全 文 ：螯合剂与表面活性剂强化东南景天修复 Cd污染土壤的研究
石旻飞，李 晔* ，袁 江，向芷澄，景 琪，许剑臣 (武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北武汉 430070)
摘要 通过盆栽试验，研究了螯合剂与表面活性剂混合添加对东南景天修复重金属 Cd污染土壤的影响。结果表明:螯合剂 EDTA-Na2
与表面活性剂 SAA的使用能促进土壤中的 Cd由可还原态、可氧化态、残渣态向酸溶态转化，提高重金属的生物有效性，同时还能促进
东南景天吸收 Cd，强化植物修复的效果。在植物收割前7 d，当添加 pH为7的 TX-100以及4． 0 mmol /kg EDTA-Na2(即A2B2C2D2E1)时，
植物生物量较好，植物吸收重金属 Cd含量较高，植物修复效果较好。这就是最佳试验组。
关键词 重金属;东南景天;EDTA;表面活性剂
中图分类号 S14 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611(2015)20 －099 －04
Study on Chelator /Surfactant-enhanced Ｒemediation of Cd-contaminated Soil by Sedum alfredii Hance
SHI Min-fei，LI Ye* ，YUAN Jiang et al (School of Ｒesources and Environment，Wuhan University of Technology，Wuhan，Hubei 430070)
Abstract This study examines the remediation of Cd contaminated soil． A pot trial based research strategy is adopted to identify how Sedum al-
fredii Hance can influence the remediation which is added by mixed chelator and surfactant． The results indicated that the use of chelator EDTA-
Na2 and surfactant SAA can promote the transformation of Cd from the reducible state，the oxidable state or the residual state to the acid soluble
state． Consequently，it improves the bioavailability of the heavy metals，promotes the absorption of Cd by Sedum alfredii Hance and enhances the
effect of phytoremediation． To add TX-100of pH 7 and EDTA-Na2 of 4． 0 mmol /kg (A2B2C2D2E1)seven days before the plant harvest，plant bio-
mass is better and plant absorption of heavy metal Cd content is higher，and the phytoremediation effect is better．
Key words Heavy metals;Sedum alfredii Hance;EDTA;Surfactant
基金项目 中央农村环保专项(20101g0013)。
作者简介 石旻飞(1990 － ) ，男，浙江绍兴人，硕士研究生，研究方向:
土壤重金属修复。* 通讯作者，教授，博士生导师，从事重
金属污染土壤治理与环境修复方面的研究。
收稿日期 2015-05-13
随着人们对食品安全的重视，农业土壤重金属污染问题
已越来越受人们的关注。李鹏等［1］调查显示，某冶炼厂周边
土壤的重金属 Cd污染属严重污染。因此，预防和修复土壤
重金属污染已迫在眉睫。植物修复技术有着良好的经济性
和环境友好性，已受到研究人员的广泛关注。这是土壤重金
属修复领域的一大热点［2］。植物修复最常用的是植物提取，
指将土壤中的重金属超量积累且转移到植物地上部可刈割
部分的一种方法。这种方法能够达到永久去除土壤中重金
属的目的［3］。矿山型东南景天是一种在我国东南部某铅锌
矿发现的 Zn、Cd超级累植物，能超量吸收土壤中的 Cd，且具
有易繁殖、能多年生、适于刈割等特点，是理想的植物修复
材料［4］。
螯合剂强化植物修复原理是在投加螯合剂进入土壤后，
土壤中的重金属发生螯合作用，进而形成水溶性金属———螯
合剂络合物，改变重金属在土壤中赋存的形态，提高重金属
的生物有效性，从而强化植物对靶重金属的吸收［5 －7］。表面
活性剂的增容、增流等特性可以使重金属以络合物、螯合物
的形态在土壤溶液中存在。这些形态都极易流动，使其有效
性提高，促进植物的吸收，达到提高修复效率的目的［8］。王
莉玮等［9 －10］研究表明，联合使用螯合剂和表面活性剂，通过
它们对土壤重金属活化效果以及表面活性剂强化植物根系
对重金属螯合物的透性作用，显著提高植物对重金属的吸收
以及向地上部的转运量。
前人研究未涉及在不同时间添加不同 pH的螯合剂、表
面活性剂混合试剂对东南景天超级累重金属的影响。通过
探索东南景天对螯合剂及表面活性剂的耐受能力以及联合
使用螯合剂与表面活性对东南景天超积累重金属 Cd的促进
效果，笔者采用盆栽正交试验，确定联合使用螯合剂与表面
活性剂强化东南景天修复土壤重金属时的浓度、添加时间以
及 pH，为东南景天修复土壤重金属及螯合剂与表面活性剂
强化植物修复提供参考。
1 材料与方法
1． 1 试验材料 剔除土壤中石块和植物残渣，经自然风干
后磨碎，过 10目筛，并且添加外源 CdCl2，充分混匀后保持田
间持水量 60%，常温下陈化 40 d后作为盆栽用土。供试土
壤理化性质为:pH 6． 65，有机质 13． 20 g /kg，全磷 0． 87 g /kg，
全氮 1． 73 g /kg。添加后，土壤镉含量为 42． 4 mg /kg。
供试植物为矿山型东南景天。该植物原物取自广西大
学农学院，通过试验培养繁殖。供试试剂为螯合剂 EDAT-
NA2、阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠(SLS)和非离子
型表面活性剂辛基苯基聚氧乙烯醚(TX-100) ，均购于国药集
团化学试剂有限公司，均为分析纯。
1． 2 试验方法 每盆土壤 3 kg，加入分析纯 KH2PO4 300
mg /kg、NH4NO3 400 mg /kg作为基肥，混匀，并加水保持持水
量为 50% ～60%，稳定 5 d后备用。试验采用五因素二水平
的正交设计 L8(27) (表 1) ，表面活性剂(SAA)浓度为 2
mmol /kg，以不加任何化学物质的处理为对照(CK)。每个处
理重复 3次。正交试验方案见表 2。
表 1 五因素二水平的正交设计 L8(27)
水平
A(SAA
类型)
B(EDTA
剂量)
mmol /kg
C(SAA
添加时
间)∥d
D(EDTA
添加时
间)∥d
E(药
剂 pH)
1 SLS 2． 0 42 42 7． 0
2 TX100 4． 0 收前 7 收前 7 5． 0
1． 3 分析测试方法 先取出植物样品根部土壤，分别用自
来水、纯水清洗 3次，按叶、茎、根将植株分为 3 个部分，放入
安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2015，43(20) :99 － 102 责任编辑 刘月娟 责任校对 李岩
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2015.20.036
烘箱，杀青 30 min后在 80 ℃下烘干至恒重。获得植物干样
后，将其粉碎过 100目筛后，保存，备用。植物样品重金属全
量用混酸(HNO3-HClO4)消解。
表 2 东南景天盆栽正交试验
处理 A B C D E
① 1 1 1 1 1
② 1 1 1 2 2
③ 1 2 2 1 2
④ 1 2 2 2 1
⑤ 2 1 2 1 2
⑥ 2 1 2 2 1
⑦ 2 2 1 1 1
⑧ 2 2 1 2 2
CK 无 无 无 无 无
将土壤分类，置于阴凉通风处，自然风干后用木锤打碎，
并且采用四分法将土壤磨细，分别过 60 目和 100 目筛后保
存备用。土壤样品重金属全量的测定用混酸(HNO3-HClO4-
HF)消解。土壤重金属全形态检测采用 BCＲ 连续提取
法［11］。提取形态主要包括酸可提取态(AE)、可还原态
(Ｒed)、可氧化态(Oxi)以及残渣态(Ｒes)4 种。用原子吸收
光谱仪测定重金属含量。
2 结果与分析
2． 1 SAA/EDTA对东南景天生物量的影响 由图 1 可知，
不同处理东南景天生物量间差距明显。其中，处理④地上部
鲜重为 151． 1 g，处理⑥地上部鲜重为 148． 3 g，相比 CK分别
增加了 17． 95%和 15． 77%。由表 3可知，对东南景天地上部
生物量影响最大的因素是 D，其次是 C，两者皆为收前 7 d较
好。主要原因是在第 42天添加 SAA和 EDTA的东南景天植
株受到不同程度的毒害。各因素对东南景天生物量的影响
大小顺序为 D ＞ C ＞ B ＞ E ＞ A。通过正交试验分析，得出最
佳条件为 A2B2C2D2E1。由表 4 可知，因素 D、C 对东南景天
地上部生物量影响显著。
图 1 东南景天生物量
2． 2 SAA/EDTA对东南景天吸收 Cd的影响
2． 2． 1 SAA/EDTA对东南景天重金属 Cd 浓度的影响。由
图 2可知，东南景天 Cd地上部浓度均大于地下部浓度，且大
于土壤中 Cd浓度，处理⑧达最高。所以，东南景天对重金属
Cd有超积累能力，也有很强的 Cd 的转运能力和耐受能力。
根际土壤中的重金属通过植物根系的吸收作用进入植物体
内，在木质部的薄壁细胞转载到导管，然后通过蒸腾作用和
根压作用在植物导管中被运输到植物的地上部［12］。植物中
的镉在细胞质中与多肽、有机酸、磷化合物结合，然后储存在
液泡中的途径，已被认为是植物耐受 Cd 的重要机制。田生
科［13］利用 Cd探针，证实 Cd主要存在于矿山型东南景天液
泡中。所有正交试验组地上部 Cd浓度均大于 CK，且地上部
Cd浓度最高的处理⑧，相比 CK(385． 6 mg /kg)提高了
57． 34%。这说明添加 EDTA和 SAA能不同程度地促进东南
景天对 Cd的吸收和转运。由表 5 可知，各因素对东南景天
地上部 Cd浓度的影响的大小顺序为 B ＞ D ＞ A ＞ C ＞ E。通
过正交试验分析，得出最佳试验组为A2B2C1D2E2。由表6可
知，因素 B对东南景天地上部 Cd浓度影响显著。
表 3 东南景天地上部生物量正交分析
处理
水平
A B C D E
地上部生
物量∥g
① 1 1 1 1 1 55． 8
② 1 1 1 2 2 83． 9
③ 1 2 2 1 2 97． 2
④ 1 2 2 2 1 151． 1
⑤ 2 1 2 1 2 84． 1
⑥ 2 1 2 2 1 148． 3
⑦ 2 2 1 1 1 58． 8
⑧ 2 2 1 2 2 107． 6
均值 1 97． 000 93． 025 76． 525 73． 975 102． 225
均值 2 99． 700 103． 675 120． 175 122． 725 94． 475
极差 2． 700 10． 650 43． 650 48． 750 7． 750
表 4 东南景天地上部生物量方差分析
因素 偏差和 自由度 F比 F临界值 显著性
A 14． 580 1 0． 129 18． 500
B 262． 845 1 2． 010 18． 500
C 3 810． 645 1 33． 767 18． 500 *
D 4 753． 125 1 42． 119 18． 500 *
E 120． 125 1 1． 064 18． 500
误差 225． 700 2
图 2 东南景天重金属 Cd浓度
2． 2． 2 SAA/EDTA对东南景天重金属 Cd修复效率的影响。
根据强化植物修复的原理，植物修复的效率取决于单位时
间、单位面积植物地上部吸收的重金属总量。
东南景天地上部积累 Cd总量 =东南景天地上部干重 ×
地上部 Cd含量
001 安徽农业科学 2015 年
由表 7可知，各因素对 Cd 积累量的影响大小顺序为 D
＞ C ＞ B ＞ A ＞ E。通过正交试验分析，得出最佳试验组为
A2B2C2D2E1。由表 8可知，因素 D、C 对东南景天重金属 Cd
的修复效率影响显著。
表 5 东南景天地上部 Cd浓度正交分析
处理
水平
A B C D E
地上部 Cd
含量∥mg /kg
① 1 1 1 1 1 482． 2
② 1 1 1 2 2 540． 1
③ 1 2 2 1 2 537． 9
④ 1 2 2 2 1 566． 2
⑤ 2 1 2 1 2 507． 0
⑥ 2 1 2 2 1 528． 5
⑦ 2 2 1 1 1 555． 3
⑧ 2 2 1 2 2 606． 7
均值 1 531． 600 514． 450 546． 075 520． 600 538． 825
均值 2 549． 775 566． 525 534． 900 560． 375 542． 150
极差 17． 775 52． 075 11． 175 39． 775 3． 325
表 6 东南景天地上部 Cd浓度方差分析
因素 偏差和 自由度 F比 F临界值 显著性
A 631． 901 1 2． 856 18． 500
B 5 423． 611 1 24． 511 18． 500 *
C 249． 671 1 1． 129 18． 500
D 3 164． 101 1 14． 300 18． 500
E 22． 111 1 0． 100 18． 500
误差 442． 540 2
表 7 东南景天 Cd去除量正交分析
处理
水平
A B C D E
Cd去除量
mg
① 1 1 1 1 1 2． 700
② 1 1 1 2 2 4． 645
③ 1 1 2 1 1 5． 002
④ 1 2 2 1 2 8． 550
⑤ 2 1 2 1 1 4． 107
⑥ 2 1 2 1 2 8． 297
⑦ 2 2 1 1 1 3． 165
⑧ 2 2 1 2 2 6． 795
均值 1 5． 224 4． 937 4． 326 3． 744 5． 699
均值 2 5． 591 5． 878 6． 489 7． 072 5． 117
极差 0． 367 0． 941 2． 163 3． 328 0． 582
表 8 东南景天 Cd去除量方差分析
因素 偏差和 自由度 F比 F临界值 显著性
A 0． 269 1 0． 746 18． 500
B 1． 770 1 4． 910 18． 500
C 9． 355 1 25． 950 18． 500 *
D 22． 154 1 61． 454 18． 500 *
E 0． 677 1 1． 878 18． 500
误差 0． 720 2
2． 3 EDTA/SAA对土壤中Cd形态比例的影响 BCＲ连续
提取法中的酸溶态(AE)包括水溶态、可交换态和碳酸盐结
合态，是最易被植物吸收的形态［14］。由图 3 可知，各试验组
土壤中重金属 Cd 的酸溶态相较 CK 均有不同程度的提高，
其中处理⑧提高量最大。在酸溶态增加的同时，还原态和可
氧化态残渣态含量有不同程度的减少，土壤中重金属的各形
态之间经常处于一种动态平衡的状态［15］。混合添加 EDTA/
SAA能够促进土壤中重金属由不活泼的形态向活泼的形态
转化，生物可利用性增强。
图 3 土壤重金属 Cd形态
由表 9可知，各因素对土壤重金属 Cd酸溶态量的影响
大小顺序为 B ＞ D ＞ C ＞ A ＞ E。通过分析，得出最佳试验组
为 A2B2C1D2E2。由表 10 可知，因素 B、D 对土壤重金属 Cd
酸溶态影响显著。
通过比较植物地上部 Cd含量以及土壤中 Cd酸溶态含
量，发现在正交试验组最优试验组都是 A2B2C1D2E2，且因素
B对两者的影响都最显著，同时都以添加 4． 0 mmol /kg 为最
佳。这说明土壤中重金属活泼形态的增加能促进植物对重
金属的吸收积累。这与景琪等［16］研究结果一致。
表 9 土壤重金属 Cd酸溶态正交分析
处理
水平
A B C D E
Cd酸溶态
mg /kg
① 1 1 1 1 1 21． 82
② 1 1 1 2 2 23． 47
③ 1 2 2 1 1 23． 62
④ 1 2 2 2 2 24． 96
⑤ 2 1 2 1 2 22． 17
⑥ 2 1 2 2 1 22． 69
⑦ 2 2 1 1 2 24． 23
⑧ 2 2 1 2 1 25． 83
均值 1 23． 468 22． 538 23． 837 22． 960 23． 490
均值 2 23． 730 24． 660 23． 360 24． 238 23． 707
极差 0． 262 2． 122 0． 477 1． 278 0． 217
表 10 土壤重金属 Cd酸溶态方差分析
因素 偏差和 自由度 F比 F临界值 显著性
A 0． 138 1 0． 873 18． 500
B 9． 010 1 57． 025 18． 500 *
C 0． 456 1 2． 886 18． 500
D 3． 264 1 20． 658 18． 500 *
E 0． 095 1 0． 601 18． 500
误差 0． 320 2
3 结论
(1)当螯合剂与表面活性剂都在收前 7 d 添加时，东南
景天生物量有显著增加，而在第 42 天添加螯合剂与表面活
性剂都会对矿山型东南景天造成一定的毒害作用。生物量
最大条件为在收前 7 d添加 pH为7的 TX100和 pH为7的4
mmol /kg EDTA-Na2 即 A2B2C2D2E1。
(2)在所有试验组中，东南景天地上部 Cd 含量和土壤
10143卷 20期 石旻飞等 螯合剂与表面活性剂强化东南景天修复 Cd污染土壤的研究
酸溶态 Cd含量均有所增加，且两者的最大条件均为收前 7 d
添加 pH为 5的 4 mmol /kg EDTA-Na2，在第 42天添加 pH为
5的 TX100即 A2B2C1D2E2，因素 B对两者的影响均最显著。
这说明土壤中重金属 Cd酸溶态的增加能有效地促进植物对
重金属 Cd的吸收。
(3)东南景天是 Cd的超积累植物。Cd去除量最大的条
件为在收前7 d添加 pH为7的 TX100和 pH为7的4 mmol /kg
EDTA-Na2 即 A2B2C2D2E1。这和生物量最大条件一致，所以，
该试验采用的最佳试验组为收前7 d添加 pH为7的 TX100和
pH为 7的 4 mmol /kg EDTA-Na2，即 A2B2C2D2E1。
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139 －143．
(上接第 84页)
表 3 单株产量对照优势大于 8%的杂交组合
编号 杂交组合 单株产量∥g /株 对照优势∥% 编号 杂交组合 单株产量∥g /株 对照优势∥%
1 K169 × P1-4 165． 75 14． 53 8 ＲP128 × P1-1 159． 23 10． 03
2 K169 × P1-5 165． 35 14． 26 9 南 789 －2 × P1-3 158． 95 9． 833
3 南 789 －2 × P1-4 162． 72 12． 44 10 南 789 －2 × P1-5 158． 69 9． 653
4 Ｒ08 × P2-7 162． 29 12． 14 11 南 789 －2 × P2-10 157． 45 8． 796
5 K169 × P2-6 161． 75 11． 77 12 K169 × P1-1 157． 20 8． 624
6 K169 × P2-8 160． 03 10． 58 13 南 789 －2 × P2-6 156． 73 8． 299
7 Ｒ08 × P1-6 159． 37 10． 12 14 ＲP128 × P2-7 156． 68 8． 264
3 结论与讨论
(1)配合力是自交系的一种内在特性，它不是通过自交
系自身的农艺、经济性状表现可以确定的，而是由其所配杂
交组合各性状表现来体现［10］。一般配合力的研究结果表
明，P2-8、P2-3、P1-3、P1-10、P2-4、P2-9等自交系在株高、穗位
高性状上表现较好，而 P1-5、P1-1、P1-4、P2-6、P1-2 等自交系
在穗长、行粒数及秃尖长性状上表现较好，因而在对群体后
代自交系的利用上，应首先测定各自交系的配合力，再根据
不同的育种目标进行合理的组配。同时也可以根据配合力
测定的结果对已有自交系进行有针对性的改良，以提高育种
效率。
(2)该试验所配的 80 个组合中，K169 × P2-5 是产量性
状 SCA表现最好的组合，K169 × P1-4是杂种优势最强的组
合，而产量 GCA 表现较好的 4 个自交系为 P1-1、P1-5、P2-6
和 P2-7。由此可见，产量 SCA 最高的组合并非都是由产量
GCA最高的自交系所组配的，而 SCA 最高的组合也并非一
定最高产。因此，一个杂交组合杂种优势的高低是亲本 GCA
效应和组合 SCA效应共同作用的结果，同时用 GCA、SCA效
应来评估自交系的应用潜力，更能反映出自交系的利用
价值。
参考文献
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201 安徽农业科学 2015 年