，汪敏，劉雪云，甄泉，儲(chǔ)玲，劉登義. 2007. 三種有機(jī)酸對(duì)Cd脅迫下油菜生理特性的影響[J]. 安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），30（2）：158-162. [Yang Y，Wang M，Liu X Y，Zhen Q，Chu L，Liu D Y. 2007. Effects of organic acids on the growth of rape under Cd stress[J]. Journal of Anhui Normal University（Natural Science），30（2）：158-162.]

詹淑威，潘偉斌，賴彩秀，吳儉. 2015. 外源有機(jī)酸對(duì)小飛揚(yáng)草（Euphorbia thymifolia L.）修復(fù)鎘污染土壤的影響[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào)，9（10）：5096-5102. [Zhan S W，Pan W B，Lai C X，Wu J. 2015. Effects of exogenous organic acids on phytoremediation of Cd-contaminated soil by Euphorbia thymifolia L.[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering，9（10）：5096-5102.]

周啟星，宋玉芳. 2004. 污染土壤修復(fù)原理與方法[M]. 北京：科學(xué)出版社. [Zhou Q X，Song Y F. 2004. Principles and methods of contaminated soil repair[M]. Beijing：Science Press.]

朱守晶，史文娟，揭雨成. 2018. 不同苧麻品種對(duì)土壤中鎘、鉛富集的差異[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，34（2）：320-326. [Zhu S J，Shi W J，Jie Y C. 2018. Variety difference in cadmium and lead accumulation by ramie（Boehmeria nivea） from soil[J]. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences，34（2）：320-326.]

朱艷霞，魏幼璋，葉正錢，楊肖娥. 2006. 有機(jī)酸在超積累植物重金屬解毒機(jī)制中的作用[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），34（7）：121-125. [Zhu Y X，Wei Y Z，Ye Z Q，Yang X E. 2006. Function of organic acids in heavy metal tolerance mechanism in hyperaccumulator[J]. Journal of Northwest A & F University（Natural Science Edition），34（7）：121-125.]

Gheju M，Stelescu I. 2013. Chelant-assisted phytoextraction and accumulation of Zn by Zea mays[J]. Journal of Environmental Management，128（15）：631-636.

Komaek M，Tlustos P，Szakova J，Chrastny V，EttlercV. 2008. The use of maize and poplar in chelant-enhanced phytoextraction of lead from contaminated agricultural soils [J]. Chemosphere，67（4）：640-651.

Singh B R，Gupta S K，Azaizeh H，Shilev S，Sudre D，Song W Y，Martinoia E，Mench M. 2011. Safety of food crops on land contaminated with trace elements[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture，91（8）：1349-1366.

Susarla S，Medina V F，Mccutcheon S C. 2002. Phytoremediation：An ecological solution to organic chemical contamination[J]. Ecological Engineering，18（5）：647-658.

Vassil A D，Kapulnik Y，Raskin L，Salt D E. 2004. The role of EDTA in lead transport and accumulation by Indian mustard[J]. Plant Physiology，117（2）：447-453.

Zhang X Y，Chen D M，Zhong T Y，Zhang X M，Cheng M，Li X H. 2015. Assessment of cadmium（Cd） concentration in arable soil in China[J]. Environmental Science and Pollution Research，22（7）：4932-4941.

（責(zé)任編輯 王 暉）

收稿日期：2019-11-06

基金項(xiàng)目：貴州省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（黔科合支撐〔2017〕2577，黔科合支撐〔2019〕2368號(hào)）;貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年基金項(xiàng)目（黔農(nóng)科院青年基金〔2017〕13號(hào)）

作者簡(jiǎn)介：*為通訊作者，范成五（1977-），副研究員，主要從事農(nóng)業(yè)資源利用與環(huán)境研究工作，E-mail：gzfcw@163.com。劉桂華（1989-），主要從事農(nóng)業(yè)環(huán)境重金屬污染治理研究工作，E-mail：740768802@qq.com