王 碩，李德生，俞 洋，王 靜，張 才

（1.天津理工大學環(huán)境科學與安全工程學院，天津 300384；2.山東省乳山市林業(yè)局，山東乳山 264500）

近年來，伴隨著工業(yè)化和城市化進程的不斷推進，生態(tài)環(huán)境正在遭受嚴重破壞，而最為典型和直觀的是土壤重金屬污染問題［1］。目前，常見形成土壤污染的重金屬主要有鎘（Cd）、鉛（Pb）、鋅（Zn）等，這3種重金屬在土壤環(huán)境中表現為協同作用，而正是這種協同作用嚴重威脅了環(huán)境安全，會使土壤肥力降低而導致作物的產量與品質下降，進而惡化環(huán)境，高濃度下甚至會對植物產生毒害，在食物鏈中富集進入人體，危害人體健康［2］。

植物修復作為一種高效且清潔的重金屬修復方式，主要是利用對重金屬具有高度富集作用的植物去吸收土壤中的重金屬，使重金屬在土壤中的濃度下降，使土壤能重新投入正常使用。與傳統的環(huán)境修復技術不同，植物修復技術具有三大特性，即治理成本的低廉性、環(huán)境美學的兼容性、治理過程的原位性［3］。萱草（Hemerocallis fulva）為百合科萱草屬多年生宿根草本植物，別稱金針花、黃花菜，可修復受重金屬污染的土壤［4］，在我國栽培歷史悠久，具有花色鮮艷、花期長、花型豐富、適應性強等特點，被廣泛應用于園林綠化，而在歐洲及北美地區(qū)，萱草也是重要的花園植物之一［5］。本試驗旨在研究萱草落葉前后對鎘、鉛、鋅復合污染土壤的修復效果，以期為植物修復重金屬污染土壤奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

萱草，長勢基本相同；栽培基質為天津理工大學校園內土壤與以草木灰為主的營養(yǎng)土按體積比10∶1的混合土，校園土壤基本理化性質為有機質含量16.01 g/kg，pH值為6.79，含水率為12%，Cd、Pb、Zn含量分別為11.17、43.83、179.33 mg/kg。試驗用Cd、Pb、Zn分別為CdCl2、Pb（NO3）2、ZnSO4。

1.2 試驗方法

試驗以CdCl2、Pb（NO3）2、ZnSO4模擬配制4個重金屬復合污染物，每個污染物按Cd、Pb、Zn使用濃度不同，各設4個處理，以不使用Cd、Pb、Zn為對照（表1）。將按比例配制好的各復合元素均勻加入到混合土中，裝入口徑為19.1 cm的塑料小盆，每盆裝土2.7 kg；2016年4月，將萱草栽種于天津理工大學環(huán)安學院3樓平臺，單盆為1個處理，重復3次。

1.3 測定內容和方法

分別于2016年9月萱草葉未枯黃期（落葉前）、12月萱草葉枯黃凋落期（落葉后）測定萱草葉內的Cd、Pb、Zn含量，12月同時測定萱草根內的Cd、Pb、Zn含量。操作方法：萱草樣品洗凈，曬干，烘箱內100℃烘至恒質量，用電子天平稱取樣品干質量；烘干樣品用粉碎機粉碎，過80目尼龍篩；取0.15 g粉碎樣品倒入試管中，加入9 mL硝酸，置于消解儀器中消解；用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES儀）測量Cd、Pb、Zn含量。

1.4 數據處理分析

試驗數據采用SPSS 19.0軟件進行統計分析，采用Excel 2007軟件進行制圖。

2 結果與分析

2.1 重金屬復合污染物對萱草地上生物量的影響

植物地上生物量可直觀反映植物的生長狀況，是評價植物對重金屬富集能力的重要指標［6］。由表2可知，各重金屬復合污染物栽種的萱草，其地上生物量均大于對照（CK），其中，處理Zn+Cd-3、Zn+Pb-4、Pb+Cd-3、Cd+Pb+Zn-4的地上生物量分別為4.93、6.13、3.90、3.95 g/株，在同一污染物處理中相對最高，分別比對照高155.44%、217.62%、102.07%、104.66%，說明在試驗濃度下，重金屬復合污染物對萱草生長有明顯的促進作用，其中，較高濃度的復合污染物對萱草生長的促進作用更為明顯；Cd、Pb、Zn兩兩構成的復合污染物對萱草生長的促進作用不同。

表1 重金屬元素復合使用設計

表2 重金屬復合污染下萱草地上生物量

2.2 萱草對土壤重金屬復合污染物的積累情況

鎘、鉛都不是植物的必需元素，且鎘的毒性巨大，而鋅是植物生長的必需元素。在植物體內，天然存在的Cd含量＜3 mg/kg，Pb含量≤70 mg/kg，Zn含量在1～160 mg/kg之間［7］。由圖1、圖2、圖3可知，在重金屬復合污染土壤下，萱草體內的Pb、Zn含量大多在天然存在值范圍內，Cd含量略有增加，說明萱草對Pb、Zn的吸收能力相對較弱，對Cd的吸收能力相對較強。

落葉前，隨Zn+Cd、Pb+Cd、Cd+Pb+Zn復合污染物濃度的升高，萱草葉中Cd含量呈上升趨勢；隨Pb+Zn復合污染物濃度的升高，萱草葉中Pb含量呈升高趨勢，隨Pb+Cd、Cd+Pb+Zn復合污染物濃度的升高，萱草葉中Pb含量呈先降低后升高趨勢；隨Cd+Pb+Zn復合污染物濃度的升高，萱草葉中Zn含量呈升高趨勢，隨Zn+Cd、Zn+Pb復合污染物濃度的升高，萱草中Zn含量呈先升高后降低趨勢；Zn、Cd濃度分別為1 500、50 mg/kg時的萱草葉片中Cd含量相對最大，為6.27 mg/kg，為對照的1.27倍，Cd、Pb、Zn濃度分別為1、100、100 mg/kg時的萱草葉片中Pb含量相對最大，為44.64 mg/kg，為對照的1.21倍；Cd、Pb、Zn濃度為20、1 500、1 500 mg/kg時的萱草葉片中 Zn含量相對最大，為74.97 mg/kg，為對照的1.45倍，說明萱草葉枯黃前，這些復合重金屬脅迫對葉片吸收Cd、Pb、Zn有一定的促進作用。落葉后，隨不同重金屬復合污染物濃度的升高，萱草葉中的Cd含量整體呈下降趨勢，Zn、Pb含量多呈先升高后降低趨勢；Pb、Cd濃度分別為100、1 mg/kg時，萱草葉片中的Cd含量相對最大，為9.01 mg/kg，為對照的1.53倍；Pb、Cd濃度分別為500+5 mg/kg時，萱草葉片中的Pb含量為330.06 mg/kg，相對最大，為對照的5.45倍；Pb、Zn濃度均為500 mg/kg時，萱草葉片中的Zn含量為134.20 mg/kg，相對最大，為對照的1.88倍；在較低濃度復合重金屬污染下，萱草葉片內的Cd、Pb、Zn含量多高于對照，說明低濃度復合重金屬脅迫對枯黃葉Cd、Pb、Zn的吸收有一定促進作用，而高濃度復合重金屬脅迫有抑制作用。另外，落葉后萱草葉內重金屬含量普遍大于落葉前，說明葉片枯黃時仍在吸收土壤中的重金屬。

落葉后，隨不同重金屬復合污染物濃度的升高，萱草根中的Cd、Pb、Zn含量總體多呈下降趨勢；Pb、Cd濃度分別為100、1 mg/kg時，萱草根內Cd、Pb含量分別為3.69、72.23 mg/kg，相對最大，分別為對照的10.85、3.87倍；Cd、Pb、Zn濃度分別為1、100、100 mg/kg時，萱草根內Zn含量為30.67 mg/kg，相對最大，為對照的2.13倍；低濃度重金屬復合污染物處理的萱草根內重金屬含量多高于對照，說明重金屬脅迫對萱草根吸收Cd、Pb、Zn有一定的促進作用，但隨污染濃度的增加，促進作用逐漸削弱。另外，萱草根部對重金屬的吸收多明顯低于葉片。

2.3 萱草對鎘、鉛、鋅的富集能力

富集系數是指植物體內某種重金屬含量與土壤中同種重金屬含量的比值［8］，可用來衡量植物對重金屬的吸收富集能力。由表3可見，落葉前后，隨復合重金屬污染濃度的上升，萱草葉片對Cd、Pb、Zn的富集系數多呈下降趨勢，且落葉后萱草葉片對重金屬的富集能力比落葉前多略有增加；不同濃度復合重金屬脅迫下，萱草葉片對重金屬的富集系數多低于對照；Pb、Cd濃度分別為100、1 mg/kg時，落葉后萱草葉片對Cd的富集系數相對最大，為2.10，為對照的1.60倍；Pb、Zn、Cd濃度均為100 mg/kg時，落葉前萱草葉片對Pb的富集系數相對最大，為1.38，為對照的1.18倍；Pb、Zn濃度均為500 mg/kg時，落葉后萱草葉片對Zn的富集系數相對最大，為2.00，為對照的1.82倍。

表3 不同重金屬復合污染下萱草葉片對Cd、Pb、Zn的富集系數

2.4 萱草對Cd、Pb、Zn的轉運能力

遷移系數是指植物地上部分某種重金屬含量與地下部分同種重金屬含量的比值［9］。由表4可見，萱草對Cd、Pb、Zn這3種重金屬的轉移系數多大于1.0；隨復合重金屬污染濃度的上升，萱草對Cd、Pb的轉移系數大致呈先增后減趨勢，而對Zn的轉移系數大致呈增加趨勢；Zn、Cd濃度分別為1 000、20 mg/kg時，萱草對Cd的轉移系數相對最大，為21.79，為對照的1.26倍；Pb、Cd濃度為500、5 mg/kg時，萱草對Pb的轉移系數相對最大，為8.58，為對照的2.64倍；Pb、Zn濃度均為1 500 mg/kg時，萱草對Zn的轉移系數相對最大，為7.17，為對照的1.45倍。

3 結論與討論

有研究表明，東南景天對Zn、Cd的吸收隨Zn、Cd處理水平的上升而提高［10］；白彥真等研究發(fā)現，紅葉莧、綠葉莧可用于Pb污染土壤的活化萃取，藜、新麥草對含Pb的重金屬復合污染土壤有很好的固定和恢復效果［11］；郭曉宏等研究發(fā)現，5種草本植物對Pb有很好的吸收富集效果［12］；關夢茜等研究表明，金娃娃萱草可修復Cd污染的土壤［13］。

表4 不同重金屬復合污染下萱草對Cd、Pb、Zn的轉運系數

本試驗結果表明，土壤在Cd、Pb、Zn復合脅迫下，萱草地上生物量較對照（土壤中不添加Cd、Pb、Zn）多有增加，萱草生長未受到抑制，且不同污染濃度下萱草生物量差異明顯，這可能是由于萱草對不同重金屬復合污染的耐受性不同。萱草葉枯黃前（落葉前），復合重金屬脅迫對葉片吸收Cd、Pb、Zn有一定的促進作用；落葉后，低濃度復合重金屬脅迫下萱草葉片對Cd、Pb、Zn的吸收有一定的促進作用，而高濃度復合重金屬脅迫有抑制作用；隨Cd、Pb、Zn復合污染物含量的上升，萱草根中的Cd、Pb、Zn含量總體多呈下降趨勢。在重金屬復合污染土壤下，萱草體內的Pb、Zn含量大多在天然存在值范圍內，Cd含量略有增加，說明萱草對Pb、Zn的吸收能力相對較弱，對Cd的吸收能力相對較強。

富集系數、轉運系數是評價不同植物對土壤重金屬富集、轉運能力的重要指標［14］，可以判斷植物對土壤的修復效果。落葉前后，萱草對重金屬Cd、Pb、Zn的富集系數不同，對土壤重金屬的吸收能力有所差異，隨復合重金屬污染濃度的上升，萱草葉片對Cd、Pb、Zn的富集系數多呈下降趨勢，且落葉后萱草葉片對重金屬的富集能力比落葉前多略有增加，說明萱草葉片在開始枯黃快落葉時從土壤中吸收Cd、Pb、Zn的能力相對較強，與Chuparina等對Zn的研究結果［15］較為一致，但隨土壤重金屬污染濃度的增加，這種優(yōu)勢會減弱；不同濃度復合重金屬脅迫下，萱草葉片對重金屬的富集系數多低于對照處理。萱草對重金屬Cd、Pb、Zn的轉移效果十分明顯，轉移系數多大于1.0，對照處理的轉移系數相對高一些，說明萱草能很好地從根部轉移Cd、Pb、Zn到葉部，有助于萱草修復土壤后對萱草的后續(xù)處理。

須說明的是，本試驗中，萱草雖然并未達到超富集植物標準［16］，但其適應能力強，可綠化環(huán)境，對Cd、Pb、Zn復合污染土壤具有很大的修復潛力。草本植物對Cd、Pb和Zn污染土壤的修復有不錯的前景。