王 碩，李德生，俞 洋，王 靜，張 才

（1.天津理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與安全工程學(xué)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(jìn)程的不斷推進(jìn)，生態(tài)環(huán)境正在遭受嚴(yán)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(xiàn)為協(xié)同作用，而正是這種協(xié)同作用嚴(yán)重威脅了環(huán)境安全，會(huì)使土壤肥力降低而導(dǎo)致作物的產(chǎn)量與品質(zhì)下降，進(jìn)而惡化環(huán)境，高濃度下甚至?xí)χ参锂a(chǎn)生毒害，在食物鏈中富集進(jìn)入人體，危害人體健康［2］。

植物修復(fù)作為一種高效且清潔的重金屬修復(fù)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(tǒng)的環(huán)境修復(fù)技術(shù)不同，植物修復(fù)技術(shù)具有三大特性，即治理成本的低廉性、環(huán)境美學(xué)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(fù)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(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)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(yàn)旨在研究萱草落葉前后對鎘、鉛、鋅復(fù)合污染土壤的修復(fù)效果，以期為植物修復(fù)重金屬污染土壤奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

萱草，長勢基本相同；栽培基質(zhì)為天津理工大學(xué)校園內(nèi)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(zhì)為有機(jī)質(zhì)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(yàn)用Cd、Pb、Zn分別為CdCl2、Pb（NO3）2、ZnSO4。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)以CdCl2、Pb（NO3）2、ZnSO4模擬配制4個(gè)重金屬復(fù)合污染物，每個(gè)污染物按Cd、Pb、Zn使用濃度不同，各設(shè)4個(gè)處理，以不使用Cd、Pb、Zn為對照（表1）。將按比例配制好的各復(fù)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(xué)環(huán)安學(xué)院3樓平臺(tái)，單盆為1個(gè)處理，重復(fù)3次。

1.3 測定內(nèi)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(nèi)的Cd、Pb、Zn含量，12月同時(shí)測定萱草根內(nèi)的Cd、Pb、Zn含量。操作方法：萱草樣品洗凈，曬干，烘箱內(nèi)100℃烘至恒質(zhì)量，用電子天平稱取樣品干質(zhì)量；烘干樣品用粉碎機(jī)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(shù)據(jù)處理分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Excel 2007軟件進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬復(fù)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(jià)植物對重金屬富集能力的重要指標(biāo)［6］。由表2可知，各重金屬復(fù)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(yàn)濃度下，重金屬復(fù)合污染物對萱草生長有明顯的促進(jìn)作用，其中，較高濃度的復(fù)合污染物對萱草生長的促進(jìn)作用更為明顯；Cd、Pb、Zn兩兩構(gòu)成的復(fù)合污染物對萱草生長的促進(jìn)作用不同。

表1 重金屬元素復(fù)合使用設(shè)計(jì)

表2 重金屬復(fù)合污染下萱草地上生物量

2.2 萱草對土壤重金屬復(fù)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(nèi)，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(fù)合污染土壤下，萱草體內(nèi)的Pb、Zn含量大多在天然存在值范圍內(nèi)，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(qiáng)。

落葉前，隨Zn+Cd、Pb+Cd、Cd+Pb+Zn復(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(shí)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(shí)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(shí)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(fù)合重金屬脅迫對葉片吸收Cd、Pb、Zn有一定的促進(jìn)作用。落葉后，隨不同重金屬復(fù)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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(fù)合重金屬污染下，萱草葉片內(nèi)的Cd、Pb、Zn含量多高于對照，說明低濃度復(fù)合重金屬脅迫對枯黃葉Cd、Pb、Zn的吸收有一定促進(jìn)作用，而高濃度復(fù)合重金屬脅迫有抑制作用。另外，落葉后萱草葉內(nèi)重金屬含量普遍大于落葉前，說明葉片枯黃時(shí)仍在吸收土壤中的重金屬。

落葉后，隨不同重金屬復(fù)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(shí)，萱草根內(nèi)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(shí)，萱草根內(nèi)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(fù)合污染物處理的萱草根內(nèi)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(jìn)作用，但隨污染濃度的增加，促進(jìn)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(shù)是指植物體內(nèi)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(fù)合重金屬污染濃度的上升，萱草葉片對Cd、Pb、Zn的富集系數(shù)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(fù)合重金屬脅迫下，萱草葉片對重金屬的富集系數(shù)多低于對照；Pb、Cd濃度分別為100、1 mg/kg時(shí)，落葉后萱草葉片對Cd的富集系數(shù)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(shí)，落葉前萱草葉片對Pb的富集系數(shù)相對最大，為1.38，為對照的1.18倍；Pb、Zn濃度均為500 mg/kg時(shí)，落葉后萱草葉片對Zn的富集系數(shù)相對最大，為2.00，為對照的1.82倍。

表3 不同重金屬復(fù)合污染下萱草葉片對Cd、Pb、Zn的富集系數(shù)

2.4 萱草對Cd、Pb、Zn的轉(zhuǎn)運(yùn)能力

遷移系數(shù)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(zhuǎn)移系數(shù)多大于1.0；隨復(fù)合重金屬污染濃度的上升，萱草對Cd、Pb的轉(zhuǎn)移系數(shù)大致呈先增后減趨勢，而對Zn的轉(zhuǎn)移系數(shù)大致呈增加趨勢；Zn、Cd濃度分別為1 000、20 mg/kg時(shí)，萱草對Cd的轉(zhuǎn)移系數(shù)相對最大，為21.79，為對照的1.26倍；Pb、Cd濃度為500、5 mg/kg時(shí)，萱草對Pb的轉(zhuǎn)移系數(shù)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(shí)，萱草對Zn的轉(zhuǎn)移系數(shù)相對最大，為7.17，為對照的1.45倍。

3 結(jié)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(xiàn)，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(fù)合污染土壤有很好的固定和恢復(fù)效果［11］；郭曉宏等研究發(fā)現(xiàn)，5種草本植物對Pb有很好的吸收富集效果［12］；關(guān)夢茜等研究表明，金娃娃萱草可修復(fù)Cd污染的土壤［13］。

表4 不同重金屬復(fù)合污染下萱草對Cd、Pb、Zn的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

本試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤在Cd、Pb、Zn復(fù)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(fù)合污染的耐受性不同。萱草葉枯黃前（落葉前），復(fù)合重金屬脅迫對葉片吸收Cd、Pb、Zn有一定的促進(jìn)作用；落葉后，低濃度復(fù)合重金屬脅迫下萱草葉片對Cd、Pb、Zn的吸收有一定的促進(jìn)作用，而高濃度復(fù)合重金屬脅迫有抑制作用；隨Cd、Pb、Zn復(fù)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(fù)合污染土壤下，萱草體內(nèi)的Pb、Zn含量大多在天然存在值范圍內(nèi)，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(qiáng)。

富集系數(shù)、轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)是評價(jià)不同植物對土壤重金屬富集、轉(zhuǎn)運(yùn)能力的重要指標(biāo)［14］，可以判斷植物對土壤的修復(fù)效果。落葉前后，萱草對重金屬Cd、Pb、Zn的富集系數(shù)不同，對土壤重金屬的吸收能力有所差異，隨復(fù)合重金屬污染濃度的上升，萱草葉片對Cd、Pb、Zn的富集系數(shù)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(shí)從土壤中吸收Cd、Pb、Zn的能力相對較強(qiáng)，與Chuparina等對Zn的研究結(jié)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(huì)減弱；不同濃度復(fù)合重金屬脅迫下，萱草葉片對重金屬的富集系數(shù)多低于對照處理。萱草對重金屬Cd、Pb、Zn的轉(zhuǎn)移效果十分明顯，轉(zhuǎn)移系數(shù)多大于1.0，對照處理的轉(zhuǎn)移系數(shù)相對高一些，說明萱草能很好地從根部轉(zhuǎn)移Cd、Pb、Zn到葉部，有助于萱草修復(fù)土壤后對萱草的后續(xù)處理。

須說明的是，本試驗(yàn)中，萱草雖然并未達(dá)到超富集植物標(biāo)準(zhǔn)［16］，但其適應(yīng)能力強(qiáng)，可綠化環(huán)境，對Cd、Pb、Zn復(fù)合污染土壤具有很大的修復(fù)潛力。草本植物對Cd、Pb和Zn污染土壤的修復(fù)有不錯(cuò)的前景。