2021年34卷1期Vo a.3433No.1
!"农业学& SouthwestChonaJouenaaoeAgeocuatueaaScoences137
文章编号：1001-4829(2021)1-0137-07DOI:10.ki.sejas.2021.1.021外源柠檬酸对3种观赏植物修复铅污染土壤的影响 郭晖，庄静静
*
(新乡学院生命科学技术学院，河南新乡453003)
摘要：【目的】探讨外源柠檬酸添加对3种观赏植物修复铅污染土壤的作用。【方法】采用盆栽试验，研究外源柠檬酸的添加对 *
+&Kis tectorum Maxim.)、萱草(Hemerocallis fuPa)和美人蕉(Canna indicc L.)3种观赏植物修复铅污染土壤的影响。【结果】①与对照相比，添加柠檬酸显著降低了土壤的pH值$②柠檬酸的添加显著改善
了3种观赏植物的生长状况，增加3种植物的株高、根长、生长量#增加其根冠比，其最高值分别为1・43、0.92和4.95$③通过对比3种观赏植物地上部分和地下部分铅含量可知，柠檬酸的添加显著促进了3种观赏植物的地上部分铅积累量，与未添加柠檬酸相比#添加柠檬酸的地上部分铅含量与未添加柠檬酸差值范围分别为0.15〜1.38、0.23〜2.25和0.05-0.35mg-kg"1$④从地上部铅积累量和转运系数来看#3种观赏在有柠檬酸添加时，可显著增加其转运能力#但萱草由于自身的生长特性，富集0应较
*尾和美人蕉差$【结论】3种观赏植物均可作为土壤铅污染修复植物使用#添加柠檬酸可有效提高3种观赏植物对铅污染土壤的修复0率$
关键词：铅(重金属；柠檬酸(植物修复(富集系数
中图分类号：X174文献标识码：A
Effect of Exogecout Citric Acid Addition on Remediation of
Pb Contaminated Sod by Three Orrameetai Plants
GUO Hui,ZHUANG Jing-jing*
(Cobege of Life Science and Technology,Xinxiang Univexity,Henan Xinxiang453003,China)
Abstract:【Objec/ve】The present paper aimed to explore the e/ect of exogenous cioic acid addition on the remediation of dad contaminated soil by three omamental plants.【Method]In the present study,we used IOs tectooim,Hemerocallis fuPa and Canna PdPc as the expeDmen-taamateeoaastothepotexpeeomenttostudythee e ctsoeexogenouscoteocacod on theeemedoatoon oeaead contamonated sooabytheeeoenamen-tal plants.Three species were treated with various concenWatons of dad pobu/on.The control group(CK),without citric acid group(W-: 100mg•kg-1,W m:500mg•kg_1,W g:1000mg•kg_1)；Added citric acid group(T-:100mg•kg_1,T m:500mg•kg_1,T g: 1000mg•kg_1)-【Result](i)Compared with the control,the addition of citWc acid significantly reduced the pH value of the soil.(ii) The addidon of citWc acid significan/y improved the growth of three ornamen/l plants.T increased the plant height,mot length,growth and root-shoot ratio of the three plants,with the highest values of1.43,0.92and4.95,respectively-(iii)By compa/ng Te dad contents in theaboeegeound and undeegeound paetsoethetheeeoenamentaapaants,otcouad beseen thattheaddotoon oecoteocacod sognoeocantaypeomoted theaead accumuaatoon on theaboeegeound paetsoethetheeeoenamentaapaants.Compaeed woth thenon-added coteocacod,thedo e e eencebe-tween the above甲mund dad content of the added cioic acid and the non-added citWc acid was0.15-1.38,0.23-2.25and0.05-0.35 mg•kg",respecyvely-Judging from the aboveground dad accumulation and WanspoDation coefUcient,the transportation capacity of the thre
e ornamental plants can be significantly increased when citric acid was added-However,Hemerocallis fuPa was inferior to Iris tectorum and Canna indica in e nrichment e/ect due to its own growth characteristics-【Conclusion]To rum up,all three omamental plants could be u1ed a1aead contamonated1ooaeemedoatoon paant,and theaddotoon oecoteocacod can e e ctoeeayompeoeetheeemedoatoon e e ocoencyoethe theeeoenamentaapaanton aead contamonated1ooa.
双人雨披Key worts:Lead；Heavy metals；CitWc acid；Phytoremediation；Enrichment coe/icient
收稿日期：2020-02-26
基金项目：河南省青年骨干教师资助项目(2019GGJS251)$河南省高等学校重点科研项目计划(20B180009)
作者简介：郭晖(1982-)，男，硕士，副教授，主要从事植物抗逆性及污泥重金属修复,E-mail：****************；*为通讯作者：庄静静,E-mail：zhuanaingnd@126-com。
【研究意义］随着人口增长、工业化和城镇化进程中不合理的开发活动，土壤污染问题日趋严重，尤其是土壤重金属污染问题已成为引发全球关注的世界性问题［1］。在被重金属污染的农田土壤中，重金
138西"#业学&34卷
属可以通过植物吸收进入食物链，从而来危害人体和动物的生命安全［2］&因此，寻求一种经济、环保、高效的土壤重金属污染治理方法已成为解决农业环境领域的迫切需求［3］&铅(Pb)是土壤中主要的重金属污染元素之一，其微量也可对植物产生毒害作用，重金属被植物吸收后，将通过食物链进入人体，严重危害人体健康⑷。因此，治理Pb污染的土壤已成为目前亟需解决的重大课题。在大多数的土壤重金属修复技术中，植物修复技术因其具有一定的经济节约、环境友好的特点，而大众所广泛关注［5］&【前人研究进展】然而，植物对重金属利用效率低下和某些重金属离子向地上部分转移受限制是植物富集提取重金属的主要障碍［6］。外源螯合剂的添加可以直接通过酸化、沉淀、络合、氧化还原等方式改变重金属在土壤中的溶解性或者间接通过对土壤酶活性和微生物落的作用来影响重金属的活性［7］，来促进植物对重金属的富集，因此，目前普遍应用于强化植物修复土壤污染。柠檬酸是较常见且能够与重金属发生螯合作用，在环境中也可降解，具有普遍较好的淋洗效果［6］，引起了人们的关注。有研究表明，螯合剂通过与土壤中重金属发生螯合作用形成金属螯合物，而将与土壤中固相结合的重金属溶解进入土壤溶液进而增加土壤溶液中重金属的浓度，利于植物吸收［8］。黎诗宏等⑼在螯合剂对镉污染修复的研究中指出,5mmol-ky"1的柠檬酸有利于龙葵对Cd的吸收。杨瑞丽等
*10+在柠檬酸对黑麦草吸收铀的研究中指出，柠檬酸含量为5mmol-ky'1时，其对黑麦草吸收铀的效果
最佳&【本研究切入点】利用观赏性花卉植物进行铅污染土壤修复，不仅能降低土壤中铅含量，同时还能达到美化环境的目的口1"2〕。因此，本研究选取萱草(Hemerocalfs fufa)、莺尾(IU s iectorum Maxim.)和美人蕉(Canna indico L.)为研究对象。【拟解决的关键问题】研究在外源柠檬酸添加的情况下,3种观赏植物对铅污染土壤的修复作用，以期为今后进一步探讨植物对重金属耐性研究和铅富集植物的选择提供参考。
1材料与方法
1-1供试材料
供试植物选取长势基本一致的莺尾、萱草和美人蕉，均采购于新乡市花卉市场&盆栽供试土壤采用新乡学院校区内的裸露空地，取回土壤后将其风干、过筛，用作盆栽用土。试验培养水取自新乡学院自来水，重金属添加以固体硝酸铅颗粒
*Pb(NO3)2］的形式加入，硝酸铅颗粒为分析纯试剂*12］&1.2试验方法
2019年6月，将供试土壤剔除杂物后自然风干，装至50cm X35cm(直径X高)的培养盆内，每盆装土50ky，厚度约10cm&选择长势健壮和高度基本一致的幼苗移植盆内进行培养&试验共设置7个处理，分别为未添加Pb(NO3)2(CK)、未添加柠檬酸低浓度铅污染(100my-ky'1,W”)、未添加柠檬酸中浓度铅污
染(500my-ky-1,WJ和未添加柠檬酸高浓度铅污染(1000my-ky'1,W y)、添加柠檬酸低浓度铅污染(100my-ky'1,T z)、添加柠檬酸中浓度铅污染(500my-ky'1,T m)和添加柠檬酸高浓度铅污染(1000my-ky'1,T y)&在重金属添加1周后，将柠檬酸(5mmol-ky'1)以溶液形式一次性缓慢施入土壤。在植株生长期内观察柠檬酸加入后3种植物的生长情况&2019年7月开始试验，于2019年8月结束试验，试验历经60d&
1-测定指标
2019年8月，将植物整株取出，并用去离子水清洗干净，用直尺测量和计算植物的高度和根系的平均长度&随后将地上部、根系放入烘箱在120r 下干燥30min，然后在75r下烘干24h，称重，计算其生物量&土壤pH值用精准pH仪测定&土壤中的铅含量采用四酸(盐酸"硝酸--高氯酸)消解样品，植物中的铅含量采用硝酸-高氯酸(4：1)混合酸消解样品&采用TAS-990火焰型原子吸收光谱仪(北京普析通用仪器有限责任公司，中国)对土壤和植物样品进行测定&
1-4数据处理
简易车棚植物转运系数(Translocation factvc,TF)=植物地上部重金属含量/根部该元素含量⑻
植物富集系数(Bioconcentration factor,BCF)=植物上部(根)重金T元
量⑻
1-5数据统计分析
所有数据采用Excat2013进行处理，使用SPSS 13.0统计分析软件进行方差分析，各组间两两比较采用LSD法，图形采用OOgin8.0进行绘制。
2结果与分析
2.1外源柠檬酸添加对土壤pH值的影响
由图1可以看出，外源柠檬酸酸的添加对土壤pH值的影响作用并不一致，但总体表现为柠檬酸的添加降低了土壤的pH值&与对照组相比，添加柠檬酸酸的处理中,pH值最少降低了0.40，而未添加柠檬酸的处理则最高仅降低了0.84&通过对比3
1期郭 晖等：外源柠檬酸对3种观赏植物修复铅污染土壤的影响139
S Iris tectorum Maxim.O Hemerocallis fu-/a 已 Canna indica L.
10.00
&006.°0
4.00
2.00
CK
W 2
W m
W g
T 2
T m
处理
Treatment
赏植物的 pH 知，在低浓度铅 ，
3 植物的 pH
次为莺尾〉萱草 >美
人蕉& 酸 的 pH 要低于未 酸 ，其差值分别为0.03 ,0.03
0.05 &工
高浓度铅
,3 植物的 pH 值变化趋势与
低浓度铅 相反，但其 pH 仍要低于未添
酸 &显著性分析也
，铅
度对pH 的影响作用较小，而主要受
酸
的影响作用&
2.2
柠檬酸添加对3种观赏植物生长状况及CK.对照组；W ”未添加柠檬酸低浓度铅污染；W m 未添加柠檬
酸中浓度铅污染;W g .未添加柠檬酸高浓度铅污染;T -.添加柠檬 酸低浓度铅污染;T m 未添加柠檬酸中浓度铅污染；T g 添加柠 檬酸高浓度铅污染。图中数据为平均值士标准差值&同列不同2dj
小写字母表示差异达显著水平(P<0.05)，下同
图1不同处理条件下土壤pH 值的变化特征
Fig. 1 The characteristics of sob pH in dOferent treatment conditions
生物量的影响
从表1可知，萱
同浓度铅
下，其植株
的增长 着铅
度的
而下降。｛I
酸 后， 度铅
的萱
长值要高于低
度和高浓度铅
&差异性分析也
， 酸
的
度铅
的萱
长 与 未
酸
差异性显著(P<0.05)。莺尾由
表1不同处理条件下植物的生长状况
Table 1 The growth status of plants in dOferent treatment conditions
植物名称
原始株长（cm ）
最株长！ cm ）
长（cm ）
根长！ cm ）
Plant name
Treat/entr
O/ginai plant length
Final plant length
Growth vvlue Root length 萱草
CK 5.69 ±0.02 d 13.87±0.23 c 8.18±0.23 c
6.54 ±0.68 bcd
HemerocallSs fulva
W -
5.39 ±0.06 b 14.58±0.74 c
9.20±0.70 d 5.67±0.19 ab W m
5.67±0.05 d
12.74±0.38 b 7.06±0.46 b
6.25 ±0.23 abc
W
胶囊模具g
5.01 ±0.04 a
10.95±0.54 a 5.28±0.53 a 5.40±0.22 a
T -
5.69±0.08 d 11.03±0.26 a
5.49±0.30 a
6.60±0.62 cd T m
5.54 ±0.06 c
12.08±0.24 b 7.06±0.22 b 7.18±0.64 d 莺尾
Ins tectorum Maxim.
T
g
5.66 ±0.05 d 11.24±0.36 a
5.59±0.37 a
6.34±0.40 bcd CK 20.77±0.26 ab
37.93 ±2.18 cd 17.16±2.06 c 6.00±0.44 c
W -
20.18 ±0.87 a 31.38±0.54 a
11.20±1.31 a 5.15±0.68 ab W m
21.19 ±1.15 ab
38.17±1.22 cd 17.00±1.61 c
7.35±0.29 d W
g
21.45 ±0.44 ab 38.51 ±0.97 d 17.31 ±0.43 c
4.88 ±0.16 a
T -21.17±0.47 ab 35.96±0.70 b 15.15±1.17 b 5.91 ±0.42 b
T m
20.82±0.56 ab
38.60±1.40 d
17.15±1.77 c 8.12±0.25 e 人
Canna indicc L.
T
g
21.61 ±0.65 b 35. 65 ±0. 56 b 14.04±0.78 b 5.65±0.29 bc CK 23.59±0.59 a 25.28±0.53 a 22.43 ±0.68 a
5.00±0.66 a
W g
28.32±0.89 d 46.02 ±0.18 d 29.14±3.37 bc 7.74±0.54 b
W m
26.96 ±0.55 bc 57.45 ±2.75 b
22.09 ±1.23 a 8.62±0.39 bc
W g
27.16 ±0.43 bc
49.43±0.84 c 27.07 ±1.81 b
5.04±0.11 a T g
27.34±0.62 cd 54.03 ±1.62 cd
30.78 ±2.11 c 8.61 ±0.84 bc
T m
26.11 ±0.59 b 56.89±2.02 cd 29.84±1.72 bc 9.49±0.64 c T
g
27.64 ±0.45 cd
57.00 ±1.71 cd
27.45±0.27 bc
5.91 ±0.41 a
注:CK- 组；W -.未 酸低 度铅 ；W m .未 酸 度铅 ；W g 未 酸高 度铅 ；T -.C 酸低度铅 ；T m 未 酸 度铅 ；T g - 酸高浓度铅 & 数为平 士标准差值&同 同小写字母表示
差异达显著水平（P<0.05），下同。
Note ： CK. Control group ； Wo No acid in dw concentration lead pWlu/on ； W m . No acid in middle concentration lead pWlu/on ； Wg. No acid in high
concentration lead pWlu/on ； T. Add acid in dw concentmtion lead pWlu/on ； T m . Add acid in middle concentration lead pWlu/on ； Tg. Add acid in high concentration dad pWlu/on. The data in the figure is the mean 土 standard deviation. Different lowercase letters in the same column represented significant dOferenco （ P <0. 05），the same as
below.
140西"#业学&34卷
表2不同处理条件下植物的生物量和根冠比
Table 2 The biomas s and aot shoot ratio of plants in dCferent treatment conditions
植物名称
Paantname
处理
Teeatments
地上部分(g)
Aboee:eound
下部分( :)
Undee:eound
根冠比(% )
Rootshooteatio 萱草
Hemesroa i soua<a
CK
0.42 士0.04 a
0.58 ±0.04 a 1.40±0.21 bc W o
0.50 士0.01 a 0.69 ±0.03 a 1.38±0.21 bc W m
0.77 士0.02 b 1.10±0.02b
1.43 ±0.05 be W
e
0.47 士0.09 a 0.62 ±0.06 a 1.33 ±0.25 be
T o 0.80 士0.04 b
阻尼线0.54 ±0.05 a
0.67±0.05 a T m
0.95 士0.10 c 1.52±0.15 c 1.63±0.33 c
T
e
0.78 士0.03 b 0.95±0.12b
1.22±0.15 b 莺尾
Uts tectorum Maxim.
CK 1.16 ±0.04 b
0.74 ±0.04 be 0-4 ±0.02 ab
W o
0.48 士0.02 a 0.14 ±0.06 a 0.30±0.13 a
W m 1.84±0.19 d 1.61 ±0.27 d 0.89 ±0.28 b W
:
1.48 ±0.10 c
1.01±0.04 c
0.70 ±0.18 b T o 1.80±0.28 d 1.47±0.18 d 0.82±0.03 b T m
0.91 ±0.05 b
0.57±0.11 b
0.64±0.33 ab T
e
1.07±0.08 b 0.99 ±0.13 c
0.92±0.22b
美人蕉
Canna indioa L(
CK 0.79 ±0.07 a 3.88 ±0.12 be 4.95 ±0.64 c
W o
2.02 ±0.16 b 4.41 ±0.48 cd 2.18 ±0.15 b W m
4.66 ±0.33 cd 4.96 ±0.06 d 1.07 ±0.07 a
W :
2.82±0.20 b
1.49±0.19 a
0.53 ±0.11 a T
o
2.83±0.72b 1.41 ±0.41 a
0.55 ±0.32 a T m 5.33 ±0.88 d 3.75 ±0.33 b 0.73 ±0. 19 a T
:
4.09 ±0.55 c
3.97 ±0.03 bc
0.98 ±0. 14 a
身的生长特性，使其植株的增长值要明显高于萱草& 通过对比不同浓度铅污染下莺尾的增长值可知（表
1） ，与对照组相比，有铅污染存在时，莺尾的增长值
要低于对照组，这说明铅污染对莺尾的生长有一定 的抑制作用&在相同浓度的铅污染处理下，柠檬酸
的添加可减少铅污染对植物的损伤作用，使其增长
值高于未添加柠檬酸&美人蕉对不同浓度铅污染处
理下的影响结果与萱草和莺尾不相同，由表1可知, 与对照相比，在铅污染处理下美人蕉的植株增长值
要高于对照&这可能与美人蕉的块状茎有关，使铅 污染促进了植株的生长&差异性分析也表明，柠檬
酸的 植株的 长 与 组 未 酸
之间差异性显著（P <0. 05 ）&通过对比外源柠檬酸 添加对3种观赏植物根系生长的影响可知，外源柠 檬酸的添加可使3种观赏植物的根长要高于相同浓
度下未添加柠檬酸的处理&生物量是表征植物生长情况的重要指标（表
2） ，与对照相比，萱草在铅污染处理下，其地上部分
的生物量发生了增加，且在柠檬酸的添加后，其地上
部分的生物量增长值分别为0. 30,0- 18和0.31。
差异性分析 ， 组萱 的 上部分生物 与
网眼通
未添加柠檬酸铅污染的低浓度和高浓度铅污染之间 差异不显著（P >0.05 ），而与添加柠檬酸的铅污染
之间差异性显著（P<0.05）&莺尾的地上部分生物
量在中浓度铅污染处理下要高于对照、低浓度和高
浓度，其差值分别为0.68,1.36和0.36&在添加柠
酸后， 其低 度 高 度铅 的 上部分
下部分生物 要高 度铅
， 差异性分析也
，
酸的
下部分生物 的差异
性显著（P<0.05 "&在未添加柠檬处理的美人蕉地
上部分和地下部分生物量的变化特征与添加柠檬酸 的相一致，均呈现在中浓度铅污染时，地上部分和地
下部分的生物量高于低浓度和高浓度铅污染&通过 对比3种观赏植物在不同处理下的根冠比可知（表
2），柠檬酸的添加使不同处理的萱草和美人蕉的根
冠比之间差异明显，而莺尾各处理间的差异不明显& 2-外源柠檬酸添加对3种观赏植物体内铅积累
的影响
从图2可以看出，3种植物体内的总铅含量都
表现出随着铅污染浓度的增加，植物地上部分和地
1期郭 晖等：外源柠檬酸对3种观赏植物修复铅污染土壤的影响141
4
U .E U O O
(『土 諒 E )
*
<rn ®
Treatment
图2不同处理条件下植物体内的铅含量
Lead contentoepaantsin di e eentteeatmentconditions
Fi.2
下部分的铅 断 &通 比3 赏植物
的地上部分
下部分铅含量可知，萱
下部重
金 高 上部，说萱
的重金属相当部分 根部。
酸的莺
人蕉地
上部重金 高 下部，而未
酸的
莺
人蕉则表现为地下部重金 高于地
上部，这说
酸的
植物对重金属的
&差异性分析 ，萱 莺
酸 时，在高 度铅 下，其与低浓度、 度
铅 差异性显著（P <0.05 "& 低度 度
铅
，有无 酸的 其差异性不显著（P >
0.05"&植物地上部 铅的 , 重金属
来说，也变得更有意义& 酸的添加有
莺 人 重金属的吸收，而与 相
比达到了显著性差异（P <0.05"&这更进一步说 , 酸 以提高植物对铅的 ，且
的 主要表现为植物地上部分对铅的 ，而这
应该归 酸提高了植株对铅的2.4
柠檬酸 对3种观赏
铅转运的影
响
表3不同处理条件下植物的转运系数和富集系数
Table 3 The translocation factor and bioconcentration factor of plants in deferent treatment conditions
植物名称
Paantname
处理
Teeatment
系数
Tean1aocation eactoe
集系数
Bioconcenteation eactoe
上部分
Aboeegeound
下部分
Undeegeound 萱草
CK 0.91 ±0.07 a 1.40±0.18 d 1.28 ±0.26 a
Hemesroa i soua<a
W o
1.01 ±0.05 ab
1.47±0.21 c 0.90±0.06
W m
1.17 ±0.12 be 1.02±0.22 i
0.85 ±0.08W
e
1.17±0.11 bc 0.89 ±0.04 a
0.72±0.05
T
o
1.30 ±0.12 a
1.66±0.18 bc 1.08±0.05T m 1-6±0.16 d 3.21 ±0.02 a 1.01 ±0.02
T
e
1.35±0.05 c
0.73 ±0.01 a
0.82±0.02
莺尾
Uts tectorum Maxim.
CK 0.93 ±0.09 a 1.06±0.03 b 1.36±0.08W o
0.94 ±0.06 a 1.48±0.03 b 1.56±0.07W m
0.97 ±0.03 a 0.61 ±0.02 a 1.03±0.04W :
0-2 ±0.04 a 1.18±0.04 a
1.08±0.02
T
o
1.25±0.05 c
1.50±0.04b 1.89±0.08T m 1.12±0.01 b 0.83 ±0.05 a
1.12±0.04
T
:
1.08±0.03 b 1-1 ±0.12 a 1.25±0.05人
Canna indioa L.
CK
1.04±0.05 bc
2.99 ±0.13 a
1.05±0.17
W
o
0.83 ±0.02 a
0.65 ±0.06 d 2.66 ±0.07
a
豫公网安备41160202000603
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