EDDS对铅镉污染的高羊茅和红三叶的影响1)

金忠民 沙 伟 张艳馥 刘丽杰 赵 静

(齐齐哈尔大学，齐齐哈尔，161006)

随着人口的快速增长、工业的迅速发展、农药与化肥的大量施用，大量的重金属污染物进入土壤环境，土壤污染日益严重。粗略统计，在过去的50 a中，排放到全球环境中的Cr22kt、Cu0.939Mt、Pb 0.783Mt和 Zn1.35Mt，其中大部分进入土壤，致使世界各国土壤出现不同程度的重金属污染［1］。重金属污染不仅导致土壤退化、农作物产量和品质降低，影响大气和水环境质量，而且可能通过直接接触、食物链传递等途径危及人类的健康和生命。特别是 Hg、Cd、Pb、Cr等。据统计，我国受 Cd、As、Pb等重金属污染的耕地面积近2 000万hm2，约占总耕地面积的1/5［2］。我国Cd污染农田面积已达1.33万hm2［3］。中国污灌区生产的大米中Cd质量分数严重超标，中国每年因重金属污染导致的粮食减产超过1 000万t，被重金属污染的粮食多达1 200万t，合计经济损失至少 200亿元［4］。镉(Cd)是生物毒性最强的重金属元素，在环境中的化学活性强，移动性大，毒性持久，容易通过食物链传递危及人类健康，对人体具有致病、致突变作用，能诱发肾衰变、关节炎、癌症等病［5］。铅进入土壤环境后不易被降解，很容易被农作物吸收继而通过食物链危害人体健康。铅对人体的主要危害是影响造血系统、肾脏以及神经系统，对免疫、消化及儿童的生长发育也有一定的毒害作用［6］。

高羊茅(Festuca arundinacea)，禾本科多年生草本，由于其快速生长且可耐高质量分数的Zn、Pb，并可用于修复Zn、Pb污染土壤;红三叶(Trifolium pratense)，豆科多年生草本，对Zn有较强的耐性和一定的富集能力。

［S，S］－乙二胺二琥珀酸(［S，S］－EDDS，简称EDDS)是一种易于生物降解且低毒性的螯合剂［7］，从环境安全方面考虑，EDDS是目前推荐的能够大量使用的螯合剂。

草坪植物在重金属污染土壤改良方面是很有希望的植物材料，因为它不进入食物链，这样既可以修复土壤又可避免污染物通过食物链传递，具有较高的经济和生态价值［8］。文中研究了外加EDDS对受Pb和Cd污染的高羊茅和红三叶生长的影响，以及二者对Pb和Cd的吸附能力，旨在为Cd、Pb污染土壤的植物修复筛选适宜物种提供参考依据。

1 材料与方法

土壤取自齐齐哈尔大学农园，高羊茅和红三叶种子购自北京种子公司。

挑选出大小一致、颗粒饱满、各部分生理结构完整健康的高羊茅和红三叶种子，播种前用水浸泡种子12 h，经2%次氯酸钠表面消毒后播种，在500 mL塑料花盆中分别装入含Cd质量分数分别为100、200 mg·kg－1，含 Pb 质量分数分别为500、1 000 mg·kg－1的土样400 g，每盆分别播入高羊茅和红三叶种子，播种后每天保持土壤湿润。设立不含重金属的对照组。播种30 d，待植株在重金属污染土壤中生长良好后，加入 1.0 mmol·kg－1EDDS，播种 45 d 后收获，沿土面剪取植株地上部，洗出根系，105℃下杀青烘干2 h，称地上部和根部的干质量。植物经V(HNO3)∶V(H2O2)=3∶2消解后用 ICP—MS测定重金属离子质量分数。取叶片测定叶绿素质量分数［9］。

所有试验均设3个重复，所获数据利用Excel和SPSS 13.0软件进行统计分析及差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理对高羊茅和红三叶干质量的影响

由表1可知，在重金属污染的土壤中高羊茅和红三叶地上部干质量比对照都有降低，其中经Cd200 mg·kg－1处理的土壤中红三叶和经Pb1 000 mg·kg－1处理的土壤中高羊茅和红三叶地上部干质量显著降低(p＜0.05)。供试植物的地上部干质量经EDDS处理后比在Pb、Cd污染土壤中有不同程度的增加，但差异不显著，经Cd100 mg·kg－1和Pb500 mg·kg－1处理的土壤中高羊茅和红三叶的地上部干质量比对照略有升高。这说明当部分金属离子穿过细胞壁和细胞膜进入细胞后，能和细胞质中的蛋白质等形成复杂的稳定螯合物，它们能使重金属的毒性降低［10］，从而增加植物生物量。在重金属污染的土壤中高羊茅和红三叶根部干质量都有降低，在经Cd200 mg·kg－1处理的土壤中红三叶干质量和经Pb1 000 mg·kg－1处理的土壤中高羊茅和红三叶根部干质量都明显降低(p＜0.05)，外加EDDS只有在经Cd200 mg·kg－1处理的土壤中红三叶根部干质量有所升高，其他处理根部干质量都降低。

表1 不同处理对高羊茅和红三叶干质量的影响

2.2 不同处理对高羊茅和红三叶富集铅镉的影响

由表2可知，在重金属土壤中生长的高羊茅和红三叶地上部和根部的Cd和Pb的质量分数与对照相比都显著增加(p＜0.05)。外加EDDS后在经Cd200 mg·kg－1处理的土壤中高羊茅和经Pb1 000 mg·kg－1处理的土壤中红三叶的根部重金属的质量分数比添加前都有所减少。外加EDDS后在经Pb 1 000 mg·kg－1处理的土壤中高羊茅地上部和根部的Pb的质量分数比添加前有所增加，但差异不显著，同样情况发生在经Cd100 mg·kg－1处理的土壤中高羊茅的地上部和根部Cd的质量分数，以及经Cd100 mg·kg－1和 Cd200 mg·kg－1处理的土壤中红三叶根部Cd的质量分数，其余处理显著增加(p＜0.05)。

表2 不同处理对高羊茅和红三叶植株体内铅镉质量分数的影响

EDDS处理能使高羊茅和红三叶地上部Pb、Cd质量分数大幅度增加，可能是EDDS促进土壤固相中重金属的释放，促进Pb、Cd由植物根部向地上部的转运［7］。EDDS对植物根部重金属质量分数的影响不一，但多数处理重金属都有所增加。

2.3 不同处理对高羊茅和红三叶叶片叶绿素质量分数的影响

由表3可以看出，Pb、Cd胁迫显著降低叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素(叶绿素a+b)质量分数(p＜0.05)。经Pb、Cd处理后对植株叶绿素a的影响远大于对叶绿素b的影响，而且经Pb、Cd胁迫下的叶绿素a/b的值与对照相比均降低。外加EDDS使经Cd100 mg·kg－1处理的土壤中高羊茅和红三叶的叶绿素a/b的值有所升高，其他处理叶绿素a/b的值都降低，但降低差异不显著。说明EDDS并不能普遍提高叶绿素a/b的值，不能有效缓解Pb、Cd对植物叶片的毒害作用。EDDS促进Pb、Cd由植物根部向地上部的转运，使植物叶片叶绿素a/b的值降低，加重了重金属对植物叶片的毒害作用，加快了叶片的衰老，降低了叶片光合作用能力，影响植物生长。

表3 不同处理对植物叶片叶绿素质量分数的影响

3 结论与讨论

Pb、Cd污染使高羊茅和红三叶的生物量降低，高羊茅和红三叶可以富集土壤中的Pb、Cd，植物地上部和根部含Pb、Cd量随着土壤含Pb、Cd质量分数提高而增加，而且根部的质量分数远大于地上部。说明2种重金属在高羊茅和红三叶体内主要以根积累为主，可以利用高羊茅和红三叶根系稳定处理重金属污染土壤，能使受污染土壤不继续被侵蚀，并减少土壤渗漏而防止重金属污染的迁移，又可使其在根部积累和沉淀［11］。

多数处理中EDDS可以增加Pb、Cd的富集量。外加EDDS降低了叶绿素a/b的值，加速了植物叶片老化，影响植物生长。本试验中，叶绿素a/b的变化反映了叶片的衰老和生物量降低的一致性，但是Pb、Cd积累能力与植物体的生物量呈负相关。同时，本研究采用的2种植物对铅、镉的富集量有限，这可能与植物种类及培养条件有关。

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