两种螯合剂对汞在土壤-植物系统中迁移的影响

白沙洲大道选地板找地板陈 两种螯合剂对汞在土壤植物系统中迁移的影响 陈玉成，符翠芳，唐丽琼 （西南农业大学资源环境学院，重庆 400716） 摘要： 盆栽试验表明，螯合剂种类、浓度、施用时间等对莴笋产量的影响程度分别为 57.72%、 16.06%、 26.22%，对汞在莴笋中的积累影响程度分别为 49.15%、 2.47%、 48.38%。在莴笋移栽时，施用 0.10 mol/L 的 DTPA，既可削减蔬菜中汞含量，又可促进蔬菜产量的增加。模拟试验表明，不同螯合剂只是对淋洗速度产生影响，而对滤液汞、土壤残留汞的影响不明显。 关键词： 汞；土壤；蔬菜 ；迁移 中图分类号： X142 文献标识码： A 文章编号： 1008-181X（ 2002） 01-0010-03 已有研究表明，重庆市蔬菜基地出现了汞污染，削减蔬菜汞污染已成为当务之急。由于土壤既是汞进入蔬菜的源头，又是大气汞污染源的纳污场，因此削减蔬菜汞含量主要以控制土壤汞进入蔬菜体内为主，其中抑制土壤汞的活性，控制土壤汞的迁移是一种费省效宏的实用途径。本文根据重金属的螯合原理，选取 EDTA 和 DTPA 两种螯合剂，通过盆栽试验和淋洗试验对汞在土壤植物系统中的迁移进行了探讨。 1 材料和方法 1.1 供试材料 土壤为中性紫色土，取自西南农业大学实验农场。盆栽试验的土壤汞含量为 0.207 mg/kg；淋洗试验的 土壤汞含量为 0.394 mg/kg。蔬菜为重庆大宗叶菜莴笋（ Lactuca sativa var. angustana Irish.），选取长势接近的幼苗进行盆栽。 EDTA 和 DTPA 为分析纯化学试剂。 2.1 试验方案 盆栽试验在西南农业大学玻璃网室进行。添加外源 HgCl2，使得土壤中全汞含量为 2.055 mg/kg，然后装盆，共设 6 个处理和 1 个对照（表 1），每个处理重复 4 次。与一定量的 N、 P、 K 化肥混匀装盆后，陈化 7 d，每盆定植莴笋幼苗 2 株，以后湿润管理至 50 d 后收获，单盆测产，混合测定土壤和植株样 品。 淋洗试验在实验室内进行。在 6 个直径 5.4 cm、长 30 cm 的硬质塑料管底部用经过处理的纱窗布固定，其上覆盖一层 2 mm 的石英砂与玻璃纤维，然后逐层装入约 750 g 的土壤，上部依次装入玻璃纤维和石英砂。装柱完成后，底部置于去离子水中浸润至饱和，取出滴尽余水，待用。配制纯水、 0.01 mol/L 的 EDTA、 0.01 mol/L 的 DTPA 等 3 组淋洗液各 2 000 ml，分 4 次淋洗，测定滤液中的汞。同时将土柱取出，分成 3 等分，测定各层土壤中汞含量。试验重复 2 次。 1.3 分析方法 植株汞用 HNO3-H2SO4-V2O5 消化，土壤汞用11 HNO3-H2SO4 消化，水汞样用 HNO3-H2SO4- KMnO4 消化。上述消化液均于冷原子荧光测汞仪上测定全汞含量。 2 结果与讨论 2.1 汞与螯合剂对莴笋生长发育的影响 在盆栽试验中，与对照相比， T1、 T2、 T3、 T4等处理在移栽初期已表现出一定的受害症状，即植株矮小，叶片出现黄斑，并呈灼烧状，其中 ETDA处理的植株受害最严重， T1 莴笋几乎不能生长，产量下降 97.1%； T2也下降 22%（表 2）。 T3、 T4 尽管移栽初期生长和 T1、 T2处理接近，但后期生长 良好，其最终产量和对照相当。 T5、 T6处理前期生长良好，但第 20 天施入螯合剂后仍出现叶片黄斑和灼烧状，其最终产量与对照增（ T6）减 (T5)不显著。以上说表 1 盆栽试验设计方案 代号 试剂类型 试剂浓度/(molL-1) 施用时间 T1 EDTA 0.1 移栽时（第 1 天） T2 EDTA 0.01 移栽时（第 1 天） T3 DTPA 0.1 移栽时（第 1 天） T4 DTPA 0.01 移栽时（第 1 天） T5 EDTA 0.1 移栽后（第 20 天） T6 DTPA 0.1 移栽后（第 20 天） CK H2O 白沙洲大道选地板找地板陈 明，移栽初期施入 EDTA 对汞的生长有明显的抑制作用，而 DTPA 则不明显。 进一步分析，螯合剂种类、浓度、施用时间等三因素对莴笋产量的影响是不同的（表 3），其影响程度分别为 57.72%、 16.06%、 26.22%，说明螯合剂种类对莴笋的生长发育影响作用超过了一半。 2.2 螯合剂对汞在莴笋中积累与分布影响 从莴笋中汞的总积累量来看（表 4）， T2、 T4、T5、 T6 处理均高于对照，其中以 T5处理最高，只有 T3处理低于对照。表明 20 天后施入 0.1 mol/L的 EDTA 不但没有减低莴笋中汞的积累，反而促进了土壤中汞向莴笋的迁移。而移栽初期施用DTPA 可以削减莴笋中汞的积累。从汞在莴笋各器官的分配来看，所有处理均表现为根汞叶汞茎汞，但移栽初期施用螯合剂，可促进汞在茎叶可食部分的富集，而后期施用则可将汞残留于根部。 进一步地分析，螯合剂种类、浓度、施用时间等三因素对汞在莴笋中的积累影响是不同的（表 5），其影响程度分别为 49.15%、 2.47%、48.38%，说 明螯合剂种类及其施用时间对削减莴笋汞起决定性作用。经过理论计算，削减莴笋中汞含量的最佳条件为在莴笋移栽时，施用 0.10 mol/L 的 DTPA，可降低蔬菜中汞 0.127 mg/kg，削减幅度达 45.52%。此结果与前面的产量分析呈现出极大的耦合。即莴笋移栽时，施用 0.10 mol/L的 DTPA，既可降低蔬菜中汞积累，又可促进莴笋产量的增加。 2.3 螯合剂对土壤汞淋出的影响 从淋洗速度看（表 6），淋洗初期，不同螯合剂之间存在显著性差异，螯合剂与水之间存在极显著差异，其淋洗速度为 H2O DTPA EDTA。但 随后 H2O 与 DTPA 的淋洗速度差异越来越小，而与 EDTA 之间的差异仍然存在。 滤液汞的方差分析表明，淋洗量不同，滤液汞的含量极显著不同，而淋洗剂对滤液汞影响不显著。随着淋洗量的增加，滤液汞含量急剧下降。 2.4 螯合剂淋洗对土壤残留汞的影响 淋洗完毕，测定土壤各层的残留汞量（表 7），发现不同淋洗剂、不同土 壤层次的汞无显著差异。 表 2 汞与螯合剂对莴笋生长发育的影响 代号 植株产量 /(gpot-1) 平均 /(gpot-1) 增减 /% 差异显著性 5% 1% T3 36.31 40.54 49.96 53.40 45.05 14.66 a A T4 38.95 44.45 42.16 44.20 42.44 8.02 ab AB T6 40.48 34.25 46.60 38.50 39.96 1.71 b AB CK 31.99 43.47 43.98 37.70 39.29 0 b AB T5 33.54 47.59 47.56 22.61 37.83 -3.72 b B T2 27.72 26.77 37.31 30.60 -22.12 c C T1 1.15 1.15 -97.07 d D 表 3 不同因素对莴笋产量的影响 水平 产量 /(gpot-1) 变异系数 /% 影响度 /% 螯合剂种类 EDTA 23.19 41.54 57.72 DTPA 42.48 螯合剂浓 度 0.10 molL-1 31.00 11.56 16.06 0.01 molL-1 36.52 施用时间 1 d 29.81 18.87 26.22 20 d 38.90 表 4 汞在莴笋中的积累及其分布 汞含量 /(mgkg-1) 平均 /(mgkg-1) 分配系数 /% 根 茎 叶 根 茎 叶 T2 0.823 0.171 0.431 0.475 57.75 12.00 30.25 T3 0.301 0.134 0.174 0.152 49.43 22.00 28.57 T4 1.154 0.084 0.111 0.337 85.54 6.23 8.23 T5 2.230 0.058 0.548 0.709 78.63 2.05 19.32 T6 1.462 0.046 0.072 0.395 92.53 2.91 4.56 CK 1.036 0.109 0.205 0.279 76.74 8.07 15.19 T1处理由于植株死亡而未测定。 表 5 不同因素对莴笋吸汞量的影响 水平 吸汞量 /(mgkg-1) 变异系数 /% 影响度 /% 螯合剂种类 EDTA 0.592 44.35 49.15 DTPA 0.295 螯合剂浓度 0.10 molL-1 0.419 2.23 2.47 0.01 molL-1 0.406 施用时间 1 d 0.321 43.65 48.38 20 d 0.552 白沙洲大道选地板找地板陈 3 结论 （ 1）螯合剂种类、浓度、施用时间等对莴笋产量的影响程度分别为 57.72%、 16.06%、 26.22%，对汞在莴笋中的积累影响程度分别为 49.15%、2.47%、 48.38%。 （ 2）莴笋移栽时，施用 0.10 molL-1 的 DTPA，既可削减蔬菜汞含量，又可促进蔬菜产量的增加。 （ 3）不同螯合剂只是对淋洗速度产生影响，而对滤液汞、土壤残留汞的影响不明显。 参考文献： 1 陈玉成，青长乐 . 高背景区中无公害蔬菜的降污生产技术体系 J. 农业环境与发展 . 2000， 17(Suppl.)： 57-61. 2 殷捷，陈玉成 . 土壤重金属污染的全过程控制 . 四川环境 J, 2000，19（ 1）： 27-30. 3 刘德绍，青长乐，王定勇 . 几种蔬菜汞富集能力的初步研究 J. 重庆环境科学， 1998， 20（ 3）： 16-18. 4 GUO YIJUN, CHEN YUCHENG. 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The simulated leaching tests showed no significant effects of different chelates on the content of mercury in leachate and the residual soil. Key words: mercury； soil； vegetable； transference 表 6 螯合剂对土壤汞淋出的影响 H2O EDTA DTPA 淋洗量 /ml 滤速 /(mlmin-1) 滤液汞 /(mgkg-1) 滤速 /(mlmin-1) 滤液汞 /(mgkg-1) 滤速 /(mlmin-1) 滤液汞 /(mgkg-1) 500 0.814 0.070 7 0.099 0.054 5 0.173 0.063 9 1 000 0.18