日本楤木对重金属Cd污染土壤的修复效果

王静++何安++李德生++晁桌锡++俞洋++朱秀锦++张才

摘要：通过盆栽模拟试验，验证日本楤木（Arlia elata var. inermis）对重金属Cd污染土壤是否有修复效果及重金属Cd在植物体内的累积转移是否影响其食用安全性。结果表明，日本楤木对重金属Cd的富集能力较强且转运系数较大，且地上部的富集系数高于地下部的富集系数。日本楤木根、茎、叶中的重金属含量超过了国家无公害绿色蔬菜标准，不符合食用标准。通过日本楤木对重金属Cd污染的修复效率来看，日本楤木对低浓度重金属Cd污染的土壤修复效率达到最大，为60%，随着重金属Cd胁迫浓度的增加，日本楤木的修复效率逐渐降低。因此，在重金属Cd污染的农田土壤中，日本楤木可作为抗污染植物，但体内的重金属Cd的含量表明不宜直接食用。

关键词：日本楤木（Arlia elata var. inermis）；重金属Cd；富集；修复效率

中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）16-3067-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.16.016

The Remediation Efficiency of Soil Polluted by Heavy Metal Cd

WANG Jing1，HE An1，LI De-sheng1，CHAO Zhuo-xi1，YU Yang1，ZHU Xiu-jin1，ZHANG Cai2

（1.College of Environmental Science and Safety Engineering，Tianjin University of Technology，Tianjin 300381，China；

2.Rushan Forestry Bureau of Shandong Province，Rushan 264500，Shandong，China）

Abstract： By means of pot simulation experiment，the remediation effect of soil polluted by Cadmium and the edible safety of Aralia elata var. inermis were validate. The results showed that A. elata had better accumulation ability of Cd with higher transfer coefficient，and the bioaccumulation factor of overground part was higher than underground part. The content of Cd in root，stem and leaf of A. elata in line were higher than the national organic green vegetable standard，which was inedibility.From the aspect of remediation efficiency of soil polluted by Cd with A. elata，the value was the highest as 60% at the lower Cd content. With the increases of Cd content，the remediation efficiency decreased gradually. Therefore，A. elata could be used as anti-pollution plant in soil with Cd pollution. However，the plant which had Cadmium illustrated couldnt be eaten any more.

Key words： Aralia elata var. inermis； heavy metal Cd； enrichment； remediation efficiency

由于矿产资源的开发利用、工业生产的快速发展及各种化学农药、化肥等物质的大量使用，导致重金属污染物进入环境中，造成土壤污染，尤其是农田土壤重金属污染较为严重[1]。中国受Cd、Hg、Pb等污染的耕地面积约为2×107 hm2，受污染的粮食多达1.2×107 t，经济损失至少达到2×1010元[2，3]。除此之外，受重金属污染后的粮食一旦被人类误食，则会对人体造成严重的危害，如痛痛病、软脚病等症状。大多数学者将重心放在蔬菜[4]、粮食[5]、园林植物[6]、草本植物[7]对重金属Cd污染土壤的修复，且方向更偏于植物的生理生化方面，很少学者研究木本植物对重金属污染土壤的修复。日本楤木（Arlia elata var. inermis）是一种兼營养价值、药用保健价值以及生态价值等于一身的木本蔬菜，其根系发达，适应性强，在酸性、微酸性、中性、微碱性土壤及轻度的盐碱地中均能良好的生长[8，9]。本研究主要通过盆栽模拟试验，研究日本楤木对含镉污染土壤的修复效率以及重金属Cd在日本楤木中迁移转化规律，为日本楤木对重金属Cd污染土壤的修复提供一定的参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

于2014年12月进行试验。供试土壤是将取自天津理工大学校园的土与购买的营养土以20∶1的比例混合均匀，过2 mm的目筛。将供试土壤置于大小一致的花盆中，且每盆装土均为2.5 kg。将大小、长势一致的日本楤木扦插于土壤中，并置于天津理工大学环境科学与安全工程学院的人工气候室中进行培养。待幼苗恢复生长后，将化学试剂CdCl2·2.5H2O（分析纯）以溶液的形式注入土壤中，共设为5个浓度梯度，分别为1、2、5、10、20 mg/kg，以空白样为对照，每个处理组设3个平行样。endprint

1.2 样品测定

分别称取0.1～0.2 g日本楤木的根、茎、叶样品，经浓硝酸-双氧水消解，再采用电感耦合等离子体发射光谱仪测定重金属Cd的含量。计算日本楤木对土壤的修复效率、重金属Cd在日本楤木体内的富集系数及转运系数[10]。

1.3 数据分析

数据均采用Excel 2007软件进行整理计算，以平均值表示，并采用Origin 8.5进行制图。

2 结果与分析

植物体内的重金属含量和积累量是衡量植物对重金属修复能力的一个重要指标[11]。此外，通过研究植物体对重金属的吸收，计算植物的富集系数和转运系数，来探索重金属在植物体内的迁移转化规律。

2.1 日本楤木对重金属Cd污染土壤的修复效率

由图1可以看出，随着重金属Cd胁迫浓度的增加，日本楤木对土壤的修复效率逐渐降低。在土壤中重金属Cd的胁迫浓度为1～3 mg/kg时，土壤修复效率下降的程度较大，在重金属Cd的胁迫浓度达到1 mg/kg时，土壤的修复效率达到最高，为60%，但修复效率仍低于空白对照组。在重金属Cd的胁迫浓度达到3 mg/kg以后，土壤的修复效率下降不明显，在重金属Cd的胁迫浓度为20 mg/kg时，土壤的修复效率最低，为3%。

2.2 重金属Cd在日本楤木体内的富集及迁移转化规律

由图2可以看出，随着重金属Cd胁迫浓度的增加，日本楤木的地上部和地下部的富集系数均减小。日本楤木地上部的富集系数明显高于地下部的，说明在重金属Cd胁迫下，Cd更倾向于向茎、叶中迁移转化。在重金属Cd的胁迫浓度达到1 mg/kg时，日本楤木的地上部和地下部的富集系数达到最高，分别为0.654 9和0.421 9，且均高于空白对照组。在重金属浓度达到2 mg/kg时，其地上部和地下部的富集系数分别为0.578 4和0.356 8，其富集系数仍高于空白对照组。

由图3可以看出，在重金属Cd的胁迫下，日本楤木的根-茎的转运系数高于茎-叶之间转运系数，但在Cd的胁迫浓度达到1 mg/kg时，茎-叶的转运系数略高于根-茎的转运系数，表明在此浓度下，Cd向日本楤木的茎、叶迁移的较多。在重金属Cd浓度达到2 mg/kg时，日本楤木根-茎的转运系数达到最大，为0.878 8，表明在此浓度下，Cd相对地向日本楤木的茎迁移较多。在土壤中重金属Cd的投加浓度为5～20 mg/kg时，日本楤木根-茎和茎-叶的转运系数变化不大。

2.3 日本楤木各组织中重金属Cd的含量

由表1可以看出，日本楤木根、茎、叶中重金属Cd的含量分别随着重金属Cd胁迫浓度的增加而增加，并且还可以发现，在同一处理浓度下，重金属Cd在日本楤木各个组织中表现为根>茎>叶。在土壤中重金属Cd浓度为20 mg/kg时，日本楤木根、茎、叶中的含量达到最大，分别为5.95、4.44和3.12 mg/kg。在土壤中重金属Cd浓度为1～3 mg/kg时，日本楤木根、茎、叶中的重金属Cd的含量变化不大，表明在重金属Cd的胁迫浓度为1 mg/kg时，日本楤木对Cd的吸收较强，在胁迫浓度为2 mg/kg或3 mg/kg时，日本楤木对Cd的吸收相对较弱。根据《农产品安全质量无公害蔬菜安全要求》的标准[12]，重金属Cd的含量应不超过0.5 mg/kg。本试验结果表明，根、茎、叶在较低浓度下就已超标，故日本楤木种植在重金属Cd污染土壤中，其可食用部分重金属含量超标，不能安全生产。

3 小结与讨论

随着人们生活水平的提高，传统的营养型食品已不再受人们的重视，然而生理调节型的功能食品受到人们的青睐，特别是植物性功能食品，木本蔬菜则占其一[9]。日本楤木是现代农业具有开发潜力的优良蔬菜[8，9]。然而中国农田土壤普遍受重金属Cd污染，导致大量的粮食、蔬菜受到重金属的胁迫。

本研究结果表明，日本楤木对重金属Cd的修复效率在浓度为1 mg/kg时达到最大，为60%；在浓度为20 mg/kg时达到最低，为3%。此外，重金属Cd在植物体内的迁移转化规律表现为根>茎>叶。但是，在重金属Cd不同胁迫浓度下，日本楤木的地上部分的富集系数均高于地下部的富集系数，表明重金属Cd向植物地上部转化的较多。在重金属Cd的胁迫浓度为1 mg/kg时，日本楤木地上部和地下部的富集系数均达到最高，表明日本楤木对土壤中重金属Cd的吸收量达到最大，对Cd污染土壤的重金属的吸附效果最好。在重金属浓度为1 mg/kg时，茎-叶间的转运系数略高于根-茎间的转运系数，且转运系数均小于1，表明在此浓度下，日本楤木叶片内吸收重金属Cd的含量相对较高；在重金属Cd的胁迫浓度达到2 mg/kg之后，日本楤木根-茎间的转运系数高于茎-叶间的转运系数，且转运系数均小于1，表明在此浓度下，日本楤木茎中重金属Cd的含量相对较多，因此推测日本楤木为避免重金属Cd对其毒害，向上转移部分的重金属，减轻Cd2+对根部的毒害，是植物的一种自我保护机制。此外，根据国家无公害蔬菜重金属含量的标准[12]——Cd的含量应不超过0.5 mg/kg，可以看出日本楤木种植在重金属Cd污染的土壤中，其可食用部位均不符合食用要求。因此，在重金属Cd污染的农田土壤中，日本楤木可以作为抗污染植物，但植物的各个组织内的重金属含量表明不宜直接食用。

参考文献：

[1] 樊 霆，叶文玲，陈海燕，等.农田土壤重金属污染状况及修复技术研究[J].生态环境学报，2013，22（10）：1727-1736.

[2] 串丽敏，赵同科，郑怀国，等.土壤重金属污染修复技术研究进展[J].环境科学与技术，2014，37（S2）：213-222.

[3] 冯凤玲，成杰民，王德霞.蚯蚓在植物修复重金属污染土壤中的应用前景[J].土壤通报，2006，37（4）：808-814.

[4] 梁巧玲，杨 晖.镉在青菜中的富集及对其生理的影响[J].北方园艺，2016（9）：6-10.

[5] 张 军，王新军，吴秀宁.镉胁迫对小麦幼苗叶片生理特性的影响[J].商洛学院学报，2016，30（2）：65-69.

[6] 吳月燕，陈 赛，张燕忠，等.重金属胁迫对5个常绿阔叶树种生理生化特性的影响[J].核农学报，2009，23（5）：843-852.

[7] 刘云国，宋筱琛，王 欣，等.香根草对重金属镉的积累及耐性研究[J].湖南大学学报（自然科学版），2010，37（1）：75-79.

[8] 李晓晶，李德生，李海茹，等.天津市木本蔬菜资源及发展前景[J].安徽农业科学，2012，40（1）：48-50.

[9] 严晓玲.黑龙江省的野生蔬菜[J].北方园艺，2006（3）：74-75.

[10] 王耀平，白军红，肖 蓉，等.黄河口盐地碱蓬湿地土壤-植物系统重金属污染评价[J].生态学报，2003，33（10）：3083-3091.

[11] 潘 秀，石福臣，刘立民，等.Cd、Zn及其交互作用对互花米草中重金属的累积、亚细胞分布及化学形态的影响[J].植物研究，2012，32（6）：717-723.

[12] 王明华，张 森，王伟路，等.重金属在盐地碱蓬体内的累积与转移特征[J].中国果菜，2015，35（4）：44-48.endprint