試驗采用農(nóng)場土壤，以腐殖酸、綠肥和Zeolite為土壤改良劑。選用玉米種子，觀察玉米植株幼苗的根系長度，以及單一重金屬對植物根部的影響，之后加入修復(fù)劑，觀察植物長勢和根的狀況，從而判斷出修復(fù)劑的效力。結(jié)果表明，重金屬濃度影響玉米根的條數(shù)、根的重量、根的長度，低濃度促進作物根生長，120mg/g根長度是0mg/g的1.24倍；480mg/g根長度是0mg/g的0.59倍。重金屬對植物根的影響既有促進又有抑制，實驗結(jié)果對土壤修復(fù)具有指導(dǎo)意義。
伴隨著城市及工業(yè)的疾速發(fā)展，土壤重金屬污染已經(jīng)是當(dāng)下高度注視的生態(tài)問題。在最近50年里，大約有7.82×105t的鉛，9.40×105t的銅和1.35×106t的鋅排放到寰球環(huán)境中，且大部分進入土壤，使得土壤受到嚴(yán)重污染。土地面積受重金屬污染限度大，每年生產(chǎn)受重金屬污染的糧食約一千二百萬噸，經(jīng)濟損失大約二百億元。
且人為因素干擾加大，受污染程度更大，重金屬污染土壤具有長期性、隱藏性和不可逆性等特征，對環(huán)境造成的污染不斷加重。探索修復(fù)此類污染的方式被全球廣泛關(guān)注，修復(fù)被污染土壤刻不容緩。供試材料玉米，是全世界總產(chǎn)量最高的糧食作物，種植廣泛，是一種常用的實驗?zāi)Ｊ街参铩Ｖ亟饘匐x子能夠聚集在玉米的根部，影響根部生長。綠肥是能和土壤中的重金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)的有機物，會使土壤酸堿度變化，表面可使負(fù)電荷增加，吸附能力也加強。沸石是具備較強的吸附能力和離子交換能力的黏土礦物，比表面積大并帶有負(fù)電荷，顆粒小，很容易和重金屬離子結(jié)合。
腐殖酸是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多元有機復(fù)合體，其中含有不同比率聚合的芳香環(huán)帶有大量的羧基(－COOH)、硫羥基(－SH)、酚羥基以及氨基(－NH2)、醇羥基(－OH)、偶氮基(－N=N－)等官能團，能和金屬離子通過吸附、交換和絡(luò)合等作用合成有機－金屬絡(luò)合物，加上其吸附物的穩(wěn)定性，這對土壤中金屬的遷移、轉(zhuǎn)化、生物活性起到重要作用。
一、材料與方法
1、實驗材料
供試玉米品種為龍高L2。腐殖酸、沸石和綠肥為國產(chǎn)生化試劑。
2、試驗方法
2.1?盆栽實驗
實驗采用的5cm～10cm長和寬均為4.7cm，高為5.0cm的網(wǎng)格盤，把根系限制在室中生長。每小格土質(zhì)量為75g，保持土壤持水量為80%左右，在溫室中平衡2周。取飽滿的玉米籽粒，在次氯酸鈉溶液(5%)消毒5min，去離子水清洗潔凈后，放于鋪有濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中，將培養(yǎng)皿放在25℃左右培養(yǎng)箱約2d進行催芽，將發(fā)芽的種子播種于網(wǎng)格盤中，每格1株。將種下玉米種子的栽種盤放置在室溫25℃的環(huán)境下，生長15天，測量根的長度、重量及條數(shù)等相關(guān)指標(biāo)。實驗中共設(shè)?12組處理：鉛離子、鉛離子+沸石、鉛離子+綠肥、鉛離子+腐殖酸、銅離子、銅離子+沸石、銅離子+綠肥、銅離子+腐殖酸、鋅離子、鋅離子+沸石、鋅離子+綠肥和鋅離子+腐殖酸。每組實驗設(shè)6個濃度梯度，其中土壤重金屬鉛離子，銅離子和鋅離子的濃度梯度見表1。沸石和綠肥均為土壤質(zhì)量的5%。每個處理設(shè)置5個重復(fù)實驗，見表2。一次性將抑制劑及污染物均勻拌入盆栽土壤，腐殖酸則以固體生化試劑形式加入。
2.2腐殖酸實驗
可溶態(tài)(交換態(tài)和水溶態(tài))、有機結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)及殘渣態(tài)都是重金屬的范疇。易被植物及微生物吸收，并在生物體內(nèi)進行富集作用是可溶態(tài)的特性，本實驗通過比較3種金屬離子在不同濃度腐殖酸下的可溶態(tài)量，進而得出修復(fù)效果。分別取過1mm篩的風(fēng)干土樣2.500g加入5mL不同濃度腐殖酸和10mL蒸餾水，振蕩平衡后，在平衡液中加入1mol/L的MgCl2溶液10mL，調(diào)節(jié)pH7.00±0.05，室溫振蕩1h，離心，收集上清液待測。
3、測定項目和方法
3.1?植物測量
植物處理15d后，沿植株基部用剪刀切取，分為地上部和根部。用去離子水洗干凈根系后，殺青30min(105℃下)，恒溫(80℃下)烘干根系表面水，測根系條數(shù)、重量和長度。
3.2?測量方法
根系采樣選用場地法，每一個立方體是一個單位，取出每個方格的土壤，在尼龍網(wǎng)袋(100目)中用水清洗，使根與土壤分開，并采用人工分離法將不同作物根系分開，烘干后稱干質(zhì)量。
根系長度：選用交叉法；
根長計算：L=1114×M×2(M為根系交叉點個數(shù))?。
3.3?可溶態(tài)測定方法
按照以上方法，在土壤樣品中加入浸提劑后振蕩平衡，以4000r/min?離心分離20min，分離過濾上層清液后定容至50.0mL，用原子吸收分光光度計測定重金屬吸光度，由工作曲線求出重金屬可溶態(tài)的含量。工作曲線的繪制參照文獻中方法繪制工作曲線。
二、結(jié)果與討論
2.1?不同濃度重金屬鋅對植物生長的影響
生長的抑制和形態(tài)的改變是壓力脅迫下最明顯可見的癥狀之一。大多數(shù)的成分進入植物體內(nèi)都是通過植物根的吸收作用，因此根是對外界毒害發(fā)生反應(yīng)的第一個部位。根的快速生長性決定了根對各種因素的敏感性。另外，根生長的改變易于測量，使根成為進行各種化學(xué)毒害研究的優(yōu)良材料。根長的變化能夠反映重金屬毒性對植物的影響，是個很好的指標(biāo)。
向土壤中施加不同濃度的重金屬發(fā)現(xiàn)并非金屬對植物生長都是抑制的。低濃度金屬有利于植物生長(此時金屬濃度范圍是相當(dāng)窄的)?，高濃度重金屬則不利植物生長且呈現(xiàn)抑制作用。重金屬脅迫下，在一定的濃度范圍內(nèi)，植物仍可繼續(xù)生長，但正常的生長活動受到不同程度的抑制，嚴(yán)重時植物甚至?xí)劳觥Ｖ参锸苤亟饘俚挠绊懪c重金屬的種類、濃度和作用時間相關(guān)。
以鋅離子為例，土壤中的金屬鋅離子濃度在0～250mg/g之間對植物根系有促進作用，120mg/g 左后玉米生長相對于對照( 不加金屬離子) 的玉米生長的最好，這說明植物對金屬離子有一定的忍受范圍，一定濃度重金屬離子環(huán)境反而可以使植物更好生長，而超過一定范圍則表現(xiàn)出抑制作用，如圖在480mg/g濃度下抑制作用非常明顯。由圖4可知，相對而言，綠肥對土壤銅離子的修復(fù)能力相對沸石強。同時，在低濃度銅離子起促進作用時，由于綠肥對銅離子的修復(fù)能力強，使得植物地下生物量減少的相對沸石更多。
2.2?修復(fù)劑對土壤重金屬離子和植物生長的影響
添加修復(fù)劑對植物的生長有一定的影響，在低濃度鋅離子下，修復(fù)劑中和了鋅離子的促進作用，使得地下部生物量都有所減少； 而在高濃度鋅離子下，修復(fù)劑的加入使植物地下生物量增加，起到了一定的修復(fù)作用。
2.3?不同修復(fù)劑的修復(fù)能力
相對而言，綠肥對土壤銅離子的修復(fù)能力相對沸石強。同時，在低濃度銅離子起促進作用時，由于綠肥對銅離子的修復(fù)能力強，使得植物地下生物量減少的相對沸石更多。
2.4?腐殖酸濃度對鉛、銅、鋅形態(tài)的影響
在pH為6.95的土壤下，不同濃度腐殖酸對鉛離子、銅離子和鋅離子可溶態(tài)的影響。可得知，可溶態(tài)的鉛離子、銅離子和鋅離子濃度隨腐殖酸量的增加，快速下降70%左右。腐殖酸中不僅含有大量苯環(huán)，還有大量芳香環(huán)等，其中提供電子的絡(luò)合官能團可與鉛離子、銅離子和鋅離子生成螯合物或絡(luò)合物，這些生成物與粘土有一定的結(jié)合能力，重金屬離子可溶態(tài)減少的原因之一是粘土的附著能力增加。腐殖酸自身是很容易吸附在土壤膠體的強力吸附劑，能增多顆粒物上新的吸附點。因此隨著腐殖酸濃度的增加，配位作用越來越強烈，從而更容易吸附溶液中的重金屬離子。上述作用使得土壤中可溶態(tài)的重金屬離子濃度急劇降低，實驗可知，重金屬離子可溶態(tài)含量在加入的腐殖酸濃度達到20mg/L時不再發(fā)生變化。多是腐殖酸填入后，最后重金屬離子解吸、配位與吸附達到平衡。
三、結(jié)論
通過盆栽試驗研究多種修復(fù)劑對植物吸收重金屬離子的影響，得出以下結(jié)論：
(1)在不加修復(fù)劑情況下，發(fā)現(xiàn)不同濃度的重金屬離子對玉米生長產(chǎn)生不同影響，少量濃度的重金屬離子促進玉米生長，高濃度則會產(chǎn)生抑制作用。土壤重金屬離子在一定濃度范圍內(nèi)根的條數(shù)、根的重量、根的長度隨濃度的增加而增加。
(2)?在本實驗中，修復(fù)劑對480mg/g左右下的銅離子修復(fù)能力最大，說明在含有金屬銅離子的土壤中加入修復(fù)劑沸石或綠肥后，植物生長受重金屬離子影響減小，較生長在同等高濃度金屬下的玉米生長良好。
(3)?不同種類修復(fù)劑修復(fù)能力不同。實驗表明綠肥對土壤重金屬離子的修復(fù)能力相對沸石強，腐殖酸修復(fù)效果最好。
(4)?在含重金屬離子土壤中添加腐殖酸，可以改變重金屬離子形態(tài)分布，從而降低土壤中重金屬離子可溶態(tài)濃度，使重金屬離子固定在土壤表面，降低了重金屬離子的活性、生物可利用性。
