黄丽华+李芸瑛+邵玲

摘要：研究了螯合剂EDTA对Pb污染土壤玉米幼苗生长的影响以及Pb积累特性。结果表明，在100～500 mg/kg浓度范围内，Pb处理对玉米幼苗生长的影响差异不大，但玉米地上部Pb含量随着Pb处理浓度的增加而增加；而不添加EDTA处理，玉米生长受到严重影响，地上部干重、株高明显下降；添加螯合剂EDTA处理后，能促进土壤中Pb的溶解，使土壤和玉米地上部的有效Pb含量明显增加，促进玉米对重金属的吸收和积累。

关键词：玉米；EDTA；铅；吸收和积累

中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）20-5211-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.20.012

Abstract： Through pot experiment， the EDTA chelating agent for the growth of maize seedling under the soil of Pb pollution effects and the characteristics of Pb accumulation were researched. The results showed that the concentration of 100～500 mg/kg range， Pb treatment effect on the growth of maize seedlings had little difference. While the Pb content of corn upper soil increase with the increase of the concentration of Pb treatment. Compared with not adding EDTA treatment， the growth of maize was badly damaged. And aboveground dry weight， plant height ratio decreased obviously； Adding EDTA chelating treatment could promote the dissolution of the Pb in soil， the effective Pb content of soil and corn upper were significantly increased after processing， which promoted the absorption and accumulation of heavy metals by corn.

Key works： corn； EDTA； plumbum； absorption and accumulation

随着工业化和城市化的快速发展，尤其是汽车尾气排放等人为原因，使得铅污染已逐渐成为了一个世界性的环境问题。土壤铅污染严重影响农作物的产量和品质，并且通过食物链进入人体危害人类健康。铅是一种重金属元素，它不是农作物生长所必需的微量元素，而是一种对植物有积累性危害的污染物质。研究表明，影响作物产量和品质的主要是土壤中的有效铅含量，而土壤全铅含量与作物的产量相关性较小，为了更好地揭示铅的生物效应，研究土壤有效铅有着更为重大的意义[1]。所谓有效铅就是植物能吸收利用的铅离子[2]。土壤中的铅离子被植物吸收后，再通过食物链进入人体，干扰神经细胞的正常工作，破坏血红素的生存和脑微血管的渗透性，导致大脑发育迟缓、不健全，最终影响人的身体健康和智力[3]。因此，对铅污染土壤进行修复治理的深入研究，具有极其重要的意义。土壤中重金属的植物修复是指利用重金属富集能力较强的超积累植物吸收土壤中的重金属，转运储存到植物地上部分，然后通过收获地上部分进行焚烧销毁，来达到去除或减少重金属的目的[4]。重金属在土壤中存在的形态主要有可交换态、有机结合态、水溶态、沉淀或难溶的复合物，能够被植物吸收的是可交换态和水溶态，而土壤中的重金属大多数都与土壤固相结合相当紧密，能被植物体吸收的量比较少，重金属的生物有效性相当低，在一定程度上限制了植物修复的效率[5]。Huang等[6]研究发现玉米生长在受Pb污染的土壤中，根部吸收的铅离子量很少，向地上部分运输铅离子的量就更少。研究发现，螯合剂能够有效地活化土壤中的重金属，已被广泛应用于植物修复重金属污染的土壤中。Blaylock等[7]研究發现，在Ni、Pb、Cd、Cu、和Zn复合污染的土壤中添加 EDTA，印度芥菜地上部铅离子的浓度最大，其次是Cu和Zn，浓度最低的是Cd和Ni。本试验通过人工模拟重金属铅污染土壤，添加螯合剂EDTA将铅活化成有效态铅，被玉米幼苗吸收，再将收获的玉米地上部分进行焚烧处理，从而达到去除或减少土壤重金属铅的目的。

1 材料与方法

1.1 材料

供试土壤取自肇庆学院生物园未污染的土壤。玉米品种为农大108，购自肇庆市种子公司。

1.2 方法

1.2.1 土壤的处理 土壤经自然风干后敲碎，过20 mm孔径筛。每盆装土壤1.5 kg，然后施尿素100 mg/kg土、磷酸氢二钾300 mg/kg土作基肥。以Pb（NO3）2溶液的形式与土壤充分搅拌混匀。试验设0、100、250、500 mg/kg 4个处理浓度，调节土壤中的含水量为最大持水量的60%，在温室条件下平衡处理两周。

1.2.2 玉米苗的培养 挑选子粒饱满健康无虫害的玉米种子，用0.1%升汞水浸泡20 min，去离子水冲洗3次，去离子水浸泡12 h，将种子均匀放置于垫有滤纸的培养皿中，用去离子水浸润种子，置于28 ℃的人工气候培养箱培养催芽。每天加水保湿，当胚芽长至1.5～2 cm时，挑选长势一致的玉米幼苗转移至已处理过的土壤中栽培，在玉米生长期间用去离子水浇灌。

1.2.3 螯合剂EDTA的处理 玉米生长14 d后，用50 mmol/L EDTA处理。共设7个处理：①CK；②PbA100：加Pb 100 mg/kg土；③PbA250：加Pb 250 mg/kg土；④PbA500：加Pb 500 mg/kg土；⑤PbC100：处理②+50 mmol/L EDTA；⑥PbC250：处理③+50 mmol/L EDTA；⑦PbC500：处理④+50 mmol/L EDTA。每个处理3盆。处理14 d后，对土壤中的植株进行测定分析，同时测定种植前后土壤中铅的含量。

1.2.4 土壤和玉米幼苗Pb含量以及玉米株高、鮮干重的测定 取各处理种植前后的土壤2 g，烘干，加入20.0 mL ASI[8]浸提剂（土液比为1∶10），盖上瓶塞，摇匀，25 ℃、180 r/min振荡30 min，过滤后，5 000 r/min离心10 min。滤液直接采用原子吸收分光光度计（火焰法）测定。土壤Pb含量采用原子吸收分光光度法测定玉米幼苗Pb含量。每盆选取4～5株生长一致的植株，定点测定株高。将玉米的地上部用去离子水清洗干净后吸干，测定植株鲜重。将称量好的玉米地上部在105 ℃左右杀青0.5 h，并转至80 ℃烘至恒重，称干重。

2 结果与分析

2.1 Pb处理对玉米生长的影响

由图1可以看出，土壤添加一定浓度Pb处理后，玉米均能正常萌发长出幼苗。在玉米幼苗生长到第28天时，不同浓度处理玉米地上部分受害不明显，其生长状况与CK对照组差异不大。表明Pb（NO3）2在100～500 mg/kg处理浓度范围内，Pb对玉米的地上部分毒害效果不明显。添加螯合剂EDTA处理后，玉米幼苗生长表现出严重的受害症状。不同处理下铅污染对玉米幼苗地上部分影响不明显，但大部分玉米幼苗随着时间的延长出现根部腐烂，这是因为重金属与植物作用时，总是最先接触到地下根部，根部细胞壁中存在大量交换点，能将重金属离子固定在这些点上，从而阻止重金属离子进一步向芽转移[9-11]。

2.1.1 对玉米株高的影响 由图2可以看出，与CK相比，在不添加螯合剂EDTA时，在100～500 mg/kg浓度范围内，Pb处理对玉米幼苗株高的影响差异不明显，在添加螯合剂EDTA时，不同浓度Pb处理的玉米幼苗株高明显下降，表明螯合剂EDTA处理抑制含Pb土壤玉米幼苗的生长。

2.1.2 对玉米干重的影响 由图3可以看出，与CK相比，在不添加螯合剂EDTA时，在100～500 mg/kg浓度范围内，不同浓度Pb处理土壤后，玉米幼苗干重的差异不明显。在土壤中添加螯合剂EDTA后，玉米幼苗干重明显下降，且随着Pb浓度增加，干重下降更明显。表明螯合剂EDTA处理抑制含Pb土壤玉米地上部分的生长。

2.2 Pb处理对玉米幼苗Pb含量的影响

由表1可以看出，在不添加螯合剂EDTA时，不同浓度Pb处理对玉米吸收Pb有明显的影响，随着土壤中Pb处理浓度的增加，玉米地上部Pb含量均增加，100、250、500 mg/kg Pb处理玉米地上部Pb含量分别为15、70、104 mg/kg。在添加螯合剂EDTA时，100、250、500 mg/kg Pb处理玉米地上部Pb含量分别为50、100、201 mg/kg。由此可见，螯合剂EDTA处理后，玉米地上部富集的Pb含量明显增加。表明螯合剂EDTA能活化土壤中的Pb，促进玉米地上部Pb的积累。

3.3 玉米种植前后土壤有效Pb含量

由表2可以看出，土壤中随着处理Pb浓度的增加，有效Pb浓度也增加。在不添加螯合剂EDTA时，土壤有效Pb浓度较低，在添加螯合剂EDTA后，3个浓度处理土壤有效态Pb分别为109、300、614 mg/kg，分别为不添加螯合剂EDTA的1.07、1.21、1.14倍。说明EDTA溶解土壤中Pb的能力很强。

种植玉米后，均能使土壤中的有效Pb浓度减少，但添加EDTA的玉米幼苗能吸收更多土壤中的有效Pb，使土壤中的有效Pb浓度减少幅度更大。表明在100～500 mg/kg Pb处理浓度范围内，玉米能吸收土壤中的有效Pb，从而降低其浓度，起到修复土壤Pb污染的效果。

3 小结与讨论

植物修复是近年来发展起来的一种主要用于清除土壤重金属（汞、铅、铬、镉等）污染的绿色生态技术，是一条从根本上解决土壤重金属污染的重要途径。

试验结果表明，土壤添加Pb离子浓度为100～500 mg/kg时，对玉米幼苗长势、株高、鲜重、干重影响不大；但土壤加入EDTA后，显著提高了土壤中Pb的溶解度，使Pb从根系向地上部运输，促进玉米幼苗及地上部分对土壤Pb的吸收与积累，表现为玉米幼苗长势不佳，株高、鲜重、干重3个指标值都显著下降。可见，EDTA增大了Pb离子对玉米幼苗的胁迫作用。Pb是植物生长过程中不可缺少的一种元素，但是过量的Pb又会抑制植物种子的萌发，延缓植物的生长，使植物各种酶活性降低，甚至导致植物萎蔫死亡。

EDTA溶解土壤Pb的能力很强，这与Huang等[6]的研究结果一致。试验中土壤添加浓度为100～500 mg/kg Pb，玉米直接吸收的能力较差，添加EDTA后，玉米吸收Pb的能力明显增强，并提高了土壤中有效态Pb浓度，促进Pb在玉米幼苗和植株地上部的积累，从而起到修复作用。Bell等[12]认为金属离子-螯合体可通过根系内皮层和凯氏带的裂隙处而被吸收。然而玉米具有重要的经济价值，种植玉米来修复土壤重金属Pb对经济的发展起不到促进作用。猪秧秧、鬼针草等属于禾本科植物，对铅离子的吸收情况与玉米相类似[13]。若能在城乡公路边、铅污染严重的土壤中种植猪秧秧、鬼针草等，既能对大气中的Pb污染进行净化，又能美化城市，对修复Pb污染土壤也起到积极的作用[13]。

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