螯合剂与表面活性剂强化龙葵修复Cd污染土壤研究

石旻飞

（浙江工业职业技术学院建筑工程分院，浙江绍兴 312000）

超富集植物对重金属有很强的耐受、吸收和积累能力。目前发现的超富集植物大多都是Ni的超富集植物，而Cd的超富集植物却非常少见。龙葵是一种在我国发现的Cd超富集植物，对土壤中的Cd有较强的耐受性，能超量富集Cd[1]。

螯合剂可以通过强化土壤中的重金属生成螯合物，强化重金属离子态增加，提高流动性，从而强化植物对重金属的吸收[2-3]。表面活性剂，作为一种可以增加重金属流动性的化合物，有增流特性，能促进土壤中的重金属保持较好的流动性，较容易被植物所吸收，从而也能达到提高修复效率目的[4]。王莉玮和陈玉成等[5]研究发现，通过混合添加以上两类化学试剂，能有效提高植物修复土壤重金属的能力。

本研究重在通过正交试验，研究在不同ph值，不同时间添加的螯合剂表面活性剂对植物修复的帮助，此为前人研究所未涉及的。通过试验，确定龙葵对药剂的耐受性，药剂对龙葵吸收重金属的帮助，以及药剂对土壤中重金属形态的改善程度，本研究可为龙葵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

供试土壤通过剔除土壤中石块和植物残渣，经自然风干后，磨碎过10目筛，用四分法选取并磨碎土样分别过60目及100目尼龙筛，分析测试其理化性质见表1。

表1 供试土壤理化性质

盆栽用土采用外源添加的方法，添加CdCl2溶液后进行搅拌混合，并保持田间持水量60%，在常温下陈化40天，取样测试。添加后土壤镉含量为42.4mg/kg。

供试植物为超富集植物龙葵（Solanum nigrum L）。供试试剂选取非离子型表面活性剂辛基苯基聚氧乙烯醚（TX-100），阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠（SLS）以及鳌合剂EDTA-Na2。纯度分析纯，生产厂商为国药集团化学试剂有限公司。

1.2 实验方法

均匀选取3kg土壤装盆，并添加分析纯NH4NO3400mg/kg，KH2PO4300mg/kg作为实验用土基肥、保持田间持水量60%，放置7天陈化，植物种植时间共为84天（12周）。实验采用的正交设计L8（27）五因素二水平，实验组均添加浓度为2mmol/kg的表面活性剂，并设有无任何化学药品添加的空白对照组CK，每个处理试验重复3次。

1.3 分析测试方法

植物样品：收获植物后，清理完成，按地上部、地下部将植株分为两部分。将植物样品放入烘箱，控制温度为105℃，进行30分钟杀青，然后调节烘箱温度至80℃，进行烘干直至样品重量恒重。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采用混酸（HNO3-HClO4）湿法消解。

土壤样品：盆栽土壤脱盆后放置通风处自然风干，用木槌粉碎土壤后用四分法研磨制样，将样品土壤分别通过10目和100目筛。采用混酸（HNO3-HClO4-HF）湿法消解测的土壤样品重金属全量。用BCR连续提取法测得重金属Cd全形态，按提取先后程度分：酸溶态（AE）、可还原态（Red）、可氧化态（Oxi）和残渣态（Res）。

仪器测定采用火焰-石墨炉原子吸收分光光度计ZEEnit700P。

数据处理和作图采用Excel 2010。采用极差分析法分析正交试验数据，采用方差分析进行显著性分析。

2 结果与讨论

2.1 SAA/EDTA对龙葵生物量的影响

从试验数据可知，6号处理组（A2B1C2D2E1）地上部生物量最大达到255.6g，4号处理组（A1B2C2D2E1）地上部生物量226.6g相比CK组207.4g也有显著提高（P＜0.05）。通过正交试验直观分析表5-3可知，EDTA添加时间和SAA添加时间对龙葵地上部生物量影响较大，影响程度因素D大于因素C。其主要原因是，过早添加EDTA和SAA对龙葵产生一定的毒害，出现叶片发黑脱落等现象，尤其是在第6周添加4mmol/kg的EDTA-Na2组中毒现象最为明显。而在收获前7天添加EDTA-Na2则没有出现中毒现象。

通过表2可以看出各因素对龙葵生物量的影响为EDTA添加时间＞SAA添加时间＞EDTA剂量＞SAA类型＞药剂pH值。增加龙葵生物量的最佳条件为（A1B1C2D2E1）。

2.2 SAA/EDTA对龙葵吸收Cd的影响

（1）混合添加EDTA及表面活性剂对龙葵重金属Cd浓度影响

根据实验数据可知，重金属Cd在龙葵的地上部浓度均显著高于其在龙葵地下部浓度（P＜0.05），且大于土壤中Cd浓度，龙葵地上部Cd浓度在最高的4号处理组中达到了110.3mg/kg，最低的5号处理组则为87.5mg/kg，均显著高于空白组73.2mg/kg（P＜0.05），分别为空白组的1.51倍、1.20倍。说明龙葵符合Cd超富集植物标准，对重金属Cd有很强的耐受能力和转运能力。各处理组地上部Cd浓度均高于空白组，说明添加EDTA和SAA能不同程度的促进龙葵对Cd的吸收和转运。通过正交数据直观分析表3，可以发现各因素对龙葵地上部Cd浓度的影响为EDTA剂量＞EDTA添加时间＞药剂pH值＞SAA添加时间＞SAA类型。通过正交实验分析得出最佳实验组为（A1B2C1D2E2）。

（2）混合添加EDTA及表面活性剂对龙葵重金属Cd修复效率的影响

植物修复的效率植物地上部单位时间内积累的重金属含量。

本实验龙葵地上部积累Cd总量=龙葵地上部干重×龙葵地上部Cd含量

将数据经过正交实验直观分析得表4，通过极差分析得各因素对龙葵Cd积累量的影响EDTA添加时间＞SAA添加时间＞SAA类型＞EDTA剂量＞药剂pH值。通过分析得出最佳实验组为（A1B1C2D2E2）。

2.3 EDTA/SAA对土壤中Cd、Cu形态比例的影响

通过BCR连续法分别提取了龙葵盆栽实验中各组盆栽土壤重金属Cd的酸可提取态（AE）、可还原态（Red）、可氧化态（Oxi）和残渣态（Res）由试验数据可以看出，1-8处理组的重金属Cd酸溶态（AE）较空白组均有所增长，而酸溶态（AE）增加的同时，可还原态（Red）和可氧化态（Oxi）均有不同程度的减少，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。说明添加SAA/EDTA能不同程度的增加土壤中重金属Cd酸溶态（AE），但是对残渣态（Res）影响较小。酸溶态增加效果最好的4号处理组（A1B2C2D2E1）酸溶态（AE）的比例相对空白提高了16.7%。

土壤重金属酸溶态（AE）在某种程度上反应了重金属的有生物有效性。对土壤中重金属Cd酸溶态进行正交分析得表5，从表中可以看出，对土壤重金属Cd酸溶态量的影响EDTA剂量＞EDTA添加时间＞SAA类型＞SAA添加时间＞药剂pH值。通过分析得出最佳实验组为（A1B2C1D2E2）。

比较盆栽土壤中重金属Cd酸溶态含量和龙葵重金属Cd含量，最佳实验组为（A1B2C1D2E2），且因素B（EDTA剂量）对四者的影响均最大。

3 结论

（1）在收前7天添加时添加螯合剂EDTA和表面活性剂，均能增加龙葵生物量，而过早的添加EDTA与表面活性剂（添加时间第6周）均会使得龙葵生物量下降，观察龙葵生长情况认为其对龙葵有一定的毒害作用。各因素对龙葵生物量的影响为EDTA添加时间＞SAA添加时间＞EDTA剂量＞SAA类型＞药剂pH值。龙葵生物量最大条件为（A1B1C2D2E1）。

（2）在所有处理组中，盆栽土壤中重金属Cd酸溶态（AE）、龙葵地上部Cd浓度均增加，最佳条件为（A1B2C1D2E2）。其中因素B（EDTA添加量）都对他们都有显著影响，且都为EDTA添加4.0mmol/kg效果好。说明土壤中重金属的酸可提取态增加能增加植物吸收重金属的能力，两者呈正相关。

表2 龙葵地上部生物量正交分析表

表3 龙葵地上部Cd浓度正交分析表

表4 龙葵Cd去除量正交分析表

表5 龙葵盆栽土壤重金属Cd酸溶态正交分析表

（3）龙葵是重金属Cd的超富集植物，混合添加螯合剂和表面活性剂能促进龙葵对土壤重金属Cd的吸收。各因素对龙葵Cd修复效率的影响EDTA添加时间＞SAA添加时间＞SAA类型＞EDTA剂量＞药剂pH值，修复效率最高的条件为（A1B1C2D2E2）。本研究主要研究目的为龙葵对重金属Cd的超富集效果，所以本试验采用的最佳实验组为在收前7天添加pH值为5的SLS以及2.0mmol/kg的EDTA-Na2即（A1B1C2D2E2）。