不同络合剂作用下的大豆对矿区镉污染土壤的修复研究

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摘 要：土壤是人类社会赖以生存和发展的基本要素，随着现代经济的高速发展，我国矿区土壤重金属污染日益严重。该文试图通过盆栽实验，研究当地主要农作物大豆对矿区土壤中超标的镉元素的富集情况，确定一条修复矿区镉污染土壤的经济、生态的方法。

关键词：大豆 镉污染 植物修复

中图分类号：X131.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（a）-0088-01

近十几年来，我国金属矿山开采处于高速发展时期，矿山周边土壤受到重金属污染日益严重[1-2]。镉作为毒性最强的重金属元素之一，具有稳定、易累积等特点，对人体健康造成危害[3-4]。该文通过添加络合剂的盆栽大豆实验对矿区土壤中的镉元素进行吸收、抽提，达到生态恢复的目的。

1 材料与方法

（1）实验材料。实验土源取自东北某矿业公司公司主导风向下风向垂直距离约1 km处的菜地，该菜地土壤环境中镉含量超标。超积累植物选择当地农作物大豆，络合剂选取常见试剂EDTA和富里酸。

（2）实验方法。取得土样后，对土壤进行自然风干、捣碎、提取杂物、用2 mm筛筛选，同时测定其基本理化性质及重金属含量背景值。于陶瓷盆中装土5 kg，共分二组，每组10个，进行平行实验，分别加入络合剂EDTA、富里酸。大豆出芽后，用络合剂进行灌溉，两周浇一次，连续浇二次；二个月后浇第三次。EDTA浓度系列为0.5 mmol/L、1.0 mmol/L、3.0 mmol/L、5.0 mmol/L；富里酸浓度为20 mg/L、40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L。

试验期间定期浇水，保持70%的田间持水量，期间观察并记录苗期的生长状况。

（3）镉的测定。实验用苗洗净根系，自然风干，然后在105 ℃下杀青0.5 h，70 ℃烘干称量干重，计算含水量。植物的消解方法采取的是微波消解法，称取植物0.3 g左右，加入10 mL硝酸，采用逐步升温程序进行样品消解处理。消解后的样品定容到25 mL，采用ICP-MS进行测定。

2 结果与分析

通过前期实验，得知该菜地镉元素背景值为2.44 mg/kg。实验测得在2种络合剂浇灌后，大豆植株内总镉的含量变化。

2.1 EDTA对大豆植株吸附镉的影响

在大豆培养土壤中施加不同浓度EDTA，对大豆吸收重金属镉产生强烈影响，结果见表1所示。

实验证明，大豆具有富集土壤中镉元素的能力，随着添加EDTA浓度的增加，大豆中镉含量出现先增加后下降的趋势，总体呈现增长趋势。大豆各部位对镉元素的吸收程度不同，其含量分布为黄豆豆粒>黄豆茎>黄豆豆荚>黄豆根>黄豆叶。由此可见，EDTA与镉络合后，黄豆对镉的吸收能力变强，往地上部分运输的能力得到加强，黄豆豆粒富集了较多的镉。

2.2 富里酸对大豆植株吸附镉的影响

在大豆培养土壤中施加不同浓度富里酸，大豆植株内重金属镉的含量发生明显变化，结果见表2所示。

实验表明，随着施加富里酸浓度的增加，大豆植株内镉含量呈增长趋势。大豆各部位对镉的吸收量为黄豆叶>黄豆茎>黄豆豆粒>黄豆豆荚>黄豆根。其中，黄豆叶中镉的吸收量增幅最大，这说明富里酸增强了黄豆根对镉的转运能力，从而使黄豆叶不断富集镉。

3 修复效果预测

对比土壤中加入不同络合剂的情况，对单位质量大豆吸收镉的情况进行分析，选取吸收镉元素最优情况。按照每亩大豆的种植密度，核算出添加EDTA、富里酸后，大豆富集镉最大值分别为72.97 g/ha、52.73 g/ha。结果显示，施加EDTA后大豆植株吸附土壤中镉的能力最强。

假设矿山停止生产或搬迁后，周边土壤中镉元素不再增加。土壤经过EDTA改性后，每年产出的农作物全部运走，不参与下一年的镉循环，可以预测连续种3年大豆后，当地土壤可达到国家标准，达到生态修复土壤的目的。

4 结语

在络合剂的作用下，单位质量大豆对镉污染矿区土壤的修复能力增强。该矿山公司关闭或搬迁后，当地土壤在EDTA的改性下，连续种植3年大豆达到土壤净化的目的。因此，大豆可作为修复当地土壤镉污染的理想植物。

参考文献

[1] 周涛发，李湘凌.金属矿区土壤重金属污染的植物修复研究现状[J].地质论评，2008（4）：515-520.

[2]王崇臣，王鹏，黄忠臣.盆栽玉米和大豆对铅、镉的富集作用研究[J].安徽农业科学，2008（36）：10385-10386.