全 文 ：EDTA对白茅和 草吸收土壤重金属的影响
施晓东1 ,2 , 常学秀2 , 彭 丽2 , 赵常友1 , 刘潮1
　(1.曲靖师范学院生物资源与环境科学学院 ,云南曲靖 655011;2.云南大学生命科学学院 ,云南昆明 650091)
摘要　[目的]探索采用生物与化学相结合对重金属污染土壤进行人工修复的最佳方法。[方法]以污染区采集的白茅和 草种子为试
材 ,采用温室盆栽法研究在不同浓度梯度的 EDTA(1、3、5、10、15 mmol/L)调控下白茅和 草对土壤中Cd、Zn、Pb积累的影响。[ 结果]调控
剂EDTA不同程度地增加了白茅和 草对土壤重金属的吸收 ,提高了植物对污染土壤的净化率。不同植物对不同土壤重金属污染元素
的净化需要不同 EDTA浓度调控。采用 3 mmol/L EDTA 调控时白茅对土壤Cd、Zn污染的净化率最高 , 分别为 0.226%和 0.305%;15
mmol/L EDTA调控时对土壤 Pb污染的净化率最高(0.047%)。采用 10 mmol/L EDTA调控时 草对 Zn和 Pb净化率最大 ,分别为 0.305%
和 0.042%;15 mmol/L EDTA调控时对Cd净化率最大(0.211%)。[结论]修复土壤Cd、Zn、Pb污染的最佳方法是 草+10 mmol/ L EDTA。
关键词　白茅;草;EDTA;重金属污染;土壤净化率
中图分类号　X173　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2008)27-11995-02
Effect of EDTA on Absorption of Imperata cylindrica L.and Scirpus triqueter L.on HeavyMetal in Soil
SHI Xiao-dong et al　(College of Biological Resources and Environmental Science, Qujing Normal Univesity ,Qujing , Yunnan 655011)
Abstract　[ Objective] The study aimed to explore the optimum method of combining biology and chymistry to artificially repair the soil polluted by heavy
metal.[ Method] In the pot test in greenhouse ,with the Imperata cylindrica and Scirpus tripueter seeds selected in polluted area as tested materials , the ef-
fect of I.cylindrica and S.tripueter under regulation of EDTA with different concn.(1, 3 , 5 ,10 , 15 mmol/ L)on the accumulation of Cd , Zn , and Pb in soil.
[ Result] The regulation agent EDTA increased the absorption of I.cylindrica and S.tripueter on heavy metal in soil to different degree and enhanced the
purification rate of plant on polluted soil.The purification of different polluted heavy metal element in soil by different plant needed regulation of EDTA
with different concn.With the regulation of EDTA at 3 mmol/L , I.cylindrica had highest purification rate(0.226% and 0.305%, resp.)on the pollution
of Cd , Zn in soiland with EDTA at 15 mmol/ L, I.cylindrica had highest purification rate(0.047%)on the pollution of Pb in soil.With the regulation of
EDTA at 10 mmol/ L, S.triqueter had highest purification rate(0.305% and 0.042 %resp.)on the polution of Zn and Pb and with EDTA at 15 mmol/L ,
S.triqueter had highest purification rate(0.211%)on the pollution of Cd in soil.[ Conclusion] The best method of restoring soil polluted by Cd , Zn andPb
was S.triqueter plus EDTA at 10 mmol/ L.
Key words　Imperata cylindrical;Scrirpus triqueter;EDTA;Heavy mental;Soil purifying rate
基金项目　云南省教育厅科学研究基金项目(06Y133B);曲靖师范学
院研究基金项目(0513906)。
作者简介　施晓东(1965-),男 ,云南曲靖人 ,硕士 ,副教授 , 从事污染
生态学研究。
收稿日期　2008-09-01
　　土壤重金属污染对生态系统的结构和功能以及人类健
康 、发展都构成直接的威胁[ 1] 。重金属污染土壤治理常规方
法多采用物理或化学法 ,不仅治理费用昂贵 ,难以大规模改
良 ,而且常常导致土壤结构破坏 、土壤生物活性下降和土壤
肥力退化[ 1] 。植物提取修复是一项新兴的 、绿色的 、环境友
好和廉价的污染治理方法 ,尤其符合人类可持续发展的最终
目标[ 2] 。但所用超积累植物通常生长缓慢 ,植株矮小 ,地上
部分生物量小 ,修复重金属污染土地需时太长 ,这是目前限
制超积累植物大规模应用于植物修复的主要原因[ 3] 。研究
表明 ,通过人工强化措施可增强一些植物对重金属的积累
量 ,从而提高植物修复效果[ 4-12] 。笔者采用不同浓度的 ED-
TA 对白茅和 草积累重金属的调控进行研究 ,目的是为重
金属污染土壤的人工修复探索生物与化学相结合的新方法。
1　材料与方法
1.1　材料　云南会泽铅锌矿具有 70多年的开采与冶炼历
史 ,冶炼矿渣堆放在厂西北角距厂 200m形成小山 ,称为黑沙
山。野生白茅(Imperata cylindrica L.)和 草(Scirpus triqueter
L.)是厂区附近的两个共优种。种子成熟期 ,在黑沙山附近
均匀布置采样点 ,取 6个样地 ,每个样地取 6个 50 cm×50 cm
样方 ,采集 0～ 15 cm污染土壤并充分混合均匀。4分法将 65
kg土样带回实验室。随机采取少量污染土壤进行常规理化
分析 ,大量土壤过 2 mm筛后用于温室盆栽调控试验。采集
污染区白茅和 草种子 ,用于盆栽调控试验。采集污染区白
茅和 草地上部分 ,用于材料分析试验。调控剂为人工合成
的螯合剂EDTA(分析纯)。
1.2　试验设计　将污染土样风干 ,过 2 mm筛。取 20 cm×15
cm 的塑料花盆 ,分别装入上述土壤 2 kg待用;白茅和 草种
子用 0.5%高锰酸钾溶液分别浸种 1 h后冲洗 ,浸种 8 h ,在
培养箱(25±1)℃暗培养 ,待种子萌发露白后 ,选择生长均匀
植株 ,白茅每盆 15株 , 草每盆 20株均匀种植在昆明植物园
温室大棚塑料花盆中。花盆底部用塑料碟防止水分渗漏 。
植株生长 7 d后 ,浇不同浓度的EDTA 溶液 ,EDTA 浓度分别
为 1、3、5、10、15 mmol/L ,平均每次 100 ml左右 , 10次共 1 000
ml 。每个梯度 3个平行。同时作空白对照。种植 3个月 ,用
剪刀从植株根部剪取植物地上部分称重即为鲜重;植物在烘
箱中 80 ℃干燥 24 h ,称得干重。粉碎待测Cd 、Zn 、Pb含量。
1.3　样品测定方法
(1)土壤 pH值采用电位法测定 ,速效 N采用扩散法测
定[ 5] ;土壤全N采用半微量凯氏定N法测定;土壤速效P采
用双酸浸提钼锑抗比色法测定;土壤全P采用硫酸-高氯酸
溶解钼锑比色法测定;土壤有机质采用重铬酸钾氧化-外加
热法测定;土壤含水量采用烘干法测定[ 13] ;土壤重金属 Cd 、
Zn、Pb总态 、有效态含量和植物地上部分 Cd、Zn、Pb含量用原
子吸收法测定 。
(2)净化率即植物对重金属污染土壤的修复效率。净化
率与植物富集的重金属量(萃取量)、植物单位干重积累的重
金属量(mg/kg)、样品测定重金属浓度之间的关系如下:净化
率=植物富集重金属量(mg)/土壤重金属有效态(mg)×
100%;植物富集重金属量(mg)=植物单位干重积累的重金
属量(mg/kg)×植物干重(kg);植物单位干重积累的重金属
安徽农业科学 , Journal of Anhui Agri.Sci.2008, 36(27):11995-11996, 12060　　　　　　　　　　　　　　责任编辑　孙红忠　责任校对　况玲玲
DOI :10.13989/j.cnki.0517-6611.2008.27.039
量(mg/kg)=样品测定重金属浓度(mg/L)×定容体积(L)/用
于测定的植物样品重(kg);净化倍率=植物在某 EDTA 浓度
下对某元素的净化率/该植物在自然条件下的净化率。
1.4　数据处理方法　试验数据用 SPSS统计与作图。
2　结果与分析
2.1　土壤样品理化性质测定结果　土壤 pH值 5.85±0.28 ,
属酸性土;土壤含水量(24.52±2.01)%;有机质含量(25.4±
3.2)g/kg;土壤Cd 、Zn、Pb 、N 、P含量测定结果见表 1 。
　　参照国家土壤环境质量标准[ 7] ,对照表 1可见 ,试验土
壤的 Cd、Zn、Pb严重超过国家三级标准 ,为 Cd 、Zn 、Pb严重污
染土壤。
2.2　植物样品 Cd 、Zn 、Pb含量测定结果　由表 2可见 ,白茅
表1　土壤全态、有效态 Cd、Zn、Pb、N、P含量测定结果
Table 1　The determination results of total and available Cd , Zn , Pb , N and P in soil mg/ kg
项目 Item Cd Zn Pb N P
全态 Total state 4.28±1.18 3 773.11±111.86 2 173.89±77.49 1 025±196 568.0±91.0
有效态 Available state 25.47±1.64 2 669.81±175.97 1 157.58±87.25 568±31 46.7±1.9
和 草对Cd、Zn、Pb都有积累 ,但是积累量存在差异。白茅
对Cd的积累大于 草;草对 Zn、Pb 的积累大于白茅。
表2　植物样品 Cd、Zn、Pb含量
Table 2　The content of Cd , Zn and Pb in plant samples　mg/ kg
植物 Plants Cd Zn Pb
白茅 22.350±0.654 2 617.694±18.503 26.717±1.815
I.cylindrica草 8.210±1.575 4 871.165±146.790 39.223±5.985
S.triqueter
2.3　不同浓度 EDTA处理试验结果
2.3.1　不同浓度 EDTA 对 Cd、Zn、Pb在植物中积累的影响。
由图 1～ 3可见 ,低浓度的 EDTA(0 ～ 3mmol/L)可促进白茅对
Cd 、Zn 的积累 ,达极显著相关水平(r 分别为 0.886＊＊ 、
0.812＊＊);随着浓度的提高 ,白茅积累的 Cd、Zn减少 , 达到极
显著相关水平(r分别为-0.609＊＊、-0.840＊＊)。而白茅对Pb
的积累则随着EDTA浓度的增加而增加(r为 0.921＊＊)。
　　 草对Cd、Zn、Pb的积累随着EDTA 浓度的增加而增加 ,
达到极显著相关(r分别为 0.961＊＊ 、0.962＊＊、0.967＊＊)。
从图 1～ 3还可看出 ,白茅对 Cd 、Zn的积累与对Pb的积
累存在很大的差异;而 草则没有差异。在中高浓度的ED-
TA 调控下 , 草对 Cd、Zn 、Pb的积累比白茅高。
图1　不同浓度 EDTA处理植物对Cd的积累
Fig.1　The accumulation of Cd in plants un-
der EDTA treatment at different con-
centrations
图2　不同浓度EDTA处理植物对 Zn的积累
Fig.2　The accumulation of Zn in plants un-
der EDTA treatment at different con-
centrations
图 3　不同浓度 EDTA处理植物对Pb的积累
Fig.3　The accumulation of Pb in plants un-
der EDTA treatment at different con-
centrations
图4　不同浓度 EDTA处理植物对 Cd的净
化率
Fig.4　Purification rate of plants under EDTA
treatment at different concentrations to
Cd
图 5　不同浓度 EDTA处理植物对 Zn 的净
化率
Fig.5　Purification rate of plants under EDTA
treatment at different concentrations to
Zn
图 6　不同浓度 EDTA处理植物对 Pb的净
化率
Fig.6　Purification rate of plants under EDTA
treatment at different concentrations to
Pb
(下转第 12060页)
11996 　　　　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2008年
花 、玉米 、烟草和甜菜是耗竭土地的作物 ,应当限制耕种并采
取销售限制 ,促使农户减少耕种作物的产量。这一法规对促
进土壤保护发挥了一定的作用 ,后来 1938年《农业调整法》将
这一做法吸收 ,以立法的形式确立了美国农业环境保护的基
本政策。
新政时期的农业立法为美国农业经济度过危机提供了
有效的制度保障 ,农业净收入从 1932年的 192 800万美元增
为 1935年的 460 500万美元;农产品价格与农民购买工业品
所付价格之比 ,以 1909～ 1914年平价期的比例为 100 ,从 1932
年的 58增加为 1935年的 88[ 6] 。农业抵押贷款开始下降 ,从
1930年的 963 077万美元降为 1935年 758 446万美元。农业
价格总体上有回升趋势 ,农民收入增多 ,农业又恢复活力 。
新政时期农业立法从最初的应急性立法向确立有长远
意义的农业经济制度立法转变 ,从最初的不成熟 、不完善逐
步成熟 、完善 ,并通过 1938年《农业调整法》确立了美国农业
立法上具有开创意义的价格支持 、补贴 ,常平仓和农作物保
险制度。新政时期的农业立法是美国农业立法史上的一个
转折点 ,它开启了政府干预农业经济的先河 ,使得农业成为
受保护和扶持的产业。它所规定的制度为后世农业立法创
造了先例 ,确立了美国当代农业立法的基本模式。
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(上接第 11996页)
2.3.2　不同浓度EDTA 调控白茅和 草对土壤中Cd、Zn 、Pb
污染的净化率。图 4 ～ 6反映了不同浓度 EDTA 处理的白茅
和 草对土壤Cd 、Zn、Pb污染的净化率变化情况 。在低浓度
(1～ 3 mmol/L)EDTA调控下 ,随着EDTA 浓度的增加 ,白茅对
土壤Cd、Zn污染的净化率逐渐增加(r 分别为 0.879、0.913);3
mmol/L EDTA处理时 ,土壤 Cd污染的净化率最高达0.226%,
Zn污染的净化率最高达 0.305% 。5～ 15 mmol/L EDTA调控
下 ,随着 EDTA浓度的增加 ,白茅对土壤Cd、Zn污染的净化率
逐渐减小(r 分别为-0.514 、-0.837)。白茅对土壤 Pb 污染
的净化率随 EDTA 浓度的增加而增加(r 为 0.916)。在 15
mmol/L EDTA 处理时 ,白茅对土壤Pb 污染的净化率最大达
0.047%。
　　随着EDTA 浓度的增加 , 草对土壤Cd、Zn 、Pb污染的净
化率逐渐增加 , r 分别为 0.946、0.713、0.945。在 15 mmol/L
EDTA 处理时 , 草对土壤 Cd 污染的净化率达最大
(0.211%);在 10 mmol/L EDTA 处理时 ,Zn 、Pb污染净化率达
最大(0.305%、0.042%)。
3　结论
(1)调控剂EDTA 不同程度地增加了白茅和 草对重金
属的吸收 ,使植物中重金属的含量都明显高于自然条件下的
植物 ,提高了植物对污染土壤的净化率 ,但还没有达到超积
累植物 1%的标准[ 3] 。
(2)不同浓度的 EDTA 对 2种植物积累不同的重金属存
在差异 ,因此 ,对不同的重金属污染 ,需要选择不同的植物和
不同的调控剂浓度。
(3)白茅+3 mmol/L EDTA ,Cd净化率达 0.226%,是白
茅未加调控剂的 2.57倍;Zn净化率达 0.305%,是白茅未加
调控剂的 3.11倍;Pb净化率达 0.015%,是白茅未加调控剂
的 6.63倍。 草+15 mmol/L EDTA ,Cd净化率达 0.211%,
是 草未加调控剂的 6.55倍;Zn净化率达 0.251%,是 草
未加调控剂的 1.37倍;Pb净化率达 0.042%,是 草未加调
控剂的 12.25倍 。
(4)白茅+15 mmol/L EDTA , Pb净化率达 0.047%,是白
茅未加调控剂的 20.37倍;Cd净化率达 0.146%,是白茅未加
调控剂的 1.66倍;Zn净化率达 0.185%,是白茅未加调控剂
的 1.88倍。 草+10 mmol/L EDTA ,Pb净化率达 0.042%,
是 草未加调控剂的 12.27倍;Cd净化率达 0.201%,是 草
未加调控剂的 6.24倍;Zn净化率达 0.305%,是 草未加调
控剂的 1.67倍 。
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12060 　　　　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2008年