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富里酸促进苎麻对汞污染农田土壤修复的研究

范文

范占煌孙佳峰陆永明孙达徐灿灿刘锐

摘要为了提高汞污染农田土壤的修复效率，在汞污染农田土壤中投加富里酸（投加量为0、0.075、0.150、0.225 kg/m2），并在试验结束后分析植物生物量和组织内汞含量及土壤中总汞、有效汞含量，研究富里酸促进苎麻对土壤汞的修复效果。结果表明，投加富里酸可促进苎麻地上部分生长，但差异不显著，投加富里酸能提高苎麻中总汞的含量，促进苎麻根部汞向地上部分转运以及土壤中总汞和有效汞的降低。富里酸投加量为0.075 kg/m2时促进效果最好，修复后，土壤中总汞含量由（0.56±0.05）mg/kg降低至（0.38±0.03）mg/kg，土壤中有效汞含量由（2.13±0.04）μg/kg降低至（0.97±0.07）μg/kg。投加富里酸可作为促进苎麻修复汞污染农田土壤的潜在修复技术。

关键词汞污染农田土壤;富里酸;苎麻;强化修复

中图分类号 X53文献标识码 A

文章編号 0517-6611（2021）08-0080-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.08.021

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on the Promotion of Fulvic Acid on the Remediation of Mercury Contaminated Farmland Soil by Ramie

FAN Zhan-huang1，SUN Jia-feng2，LU Yong-ming3 et al （1.Cecep Dadi （Hangzhou） Environmental Remediation Co.，Ltd.，Hangzhou，Zhejiang 310020;2.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Water Science and Technology，Department of Environment，Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University，Jiaxing，Zhejiang 314006;3.Agricultural Economic Bureau of Nanhu District，Jiaxing City，Jiaxing，Zhejiang 314001）

Abstract In order to improve the remediation efficiency of mercury contaminated farmland soil，fulvic acid （dosage：0，0.075，0.150，0.225 kg/m2） was added to the mercury contaminated farmland soil.After the experiment，the plant biomass，the mercury content in the tissue，the total mercury and the effective mercury content in the soil were analyzed，and the enrichment of mercury in ramie was studied.The results showed that the addition of fulvic acid had no significant effect on the biomass of ramie plants，but could increase the content of total mercury in plants，promote the transport of mercury from plant roots to aboveground parts and reduce the total and effective mercury in soil.When the fulvic acid dosage was 0.075 kg/m2，the promotion effect was the best.After restoration，the total mercury content of soil decreased from （0.56±0.05） mg/kg to（0.38±0.03） mg/kg，and the effective mercury content of soil decreased from 2.13±0.04 μg/kg to 0.97±0.07 μg/kg.The addition of fulvic acid could be used as a potential remediation technology to promote remediation of mercury contaminated farmland soil by ramie.

Key words Mercury contaminated farmland soil;Fulvic acid;Ramie;Enhanced remediation

生态环境部公布的《全国土壤污染状况调查公报》（2014年）显示，我国汞污染点位超标率达1.6%[1]。汞及其化合物是具有很强的致癌致畸作用、神经毒性持久性、遗传毒性和生物积累效应的最危险的环境污染物之一[2-4]。由此汞被国际卫生组织列为优先控制污染物[5]。1980—2012年我国汞的排放增量明显，被认为是最大的汞排放国[6]。排放到环境的汞会通过大气沉降、固废堆积等方式污染土壤。土壤中的汞可通过食物链在人体中富集，受汞污染的土壤被认为是人类健康风险和全球环境的主要来源之一[7]。所以土壤中汞污染的治理迫在眉睫。

在众多土壤重金属污染治理技术中，植物修复属于成本低、环境友好型的措施之一[8-9]。植物修复技术通常采用两类方式：应用超富集植物修复，但截至目前，尚无报道发现有汞的超富集植物;应用生物量大但不具备超富集能力的植物修复污染的土壤[10]。苎麻是多年生的草本植物，根系发达、生长迅速、生物量大、抗逆性强，对镉[11]、汞、铅、砷、等重金属都有一定的吸收富集能力，且苎麻不进入食物链，在修复重金属污染土壤的同时，还具有一定的经济效益[10]。我国苎麻资源丰富，为其在土壤修复领域的应用提供了有利条件，应用苎麻进行重金属污染的修复成为近年来植物修复研究的热点[12]。而土壤中大部分汞都以惰性形态存在，生物可利用态汞的含量普遍较低[7，13-14]。因此，汞污染土壤的植物修复最主要的是提高土壤中汞的生物有效性。有文献报道富里酸可显著促进土壤中汞的迁移活性[15]。因此，富里酸可作为植物吸收汞的促进剂之一。

目前，苎麻对汞污染农田土壤修复的田间试验报道并不多，大部分都是基于盆栽试验和人为制备污染土的研究结果[1]，在田间环境下添加富里酸，研究苎麻对农田土壤汞污染修复潜力的更是鲜有报道。基于此，笔者以苎麻为修复植物，探究大田环境下添加富里酸对苎麻富集农田土壤汞的影响以及土壤汞有效态的变化情况，以期为汞污染农田土壤的强化苎麻修复提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

田间试验位于嘉兴市南湖区某农田（原种植模式为稻麦轮作），在小型热电厂附近。试验田土壤有机质含量38.2 g/kg、全氮含量2.5 g/kg、全磷含量0.8 g/kg、水解性氮含量175.1 mg/kg、有效磷含量20.9 mg/kg、速效钾含量139.6 mg/kg、阳离子交换量20.2 cmol（+）/kg、土壤总汞含量0.56 mg/kg、有效汞含量2.13 μg/kg，土壤pH 6.3。土壤总汞含量超过我国《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618—2018）中农用地土壤污染风险筛选值。

供试苎麻采自温州某无汞污染山区的野生苎麻，苎麻采集后，马上采用根部移栽的方式种植。试验设置富里酸投加量分别为0（对照，只种苎麻，不加富里酸）、0.075、0.150、0.225 kg/m2共4个处理，每处理3个重复，小区随机排列，每个试验小区面积为33.3 m2（3.0 m×11.1 m）。苎麻移栽量为每个小区100兜。在播种前，按试验设置撒入富里酸，撒入后进行翻土，翻土深度为20 cm左右，然后进行播种，浇水，后期对试验农田定期浇水并进行统一管理。苎麻生长期为6个月。

1.2 样品采集与分析

苎麻收获时，在每个小区采用5点采样法采集5穴的苎麻样。同时，在采集每穴苎麻时收集该穴根部的土壤，5穴混合均匀后采用四分法分样，每小区最后获得1 kg新鲜土壤样品。将土壤样品置于密封样品袋中带回试验室，自然风干后过100目筛。

每个小区先采的5穴苎麻样，按地下部分根和地上部分茎叶采集，地上部分捆成一捆，之后收割每个小区地上部分的苎麻样，捆成一捆，植物样带回实验室后，用自来水反复冲洗干净，在烘箱中50 ℃烘干，每个小区所有地上部分（茎叶）称重，地上部分植物干重除以小区面积（33.3 m2）即为每个小区地上部分植株的生物量（kg/m2）。称重后，每个小区采集的5穴苎麻植株，分根、茎、叶三部分，经植物粉碎机粉碎后待测总汞[4]。

土壤基本理化性质测定采用常规分析法[7]。土壤有机质测定采用容量法;全氮测定采用开氏法;pH测定采用电位法，土水比例确定为1∶2.5;阳离子交换量测定采用醋酸铵浸提火焰分光光度计;速效磷测定采用NH4F-HCl法;速效钾测定采用醋酸铵-火焰光度计法。总汞测定采用原子荧光谱仪（科创海光AFS-9700）[7]，土壤有效汞用0.1 mol/L盐酸浸提后再测定[16]。

1.3 数据分析

采用SPSS 24.0软件对试验数据进行显著性分析，其中投加富里酸小区与对照组的差异性分析，P<0.05 表示差异显著，P<0.01表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 苎麻植株生物量各处理小区苎麻植株地上部分生物量见表1。富里酸投加量为0.075、0.150、0.225 kg/m2的小区，苎麻植株地上部分生物量均比对照有所增加，但差异均不显著。随着富里酸投加量的增加，苎麻植株地上部分生物量逐渐增加，表明投加量为0.075～0.225 kg/m2的富里酸能促进苎麻地上部分生长，但差异不显著。

2.2 苎麻对汞的富集

由表2可见，对照处理的苎麻植株根、茎、叶中总汞含量分别是0.042、0.019和0.015 mg/kg，表明不加富里酸，苎麻对汞的富集量较低，且主要富集在植株根部;富里酸投加量为0.075、0.150、0.225 kg/m2的小区，苎麻根部总汞含量逐渐增高，投加富里酸的小区苎麻根部汞含量均显著高于对照。投加富里酸，苎麻茎部总汞含量均极显著高于单种苎麻的对照组，但不同投加量富里酸的小区茎部总汞含量也不同，富里酸0.075～0.225 kg/m2的投加量下，随着投加量的增加，苎麻茎部总汞含量逐渐降低。投加富里酸，苎麻叶部总汞含量均高于单种苎麻的对照组，富里酸投加量为0.075、0.150 kg/m2的小区均达到显著性水平;不同投加量富里酸的小区，叶部总汞含量也不同，富里酸0.075～0.225 kg/m2 的投加量下，随着投加量的增加，苎麻叶部总汞含量逐渐降低。

以上结果表明，与不加富里酸的对照相比，投加富里酸能促进苎麻对土壤汞的吸收，且促进根系部分的汞向地上部分转运，而低投加的富里酸促进效果最好。总体而言，富里酸可促進土壤汞在苎麻植株中富集。在项目组之前的研究中也显示，一定投加量的富里酸能促进印度芥菜、油菜对汞的富集，且促进印度芥菜、油菜根部汞向地上部分转移[17-18]。

2.3 土壤中总汞、有效汞含量

由表3可见，苎麻修复后，与修复前土壤中总汞含量（0.56±0.05 mg/kg）相比，对照小区土壤中总汞含量（0.51±0.06 mg/kg）略有降低，但差异不显著。3种投加量（0.075、0.150、0.225 kg/m2）富里酸处理小区土壤中总汞含量均显著低于对照，也显著低于修复前土壤中总汞含量。可见，投加富里酸有利于苎麻对土壤汞的吸收，有利于土壤中总汞的降低。投加量为0.075～0.225 kg/m2，随着富里酸投加量的增加，土壤中总汞含量的降低量减少，表明低投加量的富里酸更有利于促进苎麻对土壤中总汞的修复。

与修复前土壤有效汞含量（2.13±0.04 μg/kg）相比，对照小区土壤中有效汞含量显著降低，为（1.32±0.06） μg/kg，表明苎麻本身能吸收一定量的有效汞。3种投加量富里酸处理小区土壤有效汞含量均显著低于对照和修复前，可见投加富里酸不仅能使土壤中总汞降低，也能促进苎麻对土壤有效汞的吸收。投加量为0.075～0.225 kg/m2，随着富里酸投加量的增加，这种促进作用减弱，低投加量的富里酸促进效果更好。投加富里酸，土壤中有效汞降低的趋势和土壤中总汞的降低趋势相同。该研究中，从修复效果及经济性考虑，投加量为0.075 kg/m2的富里酸更适合用于苎麻修复汞污染农田土壤。苎麻是多年生宿根性作物，栽麻一次，可多年收益，根部留在土壤中，而一年内地上部分可以收割多轮[10]。所以，促进苎麻根部汞向地上部分转运，对于苎麻修复汞污染农田土壤更具现实意义。

3 结论与讨论

该研究在汞污染农田土壤中投加富里酸，研究富里酸对苎麻修复汞污染农田土壤的促进情况。结果表明，与只种苎麻不加富里酸的对照小区相比，投加0.075～0.225 kg/m2富里酸，随着投加量增加，苎麻地上部分生物量逐渐增加，但差异不显著。投加富里酸能促进苎麻对土壤汞的吸收，且促进根部汞向地上部分转运。随着富里酸投加量的增加，苎麻植株根部总汞富集量增加，地上部分总汞富集量减少。低投加量的富里酸更有利于促进苎麻对土壤总汞的吸收，富里酸投加量为0.075 kg/m2，修复后土壤中总汞含量由（0.56±0.05）mg/kg 降低至（0.38±0.03）mg/kg，土壤中有效汞含量由（2.13±0.04）μg/kg降低至（0.97±0.07）μg/kg。

部分有机物与汞的相互作用可影响土壤汞的赋存形态、迁移转化以及生物有效性[19]。而富里酸对土壤中铁锰氧化物结合态的汞无论是水迁移活性还是植物迁移活性均表现出极显著的促进效应[15]。一定投加量的富里酸和土壤汞可能形成部分易溶出的络合物，易被苎麻吸收。土壤中有效汞的含量在投加富里酸修复后显著降低，所以该研究中投加富里酸促进苎麻修复土壤汞，可能是由于通过降低土壤中潜在有效汞含量而降低土壤汞的潜在风险。这样的机理可能与硫代硫酸盐促进植物吸收土壤汞的机理相似[7，20]。过量的富里酸可能与汞进一步发生络合而形成不易被植物吸收的络合物形态，或是过量的富里酸对土壤汞的溶出效果不佳，也有可能是过量的富里酸与土壤汞发生其他反应而形成不易被植物吸收的汞的化合物，从而不利于苎麻对汞的富集[18]。硫代硫酸盐促进植物吸收土壤汞，与硫代硫酸盐和汞络合形成的Hg（S2O3）22-比其他汞的络合形态更易被植物吸收有关[20]。有机或无机螯合剂可通过沉淀、酸化、络合、氧化还原等方式改变土壤中重金属的溶解性，或间接通过影响土壤微生物群落、酶活性来影响土壤中重金属的活性[21]，富里酸作为一种成分复杂的有机螯合剂，可能与土壤根际微生物之间也存在着密切的联系[22]，所以富里酸促进苎麻修复土壤汞的相关机理可能非常复杂，有待进一步研究。有相关文献已经报道，外源螯合剂CA和NTA对苎麻修复铅镉复合污染土壤的影响[21]，茶皂素作用下苎麻对镉污染土壤的修復效应[23]，EDDS与EDTA强化苎麻修复镉铅污染土壤[13]。而相关活化剂对促进苎麻修复汞污染土壤的却鲜有报道。在汞污染农田土壤中，经过一季的种植，富里酸促进苎麻修复土壤汞以及苎麻吸收汞。有文献报道，通过投加一定浓度的促进剂长期种植优选的有效修复植物，是一种比较经济的汞污染农田修复技术[4]，而苎麻可以一年内采收多轮地上部分。所以投加富里酸可作为促进苎麻修复低汞污染农田土壤边生产边修复的潜在修复技术。

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