三叶草(Trifolium repens)用于土壤镉污染的修复潜力

摘要：通过温室盆栽试验法，研究了土壤镉（Cd）污染下三叶草对土壤Cd的富集特征及土壤Cd的净化能力等，以期为三叶草对土壤Cd的生态修复提供依据。结果表明：三叶草具有较好的Cd耐受性，总生物量增加值介于2.0~3.7g。随着土壤Cd处理浓度增加，三叶草根、茎、叶中Cd含量分别高达178.6、101.3、130.9mg·kg-1，富集系数（BF）分别介于9.7~17.9、3.0~10.1、3.1~13.1，富集能力大小总体表现为根叶茎，转运系数（TF）值均逸1（除T2处理），表明三叶草有较强的Cd富集能力，且能较好地将Cd转运至地上部位；三叶草根、茎、叶对Cd的吸收量均随着土壤Cd处理浓度的升高而递增，地上部位（茎、叶）吸Cd百分率（占总吸Cd量）最高达87.2%，对土壤Cd净化率最高达6.2%。因此得出三叶草具有作为Cd超积累植物的较好潜力，可以进行污染区域美化改造和Cd污染修复。关键词：Cd污染；土壤；修复潜力；三叶草中图分类号：X53文献标志码：A文章编号：1672-2043（2017）11-2226-07doi:10.11654/jaes.2017-0518RemediationpotentialofTrifoliumrepensusedincadmium-contaminatedsoilsLIUYong1,2,3,LIUYan1*,YANGDan1,LIANGQing1,LOUJie1（1.SchoolofBiologicalandEnvironmentalEngineering,GuiyangUniversity,Guiyang550005,China;2.UniversityofChineseAcademyofScience,Beijing100049,China;3.StateKeyLaboratoryofEnvironmentalGeochemistry,InstituteofGeochemistryChineseAcademyofSci原ences,Guiyang550002,China）Abstract：Inthisstudy,theenrichmentcharacteristicsandpurificationcapacityofTrifoliumrepensforcadmiuminsoilwereinvestigatedinordertoprovideareferenceforecologicalrestorationofcadmium.TheresultsshowedthattheaddedvalueofT.repensbiomassreached2.0~3.7g,indicatingthatT.repenscouldhaveahightoleranceforcadmium.Cadmiumaccumulationintheroots,stems,andleavesofT.repensreached178.6,101.3mg·kg-1,and130.9mg·kg-1,respectively,astheconcentrationofcadmiumincreased.Thebioaccumulationfactorvaluesoftheroots,stems,andleaveswere9.7~17.9,3.0~10.1,and3.1~13.1,respectively,andtheabilityofcadmiumtoaccumulateindifferentpartsofT.repenswasdecreasedintheorderofrootsleavesstems.ThetranslocationfactorvaluesforcadmiuminT.repenswereallgreaterthan1（exceptT2treatment）.ThesedataindicatedthatT.repenscouldhaveastrongcapacityforcadmiumenrichmentandcouldeasilytransportcadmiumintothesoil.TheamountofcadmiumuptakeofT.repensincreaseddiverselywiththedifferentcadmiumtreatmentsinsoils;inparticular,thecadmiumuptakeoftheabovegroundparts（stemsandleaves）ofT.repensreached87.2%,andthepuri原fyingrateofcadmiuminsoilswasashighas6.2%.Basedonthesefindings,T.repenswasfoundtohavepromisingapplicationsinbeautify原ingsurroundingsandrepairingcadmium-contaminatedsoils.Keywords：cadmiumpollution;soil;remediationpotential;Trifoliumrepens收稿日期：圆园17原04原10录用日期：圆园17原06原21作者简介：刘勇（1987—），男，甘肃平凉人，讲师，从事环境生态与污染防治研究。E-mail：[e-mail]*通信作者：刘燕耘原皂葬蚤造：早赠造赠远愿岳泽蚤灶葬援糟燥皂基金项目：贵州省科学技术厅自然科学基金联合基金项目（黔科合蕴匀字[2014]71远愿号，蕴KG[2013]圆猿号）；贵州省应用基础研究计划重大项目（黔科合允重大字[2015]20园员号）；国家级大学生创新创业训练计划平台项目（圆园员缘员园怨苑远园缘员）Projectsupported：栽澡藻允燥蚤灶贼云怎灶凿泽燥枣贼澡藻晕葬贼怎则葬造杂糟蚤藻灶糟藻云燥怎灶凿葬贼蚤燥灶燥枣杂糟蚤藻灶糟藻葬灶凿栽藻糟澡灶燥造燥早赠阅藻责葬则贼皂藻灶贼燥枣郧怎蚤扎澡燥怎孕则燥增蚤灶糟藻，悦澡蚤灶葬（蕴H[2014]苑员远愿，LKG[2013]圆猿）；孕则燥躁藻糟贼杂怎责责燥则贼藻凿遭赠贼澡藻酝葬躁燥则孕则燥早则葬皂枣燥则贼澡藻粤责责造蚤藻凿月葬泽蚤糟砸藻泽藻葬则糟澡燥枣郧怎蚤扎澡燥怎孕则燥增蚤灶糟藻，悦澡蚤灶葬（[2015]2001）；栽澡藻孕则燥躁藻糟贼燥枣晕葬贼蚤燥灶葬造杂贼怎凿藻灶贼泽忆孕造葬贼枣燥则皂枣燥则陨灶灶燥增葬贼蚤燥灶葬灶凿耘灶贼则藻责则藻灶藻怎则泽澡蚤责栽则葬蚤灶蚤灶早孕则燥早则葬皂（圆园员缘员园怨苑远园缘员）圆园17，36（11）:2226-22322017年11月农业环境科学学报允燥怎则灶葬造燥枣粤早则燥鄄耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼杂糟蚤藻灶糟藻刘勇，刘燕，杨丹，等.三叶草（Trifoliumrepens）用于土壤镉污染的修复潜力[J].农业环境科学学报,2017,36（11）：2226-2232.LIUYong,LIUYan,YANGDan,etal.RemediationpotentialofTrifoliumrepensusedincadmium-contaminatedsoils[J].允燥怎则灶葬造燥枣粤早则燥-耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼杂糟蚤藻灶糟藻,2017,36（11）:2226-2232.三叶草（Trifoliumrepens）用于土壤镉污染的修复潜力刘勇员，圆，猿，刘燕员*，杨丹员，梁清员，娄杰员（1.贵阳学院生物与环境工程学院，贵阳550005；2.中国科学院大学，北京100049；3.中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室，贵阳550002）第32卷第1期2017年11月目前，重金属污染是全球面临的重大环境污染问题之一[1]。其中镉（Cd）作为一种重要的重金属材料，广泛应用于电镀、冶炼、采矿、颜料以及电池等工业领域[2]。同时，Cd又属于剧毒重金属元素，在环境中活性强，易进入食物链，可在人体肝、肾及骨骼等组织中积累从而造成严重损伤[3-4]。近年来随着Cd工业发展，Cd环境污染问题备受关注[5-6]。2014年公布的全国土壤污染状况调查结果表明，我国土壤中Cd污染的点位超标率达7.0%，在无机污染物中最高[7]。土壤重金属植物修复具有高效环保、投资较少、应用潜力大等特点，是目前不断发展研究的重金属修复方法之一[8-9]。其中筛选出具有对重金属元素富集能力强的超积累植物是研究的热点[10-12]。三叶草（Trifoliumrepens）为多年生草本，豆科、车轴草属，具有抗寒耐热、固氮能力强、生长快、寿命长、酸碱性土壤上均适应性强等特点，是常见的堤岸斜坡防护及草坪装饰草种，具有保持水土的作用，也可以作为绿肥或优良牧草等[13-16]。近年来研究表明，三叶草在大气污染监测以及重金属环境修复等方面是理想的种质资源[17-18]。将三叶草用于土壤Cd污染修复，可以起到环境美化、水土保持和Cd污染修复等多重作用。已有研究表明，三叶草在水培条件下对Cd胁迫具有一定耐受性，并表现出富集植物的特性[19]。三叶草与禾本科植物协同修复Cd的效果较好，以及AM菌对三叶草富集Cd具有明显影响[20-21]，但将其单独用作土壤Cd的修复研究比较少。本文以三叶草为研究对象，进行温室盆栽实验，参考国家菜地土壤环境质量二级标准Cd臆0.4mg·kg-1（GB15618—2008），人工模拟土壤Cd污染环境，研究三叶草对土壤Cd富集特征以及土壤Cd净化能力等，以期为土壤Cd生态修复的超积累植物筛选提供科学依据。1材料与方法1.1试验材料三叶草：2015年10月采集于校园周边无污染绿地，选取生长旺盛且长势基本一致的三叶草植株。盆栽土壤：2015年10月采集于贵阳市某有机蔬菜基地的沙壤土，将土壤晾干、筛除异物、磨碎、过2mm筛。少量土壤用玛瑙研钵研磨，过200目筛，测定土壤部分理化参数：pH值为7.1，有机质为7.6%，速效氮为67.3mg·kg-1，速效磷为76.8mg·kg-1，速效钾为57.2mg·kg-1，总镉为0.017mg·kg-1。表明土壤肥力较好且无Cd污染。1.2试验方法含Cd土壤配制及植物盆栽：2015年10月采用温室（22~26益）盆栽土培法，将事先处理好的土壤放入15cm伊12cm的塑料花盆中，每盆装土1.0kg。采用CdCl2·2.5H2O（AR），准确计算和配制Cd2+溶液，并缓慢均匀注入盆栽土（避免Cd不均匀和溶液过剩漏出花盆），充分搅拌，使土壤Cd浓度分别为：0、3、5、7、10mg·kg-15个处理水平（分别记为T1、T2、T3、T4、T5），每个处理3次重复。模拟Cd污染土壤平衡2周后进行三叶草移栽，确保每盆三叶草长势、株数（5株）及鲜重（称量记录）一致，连续培养45d。定期浇水，含水率保持在75%，严格防止从花盆底座流出造成Cd流失。45d后整株收获，清洗、晾干、称鲜重，并用剪刀将其分割为根、茎、叶，并称鲜重，然后105益杀青30min，60益烘干至恒重，称干重，于自封袋保存备用。同时，采集盆中根际土壤25g，测定培养后土壤中Cd，即土壤Cd残留量，该土壤经风干、研磨、过200目筛后，一并于自封袋保存备用。样品中Cd含量测定：采用电热板加热，HCl-HNO3-HClO4法消解植物和土壤样品[22]，采用岛津AA-7000型石墨炉原子吸收仪进行测定。1.3数据处理采用Excel2007和SPSS22.0统计软件进行数据处理，利用最小显著性差异检验（LSD法）进行差异显著性检验，采用Sigmaplot10.0作图。2结果与分析2.1三叶草生物量变化及外观特征经过45d培养后，不同Cd处理水平下，三叶草生长均良好，未出现明显毒害现象，其生物量均有所增加（图1A），且随着Cd浓度升高，整株生物量增加值分别达4.8、2.0、3.3、3.7g和2.7g（表1），表明三叶草具有一定土壤Cd耐受性。如图1所示，培养后不同Cd处理下三叶草根、茎、叶各部位鲜重、干重无明显变化，但三叶草整株总生物量增加值均显著低于T1组（P