費友發(fā) 陳小嬌 袁菊紅

摘要??[目的]研究有機酸對鹿藿（Rhynchosia volubilis Lour.）重金屬積累的影響。[方法]以鉛鋅尾礦砂為栽培基質，通過盆栽試驗，研究外施乙二胺四乙酸（EDTA）和檸檬酸（CA）2種有機酸對鹿藿 Pb、Zn、Cd、Cu積累的影響。[結果]EDTA和CA提高了鹿藿Pb和Cu的富集，尤其是高濃度EDTA顯著促進鹿藿對Pb、Cu和Cd金屬離子的吸收和向地上部分轉運，高濃度EDTA有效提高了Zn向地上部分的轉運。[結論]EDTA對重金屬富集的促進作用優(yōu)于CA。

關鍵詞??EDTA;CA;鹿藿;鉛;鋅;鎘;銅;積累

中圖分類號??X??75文獻標識碼??A

文章編號??0517-6611（2020）04-0066-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.04.019

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of Organic Acids on the Accumulation of Lead-Zinc Tailing Heavy Metals of Rhynchosia volubilis Lour.

FEI You-fa1，CHEN Xiao-jiao2，YUAN Ju-hong3??（1.Jingan County Forestry Bureau，Jingan，Jiangxi 330600;2.Guangdong Polytechnic College，Zhaoqing，Guangdong 526100;3.College of Arts， Jiangxi University of Finance and Economics， Nanchang，Jiangxi 330032）

Abstract??[Objective] The research aimed to study the effect of organic acids on the accumulation of heavy metals of Rhynchosia volubilis.[Method]Ethylenediaminetetraacetic acid （EDTA） and citric acid （CA） were used to study the effect of orgain acids on accumulation of Pb， Zn， Cd， Cu of Rhynchosia volubilis with lead and zinc tailings for the ultivation of the substrate by using pot experiments. [Result]EDTA and CA enhanced the enrichment of Pb and Cu in Rhynchosia volubilis，and especially high concentration EDTA significantly promoted the uptake of Pb， Cu and Cd metal ions and transported to the aboveground parts. The high concentration of EDTA effectively increased the transport of Zn to the aboveground parts. [Conclusion]EDTA was superior to CA for promoting the enrichment of heavy metals.

Key words??EDTA;CA;Rhynchosia volubilis Lour.;Lead;Zinc;Cadmium;Copper;Accumulation

在植物修復治理重金屬污染環(huán)境過程中，通過添加有機酸增加植物對重金屬富集能力的研究越來越多[1-2]。有機酸廣泛存在于植物體內和根際環(huán)境中，可能作為重金屬元素的配基，與之配位結合參與重金屬元素的吸收、運輸、積累等過程。研究表明，有機酸不僅可以增加重金屬離子的活度，還可以增加植物各部位對金屬離子的吸收。目前，重金屬污染環(huán)境中Pb、Zn、Cd、Cu等污染越來越嚴重，其中Pb、Cd是一種對作物和人類有積累性危害的有毒物質，Zn、Cu雖是植物生長的必需微量元素，但環(huán)境中Zn、Cu過量同樣會阻礙植物的正常生長[3-5]。因此，該研究通過向鉛鋅尾礦砂為栽培基質中分別添加乙二胺四乙酸（EDTA）或檸檬酸（CA），探討有機酸對鹿藿重金屬積累的影響，旨在為有機酸應用于植物修復鉛鋅尾礦區(qū)重金屬污染環(huán)境提供理論依據(jù)。

1??材料與方法

1.1??試驗材料??鹿藿種子采自于江西省林業(yè)科學院內。鉛鋅尾礦砂取自江西省德興市鉛鋅礦的尾礦庫，其基本理化性質見表1。

1.2??試驗方法??釆用Han等[6]的方法培育鹿藿幼苗，待幼苗株高約10 cm時，選擇生長一致的幼苗定植于12 cm×12 cm的塑料盆中，盆栽基質為等量的鉛鋅尾礦砂，每盆10株。常規(guī)栽培30 d后，向盆內分別添加不同濃度的乙二胺四乙酸（EDTA）或檸檬酸（CA），即CK（不添加有機酸）、0.1CA（0.1 mmol/kg的CA）、1.0CA（1.0 mmol/kg的CA）、0.1EDTA（0.1 mmol/kg的EDTA）和1.0EDTA（1.0 mmol/kg的EDTA）共5個處理，每個處理3次重復，自然光照條件下繼續(xù)培育30 d，并根據(jù)栽培基質的干濕情況，適量補給水分。

Pb、Zn、Cd、Cu含量的測定采用HNO3-HCO4 濕法消化法。將幼苗根系先用去離子水沖洗，之后在20 mmol/L乙二胺四乙酸二鈉（ EDTA-Na2）溶液中浸泡交換30 min，以去除根系表面黏附的金屬離子，然后將材料分成地上部、地下部，用去離子水沖洗干凈吸干，烘至恒量稱取干質量。將干樣用研缽磨碎后準確稱取0.2 g，用HNO3-HCO4（V∶V=87∶13）混合液消煮提取，消化至近干，加硝酸溶解，用Hitachi180-80火焰原子分光光度計（AAS）測定Pb、Zn、Cd和Cu的含量[7]。

1.3??數(shù)據(jù)處理??用SPSS 13.0和Excel軟件進行數(shù)據(jù)處理。

2??結果與分析

2.1??不同濃度EDTA、CA對鉛鋅尾礦脅迫下鹿藿Pb積累的影響

由圖1可見，在鉛鋅尾礦脅迫下，添加CA與EDTA對鹿藿Pb含量積累均有促進作用，并隨著同種有機酸濃度的升高而增加，同時與對照相比，EDTA對鹿藿Pb含量的促進作用明顯強于CA。當EDTA濃度為0.1 mmol/kg時，鹿藿地上部Pb含量比對照提高了235.29%，但地下部與對照相比差異不明顯;當EDTA濃度為1.0 mmol/kg時，鹿藿地上部和地下部Pb含量分別比對照提高了452.94%和37.50%。說明EDTA對鹿藿Pb含量的增效明顯優(yōu)于CA，而且當EDTA濃度為1.0 mmol/kg時作用最大，其地上部Pb含量的增幅顯著高于地下部。

2.2??不同濃度EDTA、CA對鉛鋅尾礦脅迫下鹿藿Zn積累的影響

由圖2可見，在鉛鋅尾礦脅迫下，添加不同濃度的EDTA、CA后，鹿藿地下部Zn含量隨著同種有機酸濃度的增加呈下降趨勢，而且均低于對照。但鹿藿地上部Zn含量則隨著EDTA、CA處理濃度的升高呈增加的趨勢，而且1.0 EDTA對Zn含量的促進作用顯著高于CA。0.1 mmol/kg的EDTA和CA處理濃度，鹿藿地上部Zn含量與對照相比差異均不顯著，但當CA的濃度從0.1 ?mmol/kg增加至1.0 mmol/kg時，鹿藿地上部Zn含量增加了41.58%;而當EDTA的濃度由0.1 mmol/kg增加至1.0 mmol/kg時，鹿藿地上部Zn含量提高了317.7%，且比1.0 mmol/kg CA的濃度處理時高出了297.12%。表明鉛鋅尾礦脅迫下，添加1.0 mmol/kg的EDTA可以有效地提高鹿藿向地上部運輸Zn的能力。

2.3??不同濃度EDTA、CA對鉛鋅尾礦脅迫下鹿藿Cd積累的影響

由圖3可見，鉛鋅尾礦脅迫下添加CA后鹿藿地上部Cd含量與對照相比差異不明顯，而鹿藿地下部Cd含量均低于對照，并隨著CA濃度升高呈下降趨勢，當CA處理濃度為1.0 mmol/kg時鹿藿地下部Cd含量比CA為0.1 mmol/kg時降低了21.15%。但不同濃度的EDTA處理后，對鹿藿Cd的吸收均具有促進作用，且隨著EDTA濃度的增加而增加，并在1.0 mmol/kg時達到了顯著水平（P<0.05）。當EDTA處理濃度由0.1 mmol/kg升至1.0 mmol/kg時鹿藿地上部與地下部Cd含量分別提高了66.67%和46.82%。

2.4??不同濃度EDTA、CA對鉛鋅尾礦脅迫下鹿藿Cu積累的影響??由圖4可見，鉛鋅尾礦脅迫下，添加不同濃度的CA、EDTA處理后，鹿藿地上部Cu含量除了1.0 mmol/kg的EDTA處理時比對照提高了107.14%外，其他處理與對照相比差異均不顯著。但是有機酸的加入對鹿藿地下部Cu含量積累有明顯的促進作用，且隨著濃度的升高而增加。同時，EDTA促進鹿藿地下部Cu吸收作用明顯強于CA，其中，1.0 ?mmol/kg 的EDTA處理對鹿藿地下部Cu吸收作用最強，比對照高出了258.46%。說明1.0 mmol/kg的EDTA對鹿藿地上部、地下部Cu含量積累都有顯著的促進作用。

2.5??不同濃度EDTA、CA對鉛鋅尾礦脅迫下鹿藿金屬遷移率的影響

由表2可見，在鉛鋅尾礦脅迫環(huán)境中，鹿藿對Pb、Zn的遷移率在加入有機酸后顯著增加，而且隨著同種有機酸濃度的升高而增強。1.0 mmol/kg EDTA處理鹿藿Pb、Zn的遷移率達到最高，分別高出對照341.67%和352.86%。鹿藿對Cd的遷移率在CA處理下均低于對照，但隨著同種有機酸濃度的升高，對Cd的遷移率呈現(xiàn)出上升趨勢。添加有機酸后鹿藿對Cd的遷移率均不高，這可能與鉛鋅尾礦中Cd含量相對較低有關。鹿藿Cu的遷移率在加入CA后并隨著CA濃度的上升呈下降趨勢，但加入EDTA后，隨著EDTA濃度的升高，鹿藿對Cu的運轉明顯增強，EDTA的濃度由0.1 mmol/kg 增加至1.0 mmol/kg鹿藿對Cu的吸收高出了158.18%。整體上，添加有機酸并隨著濃度的升高對鹿藿金屬離子運轉有促進作用，EDTA的作用更為明顯，說明從地下部向地上部轉移的金屬離子較多。

3??小結

試驗表明，在鉛鋅尾礦脅迫下添加不同濃度的CA與EDTA對鹿藿幼苗吸收Pb、Zn、Cd和Cu均有一定的促進作用，而且EDTA對鹿藿重金屬積累的作用顯著高于CA。一定濃度的EDTA不僅增加了鹿藿對Pb、Zn、Cd和Cu的富集量，還有效提高了重金屬向地上部分的轉移效率。該研究中，濃度為1.0 mmol/kg的EDTA對鹿藿幼苗Pb、Zn、Cd和Cu含量增效最顯著，除Cu外Pb、Zn、Cd含量地上部增幅顯著大于地下部。因此，通過合理地施用EDTA可以有效提高鹿藿對鉛鋅尾礦庫區(qū)污染環(huán)境的修復效率[8]。在實際應用中，EDTA濃度的閾值需要進一步研究確定，螯合劑提高植物修復效率時需要進行嚴格的風險評估，盡可能使產(chǎn)生二次污染的幾率降為最小[9]。螯合劑的誘導效應使得高生物量植物用于植物修復成為可能，從而彌補了超積累植物少、生長緩慢、生物量小等原因限制了在實際生產(chǎn)應用中的缺陷[10]。

參考文獻

[1]

LUO C L，SHEN Z G，LOU L Q，et al.EDDS and EDTA-enhanced phytoextraction of metals from artificially contaminated soil and residual effects of chelant compounds[J].Environmental pollution，2006，144：862-871.

[2] VAN ENGELEN D L，SHARPE-PEDLER R C，MOORHEAD K K.Effect of chelating agents and solubility of cadmium complexes on uptake from soil by Brassica juncea[J].Chemosphere，2007，68（3）：401-408.

[3] HAN Y L，WU X，GU J G，et al.Effects of organic acids on the photosynthetic and antioxidant properties and accumulations of heavy metals of Melilotus officinalis grown in Cu tailing[J].Environ Sci Pollut Res，2016，23：17901-17909.

[4] 劉芳，陳嬌君，劉世亮，等.檸檬酸對褐土中DTPA提取態(tài)銅、鎘含量及對紫花苜蓿吸收銅、鎘的影響[J].環(huán)境工程學報，2013，7（7）：2781-2787.

[5] 黃蘇珍，原海燕，孫延東，等.有機酸對黃菖蒲鎘、銅積累及生理特性的影響[J].生態(tài)學雜志，2008，27（7）：1181-1186.

[6] HAN Y L， YUAN H Y， HUANG S Z，et al.Cadmium tolerance and accumulation by two species of Iris[J]. Ecotoxicology，2007，16：557-563.

[7] ZHOU Y Q， HUANG S Z， YU S L， et al.The physiological response and sub-cellular localization of lead and cadmium in Iris pseudacorus L.[J]. Ecotoxicology，2010，19：69-76.

[8] 李永麗，李欣，李碩，等.東方香蒲（Typha orientalis Presl）對鉛的富集特征及其EDTA效應分析[J].生態(tài)環(huán)境，2005，14（4）：555-558.

[9] HAN Y L， HUANG S Z， YUAN H Y， et al.Effect of Pb and Zn combined stress on the growth and elements accumulation of two different ecotype species of Iris L.in artificial contaminated soils[J].Fresen Environ Bul，2013，22（5）：1548-1555.

[10] 李永麗.礦山尾礦鉛污染植物修復及EDTA強化技術研究[D].長沙：湖南大學，2006.