全 文 ：文章编号:1001 － 4829(2014)04 － 1632 － 05
收稿日期:2013 － 08 － 23
基金项目:国家自然科学基金项目(41061045);国土资源部、广
西壮族自治区岩溶动力学重点实验室开放课题(KDL2011-06)
作者简介:潘丽萍(1988 －)，女，壮族，广西武鸣人，硕士研究
生，研究方向为土壤环境生态，* 为通讯作者，E-mail:zhangcl@
gxu． edu． cn。
不同改良剂对剑麻累积土壤重金属的影响
潘丽萍1，张 鹏1，方培结2，杨惟薇2，胡清菁2，顾明华1，张超兰2*
(1．广西大学农学院，广西 南宁 530004;2．广西大学环境学院，广西 南宁 530004)
摘 要:采用盆栽试验，研究在重金属复合污染的土壤中添加改良剂(泥炭、柠檬酸和海泡石)对土壤 pH值、镉、铅、锌的有效态含
量和剑麻对重金属累积的影响。结果表明:与对照相比，海泡石提高了土壤的 pH值，而柠檬酸降低了土壤的 pH值，泥炭则对土壤
pH值影响不大;3 种改良剂均显著降低了土壤有效态重金属的含量，其中，以海泡石降低土壤有效 Pb和 Zn的效果最佳，其有效态
Pb和 Zn分别下降了 41． 44 %和 30． 50 %，其次是柠檬酸，其有效态 Pb和 Zn分别下降了 29． 50 %和 26． 40 %，泥炭处理的土壤有
效态 Pb和 Zn分别下降了 26． 80 %和22． 70 %;但三种改良剂对土壤有效 Cd的影响差异不显著。添加改良剂能改善剑麻的生长，
提高剑麻生物量，促进剑麻对重金属的累积，并且以海泡石的改善效果最佳，其生物量达到 116． 52g /株，分别是添加泥炭、柠檬酸
的 1． 74 倍、1． 25 倍，剑麻对 Cd、Pb和 Zn的累积量分别是 22． 51 mg /株、25． 44 mg /株和 18． 06 mg /株。
关键词:泥炭;柠檬酸;海泡石;剑麻;重金属
中图分类号:X53 文献标识码:A
Effect of Different Amendments on Heavy Metals Accumulation in Sisal
PAN Li-ping1，ZHANG Peng1，FANG Pei-jie2，YANG Wei-wei2，HU Qing-jing2，GU Ming-hua1，ZHANG Chao-lan2*
(1． College of Agriculture，Guangxi University，Guangxi Nanning 530004，China;2． College of Environment，Guangxi University，Guangxi
Nanning 530004，China)
Abstract:This study was used to determine the effect of different amendments (peat，citric acid，meerschaum)on soil pH，hevey metals
(Cd，Pb，Zn)availability，and their accumulation in sisal． The results showed that soil pH significantly increased or decreased under meer-
schaum application and citric acid，respectively． No significant change was detected in soil pH under peat treatment． All treatments signifi-
cantly decreased heavy metals (Cd，Pb，Zn)availability． Compared with control，meerschaum addition significantly decreased the acid-ex-
tractable content of Pb and Zn，in particular，the availability of soil Pb and Zn decreased 41． 44 % and 30． 50 %，respectively． Citric acid
could make the availability of soil Pb and Zn decreased 29． 50 % and 26． 40 % and the peat make the availability of soil Pb and Zn de-
creased 26． 80 % and 22． 70 % ． However，effect of amendments on soil Cd availability was not significant． On the other hand，the amend-
ments application promoted sisal growth and increased heavy metals accumulation． The highest plant biomass and heavy metals accumulation
was observed in the meerschaum treatment． Plant biomass (116． 52 g /plant)was 0． 74 and 0． 25 times higher than that of peat and citric
acid treatments，respectively． The accumulation of Cd，Pb，and Zn were 22． 51，25． 44 and 18． 06 mg /plant in the meerschaum treatment．
Key words:Peat;Citric acid;Meerschaum;Sisal;Heavy metal
土壤重金属污染问题已经受到政府及公众越来
越多的关注，人们也在实践中不断发掘治理重金属
污染土壤的各种方法。在这些修复方法中，原位化
学固定修复能更好地满足治理土壤重金属污染的要
求［1］，尤其在治理面源污染中更能显示出其优越
性。在重金属污染原位修复发展中，早期多侧重于
对重金属的固定效果，如今则越来越侧重于固定修
复与经济效益的并举。寻找既有经济效益、又有环
境效益的植物修复品种，实现污染土壤的治理，将有
利于重金属污染土壤修复行业的可持续发展。
目前，利用麻类作物进行重金属土壤污染修复
的研究已有相关报道。添加土壤改良剂能有效促进
苎麻对重金属镉、铅污染土壤修复［2］;能使红麻在
重金属 Pb、Zn、Cu、Cd 和 As 含量分别为 1600、440、
640、7． 6 和 850 mg /kg的污染土壤上定植，实现多
2361
西 南 农 业 学 报
Southwest China Journal of Agricultural Sciences
2014 年 27 卷 4 期
Vol. 27 No. 4
DOI:10.16213/j.cnki.scjas.2014.04.007
表 1 供试土壤理化性质
Table 1 Basic properties of the soil used for pot test
pH
有机质
OM
(g·kg －1)
碱解氮
Alk-hydr． N
(mg·kg －1)
速效磷
Avail． P
(mg·kg －1)
速效钾
Avail． K
(mg·kg －1)
重金属含量(mg·kg －1)
Content of heavy metal
全镉
Total Cd
全铅
Total Pb
全锌
Total Zn
有效镉
Avail． Cd
有效铅
Avail． Pb
有效锌
Avail． Zn
7． 25 38． 16 136． 50 3． 50 110． 65 91． 71 1799． 50 3305． 56 26． 17 116． 08 840． 32
金属污染酸化土壤的复垦［3］。而剑麻(sisal)是一种
用量较大、范围较广的多年生叶纤维作物，不仅具有
耐旱、耐瘠，根系发达，生长速度快的特点，还不会通
过食物链进入生物体［4 ～ 5］，不失为一种理想的植物
修复材料。有研究发现，剑麻能有效修复铁矿尾矿
库的重金属污染土壤［6］，当配施加石灰用量为 4500
kg /hm2 时，剑麻能从土壤中移走的铜几乎是单种植
剑麻的 2 倍［7］。土壤铅在 12 700 mg /kg 时，剑麻地
上部对铅的迁移量高达 55． 87 mg /株，对修复铅污
染土壤具有一定的潜力［8］。利用剑麻作为复垦植
物修复重金属复合污染土壤的研究虽有报道，但还
相对较少。为此，本研究在 Cd、Pb 和 Zn 重度污染
的土壤上，探讨添加土壤改良剂对剑麻生长和累积
重金属的影响，寻找适合的土壤改良剂，构建利用剑
麻修复重金属复合污染土壤的技术体系，为探索利
用经济作物修复重金属污染土壤的研究与实践提供
参考。
1 材料与方法
1． 1 试验材料
供试剑麻采购于广西大新县五山乡剑麻基地，
选取长势一致的幼苗移栽，每盆种一株。改良剂分
别为海泡石(天津中发矿业有限公司)，泥炭和柠檬
酸(南宁天源化工有限公司)。供试土壤采自广西
大新县某受污染农田，采样深度为 0 ～ 20 cm，土壤
样品经室温风干后过 2 mm 筛，混匀，备用，土壤理
化性质见表 1。
1． 2 试验设计
将风干过筛后的土壤装入高 30 cm，直径 30 cm
的塑料桶中，每盆装土 9 kg，并加入 3． 0 mg /kg 复合
肥(15-15-15)作为底肥，混匀后，浇水，保持田间最
大持水量的 50 %平衡 2 周后，土壤全层加入改良
剂，混匀。实验设①空白对照(仅施用底肥)，②1 %
泥炭，③ 0． 25 %柠檬酸，④ 4 %海泡石等 4 个处
理，重复 3 次。加入改良剂后，混合均匀，浇水平衡
一周，移栽剑麻，5 个月后收获，分析植株样品和土
壤样品。
1． 3 分析方法
土壤 pH值采用水土比(2． 5 ∶ 1)玻璃电极法测
定;土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定;土壤碱解
氮采用扩散法测定;土壤速效磷采用碳酸氢钠浸提-
钼锑抗比色法测定;土壤速效钾采用醋酸铵浸提-火
焰光度计法测定。土壤中重金属全量测定采用盐
酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸消化—火焰原子吸收分光光
度法;土壤有效态镉、铅、锌含量测定采用 0． 1 mol·
L －1HCl浸提———火焰原子吸收分光光度法。
植株生物量分两部分测定，地上部和地下部，将
植物样品洗净擦干后，称其地上部鲜重。在 105 ℃
杀青 30 min，65 ℃烘干后分别称量其地上部和地下
部干重。植株中镉、铅、锌的含量采用浓硫酸-过氧
化氢法消化———火焰原子吸收分光光度法测定，其
累积量根据剑麻生物量计算:重金属累积量 =剑麻
生物量 ×相应部位重金属含量。
1． 4 数据分析
实验数据使用 SPSS17． 0 软件和 Excel 进行统
计分析。采用 one-way ANOVA 单因素方差分析及
多重比较(LSD)方法对数据进行差异显著性分析，
显著水平为 0． 05。
2 结果与分析
2． 1 不同改良剂对土壤 pH的影响
从图 1 可以看出，添加不同改良剂对土壤 pH
值的影响不一致，其中，添加海泡石提高了土壤的
pH值，比对照高 0． 26 个单位，添加柠檬酸降低了土
7.6
7.5
7.4
7.3
7.2
7.1
7.0
6.9
土
壤
pH
值
CK 泥炭 柠檬酸 海泡石
b b
c
a
图 1 添加不同改良对土壤 pH的影响
Fig． 1 Effects of different amendments on soil pH
33614 期 潘丽萍等:不同改良剂对剑麻累积土壤重金属的影响
CK 泥炭 柠檬酸 海泡石 CK 泥炭 柠檬酸 海泡石
CK 泥炭 柠檬酸 海泡石
30
25
20
15
10
5
0
120
100
80
60
40
20
0
1000
800
600
400
200
0
土
壤
有
效
Cd
含
量（
m
g/
kg
）
土
壤
有
效
Pb
含
量（
m
g/
kg
）
土
壤
有
效
Zn
含
量（
m
g/
kg
）
a
b c
d
a
b c
d
a
b b c
图 2 添加不同改良剂对土壤有效态重金属含量的影响
Fig． 2 Effects of different amendments on content of available heavy metals
壤的 pH值，降低 0． 08 个单位;添加泥炭对土壤 pH
值影响则不大。
2． 2 不同改良剂对土壤重金属有效性的影响
从图 2 可以看出，添加改良剂显著地降低了土
壤有效 Cd、Pb和 Zn的含量(P ＜ 0． 05)，其中添加泥
炭、柠檬酸和海泡石的处理土壤有效 Cd 含量分别
比对照下降了 25． 35 %、23． 32 %和 23． 54 %，但三
者之间无显著差异。而 3 种改良剂对土壤有效 Pb
和 Zn的影响则不同于 Cd。其中，均以海泡石的降
低效果最为显著，土壤有效 Pb 和 Zn 分别下降了
41． 44 %和 30． 5 %，其次是柠檬酸和泥炭，降幅分
别为 29． 5 %、26． 4 %和 26． 80 %、22． 7 %。
2． 3 不同改良剂对剑麻生物量的影响
本试验所用的土壤为重度污染农田土壤，Cd、
Pb和 Zn含量分别达到 91． 71、1799． 50 和 3305． 56
mg /kg，分别超标 203、22、13 倍。因此，对照处理剑
麻的生长受到严重抑制，收获时，植株已死亡、腐烂。
添加改良剂均不同程度减轻了重金属对剑麻的毒
害，并且显著增加了剑麻的生物量(P ＜ 0． 05)。其
中，其中添加海泡石的处理，剑麻生物量最高，达到
116． 52 g /株，分别是泥炭、柠檬酸的 1． 74、1． 25 倍。
2． 4 不同改良剂对剑麻累积重金属的影响
2． 4． 1 添加改良剂对剑麻地上部和地下部累积重
金属的影响 从图 3 可以看出，剑麻地下部重金属
含量均高于地上部，说明剑麻吸收的重金属相当部
分累积在根部。添加海泡石的剑麻地下部 Cd 含量
与其他处理无显著差异，但 Pb 和 Zn 含量均显著高
于其他处理，其含量分别达到 356． 32 和 445． 59 mg /
kg。添加 3 种改良剂，剑麻地上部 Pb含量无明显差
异，但海泡石处理的剑麻地上部 Cd 的含量显著低
于添加泥炭和柠檬酸处理，Cd 含量为 192． 03 mg /
kg，分别比添加泥炭和柠檬酸减少 8． 74 %和 11． 58
%;而地上部 Zn 含量却显著高于泥炭和柠檬酸处
理，达到 140． 34 mg /kg，分别是泥炭和柠檬酸处理
的 1． 21 和 2． 03 倍。
表 2 不同处理对剑麻生物量的影响
Table 2 Effects of different amendments on biomass of sisal
处理
地上部(g /株)
鲜重 干重
地下部(g /株) 总生物量(g /株)
泥炭 443． 61 ± 16． 95 63． 75 ± 3． 71 3． 37 ± 0． 84 67． 11 c
柠檬酸 611． 18 ± 64． 72 89． 06 ± 10． 18 3． 87 ± 0． 65 92． 93 b
海泡石 676． 61 ± 1． 90 110． 91 ± 2． 64 5． 61 ± 1． 91 116． 52 a
注:表中不同字母表示差异达到 5 %显著水平。
4361 西 南 农 业 学 报 27 卷
泥炭 柠檬酸 海泡石 泥炭 柠檬酸 海泡石 泥炭 柠檬酸 海泡石
地上部
地下部
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
重
金
属
含
量（
m
g/
kg
）
Cd Pb Zn
图 3 添加不同改良剂对剑麻吸收重金属的影响
Fig． 3 Effects of different amendments on heavy metals
泥炭 柠檬酸 海泡石
Cd累积量 Pb累积量 Zn累积量
30
25
20
15
10
5
0
重
金
属
累
积
量（
m
g/
株
）
图 4 添加不同改良剂对剑麻累积 Cd、Pb和 Zn的影响
Fig． 4 Effects of different amendnents on Cd，Pb，Zn accumulation
2． 4． 2 添加改良剂对剑麻提取重金属总量的影响
添加改良剂改善了剑麻的生长条件，提高了剑麻
的生物量，进而促进了剑麻各部位对重金属的吸收。
从图 4 可以看出，3 种处理剑麻对 Cd 和 Pb 的累积
量高于 Zn，其中，均以海泡石处理剑麻对 Cd、Pb、Zn
的累积量最高，累积量分别达到 22． 51、25． 44 和
18． 06 mg /株。其次是柠檬酸处理，累积量分别是
20． 30、19． 04、7． 55 mg /株。
3 讨 论
3． 1 不同改良剂对土壤重金属有效性的影响
一般来说，pH值对土壤重金属的赋存形态有很
大影响，直接控制着金属离子的溶解性和络合能力
等［9］。本研究发现，添加改良剂对土壤 pH 值的影
响并不一致，海泡石提高了土壤 pH 值，柠檬酸降低
了土壤 pH值，而泥炭对土壤 pH值的影响不大。添
加海泡石的土壤 pH 最高，且有效态重金属含量最
低，原因可能是海泡石是一种碱性物质，能有效提高
土壤 pH，减少了氢离子与金属离子的交换，同时海
泡石具有巨大的体表面积［10］，对重金属有很强的吸
附作用，可有效钝化土壤重金属。研究发现，海泡石
施用量为土重的 4 %时，能显著降低土壤中可提取
态镉、锌含量，分别比对照下降 42． 8 % 和 24． 7
%［11］，其可提取态镉的降幅高于本研究的有效态镉
降幅。本研究中，尽管添加柠檬酸降低了土壤 pH
值，仍然显著降低了土壤有效态重金属的含量，主要
是因为柠檬酸对土壤重金属的影响具有双重
性［12 ～ 13］。柠檬酸作为一种酸性较强的有机酸加入
到土壤中，氢离子增多，导致土壤 pH 值降低，但同
时柠檬酸本身可与金属离子发生相互作用，络合形
成带正电荷的金属配合物从而与土壤发生离子交
换，导致重金属在土壤表面的吸附量增加［14］，土壤
中酸可提取态镉所占比例下降，并且在高 pH值(6．
0 ＜ pH ＜8． 0)时，柠檬酸从土壤上解析下来的酸可
提取态镉显著减少［15］。添加泥炭并未改变土壤 pH
值，但却有效降低土壤有效态重金属含量，很有可能
是因为泥炭也具有较大的比表面积，对重金属离子
有良好的吸附效果［16］，同时富含胡敏酸，能够促使
铅、镉从交换态转变为铁锰氧化物和有机结合
态［17 ～ 18］。另外，泥炭可有效增加土壤有机质含量，
进而增加了土壤中的可变电荷，加大土壤对金属离
子的附着作用。
3． 2 不同改良剂对剑麻提取重金属的影响
植物对重金属的耐性是植物修复重金属污染土
壤的前提［19］。本研究所选用的土壤为重度污染土
壤，远大于土壤环境标准值。未添加改良剂的土壤
中，剑麻出现明显中毒症状，随着培养时间的增加，
出现坏死、腐烂现象，原因可能是高浓度的重金属使
剑麻根系细胞受到毒害而坏死。李福燕等［4］研究
剑麻对重金属铜的耐性与累积效应发现，铜浓度在
400 ～ 1000 mg /kg时，剑麻根系开始受影响，当铜浓
度达到 4000 mg /kg 时，剑麻心叶坏死，甚至植株死
亡。本研究中，添加改良剂使剑麻得以存活，生长状
况良好，3 种改良剂不同程度促进了剑麻生物量的
累积，并以海泡石处理的剑麻生物量最高，达到
53614 期 潘丽萍等:不同改良剂对剑麻累积土壤重金属的影响
116． 52 g /株，分别是泥炭、柠檬酸的 1． 74、1． 25 倍，
这与土壤中有效态重金属含量的差异是一致的，土
壤有效态重金属含量越低，重金属对剑麻根系的毒
害作用就越小，而海泡石处理的土壤有效态重金属
含量最低，其剑麻地下部重金属含量却最高，原因可
能是剑麻根系对重金属的表面吸附所致。添加改良
剂，剑麻生长得更好，生物量提高的同时增加了剑麻
对土壤重金属的累积量。
综上所述，海泡石与其他改良剂相比，在降低土
壤有效重金属含量及促进剑麻吸收、累积重金属方
面都发挥了巨大的优势。剑麻作为一种经济作物，
其生物量较大，并且不进入食物链，因此利用剑麻加
以海泡石修复重金属污染土壤将实现环境效应和经
济效应双赢，成为重金属复合污染土壤治理的又一
新方向。
参考文献:
［1］Vangronsveld J，Colpaert J，Van Tichelen K． Ｒeclamation of abare in-
dustrial area contaminated by non-ferrous metals:Physico-chemical
and biological evaluation ofthe durability of soil treatment and revege-
tation［J］． Environmental Pollution，1996，94(2):131 － 140．
［2］孟桂元，周 静，邬腊梅，等． 改良剂对苎麻修复镉、铅污染土壤
的影响［J］． 中国农学通报，2012，28(2):273 － 277．
［3］杨煜曦，卢欢亮，战树顺，等． 利用红麻复垦多金属污染酸化土壤
［J］． 应用生态学报，2013，24(3):832 － 838．
［4］李福燕，张黎明，李许明，等． 剑麻对 Cu 的耐性与累积效应研究
初探［J］． 中国农学通报，2006，22(12):417 － 420．
［5］李福燕，李许明，郭 彬，等． 剑麻对锌的耐性与累积效应研究初
探［J］． 农业环境与发展，2007(2):1 － 5．
［6］吴其珍，杨安富． 剑麻对铁矿尾矿库土壤修复的试验研究［J］．
安徽农业科学，2009，37(33):16490 － 16493．
［7］李士萍，李福燕． 剑麻与石灰对铜污染土壤的修复［J］． 中国农
学通报，2007，23(8):444 － 447．
［8］陈柳燕，张黎明，李福燕，等． 剑麻对重金属铅的吸收特性与累积
规律初探［J］． 农业环境科学学报，2007，26(5):1879 － 1883．
［9］杜彩艳，祖艳群，李 元． pH和有机质对土壤中镉和锌生物有效
性影响研究［J］．云南农业大学学报，2005，20(4):539 － 543．
［10］张 强，李支援． 海泡石对镉污染土壤的改良效果［J］． 湖南农
业大学学报，1996，22 (4):346 – 350．
［11］林大松，刘 尧，徐应明，等． 海泡石对污染土壤镉、锌有效态的
影响及其机制［J］．北京大学学报，2010，46(3):346 － 350．
［12］胡红青，刘华良，贺纪正． 几种有机酸对恒电荷和可变电荷土壤
吸附 Cu2 +的影响［J］． 土壤学报，2005，42(2):232 － 237．
［13］杨亚提，王旭东，张一平，等． 小分子有机酸对恒电荷土壤胶体
Pb2 +吸附 －解析的影响［J］． 应用生态学报，2003，14(11):1921
－ 1924．
［14］徐仁扣，肖双成，季国亮． 低分子量有机酸影响可变电荷土壤吸
附铜的机制［J］． 中国环境科学，2005，25(3):334 － 338．
［15］胡群群，李志安，黄宏星，等． 柠檬酸促进土壤镉解析的机理研
究［J］．生态环境学报，2011，20(8 － 9):1338 － 1342．
［16］周建伟，黄艳芹． 巯基泥炭对重金属离子吸附性能研究［J］． 精
细化工，2000，17(12):741 － 743．
［17］范文宏，陈 俊，王 琼．胡敏酸对沉积物中重金属形态分布的
影响［J］．环境化学，2007，26(21):101 － 104．
［18］苏天明，李杨瑞，江泽普，等． 泥炭对菜心 －土壤系统中重金属
生物有效性的效应研究田［J］． 植物营养与肥料学报，2008，14
(2):339 － 344．
［19］杨卫东，陈益泰． 不同品种杞柳对高锌胁迫的忍耐与积累研究．
中国农业生态学报，2009，17(6):1182 － 1186．
( 责任编辑 温国泉)
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