镉锌铅复合污染土壤的超富集植物修复能力研究_林诗悦

对重金属的富集特性，将环境中的重金属转运至植物体内，对富集重金属后的植物进行适当 处理（如灰化回收）后可将重金属移出土体，达到治理污染与恢复生态的目的[8]。1989 年 Baker 等对超富集植物进行了延伸，重新定义超积累植物为：植物能富集超过 1000mg/kg 的 Cu、Co、Ni、Pb，或是 10000 mg/kg 的 Mn 或 Zn，且地上部分重金属含量大于地下部分的
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123421433 4 1 2 4 3 2 1
1.3 样品处理及测定方法 重金属处理两周后，将植株幼苗从水培盆中取出，用去离子水洗净，再用吸水纸吸干后，
用直尺测定超富集植物的株高和根长，然后将样品分为根、茎和叶 3 个部分，用万分之一天 平称量根茎叶鲜重，并将植株不同器官于 105℃下杀青 0.5h，75℃烘干至恒重。取 500mg 粉碎烘干样品加入 HNO3—HClO4，采用微波消解仪（上海新仪，MDS-6 型）进行消解，采 用火焰原子吸收分光光度计（北京瑞利，WFX-130A 型）分别测定镉、锌、铅含量，再换算 成植物根、茎和叶单位干重的镉、锌、铅含量，并计算 TF 和 AF。每处理重复 3 次，每次 重复 3 株，共 9 株幼苗，求平均值。
2 结果与分析
2.1 复合污染对龙葵和印度芥菜生物量影响 观察表明，龙葵的生物量较小、生长周期较长而印度芥菜的生物量较大、生长周期较短，
在正交实验 Pb、Cd、Zn 处理下，龙葵和印度芥菜均能正常生长。 对龙葵和印度芥菜生物量影响方差分析见图 1 和表 4。对龙葵而言，Pb 对其株高影响最
大，其次为 Cd、Zn，但土壤中 Cd 和 Zn 均没有显著影响其株高(p>0.05)；土壤中对 Pb 龙葵 根部干重影响最大，其次为土壤中 Zn， Cd 对龙葵根部干重影响最小；Pb 对龙葵地上部干 重影响最大，其次为 Zn、Cd。对印度芥菜而言，Pb 对其株高影响最大，其次为 Zn、Cd； 在印度芥菜根部干重影响中 Cd 影响最大，其次为 Pb、Zn，均没有显著影响印度芥菜根部 干重；Cd 对印度芥菜地上部干重影响最大，其次为 Pb、Zn，Cd 对印度芥菜地上部干重产 生极显著影响(p<0.01)。
本地植物。同其他一般植物相比而言，超富集植物地上部分重金属含量应超过普通植物地上 部分重金属含量的 100 倍以上[9]。重金属的超富集植物是一种能大量吸收转运重金属，但其 生长未受严重抑制的植物物种，其特性引起了世界各国学者的广泛研究。聂发辉 2005 年在 扩大了传统超富集植物的定义，并提出了新的评价系数———生物富集量系数，即给定生长
每个处理设 3 个重复，每盆 3 株植物。Pb、Cd、Zn 添加浓度水平见表 2。
表 2 正交试验设计
Table 2 Orthogonal test design
水平
试验因素 Factors/（mg·kg-1）
Hale Waihona Puke LevesPbZn
Cd
1
0
0
0
2
300
300
10
3 4
试验号 因素 Pb 因素 Zn 因素 Cd
土壤重金属污染来源包括工业企业“三废”的排放、矿山的开采溶淋、化肥和农药的施用、 城市生活垃圾的排放、污水灌溉和污泥农用等。而导致土壤污染的重金属主要包括 As、Cd、 Co、Cr、Cu、Hg、Mn、Ni、Pb、Zn 等，通常为几种重金属的复合污染[1]。重金属污染土 地的治理大致有客土法、石灰改良法、化学淋洗法等[2]。这些方法在污染土壤的改良和治理 方面虽然具有一定的理论意义，但在实际应用上往往都存在某些局限。如加入土壤改良剂的 沉淀法虽然在一定时期内可以降低土壤溶液中重金属离子的溶解度，但同时却会导致某些土 壤营养元素的沉淀[3]；淋洗法会同时造成营养元素的淋失[4]；客土法虽效果较好，但费用昂
复提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料 供试植物为超富集植物龙葵和印度芥菜。 供试土壤采自矿区周边某农田 0～20 cm 耕作层，土壤风干后过 2 mm 筛，充分混匀，土
壤 pH 为 5.39，重金属含量见表 1。
表 1 供试土壤重金属含量
Table 1 The concentration of heavy metal in the tested soil mg/kg
期内单位面积地上部分植物吸收的重金属总量与土壤含量之比，远远的扩大了超富集植物的 种类及其分布[10]。魏树和等人发现了龙葵(Solanum nigrum L .)这一超积累植物，其研究表明 龙葵对 Cd 单一或者 Cd、Pb、Cu、Zn 复合污染耐性均较强, 对 Cd 有较高的富集系数[ 11]。 研究发现印度芥菜(Brassica juncea L.)对多种重金属均有富集功能，尤其对 Zn、Cd 的富集 最为明显，同时印度芥菜对重金属的吸收都面临一个问题, 即富集的重金属大部分滞留在根
部, 只有很少一部分运输到地上部分[12-13]，但是由于印度芥菜生物量大、生长迅速，因此选
择印度芥菜作用于污染土壤的植物修复具有广阔的应用前景[14]。
重金属污染的植物修复技术是利用重金属超富集植物吸收土壤中的重金属，通过收割植
物带走重金属，从而缓解土地污染。据此，本研究针对某矿区周边重金属污染问题，选用适 合本地生长的超富集植物龙葵和印度芥菜，并且采用正交试验法对龙葵及印度芥菜进行镉、 锌、铅复合污染的试验，研究其对复合污染土壤的修复潜力，以期为矿区周边重金属植物修
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镉锌铅复合污染土壤的超富集植物修复能力研究*
林诗悦 1 冯义彪 2 (1 福州第三中学，福州，350003 2 福建省环境科学研究院，福州，350013) 摘要：本研究在分析某金属矿区周边及试验基地土壤基本特征的基础上，采用正交试验法对超富集植物龙 葵及印度芥菜进行镉、锌、铅复合污染的盆栽试验，同时对龙葵及印度芥菜根、茎、叶样品中镉、锌、铅 含量进行测定和方差分析。主要研究结果如下：()龙葵和印度芥菜对重金属 Cd、Zn 具有很强的吸纳与耐受 能力，且其吸收量随土壤中重金属浓度的增加而增加，但是对重金属 Pb 的吸纳能力并不强。2)在三种重金 属同时存在的情况下，龙葵和印度芥菜地下部对重金属 Pb 的吸收富集能力分别约为地上部的 2～4 倍和 2～ 12 倍；龙葵和印度芥菜地下部对重金属 Cd 的吸收富集能力略小于地上部；而龙葵和印度芥菜地下部对 Zn 的吸收富集能力则小于地上部。3)在镉、锌、铅复合污染条件下，龙葵和印度芥菜对 3 种重金属吸收富集 能力的大小依次为 Zn >Cd >Pb。龙葵对重金属 Cd 和 Pb 的转运系数大于印度芥菜，而印度芥菜对 Zn 的转 运系数则大于龙葵。 关键词：超富集植物 复合污染土壤 植物修复 龙葵 印度芥菜
600
600
50
1000
1000
100
表 3 错误！未找到引用源。(43)正交表 Table 3 错误！未找到引用源。(43) orthogonal table
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 T16
111122223 3 3 3 4 4 4 4
Cd
Pb
Zn
Cu
As
Hg
0.22
31.8
117.1
46.8
4.3
0.07
1.2 试验方法
以分析纯 CdCl2·2.5H2O、ZnSO4·7H2O、Pb(NO3)2 作为镉、锌、铅源，采用分析纯 NH4Cl、 KH2PO4、KCl 作基肥，按正交表 L16(43)（表 3）实验方案将镉、锌、铅盐、基肥与土充分 混匀装盆。共 3 因素(Pb、Cd、Zn)、4 水平（对照、低污染、中污染和高污染）16 个处理，
* 福建省环保厅科技计划项目(KZLT1307)，福建省场地土壤环境风险评价筛选值研究子课题。
贵，难以大面积工程推广[5]。近年来发展起来的植物修复技术以其安全、廉价的特点正成为 研究和开发的热点[6]。
1977 年，Brooks 等首先提出了超富集植物（Hyperaccumulator）的概念，并认为若植物 组织干重中 Ni 含量超过 1000mg/kg，则该种植物就是 Ni 的超富集植物[7]。此后，Chaney 等 在 1983 年提出了利用超富集植物修复重金属污染土壤的思想，通过利用重金属超富集植物
Study on phytoremediation of hyperaccumulators for cadmium，zinc and lead in the multiple contaminated soils
Abstract: This paper is on the basis that the basic characteristics of soil was well investigated in mine districts and testing grounds. Pot experiments of solanum nigrum（L.）and Brassica juncea（L.） for cadmium, zinc and lead in the multiple contaminated soils had been done with a orthogonal test method. The contents of cadmium, zinc and lead in the roots, stems and leaves of solanum nigrum（L.）and Brassica juncea（L.） were analyzed and the variance analysis was also used. The research contents and results were listed as follows: (1) Solanum nigrum（L.）and Brassica juncea（L.） have profound ability of absorption and resistance to heavy metals of cadmium and lead, the absorption was increased with the increasing concentration of the heavy metals， but Solanum nigrum（L.）and Brassica juncea（L.）don’t have profound ability of absorption to heavy metals of zinc . (2) The accumulating ability of lead in the underground part of Solanum nigrum（L.）and Brassica juncea（L.） were 2～4 times and 2～12 times than the aboveground part. The accumulating ability of in the underground part of two hyperaccumulators has similar efficacy to the aboveground part, while the accumulating ability of zinc in the underground part of two hyperaccumulators was less than the aboveground part. (3) The accumulating ability of cadmium, zinc and lead in two hyperaccumulators was arranged in order: zinc > cadmium> lead. The transfer coefficient of cadmium and lead in Solanum nigrum（L.）was greater than Brassica juncea（L.）, however, the zinc was just the opposite. Key words hyperaccumulators； multiple contaminated soil； phytoremediation； solanum nigrum (L.）； Brassica juncea（L.）