肖文丹葉雪珠?徐海舟姚桂華王京文李 丹張 棋胡 靜高 娜

（1 浙江省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標準研究所，浙江省植物有害生物防控重點實驗室—省部共建國家重點實驗室培育基地，杭州

310021）

（2 浙江農(nóng)林大學環(huán)境與資源學院，浙江省土壤污染生物修復重點實驗室，浙江臨安 311300）（3 杭州市植保土肥總站，杭州 310020）

直流電場與添加劑強化東南景天修復鎘污染土壤*

肖文丹1葉雪珠1?徐海舟2姚桂華2王京文3李 丹3張 棋1胡 靜1高 娜1

（1 浙江省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標準研究所，浙江省植物有害生物防控重點實驗室—省部共建國家重點實驗室培育基地，杭州

310021）

（2 浙江農(nóng)林大學環(huán)境與資源學院，浙江省土壤污染生物修復重點實驗室，浙江臨安 311300）（3 杭州市植保土肥總站，杭州 310020）

通過盆栽試驗，研究交換直流電場（電壓梯度1.0 V cm-1、通電時間6 h d-1）和添加劑（15 g kg-1豬糞堆肥、10 g kg-1腐殖酸肥或5 mmol kg-1乙二胺四乙酸二鈉（EDTA）對超積累植物——東南景天修復鎘污染土壤的影響。結(jié)果表明，施加直流電場和添加劑均顯著（p＜0.05）提高土壤有效態(tài)鎘含量，促進東南景天對鎘的吸收轉(zhuǎn)運。在電場作用下，東南景天地上部鎘含量提高26.6%～47.5%；在添加劑（豬糞堆肥、腐殖酸肥、EDTA）作用下，東南景天地上部鎘含量分別提高22.9%～33.1%、14.3%～29.4%和6.1%～12.0%。雙向切換電場方向能有效控制土壤 pH 的劇烈變化，施加直流電場對東南景天地上部生物量無顯著影響。施加15 g kg-1豬糞堆肥和10 g kg-1腐殖酸肥顯著提高東南景天地上部生物量，增幅分別為40.3%～43.7%和16.3%～18.2%，但是，添加5 mmol kg-1EDTA卻顯著抑制東南景天的生長，東南景天地上部生物量減少7.3%～7.5%。綜合東南景天地上部鎘含量和生物量，在豬糞堆肥―交換直流電場和腐殖酸肥―交換直流電場的聯(lián)合作用下，東南景天地上部鎘積累量分別提高了135%和100%，因此，豬糞堆肥和腐殖酸肥聯(lián)合交換直流電場可顯著促進東南景天對鎘的吸收積累，提高東南景天修復鎘污染土壤的效率。

鎘；植物修復；電動修復；東南景天；有機添加劑

隨著工礦業(yè)的發(fā)展，礦業(yè)冶煉、工業(yè)廢水及廢棄物排放、含鎘電鍍材料的生產(chǎn)和使用導致土壤鎘污染問題日益嚴重［1］。2014年環(huán)境保護部和國土資源部發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示，全國鎘超標土壤已達7.0%，鎘已成為環(huán)境中一種重要的重金屬污染物。近年來，學術(shù)界已提出了多種方法治理鎘污染土壤，如物理修復、化學修復、生物修復以及多措施聯(lián)合修復等［2］。與傳統(tǒng)的理化方法相比，植物修復技術(shù)因其治理過程的原位性、成本的低廉性以及操作的簡易性而受到人們的重視［2］。其中，利用超積累植物來修復重金屬污染土壤已成為土壤修復研究的熱點之一［3-4］。東南景天（Sedum alfredii Hance）是一種典型的鎘超積累植物，具有耐受和積累高濃度鎘的能力，并具有生物量大、生長速度快、易無性繁殖、多年生等特點，是理想的植物修復材料［5］。然而，受重金屬生物有效性等環(huán)境因素影響，單獨使用植物修復技術(shù)往往難以持續(xù)地保持修復效率［6-7］。因此，需要與其他土壤修復技術(shù)（如化學修復、電動修復等）相結(jié)合共同提高污染土壤的修復效率。

近年來，植物修復技術(shù)與其他土壤修復技術(shù)（如化學修復、電動修復等）聯(lián)用修復污染土壤已逐步成為一個新的發(fā)展趨勢［8-10］。將超積累植物與直流電場聯(lián)用，通過在污染土壤兩側(cè)施加直流電壓形成電場梯度，加快土壤顆粒表面重金屬的解吸，提高土壤溶液中重金屬濃度，促進植物對重金屬的吸收和積累，從而達到修復污染土壤的目的［11］。但是，由于正、負極上的電極反應(yīng)會導致電極附近的土壤偏酸或偏堿，不利于植物生長，而采取雙向切換電場方向可以很好地解決這個問題。相對于單向電場，交換電場能有效控制土壤 pH 的劇烈變化，同時在交換電場的作用下，土壤中的重金屬易聚集于土壤中部，有利于植物對重金屬的吸收［11］。Pazos 等［12］利用水平交換直流電場處理受錳污染的高嶺土，發(fā)現(xiàn)水平交換電場可顯著提高錳的去除率。倉龍等［11］采用盆栽試驗，研究了水平交換電場和乙二胺二琥珀酸（EDDS）對黑麥草吸收Cu/Zn的影響，結(jié)果表明，電場處理對黑麥草地上部的生長具有促進作用，并且在交換電場和EDDS的聯(lián)合作用下，Cu/Zn易聚集于土壤中部，促進植物對Cu/Zn的吸收。因此，將水平交換電場與植物修復組合使用可能成為一種有效的修復方法。

同時，采取強化措施，如施用有機肥、金屬螯合劑等也可提高植物修復的效率。有機肥施入土壤后不僅可以改良土壤性質(zhì)、提高土壤肥力，而且在礦化分解過程中產(chǎn)生的小分子有機酸還可以活化土壤重金屬，提高其生物有效性，促進植物吸收［13］。螯合劑能與重金屬發(fā)生螯合反應(yīng)，生成可溶性的螯合物，提高重金屬離子在土壤中的遷移能力［14］。潘逸和周立祥［15］研究發(fā)現(xiàn)耕層土壤交換性鎘和銅含量在施用有機肥后明顯增加，促進了小麥對鎘和銅的吸收與積累。Wei等［16］利用超富集植物球果蔊菜（Rorippa globosa（Turcz.）Thell）修復鎘污染土壤，發(fā)現(xiàn)施用雞糞可顯著提高球果蔊菜對鎘的提取能力。魏明寶等［17］研究絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉（EDTA）和木醋液對印度芥菜（Brassica juncea）修復重金屬污染土壤的影響，發(fā)現(xiàn)EDTA和木醋液均能顯著提高印度芥菜對銅、鋅和鎘的修復效率。目前，將添加劑用于輔助植物修復重金屬污染土壤已成為新的趨勢，但不同類型添加劑對植物修復重金屬的影響往往不同，或提高［18-19］或降低［10］，因此，需要研究不同添加劑對植物生長以及吸收積累重金屬的影響，篩選出有效的、環(huán)境友好的添加劑。

本文以某電鍍廠周邊鎘污染土壤為研究對象，采用交換直流電場―超積累植物東南景天聯(lián)合修復技術(shù)，輔以豬糞堆肥、腐殖酸肥、EDTA等添加劑，研究交換直流電場與添加劑聯(lián)合作用對東南景天吸收、富集鎘的影響，考察交換直流電場與植物修復組合技術(shù)的可行性，為進一步深入研究和發(fā)展植物―電動聯(lián)合修復技術(shù)提供試驗基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試植物東南景天由浙江農(nóng)林大學提供，是一種多年生、可通過扦插進行無性繁殖的鎘/鋅超積累植物。植株取自浙江省衢州市一古老鉛鋅礦，經(jīng)浙江農(nóng)林大學試驗基地人工繁殖培育后，選用大小均勻、去頂芽、帶葉片和高約5 cm的植株作為供試材料。供試土壤為青紫泥（潛育水耕人為土），采自富陽市常安鎮(zhèn)某一電鍍廠附近，基本性質(zhì)見表1，所取土壤皆為0～20 cm的表層土壤，風干后過5 mm篩備用。

試驗所用的豬糞堆肥為慈溪市中慈生態(tài)肥料有限公司按生物發(fā)酵法堆制；腐殖酸肥為葛林美（蘇州）農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)；EDTA（分析純）購自國藥集團化學試劑有限公司。豬糞堆肥和腐殖酸肥的基本性質(zhì)如表2所示。

土壤樣品及植物樣品中重金屬有效態(tài)和全量測定均采用優(yōu)級純（GR）試劑，其他常規(guī)指標測定均采用分析純（AR）試劑。

1.2 盆栽試驗

于2015年9月至2015年12月在浙江省農(nóng)業(yè)科學院的玻璃溫室進行盆栽試驗。試驗設(shè)計通電和不通電2個條件，根據(jù)預試驗結(jié)果，選擇電壓梯度1.0 V cm-1、通電時間6 h d-1作為電場條件。通電和不通電條件下均設(shè)置4個處理，分別為：①CK（無添加劑）；②添加豬糞堆肥；③添加腐殖酸肥；④添加EDTA，每個處理設(shè)3個重復。豬糞堆肥、腐殖酸肥、EDTA分別按照15g kg-1、10g kg-1、5 mmol kg-1劑量添加，添加劑與土壤充分混勻后裝盆（305 mm×210 mm×110 mm），每盆裝土4 kg。同時在每盆中加入尿素1.84 g、磷酸二氫鉀1.58 g、硫酸鉀0.35 g作為基肥。土壤平衡1 w后，選擇生長一致的東南景天苗株移栽入盆中，2 w后待東南景天生長恢復，將高純石墨電極片（長200 mm×寬100 mm×厚5 mm）插入塑料盆的兩側(cè)作為電極板，并用導線接入直流穩(wěn)壓器開始通電。在植物生長過程中定期澆水使土壤含水量保持田間持水量70%，并每天切換電場方向。通電2個月后，收獲所有處理植物。同時將盆栽土壤從陽極到陰極切成5部分，每部分長度為6 cm，分別標記為S1、S2、S3、S4和S5，測定每部分土壤的pH和有效態(tài)鎘含量。

表1 供試土壤理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of the soil used in this study

表2 供試有機肥（豬糞堆肥和腐殖酸肥）基本性狀Table 2 Basic properties of organic manures（pig manure compost and humic acid）used

1.3 樣品處理與測定

植物樣品采集后，先用自來水仔細清洗再用去離子水清洗，將植物樣品分為根部和地上部兩部分。然后置于烘箱中110℃殺青10 min，再于65℃烘干至恒重，記錄干物質(zhì)重。烘干樣品用球磨儀（Retsch RS-100型，德國）磨成粉末狀（＜0.25 mm），并存放于干燥器中待分析。采集的土樣經(jīng)風干、磨細，用于測定土壤pH的樣品過10目篩，用于測定土壤重金屬含量的樣品過100目篩。

植物鎘含量測定：稱取約0.2 g 植物樣品利用美國LabTech ED 36 智能電熱消解儀消解，加5 ml HNO3+1 ml HClO4于密閉的聚四氟乙烯罐中160℃消煮6 h。消煮液轉(zhuǎn)移，用超純水定容至50 ml，采用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀ICP-OES（Varian 710-ES ICP，美國）測定植株鎘含量。用國家標準物質(zhì)GBW10016控制分析質(zhì)量，按照上述方法對GBW10016進行檢測，將其檢測結(jié)果與標準值進行比較，測量值在標準值范圍內(nèi)。

土壤 pH（土/水=1∶2.5）采用電極法測定。土壤鎘含量測定：鎘全量和有效態(tài)含量分別采用HNO3-HClO4-HF（5∶1∶1）消煮和二乙基三胺五乙酸（DTPA）試劑提取，最后所得消煮液和浸提液均用ICP-OES（Varian 710-ES ICP，美國）測定。鎘全量和有效態(tài)含量測定分別用國家標準物質(zhì)GBW07405和GBW07412控制分析質(zhì)量，按照上述方法對GBW07405和GBW07412進行檢測，將其檢測結(jié)果與標準值進行比較，測量值均在標準值范圍內(nèi)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均為3次重復的平均值，采用SPSS 18.0進行標準差分析和差異顯著性檢驗。采用LSD法（最小顯著性差異）進行p＜0.05水平下的顯著性檢驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 添加劑和電場對土壤pH的影響

在直流電場作用下，由于電解水反應(yīng)，會造成靠近陽極的土壤pH降低和靠近陰極的土壤pH升高，而雙向切換電場方向的運行方式能有效控制土壤 pH 的變化［20］。由圖1可知，在通電2個月內(nèi)，保持每天交換電場方向，土壤各截面pH分布比較均勻，靠近陽極的S1區(qū)域土壤pH 與不通電土壤相比，僅降低0.05個單位，靠近陰極的S5區(qū)域土壤pH僅升高0.04個單位。

由圖1可知，EDTA、腐殖酸肥和豬糞堆肥均顯著影響土壤pH分布。與對照（CK）相比，EDTA處理土壤pH升高了0.13～0.16個單位，這主要與EDTA 溶液較高的pH有關(guān)［21］；而腐殖酸肥和豬糞堆肥處理土壤pH分別降低了0.32～0.34和0.19～0.23個單位，達到顯著性差異（p＜0.05）。Evangelou等［22］研究也發(fā)現(xiàn)在腐殖酸肥添加后，土壤pH由7.2降至6.6。此外，李榮華等［23］也發(fā)現(xiàn)受豬糞堆肥影響，土壤pH由8.46降至7.44。Vuorinen和Saharinen［24］指出豬糞添加導致土壤pH降低的主要原因是其成分中所含的有機酸。

圖1 不同處理對土壤各截面pH的影響Fig. 1 Effects of different treatments on soil pH distribution

2.2 添加劑和電場對土壤鎘有效態(tài)的影響

土壤重金屬生物有效性是影響植物對重金屬修復效率的重要因素［25］。如圖2所示，直流電場和添加劑（豬糞堆肥、腐殖酸肥和EDTA）均顯著地（p＜0.05）影響土壤有效態(tài)鎘（DTPA提取態(tài)）濃度。在交換直流電場作用下，土壤有效態(tài)鎘提高了6.06%～15.64%，并且主要集中在S3區(qū)域。Hanssan等［26］研究也發(fā)現(xiàn)，受交換電場方向影響，土壤有效態(tài)鎘主要集中在土壤中部，將有利于植物對重金屬的吸收。Sanz等［25］指出，在直流電場作用下，電解水產(chǎn)生的H+從陽極向陰極遷移過程中，會加快土壤顆粒上鎘離子的解吸，提高土壤有效態(tài)鎘的含量。胡宏韜和程金平［27］也報道，鎘在土壤中主要以陽離子形式存在，在電場作用下較易從土壤顆粒上解吸附并進入土壤溶液。

在通電條件下，施加豬糞堆肥、腐殖酸肥和EDTA后，土壤有效態(tài)鎘濃度分別較對照提高了5.74%～7.16%、8.80%～10.32%和4.77%～5.91%；在不通電條件下，相應(yīng)的增幅分別為2.84%～3.32%、7.70%～9.47% 和7.10%～7.75%，其中，以腐殖酸肥處理的增幅最大。這可能與腐殖酸肥導致土壤pH降低有關(guān)，土壤pH降低可以促進土壤顆粒表面鎘的釋放，進而提高有效態(tài)鎘的濃度［22］。此外，絡(luò)合劑EDTA主要以HL3-的形式存在，在電場力作用下，從陰極向陽極遷移過程中也可以加快土壤顆粒上鎘離子的解吸［14］。姚桂華等［8］指出，豬糞堆肥分解產(chǎn)生小分子有機酸可以活化被土壤膠體吸附的鎘，從而增加了土壤溶液中鎘離子的含量。但是，Shahid等［28］研究發(fā)現(xiàn)，在堿性土壤中施加有機肥能提高土壤中有效態(tài)重金屬的含量，但是在酸性土壤中施加有機肥則可能導致土壤中有效態(tài)重金屬含量降低。

圖2 不同處理對土壤鎘有效態(tài)的影響Fig. 2 Effects of different treatments on soil Cd availability

2.3 添加劑和電場對東南景天生物量的影響

由圖3A可知，與對照相比，在施加直流電場后景天根部生物量降低15.1%～20.3%，達到顯著性（p＜0.05）差異。正如Luo等［29］研究發(fā)現(xiàn)直流電場的施用導致土壤中硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，影響根系的生長，導致根部生物量減少。而景天地上部生物量在施加直流電場后，僅降低1.89%～5.75%，未達到顯著性（p＞0.05）差異（圖3B）。徐海舟［30］研究表明，交換電場方向可以減少直流電場對土壤酸堿度的影響，一定程度上緩解了直流電場對植物地上部生長的抑制作用。Chirakkara等［31］研究也發(fā)現(xiàn)，施用交換直流電場對植物地上部生物量并無顯著影響。

圖3 不同處理對東南景天生物量的影響Fig. 3 Effects of different treatments on biomass of Sedum alfredii

添加豬糞堆肥、腐殖酸肥和EDTA均顯著（p＜0.05）影響了東南景天根部和地上部生物量（圖3）。與對照相比，豬糞堆肥和腐殖酸肥顯著增加了東南景天的生物量，根部增幅分別為39.7%～44.2%和24.7%～30.2%，地上部增幅分別為40.3%～43.7%和16.3%～18.2%。但是，添加EDTA卻顯著抑制東南景天的生長，東南景天根部和地上部生物量分別減少了14.0%～19.2%和7.26%～7.53%，可能是由于EDTA活化的重金屬對景天生長有一定抑制作用。由此可見，豬糞堆肥和腐殖酸肥的施用，特別是豬糞堆肥的施用，有利于改善東南景天的營養(yǎng)條件。鄒曉霞等［32］研究發(fā)現(xiàn)，豬糞富含蛋白質(zhì)、有機酸、纖維素、半纖維素以及無機鹽等營養(yǎng)，并且碳氮比例較小，容易被微生物分解，能夠釋放出可為作物吸收利用的養(yǎng)分。

2.4 添加劑和電場對東南景天鎘含量的影響

在電場作用下，東南景天根部和地上部鎘含量均顯著（p＜0.05）提高（圖4）。在無電場條件下，根部和地上部鎘含量分別為53.7～76.8 mg kg-1和178.7～212.6 mg kg-1；在電場條件下，根部和地上部鎘含量顯著提高，分別為62.4～89.9 mg kg-1和226.2～313.7 mg kg-1。此外，如表3所示，在電場條件下，CK、豬糞堆肥、腐殖酸肥和EDTA處理下的鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)（植株地上部鎘含量與根部鎘含量比值）由3.10、2.50、2.85、3.53分別提高至3.29、3.45、3.75、4.06。

添加豬糞堆肥、腐殖酸肥和EDTA均顯著（p＜0.05）影響了東南景天鎘含量（圖4）。與對照相比，豬糞堆肥和腐殖酸肥處理下東南景天根部鎘含量分別提高了22.9%～33.1%和14.3%～29.4%，地上部鎘含量提高了7.33%～37.0%和19.0%～38.7%；而EDTA處理下東南景天根部鎘含量降低了6.99%～14.80%，地上部鎘含量反而提高了6.13%～12.01%。結(jié)合轉(zhuǎn)移系數(shù)結(jié)果（表3），EDTA處理下鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)是對照的1.14倍～1.31倍，EDTA能顯著提高鎘由根部向地上部的轉(zhuǎn)運能力。因此，EDTA處理下東南景天根部鎘含量降低主要是由于鎘向地上部的轉(zhuǎn)運能力提高。

本試驗中，有機肥―電場處理下東南景天地上部鎘含量最高，腐殖酸肥―電場處理和EDTA―電場處理次之。近年來許多研究也表明，直流電場和土壤添加劑能夠促進土壤顆粒表面鎘離子的解吸，提高土壤溶液中鎘的濃度［20，33］，并加速鎘向植物木質(zhì)部的轉(zhuǎn)運［11，25］。有機肥和腐殖酸肥促進植物鎘吸收，可能與土壤pH降低有關(guān)，土壤pH的降低可以提高土壤中有效態(tài)鎘的含量［34］。另一種可能性是，微生物分解有機肥和腐殖酸肥產(chǎn)生的小分子有機物與重金屬鎘發(fā)生絡(luò)合作用，而易被植物吸收［15，35］。

圖4 不同處理對東南景天鎘含量的影響Fig. 4 Effects of different treatments on Cd concentrations in Sedum alfredii

2.5 添加劑和電場對東南景天地上部鎘積累量的影響

在評價東南景天對鎘污染土壤修復效率時，主要考慮東南景天從土壤中帶走的鎘總量，即東南景天地上部鎘積累量。這主要涉及以下兩個因素：植株地上部生物量和地上部鎘濃度，兩者的乘積代表地上部鎘積累量。如圖5所示，由于施加直流電場對東南景天地上部生物量無顯著影響，卻顯著提高了東南景天地上部鎘濃度，因此，在直流電場作用下，東南景天地上部鎘積累量得到顯著（p＜0.05）提高。在無電場條件下，景天地上部鎘積累量為1 676～2 635 μg pot-1，在電場條件下，地上部鎘積累量顯著提高，為2 088～4 014 μgpot-1，增幅高達22.2%～52.3%。Lim等［36］研究發(fā)現(xiàn)，施加電場顯著提高了印度芥菜對重金屬的修復效率。Tahmasbian和Sinegani［20］指出，在電場作用下植物膜的滲透性會提高，有利于金屬離子跨過植物膜進入植物體內(nèi)。Sanz等［25］也發(fā)現(xiàn)，在電場作用下油菜（Brassica napus）和煙草（Nicotianatabacum）對鎘的吸收和富集能力顯著提高。

表3 東南景天對鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)Table 3 Translocation factor of Cd from roots to shoots in Sedum alfredii

本試驗中，豬糞堆肥和腐殖酸肥的施入顯著（p＜0.05）提高東南景天地上部鎘積累量（圖5）。與對照相比，豬糞堆肥和腐殖酸肥處理下東南景天地上部鎘積累量分別提高了54.3%～92.2%和 38.4%～63.9%。豬糞堆肥和腐殖酸肥促進東南景天地上部鎘積累，與它們對東南景天生長的促進作用以及礦化分解產(chǎn)生的小分子有機物對土壤鎘的活化作用等有關(guān)［7］。Sinegani和Khalilikhah［37］也報道，施加糞肥能夠顯著提高植物向日葵（H. annuus）對鎘的吸收富集能力。Sung等［38］發(fā)現(xiàn)，施加腐殖酸能夠提高土壤有效態(tài)鎘含量以及蘆葦（Phragmites communis）對鎘的吸收積累。

但是，與對照相比，EDTA處理下東南景天地上部鎘積累量在電場條件下，僅提高了3.88%，在無電場條件下，反而減少了1.85%，均未達到顯著性差異（p＞0.05）。EDTA未顯著提高東南景天地上部鎘積累量主要歸因于其對東南景天生長的抑制作用。李玉雙等［39］探討利用白菜修復污灌區(qū)重金屬污染土壤，并研究EDTA對白菜生長狀況及其富集重金屬的影響，發(fā)現(xiàn)高濃度EDTA的施用抑制白菜的生長，降低了其地上部的生物量，導致植物提取效率降低。劉曉娜［40］也指出，EDTA的施用抑制植物的生長，影響植物對重金屬的修復效率。

在豬糞堆肥―交換直流電場、腐殖酸肥―交換直流電場、EDTA―交換直流電場的聯(lián)合作用下，東南景天地上部鎘積累量分別提高了135%、100%和27%，可見，豬糞堆肥和腐殖酸肥聯(lián)合交換直流電場可以顯著促進東南景天對鎘的吸收積累，提高東南景天對鎘污染土壤的修復效率。

圖5 不同處理對東南景天鎘積累量的影響Fig. 5 Effects of different treatments on Cd accumulation in Sedum alfredii

3 結(jié) 論

施加直流電場和添加劑（豬糞堆肥、腐殖酸肥或EDTA）均顯著提高土壤有效態(tài)鎘含量，促進東南景天對鎘的吸收轉(zhuǎn)運，并且，施加豬糞堆肥和腐殖酸肥還顯著提高東南景天地上部生物量。在豬糞堆肥―交換直流電場、腐殖酸肥―交換直流電場或EDTA―交換直流電場的聯(lián)合作用下，東南景天地上部鎘積累量分別提高了135%、100%、27%。因此，豬糞堆肥或腐殖酸肥聯(lián)合交換直流電場可顯著提高東南景天對鎘污染土壤的修復效率。

［1］ Murakami M，Nakagawa F，Ae N，et al. Phytoextraction by rice capable of accumulating cd at high levels：Reduction of Cd content of rice grain. Environmental Science & Technology，2009，43（15）：5878—5883

［2］ Salt D E，Smith R D，Raskin I. Phytoremediation. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology，1998，49：643—668

［3］ 安婧，宮曉雙，魏樹和. 重金屬污染土壤超積累植物修復關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展. 生態(tài)學雜志，2015，34（11）：3261—3270

An J，Gong X S，Wei S H. Research progress on technologies of phytoremediation of heavy metal contaminated soils（In Chinese）. Chinese Journal of Ecology，2015，34（11）：3261—3270

［4］ 衛(wèi)澤斌，陳曉紅，吳啟堂，等. 可生物降解螯合劑GLDA誘導東南景天修復重金屬污染土壤的研究. 環(huán)境科學，2015，36（5）：1864—1869

Wei Z B，Chen X H，Wu Q T，et al. Enhanced phytoextraction of heavy metals from contaminated soils using Sedum alfredii Hance with biodegradable chelate GLDA（In Chinese）. Environmental Science，2015，36（5）：1864—1869

［5］ Li W C，Ye Z H，Wong M H. Effects of bacteria an enhanced metal uptake of the Cd/Zn-hyperaccumulating plant，Sedum alfredii. Journal of Experimental Botany，2007，58（15/16）：4173—4182

［6］ 石旻飛，李曄，袁江，等. 螯合劑與表面活性劑強化東南景天修復Cd污染土壤的研究. 安徽農(nóng)業(yè)科學，2015，43（20）：99—102

Shi M F，Li Y，Yuan J，et al. Study on chelator/ surfactant-enhanced remediation of Cd-contaminated soil by Sedum alfredii Hance（In Chinese）. Journal of Anhui Agricultural Sciences，2015，43（20）：99—102

［7］ Li W C，Ye Z H，Wong M H. Metal mobilization and production of short-chain organic acids by rhizosphere bacteria associated with a Cd/Zn hyperaccumulating plant，Sedum alfredii. Plant and Soil，2010，326（1/2）：453—467

［8］ 姚桂華，徐海舟，朱林剛，等. 不同有機物料對東南景天修復重金屬污染土壤效率的影響. 環(huán)境科學，2015，36（11）：4268—4276

Yao G H，Xu H Z，Zhu L G，et al. Effects of different kinds of organic materials on soil heavy metal phytoremediation efficiency by Sedum alfredii Hance（In Chinese）. Environmental Science，2015，36（11）：4268—4276

［9］ Li J H，Sun Y Y，Yin Y，et al. Ethyl lactate-EDTA composite system enhances the remediation of the cadmium-contaminated soil by autochthonous willow（Salix x aureo-pendula CL 'J1011'）in the lower reaches of the Yangtze River. Journal of Hazardous Materials，2010，181（1/3）：673—678

［10］ Evangelou M W H，Bauer U，Ebel M，et al. The influence of EDDS and EDTA on the uptake of heavy metals of Cd and Cu from soil with tobacco Nicotiana tabacum. Chemosphere，2007，68（2）：345—353

［11］ 倉龍，周東美，吳丹亞. 水平交換電場與EDDS螯合誘導植物聯(lián)合修復Cu/Zn污染土壤. 土壤學報，2009，46（4）：729—735

Cang L，Zhou D M，Wu D Y. Effects of horizontal exchange electric field and EDDS application on ryegrass uptake of copper/zinc and soil characteristics（In Chinese）. Acta Pedologica Sinica，2009，46（4）：729—735

［12］ Pazos M，Sanromán M A，Cameselle C. Improvement in electrokinetic remediation of heavy metal spiked kaolin with the polarity exchange technique. Chemosphere，2006，62（5）：817—822

［13］ 王艮梅，周立祥，占新華，等. 水田土壤中水溶性有機物的產(chǎn)生動態(tài)及對土壤中重金屬活性的影響：田間微區(qū)試驗. 環(huán)境科學學報，2004，24（5）：858—864

Wang G M，Zhou L X，Zhan X H，et al. Dynamics of dissolved organic matter and its effect on metal availability in paddy soil：Field micro-plot trials（In Chinese）. Acta Scientiae Circumstantiae，2004，24（5）：858—864

［14］ 方一豐，鄭余陽，唐娜，等. EDTA強化電動修復土壤鉛污染. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2008，27（2）：612—616

Fang Y F，Zheng Y Y，Tang N，et al. EDTA enhancedelectroremediation of lead-contaminated soil（In Chinese）. Journal of Agro-Environment Science，2008，27（2）：612—616

［15］ 潘逸，周立祥. 施用有機物料對土壤中Cu、Cd形態(tài)及小麥吸收的影響：田間微區(qū)試驗. 南京農(nóng)業(yè)大學學報，2007，30（2）：142—146

Pan Y，Zhou L X. Influence of applying organic manures on the chemical form of Cu and Cd in the contaminated soil and on wheat uptake：Field micro-plot trials（In Chinese）. Journal of Nanjing Agricultural University，2007，30（2）：142—146

［16］ Wei S，Zhu J，Zhou Q X，et al. Fertilizer amendment for improving the phytoextraction of cadmium by a hyperaccumulator Rorippa globosa（Turcz.）Thell. Journal of Soils & Sediments，2011，11（6）：915—922

［17］ 魏明寶，胡波，郝法政，等. 絡(luò)合劑對轉(zhuǎn)基因印度芥菜修復重金屬污染土壤的影響. 河南農(nóng)業(yè)科學，2011，40（6）：82—84

Wei M B，Hu B，Hao F Z，et al. Effect of various chelators on remediation of heavy metal-polluted soil with transgenic Indian mustard（In Chinese）. Journal of Henan Agricultural Sciences，2011，40（6）：82—84

［18］ 劉景，呂家瓏，徐明崗，等. 長期不同施肥對紅壤Cu和Cd含量及活化率的影響. 生態(tài)環(huán)境學報，2009，18（3）：914—919

Liu J，Lü J L，Xu M G，et al. Effect of long-term fertilization on content and activity index of Cu and Cd in red soil（In Chinese）. Ecology and Environment，2009，18（3）：914—919

［19］ 徐明崗，張青，曾希柏. 改良劑對黃泥土鎘鋅復合污染修復效應(yīng)與機理研究. 環(huán)境科學，2007，28（6）：1361—1366

Xu M G，Zhang Q，Zeng X B. Effects and mechanism of amendments on remediation of Cd-Zn contaminated paddy soil（In Chinese）. Environmental Science，2007，28（6）：1361—1366

［20］ Tahmasbian I，Sinegani A A S. Improving the efficiency of phytoremediation using electrically charged plant and chelating agents. Environmental Science & Pollution Research，2016，23（3）：2479—2486

［21］ 樊廣萍，朱海燕，郝秀珍，等. 不同的增強試劑對重金屬污染場地土壤的電動修復影響. 中國環(huán)境科學，2015，35（5）：1458—1465

Fan G P，Zhu H Y，Hao X Z，et al. Electrokinetic remediation of an electroplating contaminated soil with different enhancing electrolytes（In Chinese）. China Environmental Science，2015，35（5）：1458—1465

［22］ Evangelou M W H，Daghan H，Schaeffer A. The influence of humic acids on the phytoextraction of cadmium from soil. Chemosphere，2004，57（3）：207—213

［23］ 李榮華，孫西寧，刁展，等. 豬糞好氧堆肥對缺鋅土壤種植大豆的影響研究. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2012，31（7）：1343—1349

Li R H，Sun X N，Diao Z，et al. Influence of swine compost application on the soybean planting and its environmental risk assessment（In Chinese）. Journal of Agro-Environment Science，2012，31（7）：1343—1349

［24］ Vuorinen A H，Saharinen M H. Cattle and pig manure and peat cocomposting in a drum composting system：Microbiological and chemical parameters. Compost Science & Utilization，2013，7（7）：54—65

［25］ Sanz M，López-Arias M，Rebollar E，et al. Influence of electrical fields（AC and DC）on phytoremediation of metal polluted soils with rapeseed（Brassica napus）and tobacco（Nicotiana tabacum）. Chemosphere，2011，83（3）：318—326

［26］ Hanssan A，Ran B，Michael S. Electrokinetic enhancement on phytoremediation in Zn，Pb，Cu and Cd contaminated soil using potato plants. Journal of Environmental Science & Health，Part A Toxic/ hazardous Substances & Environmental Engineering，2008，43（8）：926—933

［27］ 胡宏韜，程金平. 土壤銅鎘污染的電動力學修復實驗.生態(tài)環(huán)境學報，2009，18（2）：511—514

Hu H T，Chen J P. Experimental study on electrokinetic remediation of copper and cadmium contaminated soils（In Chinese）. Ecology and Environmental Sciences，2009，18（2）：511—514

［28］ Shahid M，Shukla A K，Bhattacharyya P，et al. Micronutrients（Fe，Mn，Zn and Cu）balance under long-term application of fertilizer and manure in a tropical rice-rice system. Journal of Soils and Sediments，2016，16（3）：737—747

［29］ Luo Q，Zhang X，Wang H，et al. The use of nonuniform electrokinetics to enhance in situ bioremediation of phenol-contaminated soil. Journal of Hazardous Materials，2005，121（1/3）：187—194

［30］ 徐海舟. 直流電場—東南景天聯(lián)合修復Cd污染土壤效率的研究. 浙江臨安：浙江農(nóng)林大學，2015

Xu H Z. Efficiency of direct current（DC）Field and Sedum alfredii Hance on remediation to cadmium contaminated soil（In Chinese）. Lin’an，Zhejiang：Zhejiang A&F University，2015

［31］ Chirakkara R A，Reddy K R，Cameselle C. Electrokinetic amendment in phytoremediation of mixedcontaminated soil. Electrochimica Acta，2015，181：179—191

［32］ 鄒曉霞，陜紅，陳磊，等. 秸稈和豬糞施用對櫻桃蘿卜的效果比較及對土壤性狀的影響. 中國農(nóng)學通報，2009，25（5）：165—172

Zou X X，Shan H，Chen L，et al. Effects of pig manure and wheat straw application on plant growth and nutrient uptake of cherry radish（Raphanus sativus）and characteristics of soft fertility（In Chinese）. Chinese Agricultural Science Bulletin，2009，25（5）：165—172

［33］ Tahmasbian I，Sinegani A A S. Monitoring the effects of chelating agents and electrical fields on active forms of Pb and Zn in contaminated soil. Environmental Monitoring & Assessment，2013，185（11）：8847—8860

［34］ Pardo T，Bernal M P，Clemente R. Efficiency of soil organic and inorganic amendments on the remediation of a contaminated mine soil：I. Effects on trace elements and nutrients solubility and leaching risk. Chemosphere，2014，107：121—128

［35］ 劉秀珍，馬志宏，趙興杰. 不同有機肥對鎘污染土壤鎘形態(tài)及小麥抗性的影響. 水土保持學報，2014，28（3）：243—247

Liu X Z，Ma Z H，Zhao X J. Effect of different organic manure on cadmium form of soil and resistance of wheat in cadmium contaminated soil（In Chinese）. Journal of Soil and Water Conservation，2014，28（3）：243—247

［36］ Lim J M，Jin B，Butcher D J，et al. A comparison of electrical stimulation for electrodic and edta-enhanced phytoremediation of lead using indian mustard（Brassica juncea）. Bulletin- Korean Chemical Society，2012，33（8）：2737—2740

［37］ Sinegani A A S，Khalilikhah F. Effects of EDTA，sheep manure extract，and their application time on Cd uptake by Helianthus annuus from a calcareous mine soil. Soil & Sediment Contamination，2010，19（3）：378—390

［38］ Sung K，Kim K S，Park S. Enhancing degradation of total petroleum hydrocarbons and uptake of heavy metals in a wetland microcosm planted with Phragmites communis by humic acids addition. International Journal of Phytoremediation，2013，15（6）：536—549

［39］ 李玉雙，胡曉鈞，侯永俠，等. 利用白菜修復污灌區(qū)重金屬污染土壤的螯合誘導植物修復技術(shù). 沈陽大學學報（自然科學版），2014，26（1）：9—13

Li Y S，Hu X J，Hou Y X，et al. Chelate-induced phytoextraction of heavy metal contaminated soil of irrigation area by cabbage（In Chinese）. Journal of Shenyang University（Natural Science），2014，26（1）：9—13

［40］ 劉曉娜. 螯合劑-AM菌根聯(lián)合誘導植物提取修復重金屬污染土壤的效應(yīng). 北京：中國地質(zhì)大學，2012

Liu X N. The effect of chelating agents and AM fungi for phytoremediation of heavy metals contaminated soils（In Chinese）. Beijing：China University of Geosciences，2012

Intensification of Phytoremediation of Cd Contaminated Soil with Direct Current Field and Soil Amendments in Addition to Hyperaccumulator Sedum Alfredii

XIAO Wendan1YE Xuezhu1?XU Haizhou2YAO Guihua2WANG Jingwen3LI Dan3ZHANG Qi1HU Jing1GAO Na1
（1 State Key Laboratory Breeding Base for Zhejiang Sustainable Pest and Disease Control，Institute of Quality and Standard for Agro-products，Zhejiang Academy of Agricultural Sciences，Hangzhou 310021，China）
（2 College of Environmental and Resource Sciences，Zhejiang A&F University，Lin’an，Zhejiang 311300，China）
（3 Hangzhou Plant Protection and Soil Fertilizer Station，Hangzhou 310020，China）

【Objective】 A pot experiment had been carried out to investigate effects of soil amendments（pig manure compost，humic acid，EDTA）and a switched polarity DC electrical field on phytoremediation of Cd contaminated soil with hyperaccumulator Sedum alfredii. 【Method】 In this experiment，plants of Sedum alfredii，a species of hyperaccumulator，were planted into pots containing loamy soil pretreatedwith 15 g kg-1of pig manure compost，10 g kg-1of humic acid，or 5 mmol kg-1of EDTA，separately，as treatments and with nothing as control. In addition，the pots were subjected to another treatment：novoltage（without electrical field）or direct current（DC）electrical field（1 V cm-1with switching polarity every day）. At the end of the experiment，dry weights of shoots and roots of the plants，cadmium（Cd）concentration in the plants and soil available Cd（diethylene triamine pentaacetic acid（DTPA）extractable）were determined. 【Result】 Available（DTPA extracted）Cd in the soil increased significantly in the treatments subjected to DC electrical field and amended with pig manure compost，humic acid，or EDTA. The former increased DTPA-extractable Cd by 6.06%～15.64%，while the latter did by 5.74%～7.16%，8.80%～10.32% and 4.77%～5.91%，respectively，with DC field on and by 2.84%～3.32%，7.70%～9.47% and 7.10%～7.75%，respectively，with DC field off. Cd concentration in the plant shoots significantly increased in the pots with DC field on，varying in the range of 226.2～313.7 mg kg-1，and lingered in the range of 178.7～212.6 mg kg-1with DC field off. Soil amendments（pig manure compost，humic acid，EDTA）also had significant effects on Cd concentration in the plant shoots（p＜0.05）. In addition，Cd concentration in the plant shoots was increased by 7.33%～37.0%，19.0%～38.7% and 6.13%～12.0% by the addition of pig manure compost，humic acid and EDTA，respectively. By switching the polarity of the DC electrical field，significant pH variation from anode to cathode can be avoided，and thus no significant impact was observed on shoot biomass of the plants. Soil amendments（pig manure compost，humic acid，EDTA）had significant effects on shoot biomass of the plants（p＜0.05）. The addition of 15 g kg-1pig manure compost and 10 g kg-1humic acid increased shoot biomass by 40.3%～43.7% and 16.3%～18.2%，respectively，while the addition of EDTA decreased shoot biomass by 7.3%～7.5%. Cadmium concentration in shoot and plant shoot biomass are the most crucial factors for determining efficiency of the phytoextraction. The findings in this pot experiment demonstrate that DC field increases significantly（p＜0.01）Cd accumulation in the plants in all the treatments，as compared with those with DC field off. Cd accumulation in shoots of the plants was in the range of 2 088～4 014 μg pot-1with DC field on，and 1 677～2 635 μg pot-1with DC field off. In addition，Cd accumulation in shoots of the plants was increased by 54.3%～92.2% and 38.4%～63.9% in the pots pretreated with pig manure compost and humic acid，respectively，because of their simultaneous effects of increasing Cd concentration in shoots and shoot biomass. However，no noticeable effect was observed in the EDTA treatment in comparison with the control，which can be ascribed to the inhibition of plant growth by EDTA. The combined use of pig manure compost-DC field and humic acid-DC field enhanced Cd accumulation in shoots by 134% and 100%，respectively. 【Conclusion】 Based on the findings，the amendment of pig manure compost or humic acid coupled with switched polarity DC electrical field could significantly enhance Cd phytoextraction by hyperaccumulator Sedum alfredii.

Cadmium；Phytoremediation；Electrokinetic remediation；Sedum alfredii；Organic amendment

X53

A

（責任編輯：陳榮府）

10.11766/trxb201612130539

* 杭州市科技發(fā)展計劃項目（20150533B13）和浙江省重大科技專項（2015C02042）資助 Supported by the Hangzhou Science and Technology Development Program（No. 20150533B13）and Major Special Sci-Tech Project of Zhejiang Province of China（No. 2015C02042）

? 通訊作者 Corresponding author，E-mail：xuezhuye@aliyun.com

肖文丹（1987—），女，湖南永州人，博士，助理研究員，主要從事環(huán)境修復研究。E-mail：wendanxiao@ aliyun.com

2016-12-13；

2017-01-21；優(yōu)先數(shù)字出版日期（www.cnki.net）：2017-03-15