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(tài)安全研究院，云南 昆明 650091；2.云南大學生態(tài)與環(huán)境學院，云南 昆明 650091； 3.云南省高原山地生態(tài)與退化環(huán)境修復重點實驗室，云南 昆明 650091)

2014 年4月17日原環(huán)境保護部和原國土資源部發(fā)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(xiàn)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(huán)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(fā)現(xiàn)的超富集植物多源于一些環(huán)境苛刻地區(qū)[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(huán)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(huán)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(qū)3種Cd中低污染土壤的野外環(huán)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(qū)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(wěn)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(yǎng)，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(jié)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(fā)射光譜法測定Cd含量。

2 結果與討論

2.1 野外環(huán)境中天綠香的Cd富集特征

不同野外環(huán)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(fā)現(xiàn)天綠香食用部分Cd含量超標。由此表明，天綠香在野外環(huán)境中能對Cd進行富集。

表2 野外環(huán)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(huán)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(huán)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(huán)境中雖沒有達到Cd富集植物水平，但已表現(xiàn)出較強的Cd富集能力。

表3 野外環(huán)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)的天綠香雖然Cd富集能力沒有Cd超富集植物強，但也表現(xiàn)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(yōu)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(xiàn)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)，在荒地、樹木園和生活區(qū)等野外環(huán)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?？梢?，天綠香在野外環(huán)境下表現(xiàn)出較強的Cd富集能力。

(2) 進一步進行室內盆栽實驗發(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)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。