螯合剂对油葵修复镉砷复合污染土壤的影响

EffectofchelatingagentsonremediationofcadmiumandarseniccomplexcontaminatedsoilusingoilsunflowerHANNian1，HUANGYi-zong1*，WEIXiang-dong2，TIEBai-qing2，ZHANGSheng-nan1，WANGBing-shuo1，BAOQiong-li1，HUANGYong-chun1（1.Agro-EnvironmentalProtectionInstitute,MinistryofAgricultureandRuralAffairs,Tianjin300191,China;2.CollegeofResourcesandEnvironment,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China）Abstract：Toidentifymeasurestoimprovetheheavymetalextractionefficiencyofoilsunfloweronfarmlandsoil,theeffectofdifferentche⁃latingagents（NTA,EGTA,EDDS,andEDTA）ontheremediationofCdandAscomplex-contaminatedsoilbyoilsunflowerwerestudied.Theresultsshowedtheapplicationofthefourdifferentchelatingagentshadlittleeffectonthebiomassofroots,stems,leaves,disk,andgrainofoilsunflower.DifferentchelatingagentshaddifferenteffectsonCdandAsconcentrationsandaccumulationindifferentorgansoftheoilsunflower.ComparedwiththeCKtreatment,theapplicationofNTA,EGTA,EDDS,andEDTAincreasedtheCdconcentrationinoilsunflowerdiskby30.2%,55.1%,41.9%,and43.3%,respectively,andtheAsconcentrationinoilsunflowerrootincreasedby23.6%,18.1%,15.6%,and15.4%,respectively.However,theeffectonCdconcentrationinoilsunflowergrainsandstemswasnotsignificant.TreatmentwithNTA,EGTA,EDDS,andEDTAincreasedthetotalCdaccumulationofoilsunflowerplantsby32.8%,45.3%,40.5%,and41.6%,respectively,buthadnosignificanteffectontheaccumulationofAsinoilsunflower.Thefourchelatingagentshaddifferenteffects2019，38（8）:1891-19002019年8月农业环境科学学报JournalofAgro⁃EnvironmentScience韩廿，黄益宗，魏祥东,等.螯合剂对油葵修复镉砷复合污染土壤的影响[J].农业环境科学学报,2019,38（8）：1891-1900.HANNian，HUANGYi-zong，WEIXiang-dong,etal.Effectofchelatingagentsonremediationofcadmiumandarseniccomplexcontaminatedsoilusingoilsunflower[J].JournalofAgro-EnvironmentScience,2019,38（8）:1891-1900.螯合剂对油葵修复镉砷复合污染土壤的影响韩廿1，黄益宗1*，魏祥东2，铁柏清2，张盛楠1，王丙烁1，保琼莉1，黄永春1（1.农业农村部环境保护科研监测所，天津300191；2.湖南农业大学资源环境学院，长沙410128）收稿日期：2019-05-23录用日期：2019-07-04作者简介：韩廿（1995-），男，硕士研究生，从事土壤重金属污染修复研究。E-mail：[e-mail]*通信作者：黄益宗E-mail：[e-mail]基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFD0801500）；国家科技支撑计划项目（2015BAD05B02）Projectsupported：TheNationalKeyR&DProgramofChina（2017YFD0801500）；TheNationalScienceandTechnologySupportProgram（2015BAD05B02）摘要：为提高油葵对农田土壤重金属的提取效率，研究了不同螯合剂（NTA、EGTA、EDDS和EDTA）对油葵修复Cd、As复合污染农田土壤的影响。结果表明，施用4种不同螯合剂对油葵根、茎、叶、花盘和籽粒生物量影响不大。不同螯合剂对油葵各器官Cd、As含量和积累量影响不一样。与CK处理相比，施用NTA、EGTA、EDDS、EDTA导致油葵花盘Cd含量分别提高30.2%、55.1%、41.9%和43.3%，根系As含量分别提高23.6%、18.1%、15.6%和15.4%，但是对籽粒和茎中Cd含量影响不显著。施用NTA、EGTA、EDDS和EDTA处理使油葵植株总Cd积累量分别比CK处理提高32.8%、45.3%、40.5%和41.6%，而对油葵As积累量没有显著影响。4种螯合剂对油葵各器官Cd、As富集系数有不同影响，而对Cd、As转运系数影响不显著。施用EDTA处理使根际土壤Cd含量比CK处理降低25.0%，施用NTA和EDTA处理使根际土壤As含量分别降低18.1%和14.3%。4种螯合剂均可以提高油葵对Cd、As污染土壤的修复效率。关键词：农田；重金属；油葵；螯合剂；植物修复；萃取技术中图分类号：X53文献标志码：A文章编号：1672-2043（2019）08-1891-10doi:10.11654/jaes.2019-0568农业环境科学学报第38卷第8期我国耕地资源十分匮乏，土壤污染形势也十分严峻，据报道目前我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积近2000万hm2，约占总耕地面积的1/5，我国土壤各种污染物超标点位占调查总点位的16.1%；而耕地土壤点位超标率高达19.4%，污染形势不容乐观[1]。每年因土壤重金属污染带来的粮食减产超过1000万t，被重金属污染的粮食约1200万t，经济损失超200亿元[2-3]。工业化和城市化进程的加快，矿产资源的不断开采，导致大量的重金属污染物进入生物圈，对人类健康和整个生态系统构成严重威胁[4-5]。重金属可通过食物链进入人体，且不同重金属元素对人体健康的危害不同。重金属污染物进入土壤后难以被降解，其具有隐蔽性、不可逆性、累积性等特点，对动植物的生存、人类健康及社会发展存在极大危害[6]。由此可见，有效地修复土壤重金属污染意义重大。目前，国内外已开展较多的重金属污染土壤修复技术研发，主要以化学钝化修复技术、植物修复技术和农艺修复技术为主。植物修复技术是指利用植物提取、吸收、分解、转化和固定土壤重金属污染物技术的总称，具有成本低廉、效果较好、环境友好等特点。其中植物提取是利用富集或超富集植物吸收和转运重金属，并累积在植物地上部，随后收获地上部分并集中处理的技术[7]，该技术应用最为广泛，适用于修复大面积、中轻度重金属污染的土壤。超富集植物（Hyperaccumulator）是指相对于普通植物能从土壤或水体中吸收富集高含量的重金属，并具有将重金属从植株的地下部向地上部大量转运的特殊能力，表现出很高的富集系数[8]。由于各种重金属在地壳中的丰度及在土壤和植物中的背景值存在较大差异，因此对不同重金属的超富集植物富集浓度界限也有所不同。目前采用较多的为Baker和Brooks于1983年提出的参考值，即把植物叶片或地上部（干质量）中含Cd达到100μg·g-1，含Co、Cu、Ni和Pb达到1000μg·g-1，Mn和Zn含量达到10000μg·g-1以上的植物称为超富集植物。同时这些植物还应满足S/R1的条件（S和R分别指植物地上部和根部重金属的含量）[9]。目前已经发现有400种超富集植物可以用来提取土壤中的重金属，但是超富集植物通常植株较小、生物量少，修复土壤重金属效率较慢。而采用一些生物量较大、符合当地种植条件、有较强重金属耐受能力的富集植物比一些超富集植物在应用和修复潜力上有更明显的优势，并且在有效治理重金属污染土壤的同时又能带来显著的经济收益。油葵为一年生草本植物，属菊科，为向日葵的一种，是一种适应性广、耐盐碱、耐干旱、耐瘠薄的油料作物，其抗逆性强、生育期短、产值高，且籽粒含油量高、品质优良。重金属对植物的生理生长有一定的影响[4]。据报道，油葵在污染土壤中能够正常生长，没有出现明显的毒害现象，产量不受影响，而且因其地上部分生物量大，能够吸收积累大量的多种重金属[9]。油葵对Cd污染土壤具有一定的耐性，并且对Cd具有较强的吸收潜力。据Chen等[10]研究表明，向日葵地上部对Cd的积累量超过100mg·kg-1。牛之欣等[11]研究表明，水培条件下向日葵根系与地上部对Cd的富集系数随重金属浓度的增加而减小，而Cd富集量则相反。杨洋等[12]报道，大田试验中油葵对Cu、Cd和As的提取量明显高于玉米和油菜。近年来有大量报道利用螯合剂来提高植物对土壤重金属的提取效率。螯合剂是指分子骨架上带有螯合功能基团，即含有多个配位原子功能基团的高分子化合物，分为天然低分子量有机酸和多羧基氨基酸2大类。氨基多羧酸类（APCAs），如人工合成的螯合剂EDTA（乙二胺四乙酸）、DTPA（二乙三胺五乙酸）、HEDTA（羟乙基替乙二胺三乙酸）、EGTA（乙二醇双四乙酸）、DHA（乙二胺二乙酸）、CDTA（环已烷二胺四乙酸），以及天然螯合剂［S，S］-EDDS（S，S］-乙二胺二琥珀酸）和NTA（二乙基三乙酸）等[13]。APCAs由于其螯合能力较强而被推广使用，尤其是EDTA。螯合剂对油葵修复农田Cd、As污染土壤的影响较少有报道，本文基于大田试验研究施用不同螯合剂对油葵修复Cd、As复合污染土壤的影响，找出可提高油葵修复重金属的螯ontheCdandAsenrichmentcoefficientsofoilsunflowerbuthadnosignificanteffectonCdandAstransportcoefficients.TreatmentwithNTAandEDTAresultedinadecreaseof21.1%and25.0%,respectively,insoilCdconcentrationsandadecreaseof18.1%and14.3%,re⁃spectively,insoilAsconcentrations.ThesefourchelatingagentscanbeusedtoimprovetheremediationefficiencyofoilsunfloweronCdandAscontaminatedsoil.Keywords：farmland;heavymetal;oilsunflower;chelatingagent;phytoremediation;extractiontechnology1892韩廿，等：螯合剂对油葵修复镉砷复合污染土壤的影响2019年8月合剂，为农田Cd、As污染防治提