全 文 ：2种强化措施辅助紫茉莉修复镉污染土壤研究
陈 杰　(西安科技大学地质与环境学院 ,陕西西安 710054)
摘要　[目的 ]通过 2种强化措施 ,提高紫茉莉的修复效率。 [方法]以紫茉莉为材料 , 实验室模拟受 Cd污染土壤 ,进行 90d盆栽试验 ,
同时采用 2种辅助强化手段(螯合及施肥),探讨重金属污染土壤的生物修复可行性。 [结果 ]当螯合剂 EDTA的浓度为 2.0 mmol/kg
时 ,紫茉莉对Cd的最大转移系数为 3.64,比对照增加了 97.83%;施加氮肥可以促进紫茉莉对Cd的吸收 ,使Cd的总吸收量比对照增加
了 73.65%。 [结论]螯合及施肥 2种强化措施提高了紫茉莉的修复能力。
关键词　重金属;土壤修复;紫茉莉;螯合剂;氮肥
中图分类号　X503.23　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2010)24-13205-02
ThePhytoremediationofMirabilisjalapaonCdHeavyMetalSoilsbyTwoReinforcedMethods
CHENJie　(DepartmentofGeographyandEnvironment, XianUniversityofScienceandTechnology, Xi an, Shaanxi710054)
Abstract　[ Objective] Thestudyaimedtoimprovetheeficiencyofrepairingthroughtwostrengtheningmeasures.[ Method] WithMirabilis
jalapaasmaterial, potculturetestswereconductedfor90daysandatthesametimetworeinforcedmeasures, chelatingandfertilizationwere
resortedinordertoexplorethebio-remediatefeasibilityofthesoilcontaminatedbyheavymetals.[ Result] Themaximaltransfercoeficientof
Cdwere3.64whenthedosageofthechelatingagentreached2.0mmol/kg, whichincreasedby97.83%incomparisonwiththecontroltests.
UnderthedosageofNH4Clat100mg/kg, Cdaccumulationintheshootthroughproperfertilizationincreasedby73.65% thanthecontrol
tests.[ Conclusion] Chelatingandfertilizationimprovedtheabilityofrepairing.
Keywords　Heavymetals;Soilremediation;Mirabilisjalapa;Chelatingagents;Nitrogenfertilization
作者简介　陈杰(1982-),男 ,陕西咸阳人 ,助理工程师 ,从事土壤重金
属植物修复研究。
收稿日期　 2010-05-04
　　污染土壤的修复问题已成为环境科学研究日益活跃的
领域 ,植物修复是近 20年发展起来的一项新兴的环境污染
治理技术 ,可应用于环境污染治理的很多方面 ,既可以净化
空气和水体 ,又可以清除土壤中的污染物。
19世纪 90年代 , EDTA被应用到植物提取修复技术中 。
人们对 EDTA强化植物吸收重金属的效果进行了广泛的研
究 ,其螯合诱导效果受多种因素影响 ,包括植物种类 、重金属
类型 、土壤中的重金属浓度 、土壤的理化性质以及 EDTA的
使用量等。Saret等 [ 1]认为存在于土壤溶液中的金属螯合物
被植物吸收后 ,可以被完全(Zn螯合物)或部分(Pb螯合物)
分解。Huang等 [ 2]发现 EDTA增加了植物体内 Pb含量 , Pb
从根部转运到地上部的量增加。 Wenzel等 [ 3]认为 EDTA以
游离态进入植物根部 ,与植物根中的重金属形成金属螯合
物 ,因此增强了重金属转运到地上部的能力 。
适量施用氮肥可显著提高植物的生物量 ,而不会降低植
物体内的重金属浓度 ,从而提高植物体内累积的重金属总
量 。Robinson等 [ 4]发现 ,施用氮肥可使镍超富集植物 Alys-
sumbertoloni的生物量提高 2倍 ,而不会降低其地上部镍含
量 。Kuli等 [ 4]研究表明 ,施入尿素可使莴苣 、黑麦草对铜 、
镉 、锌的累积量比对照显著升高。Liao等 [ 5]研究表明 ,适量
施用氮肥虽然不会促进蜈蚣草(Pterisvitaia)对砷的吸收和
转运 ,但由于其显著的增产作用 ,可使蜈蚣草体内砷累积量
提高 100% ～300%。
笔者通过在模拟重金属 Cd污染的土壤上种植重金属富
集型植物紫茉莉 ,研究施加不同浓度的螯合剂 EDTA以及施
加氮肥 2种强化措施对紫茉莉富集重金属的影响 ,考察此时
紫茉莉修复重金属污染土壤的效果 ,为植物修复技术净化土
壤提供理论依据。
1　材料与方法
1.1　材料　试验用原土采自西安科技大学校园内 ,周围无
污染源 ,是重金属未污染区 ,属于暖温带半湿润季风气候区 ,
无霜期 219～ 233d,年平均气温 13.6℃,年平均降水量 507.7 ～
719.8 mm,年平均湿度 69.6%,位于 N34′15, E108′55,土壤
类型以黄褐土 、褐土为主 。试验盆栽所需土壤均采自其表土
(0 ～ 20 cm),将采回的原土自然风干 ,剔除植物残体及碎石 ,
压碎研细 ,过 10目(孔径 2 mm)筛备用。
1.2　方法
1.2.1　螯合剂对紫茉莉修复作用的强化。试验地点设在西
安科技大学环境工程实验室内 ,设定土壤中 Cd投加浓度为
100mg/kg,投加的重金属形态为 CdCl2 · 2.5H2O,分析纯试
剂以固态加入到土壤中 ,充分混匀 ,平衡 30d后待用 ,同时设
置无 Cd空白对照(CK)。
修复作用试验于 2009年春开始 ,待紫茉莉幼苗长出 5 ～
6片叶子后移栽到上述处理土壤中。每盆 3棵 ,每个处理 3
次重复 。收获前 14 d向生长在 Cd污染土壤的植物根区土
壤中加入 EDTA(浓度为 2.0 mmol/kg),同时设置不投加螯
合剂的 Cd污染对照处理(Cd),浓度同上。
1.2.2　氮肥对紫茉莉修复作用的强化 。在上述试验地点 ,
同期盆栽紫茉莉于 100 mg/kg含 Cd污染土壤中 ,氮肥以
NH4Cl(分析纯)形式加入 100 mg/kg,设置不投加氮肥的 Cd
污染对照处理(Cd)及无 Cd空白对照(CK)。每盆 3棵 ,每个
处理 3次重复。根据盆中土壤缺水情况 ,不定期浇水(水中
为检测出 Cd),使土壤含水量保持在田间持水量的 80%
左右。
1.2.3　样品分析。收获的植物样分为根 、茎 、叶和籽实 4部
分 ,分别用自来水充分冲洗 ,再用去离子水冲洗 ,沥去水分
后 ,在烘干前先在 105 ℃下杀青 30 min,然后在 70℃下于烘
箱中烘至恒重 ,烘干后的植物样品用电子分析天平称重 ,然
后粉碎备用 。植物样品均采用 HNO3-HClO4 法消化(87∶13
V/V)、原子吸收分光光度计法测定其中的重金属含量 ,重复
安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2010, 38(24):13205-13206 责任编辑　李占东　责任校对　卢瑶
3次。
2　结果与分析
2.1　螯合剂 EDTA对紫茉莉富集重金属 Cd的影响
2.1.1　螯合剂 EDTA对 Cd胁迫下紫茉莉生长的影响 。由
表 1可知 ,与对照相比 ,单加 Cd的植株平均株高为 35.13
cm,比对照增加了 0.87cm,加入 Cd+EDTA处理的植株平均
株高为 34.97cm,比对照增加了 0.71 cm。将所得数据采用
SPSS13.0进行处理 ,应用 ANOVA进行差异显著性检验 ,结
果表明 ,紫茉莉在各处理下的地上部干重与对照相比无显著
差异 , (P>0.05),根部干重与对照均有所减少 ,但考察植物
对重金属污染土壤的耐性主要看其地上部生物量是否有明
显减少现象 ,随着 Cd的加入 ,植株株高及地上部干重与对照
相比不但未减少反而有所增加 ,说明紫茉莉对重金属污染物
Cd具有很强耐性 ,且这种性质随着整合剂 EDTA的添加 ,并
没有出现明显的减弱趋势 。
表 1　不同处理条件下紫茉莉的干重及株高
Table1　ThedryweightandheightofMirabilisjalapaunderdifferent
treatments
处理
Treatment
地上部干重∥g/盆
Dryweightofabovegroundparts
根部干重∥g/盆
Dryweightofroots
株高∥cm
Plantheight
CK 5.26 10.55 34.26
Cd 5.87 9.63 35.13
Cd+EDTA 5.12 9.21 34.97
2.1.2　螯合剂 EDTA对 Cd胁迫下紫茉莉吸收 Cd的影响 。
由表 2可知 ,与对照相比紫茉莉地上部和根部的 Cd含量均
增加 ,添加 EDTA的处理 ,强化了这种趋势。对于各处理紫
茉莉的转移系数均大于 1,表现了极强的转移能力 ,当加入
CdCl2· 2.5H2 O浓度为 100 mg/kg时 ,地上部的 Cd含量达
113.54 mg/kg,超过了 Cd超积累植物 100 mg/kg的临界
值 [ 7] ,当同时加入 EDTA(浓度为 2.0 mmol/kg)时 ,这种积累
程度被强化了 ,地上部 Cd含量达 217.98 mg/kg,转移系数达
3.64。
表 2　不同处理条件下紫茉莉地上部、根部的Cd含量及其转移系数
Table2　Cdcontentandtransfercoeficientofabovegroundpartsand
rootsofMirabilisjalapaunderdifferenttreatments
处理
Treatment
根部∥mg/kg
Root
地上部∥mg/kg
Abovegroundparts
转移系数
Transfercoeficient
CK 2.13 3.15 1.48
Cd 49.96 113.54 2.25
Cd+EDTA 59.95 217.98 3.64
2.2　氮肥强化措施对紫茉莉富集重金属 Cd的影响
2.2.1　氮肥对 Cd胁迫下紫茉莉生长的影响。由表 3可知 ,
与对照相比 ,加入 Cd+NH4Cl的处理植株平均株高为 42.86
cm,比对照增加了 8.6cm。应用 ANOVA进行差异显著性检
验 ,结果表明 ,紫茉莉在各处理下的地上部干重与对照差异
显著(P<0.05),加入 Cd+NH4Cl的处理根部干重与对照
有所增加 ,说明施加氮肥具有明显提高紫茉莉生长量的
作用。
表 3　不同处理条件下紫茉莉的干重及株高
Table3　ThedryweightandplantheightofMirabilisjalapaunderdif-
ferenttreatments
处理
Treatment
地上部干重∥g/盆
Dryweightofabovegroundparts
根部干重∥g/盆
Dryweightofroots
株高∥cm
Plantheight
CK 5.26 10.55 34.26
Cd 5.87 9.63 35.13
Cd+NH4Cl 6.91 14.78 42.86
2.2.2　氮对 Cd胁迫下紫茉莉吸收 Cd的影响。由表 4可
知 ,与对照相比 ,紫茉莉地上部和根部的 Cd含量均增加 ,当
同时加入 NH4Cl(浓度为 2.0 mmol/kg)时 ,这种积累程度被
强化了 ,地上部含量达 131.87mg/kg,转移系数达 2.57。
表 4　不同处理条件下紫茉莉地上部、根部的 Cd含量及转移系数
Table4　Cdcontentandtransfercoeficientofabovegroundpartsand
rootsofMirabilisjalapaunderdiferenttreatments
处理
Treatment
根部∥mg/kg
Root
地上部∥mg/kg
Abovegroundparts
转移系数
Transfercoeficient
CK 2.13 3.15 1.48
Cd 49.96 113.54 2.25
Cd+NH4Cl 51.23 131.87 2.57
3　结论　
(1)螯合剂 EDTA可以提高紫茉莉富集 Cd的能力 ,当同
时加入 EDTA(浓度为 2.0 mmol/kg)时 ,地上部 Cd含量达
217.98mg/kg,转移系数达 3.64,比对照增加了 97.83%。
(2)氮肥的加入提高了紫茉莉的生长量 ,从而提高了对
Cd总量的吸收 。与对照相比 ,加入 Cd+NH4Cl的处理植株平
均株高为 42.86 cm,比对照增加了 8.6 cm;地上部 Cd含量达
131.87 mg/kg,转移系数达 2.57,比对照组增加了 73.65%。
参考文献
[ 1] SARRETG, VANGRONSVELDJ, MANCEAUA, etal.AccumulationformsofZnandPbinPhaseousvulgarisinthepresenceandabsenceofEDTA
[ J].EnvironmentalScience＆Technology, 2001, 35:2854-2859.[ 2] HUANGJ, CHENJ, BERTIW, etal.Phytoremediationoflead-contamina-
tedsoils:Roleofsyntheticchelatesinleadphytoextraction[ J].Environ-mentalScience＆Technology, 1997, 31:800-805.
[ 3] WENZELWW, JOCKWERF.AccumulationofheavymetalsinplantsgrownonmineralisedsoilsoftheAustrianAlps[J].EnvironmentalPolu-
tion, 1999, 104:145-155.[ 4] KULLIB, BALMERM, KREBSR, etal.Theinfluenceofnitrilotriacetate
onheavyuptakeofletuceandryegrass[ J].JourmalofEnvironmentalQuality, 1999, 28:6-10
[ 5] LIAOXY, CHENTB, XIAOXY, etal.Selectingappropriateformsofni-trogenfertilizertoenhancesoilarsenicremovalbypterisVitata:anewap-
proachinphytoremediation[J] .InternationalJournalofPhytoremediation,
2007, 9:269-280.
[ 6] 聂俊华 ,刘秀梅 ,王庆仁.营养元素N、P、K对 Pb超富集植物吸收能力的影响 [ J].农业工程程学报, 2004, 20(5):262-265.
[ 7] BAKERAJM, MCGRATHSP, SIDOLICMD,etal.Thepossibilityofinsituheavymetaldecontaminationofpolutedsoilsusingcropsofmetal-ac-
cumulatingplants[J].Resources, ConservationandRecyling, 1994, 11(1/
4):41-49.
[ 8] LIYW, WANGXM, LIANRL, etal.Determinationonheavymetalscon-
tentofAchyranthesbidentataBlume.throughinductivelycoupledplasmamassspectrometry(ICP-MS)[ J].AgriculturalScience＆Technology,
2008, 9(5):145-149.[ 9] AIHJ, ZHANGX, LIUCY, etal.Analysisofheavymetalcontentinfood
cropsplantedalongtheShaanxiinnerMongoliaexpresway[J] .Agricultur-alScience＆Technology, 2009, 10(3):108-111, 119.
13206 　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2010年