有机酸对鹿藿铅锌尾矿重金属积累的影响

作者:未知

  摘要  [目的]研究有机酸对鹿藿(Rhynchosia volubilis Lour.)重金属积累的影响。[方法]以铅锌尾矿砂为栽培基质,通过盆栽试验,研究外施乙二胺四乙酸(EDTA)和柠檬酸(CA)2种有机酸对鹿藿 Pb、Zn、Cd、Cu积累的影响。[结果]EDTA和CA提高了鹿藿Pb和Cu的富集,尤其是高浓度EDTA显著促进鹿藿对Pb、Cu和Cd金属离子的吸收和向地上部分转运,高浓度EDTA有效提高了Zn向地上部分的转运。[结论]EDTA对重金属富集的促进作用优于CA。
  关键词  EDTA;CA;鹿藿;铅;锌;镉;铜;积累
  中图分类号  X  75文献标识码  A
  文章编号  0517-6611(2020)04-0066-03
  doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2020.04.019
  开放科学(资源服务)标识码(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.Jing’an County Forestry Bureau,Jing’an,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
  在植物修复治理重金属污染环境过程中,通过添加有机酸增加植物对重金属富集能力的研究越来越多[1-2]。有机酸广泛存在于植物体内和根际环境中,可能作为重金属元素的配基,与之配位结合参与重金属元素的吸收、运输、积累等过程。研究表明,有机酸不仅可以增加重金属离子的活度,还可以增加植物各部位对金属离子的吸收。目前,重金属污染环境中Pb、Zn、Cd、Cu等污染越来越严重,其中Pb、Cd是一种对作物和人类有积累性危害的有毒物质,Zn、Cu虽是植物生长的必需微量元素,但环境中Zn、Cu过量同样会阻碍植物的正常生长[3-5]。因此,该研究通过向铅锌尾矿砂为栽培基质中分别添加乙二胺四乙酸(EDTA)或柠檬酸(CA),探讨有机酸对鹿藿重金属积累的影响,旨在为有机酸应用于植物修复铅锌尾矿区重金属污染环境提供理论依据。
  1  材料与方法
  1.1  试验材料  鹿藿种子采自于江西省林业科学院内。铅锌尾矿砂取自江西省德兴市铅锌矿的尾矿库,其基本理化性质见表1。
  1.2  试验方法  釆用Han等[6]的方法培育鹿藿幼苗,待幼苗株高約10 cm时,选择生长一致的幼苗定植于12 cm×12 cm的塑料盆中,盆栽基质为等量的铅锌尾矿砂,每盆10株。常规栽培30 d后,向盆内分别添加不同浓度的乙二胺四乙酸(EDTA)或柠檬酸(CA),即CK(不添加有机酸)、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个处理,每个处理3次重复,自然光照条件下继续培育30 d,并根据栽培基质的干湿情况,适量补给水分。   Pb、Zn、Cd、Cu含量的测定采用HNO3-HCO4 湿法消化法。将幼苗根系先用去离子水冲洗,之后在20 mmol/L乙二胺四乙酸二钠( EDTA-Na2)溶液中浸泡交换30 min,以去除根系表面黏附的金属离子,然后将材料分成地上部、地下部,用去离子水冲洗干净吸干,烘至恒量称取干质量。将干样用研钵磨碎后准确称取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火焰原子分光光度计(AAS)测定Pb、Zn、Cd和Cu的含量[7]。
  1.3  数据处理  用SPSS 13.0和Excel软件进行数据处理。
  2  结果与分析
  2.1  不同浓度EDTA、CA对铅锌尾矿胁迫下鹿藿Pb积累的影响
  由图1可见,在铅锌尾矿胁迫下,添加CA与EDTA对鹿藿Pb含量积累均有促进作用,并随着同种有机酸浓度的升高而增加,同时与对照相比,EDTA对鹿藿Pb含量的促进作用明显强于CA。当EDTA浓度为0.1 mmol/kg时,鹿藿地上部Pb含量比对照提高了235.29%,但地下部与对照相比差异不明显;当EDTA浓度为1.0 mmol/kg时,鹿藿地上部和地下部Pb含量分别比对照提高了452.94%和37.50%。说明EDTA对鹿藿Pb含量的增效明显优于CA,而且当EDTA浓度为1.0 mmol/kg时作用最大,其地上部Pb含量的增幅显著高于地下部。
  2.2  不同浓度EDTA、CA对铅锌尾矿胁迫下鹿藿Zn积累的影响
  由图2可见,在铅锌尾矿胁迫下,添加不同浓度的EDTA、CA后,鹿藿地下部Zn含量随着同种有机酸浓度的增加呈下降趋势,而且均低于对照。但鹿藿地上部Zn含量则随着EDTA、CA处理浓度的升高呈增加的趋势,而且1.0 EDTA对Zn含量的促进作用显著高于CA。0.1 mmol/kg的EDTA和CA处理浓度,鹿藿地上部Zn含量与对照相比差异均不显著,但当CA的浓度从0.1  mmol/kg增加至1.0 mmol/kg时,鹿藿地上部Zn含量增加了41.58%;而当EDTA的浓度由0.1 mmol/kg增加至1.0 mmol/kg时,鹿藿地上部Zn含量提高了317.7%,且比1.0 mmol/kg CA的浓度处理时高出了297.12%。表明铅锌尾矿胁迫下,添加1.0 mmol/kg的EDTA可以有效地提高鹿藿向地上部运输Zn的能力。
  2.3  不同浓度EDTA、CA对铅锌尾矿胁迫下鹿藿Cd积累的影响
  由图3可见,铅锌尾矿胁迫下添加CA后鹿藿地上部Cd含量与对照相比差异不明显,而鹿藿地下部Cd含量均低于对照,并随着CA浓度升高呈下降趋势,当CA处理浓度为1.0 mmol/kg时鹿藿地下部Cd含量比CA为0.1 mmol/kg时降低了21.15%。但不同浓度的EDTA处理后,对鹿藿Cd的吸收均具有促进作用,且随着EDTA浓度的增加而增加,并在1.0 mmol/kg时达到了显著水平(P<0.05)。当EDTA处理浓度由0.1 mmol/kg升至1.0 mmol/kg时鹿藿地上部与地下部Cd含量分别提高了66.67%和46.82%。
  2.4  不同浓度EDTA、CA对铅锌尾矿胁迫下鹿藿Cu积累的影响  由图4可见,铅锌尾矿胁迫下,添加不同浓度的CA、EDTA处理后,鹿藿地上部Cu含量除了1.0 mmol/kg的EDTA处理时比对照提高了107.14%外,其他处理与对照相比差异均不显著。但是有机酸的加入对鹿藿地下部Cu含量积累有明显的促进作用,且随着浓度的升高而增加。同时,EDTA促进鹿藿地下部Cu吸收作用明显强于CA,其中,1.0  mmol/kg 的EDTA处理对鹿藿地下部Cu吸收作用最强,比对照高出了258.46%。说明1.0 mmol/kg的EDTA对鹿藿地上部、地下部Cu含量积累都有显著的促进作用。
  2.5  不同浓度EDTA、CA对铅锌尾矿胁迫下鹿藿金属迁移率的影响
  由表2可见,在鉛锌尾矿胁迫环境中,鹿藿对Pb、Zn的迁移率在加入有机酸后显著增加,而且随着同种有机酸浓度的升高而增强。1.0 mmol/kg EDTA处理鹿藿Pb、Zn的迁移率达到最高,分别高出对照341.67%和352.86%。鹿藿对Cd的迁移率在CA处理下均低于对照,但随着同种有机酸浓度的升高,对Cd的迁移率呈现出上升趋势。添加有机酸后鹿藿对Cd的迁移率均不高,这可能与铅锌尾矿中Cd含量相对较低有关。鹿藿Cu的迁移率在加入CA后并随着CA浓度的上升呈下降趋势,但加入EDTA后,随着EDTA浓度的升高,鹿藿对Cu的运转明显增强,EDTA的浓度由0.1 mmol/kg 增加至1.0 mmol/kg鹿藿对Cu的吸收高出了158.18%。整体上,添加有机酸并随着浓度的升高对鹿藿金属离子运转有促进作用,EDTA的作用更为明显,说明从地下部向地上部转移的金属离子较多。
  3  小结
  试验表明,在铅锌尾矿胁迫下添加不同浓度的CA与EDTA对鹿藿幼苗吸收Pb、Zn、Cd和Cu均有一定的促进作用,而且EDTA对鹿藿重金属积累的作用显著高于CA。一定浓度的EDTA不仅增加了鹿藿对Pb、Zn、Cd和Cu的富集量,还有效提高了重金属向地上部分的转移效率。该研究中,浓度为1.0 mmol/kg的EDTA对鹿藿幼苗Pb、Zn、Cd和Cu含量增效最显著,除Cu外Pb、Zn、Cd含量地上部增幅显著大于地下部。因此,通过合理地施用EDTA可以有效提高鹿藿对铅锌尾矿库区污染环境的修复效率[8]。在实际应用中,EDTA浓度的阈值需要进一步研究确定,螯合剂提高植物修复效率时需要进行严格的风险评估,尽可能使产生二次污染的几率降为最小[9]。螯合剂的诱导效应使得高生物量植物用于植物修复成为可能,从而弥补了超积累植物少、生长缓慢、生物量小等原因限制了在实际生产应用中的缺陷[10]。   参考文献
  [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,陈娇君,刘世亮,等.柠檬酸对褐土中DTPA提取态铜、镉含量及对紫花苜蓿吸收铜、镉的影响[J].环境工程学报,2013,7(7):2781-2787.
  [5] 黄苏珍,原海燕,孙延东,等.有机酸对黄菖蒲镉、铜积累及生理特性的影响[J].生态学杂志,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] 李永丽,李欣,李硕,等.东方香蒲(Typha orientalis Presl)对铅的富集特征及其EDTA效应分析[J].生态环境,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] 李永丽.矿山尾矿铅污染植物修复及EDTA强化技术研究[D].长沙:湖南大学,2006.
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