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摘要[目的]采用盆栽试验，考察了在新疆某石化企业污水库周边农田土壤中施加不同浓度钒和EDTA后紫花苜蓿富集钒的规律。[方法]采用钽试剂法萃取植物和土壤中的钒，以紫外可见分光光度计检测。[结果]在加入相同钒量的条件下，向土壤中施入不同浓度的EDTA。随着EDTA浓度的增加，紫花苜蓿吸收钒量先增加后减少，在EDTA为5 mmol/kg时达到最大值。钒在土壤中的5种形态占钒总量的比例总体大小依次为有机物结合态>交换态>铁锰氧化物结合态>碳酸盐结合态>水溶态。经过对比，紫花苜蓿对土壤中添加EDTA中的钒吸收量比未添加EDTA的略有增加。通过对紫花苜蓿中钒含量和土壤中钒含量的相关性分析，发现种植土壤中添加和未添加EDTA后，紫花苜蓿中釩含量都与土壤中钒含量具有显著相关性。
关键词钒；紫花苜蓿；土壤；EDTA
中图分类号S153.6文献标识码A文章编号0517-6611（2014）14-04275-04
Effects of Vanadium and Chemical Enhanced Contaminated Soil to Vanadium Uptake by Alfalfa in Pot Experiment
HAN Lilin， LI Lin et al （College of Chemistry and Chemical Engineering， Xinjiang University； Urumqi， Xinjiang 830046）
Abstract[Objective] Pot experiment was conducted to study the enrichment rules of alfalfa treated with different concentration of heavy metals V and EDTA. [Method] BPHA extraction vanadium plant and soil samples in the detection of vanadium， meter in the UV spectrophotometry. [Result] Under the same vanadium soil culture concentration， with increasing the concentration of EDTA in soil， it was accumulated more in alfalfa. And arrived at 5 mmol/kg is the optimal values， then high concentration began to reduce. Vanadium five forms in the soil of total proportion size in the order of OM>EX>FeMn>CARB>H2O. Under the same EDTA soil culture concentration， in different growth period and different V content， the absorption of V in plant with EDTA treatment was significantly higher than the control. V content in alfalfa and V content in the soil for properties correlation analysis. V content in alfalfa which without adding EDTA and added EDTA， V content in alfalfa and V content in the soil has significant correlation.
Key words Vanadium； Alfalfa； Soil； EDTA
重金属钒是人体内必须的微量元素，能促进人体新陈代谢，有降低血糖、抑制胆固醇的作用。研究表明，钒污染与人类心血管疾病、肺炎和神经系统疾病等有联系[1]。钒又是促进植物生长发育的元素之一。植物的某些生化作用和代谢过程均与钒有关，如叶绿素合成。但是，高浓度的钒会导致植物中毒，限制植物生长[2]，降低产量[3]。重金属可以通过食物链进入人体，威胁人体健康[4]。钒污染土壤的主要途径有工业废渣、废气等积累、化石燃料的燃烧、含钒废水灌溉田地、金属矿山含钒废气物堆积等[5-7]。
近年来，EDTA、DTPA和EDDS等螯合剂在植物修复技术中的强化作用受到很多研究者的关注[8-10]。向土壤中施入EDTA可以解吸与土壤固相结合的重金属[11]，以提高植物对重金属的吸收和富集能力，调控重金属的吸收[12]。对在新疆种植广泛的紫花苜蓿进行盆栽试验，笔者研究了新疆某石化企业污水库周边农田土壤中施入不同浓度的钒和EDTA对紫花苜蓿吸收钒的影响，探讨钒对紫花苜蓿及周边土壤的影响，考察EDTA对紫花苜蓿吸收钒的促进作用或抑制作用，为钒污染土壤的植物修复提供参考依据。
1材料与方法
1.1试验材料 供试土壤采自乌市某石化企业污水库周边的农田。采用棋盘式取样法，将田块均匀划分成16块，形如棋盘方格，0～20 cm表层取样。供试土壤经风干，压碎，充分混匀，然后进行陈化。供试土壤基本理化性质[13]如下：全氮53.12 mg/kg，全磷86.30 mg/kg，全钾54.43 mg/kg，有机质2.70 g/kg，pH 8.1。土壤某些金属背景值[14]分别为：钒42.11 mg/kg，钴9.73 mg/kg，镍21.85 mg/kg，镉3.09 mg/kg，铅63.63 mg/kg，锌86.41 mg/kg。 1.2试验方法
1.2.1 试验设计。采用盆栽试验。准确称取过2 mm尼龙筛的1.00 kg土样于口径为16 cm的塑料花盆中，施入基肥硝酸铵250 mg、磷酸二氢钾250 mg，充分混匀。在供试土壤中设置的钒（以偏钒酸铵的形式）添加量分别为0、20、50、80、100、200 mg/kg 6个浓度梯度。每个处理设3次重复。将陈化20 d的供试土壤压碎后充分混匀，把紫花苜蓿种子直接播撒到花盆中，每盆播30粒左右，待幼苗长出3片复叶后间苗，每盆保留20株长势一致的幼苗。在植株生长期间，保持土壤湿度为田间持水量的60%，分别在植株生长14、28、42、56、84 d时收获，同時进行检测分析。
1.2.2样品处理及检测。先用自来水冲洗干净收获的紫花苜蓿根部，再用蒸馏水冲洗数次，并用吸水纸吸干表面水分。将植物在干燥通风处晾置30 min，将根、茎、叶分离，在烘箱中105 ℃杀青30 min，60 ℃下烘干至恒重[15]，测定干重。将烘干的植物样品在研钵中研碎，备用。研磨土壤样品，并过2 mm尼龙筛，烘干，备用。植物、土壤样品处理均采用HClHNO3HClO4法消解[16]。溶液中钒含量的检测按照国标GB15503/1995进行[17]。 数据分析采用Excel软件、Origin软件和SPSS软件。
1.2.3 钒在土壤中的形态分布分析。钒在土壤中的形态分析方法为略做改进的Tessier法[18]。依照Tessier连续提取法，把土壤中的重金属分为水溶态（H2O）、交换态（EX）、碳酸盐结合态（CARB）、铁锰氧化物结合态（FeMn）、有机物结合态（OM）和残渣态（RF）6种形态[22]。提取过程如表1所示。
3 结论
通过紫花苜蓿的盆栽试验，研究了新疆某石化企业污水库周边农田土壤中施入不同浓度的钒和EDTA对紫花苜蓿吸收钒的影响。研究表明，随着时间的延长，低浓度的EDTA对紫花苜蓿的生长起到一定的促进作用，5 mmol/kg钒处理后植株吸收量达到最大值；除残渣态外，钒在土壤中的各形态分布占钒总量比例大小顺序依次为有机物结合态>交换态>铁锰氧化物结合态>碳酸盐结合态>水溶态，其相关性随种植时间的延长而越加显著。低浓度的EDTA对紫花苜蓿的生长起到一定的促进作用。与未添加EDTA对比，土壤中添加EDTA的紫花苜蓿对钒的吸收有所增加，添加和未添加EDTA苜蓿中钒含量都和土壤中钒含量的相关性较好。
42卷14期韩利林等EDTA强化紫花苜蓿对污水库周边农田土中钒吸收的研究参考文献
[1] RAWAL S B，SINGH M V，SALHAN A，et al.Influence of vanadium on acclimatization of humans to high altitude[J].International Joural of Biometeoroly，1997，40：95-98.
[2] KABATAPENDLAS A，PENDLAS H.Biogeochemistry of trace elements[M].Warsaw：PWN，1993.
[3] HIDALGO A，NAVAS P，CARCIAHERDUGO G.Growth inhibition induced by vanadate in onion roots[J].Environ & Exper Botany，1988，28：131-136.
[4] 殷汉琴，陈富荣，陈兴仁，等.铜陵市及其周边地区土壤重金属元素污染评价[J].安全与环境学报，2010，10（3）：98-102.
[5] 矫旭东，腾彦国.土壤中钒污染的修复与治理技术研究[J].土壤通报，2008，39（2）：448-452.
[6] World Health Organization.Vanadium pentoxide and other inorganic vanadium compounds[M].Geneva，Concise International Chemical Assessment Document，2001：29.
[7] HOPE B K.An assessment of the global impact of anthropogenic vanadium[J].Biogeochemistry，1997，37：1-13.
[8] TURGUT C，PEPE M K，TERESA J.The effect of EDTA and citric acid on phytoremediation of Cd，Cr，and Ni from soil using Helian thus annuus[J].Environmental Pollution，2004，131：147-154.
[9] WU L H，LUO Y M，XING X R.EDTAenhanced phytoremediation of heavy metal contaminated soil with Indian mustard and associated potential leaching risk[J].Agriculture，Ecosystems and Environment，2004，102：307-318.
[10] PIECHALAK A，TOMASZEWSKA B，BARALIKIEWICZ D.Enhancing phyoremediative ability of Pisum sativum by EDTA application[J].Phytochemistry，2003，64：1239-1251. [11] HUANG J W，CHEN J，BERTI W R，et al.Phytoremediation of leadcontaminated soils：Role of synthetic chelates in lead phytoextraction[J].Sci Technol，1997，3：800-805.
[12] 宋静，钟继承，吴龙华，等.EDTA与EDDS螯合诱导印度芥菜吸取修复重金属复合污染土壤研究[J].土壤，2006，38（5）：619-625.
[13] 中国土壤学会.土壤农化学分析方法[M].北京：中国农业科技出版社，2000.
[14] 芮玉奎，孔祥斌，秦静.应用ICPMS检测不同种植制度土壤中重金属含量[J].光谱学与光谱分析，2007，27（6）：1201-1203.
[15] 王凤永，郭朝晖，苗旭峰，等.东方香蒲（Typha orientalis Presl）对重度污染土壤中As、Cd、Pb的耐性与累积特征[J].农业环境科学学报，2011，30（10）：1966-1971.
[16] 刘美青，江荣风，赵方杰，等.Zn对Zn超积累植物遏蓝菜超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响[J].农业环境科学学报，2006，26（B09）：465-470.
[17] 国家环境保护局规划标准处.GB/T 155031995，水质钒的测定钽试剂（BPHA）萃取分光光度法[S].北京：中国标准出版社，1995.
[18] 刘文长，马玲，刘洪青，等.生态地球化学土壤样品元素形态分析方法研究[J].岩矿测试，2005，24（3）：181-188.
[19] BLAYLOCK M J，SALT D E，DUSHENKOV S，et al.Enhanced accumulslion of Pb in Indian mustard by soilapplied chelating agenls[J].Environ Science & Technology，1997，31（3）：860-865.
[20] SALT D E，SMITH R D，RASKIN I.Phytoremediation[J].Annual Rev Plant Phys Plant Mol Bio，1998，49：643-668.
[21] 陳柳燕，张黎明，李福燕，等.螯合诱导植物修复技术在土壤重金属污染中的应用[J].华南热带农业大学学报，2007，13（3）：18-23.
[22] 王燕，李贤庆，宋志宏，等.土壤重金属污染及生物修复研究进展[J].安全与环境学报，2009，9（3）：61-65.
关键词钒；紫花苜蓿；土壤；EDTA
中图分类号S153.6文献标识码A文章编号0517-6611（2014）14-04275-04
Effects of Vanadium and Chemical Enhanced Contaminated Soil to Vanadium Uptake by Alfalfa in Pot Experiment
HAN Lilin， LI Lin et al （College of Chemistry and Chemical Engineering， Xinjiang University； Urumqi， Xinjiang 830046）
Abstract[Objective] Pot experiment was conducted to study the enrichment rules of alfalfa treated with different concentration of heavy metals V and EDTA. [Method] BPHA extraction vanadium plant and soil samples in the detection of vanadium， meter in the UV spectrophotometry. [Result] Under the same vanadium soil culture concentration， with increasing the concentration of EDTA in soil， it was accumulated more in alfalfa. And arrived at 5 mmol/kg is the optimal values， then high concentration began to reduce. Vanadium five forms in the soil of total proportion size in the order of OM>EX>FeMn>CARB>H2O. Under the same EDTA soil culture concentration， in different growth period and different V content， the absorption of V in plant with EDTA treatment was significantly higher than the control. V content in alfalfa and V content in the soil for properties correlation analysis. V content in alfalfa which without adding EDTA and added EDTA， V content in alfalfa and V content in the soil has significant correlation.
Key words Vanadium； Alfalfa； Soil； EDTA
重金属钒是人体内必须的微量元素，能促进人体新陈代谢，有降低血糖、抑制胆固醇的作用。研究表明，钒污染与人类心血管疾病、肺炎和神经系统疾病等有联系[1]。钒又是促进植物生长发育的元素之一。植物的某些生化作用和代谢过程均与钒有关，如叶绿素合成。但是，高浓度的钒会导致植物中毒，限制植物生长[2]，降低产量[3]。重金属可以通过食物链进入人体，威胁人体健康[4]。钒污染土壤的主要途径有工业废渣、废气等积累、化石燃料的燃烧、含钒废水灌溉田地、金属矿山含钒废气物堆积等[5-7]。
近年来，EDTA、DTPA和EDDS等螯合剂在植物修复技术中的强化作用受到很多研究者的关注[8-10]。向土壤中施入EDTA可以解吸与土壤固相结合的重金属[11]，以提高植物对重金属的吸收和富集能力，调控重金属的吸收[12]。对在新疆种植广泛的紫花苜蓿进行盆栽试验，笔者研究了新疆某石化企业污水库周边农田土壤中施入不同浓度的钒和EDTA对紫花苜蓿吸收钒的影响，探讨钒对紫花苜蓿及周边土壤的影响，考察EDTA对紫花苜蓿吸收钒的促进作用或抑制作用，为钒污染土壤的植物修复提供参考依据。
1材料与方法
1.1试验材料 供试土壤采自乌市某石化企业污水库周边的农田。采用棋盘式取样法，将田块均匀划分成16块，形如棋盘方格，0～20 cm表层取样。供试土壤经风干，压碎，充分混匀，然后进行陈化。供试土壤基本理化性质[13]如下：全氮53.12 mg/kg，全磷86.30 mg/kg，全钾54.43 mg/kg，有机质2.70 g/kg，pH 8.1。土壤某些金属背景值[14]分别为：钒42.11 mg/kg，钴9.73 mg/kg，镍21.85 mg/kg，镉3.09 mg/kg，铅63.63 mg/kg，锌86.41 mg/kg。 1.2试验方法
1.2.1 试验设计。采用盆栽试验。准确称取过2 mm尼龙筛的1.00 kg土样于口径为16 cm的塑料花盆中，施入基肥硝酸铵250 mg、磷酸二氢钾250 mg，充分混匀。在供试土壤中设置的钒（以偏钒酸铵的形式）添加量分别为0、20、50、80、100、200 mg/kg 6个浓度梯度。每个处理设3次重复。将陈化20 d的供试土壤压碎后充分混匀，把紫花苜蓿种子直接播撒到花盆中，每盆播30粒左右，待幼苗长出3片复叶后间苗，每盆保留20株长势一致的幼苗。在植株生长期间，保持土壤湿度为田间持水量的60%，分别在植株生长14、28、42、56、84 d时收获，同時进行检测分析。
1.2.2样品处理及检测。先用自来水冲洗干净收获的紫花苜蓿根部，再用蒸馏水冲洗数次，并用吸水纸吸干表面水分。将植物在干燥通风处晾置30 min，将根、茎、叶分离，在烘箱中105 ℃杀青30 min，60 ℃下烘干至恒重[15]，测定干重。将烘干的植物样品在研钵中研碎，备用。研磨土壤样品，并过2 mm尼龙筛，烘干，备用。植物、土壤样品处理均采用HClHNO3HClO4法消解[16]。溶液中钒含量的检测按照国标GB15503/1995进行[17]。 数据分析采用Excel软件、Origin软件和SPSS软件。
1.2.3 钒在土壤中的形态分布分析。钒在土壤中的形态分析方法为略做改进的Tessier法[18]。依照Tessier连续提取法，把土壤中的重金属分为水溶态（H2O）、交换态（EX）、碳酸盐结合态（CARB）、铁锰氧化物结合态（FeMn）、有机物结合态（OM）和残渣态（RF）6种形态[22]。提取过程如表1所示。
3 结论
通过紫花苜蓿的盆栽试验，研究了新疆某石化企业污水库周边农田土壤中施入不同浓度的钒和EDTA对紫花苜蓿吸收钒的影响。研究表明，随着时间的延长，低浓度的EDTA对紫花苜蓿的生长起到一定的促进作用，5 mmol/kg钒处理后植株吸收量达到最大值；除残渣态外，钒在土壤中的各形态分布占钒总量比例大小顺序依次为有机物结合态>交换态>铁锰氧化物结合态>碳酸盐结合态>水溶态，其相关性随种植时间的延长而越加显著。低浓度的EDTA对紫花苜蓿的生长起到一定的促进作用。与未添加EDTA对比，土壤中添加EDTA的紫花苜蓿对钒的吸收有所增加，添加和未添加EDTA苜蓿中钒含量都和土壤中钒含量的相关性较好。
42卷14期韩利林等EDTA强化紫花苜蓿对污水库周边农田土中钒吸收的研究参考文献
[1] RAWAL S B，SINGH M V，SALHAN A，et al.Influence of vanadium on acclimatization of humans to high altitude[J].International Joural of Biometeoroly，1997，40：95-98.
[2] KABATAPENDLAS A，PENDLAS H.Biogeochemistry of trace elements[M].Warsaw：PWN，1993.
[3] HIDALGO A，NAVAS P，CARCIAHERDUGO G.Growth inhibition induced by vanadate in onion roots[J].Environ & Exper Botany，1988，28：131-136.
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[5] 矫旭东，腾彦国.土壤中钒污染的修复与治理技术研究[J].土壤通报，2008，39（2）：448-452.
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[7] HOPE B K.An assessment of the global impact of anthropogenic vanadium[J].Biogeochemistry，1997，37：1-13.
[8] TURGUT C，PEPE M K，TERESA J.The effect of EDTA and citric acid on phytoremediation of Cd，Cr，and Ni from soil using Helian thus annuus[J].Environmental Pollution，2004，131：147-154.
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[10] PIECHALAK A，TOMASZEWSKA B，BARALIKIEWICZ D.Enhancing phyoremediative ability of Pisum sativum by EDTA application[J].Phytochemistry，2003，64：1239-1251. [11] HUANG J W，CHEN J，BERTI W R，et al.Phytoremediation of leadcontaminated soils：Role of synthetic chelates in lead phytoextraction[J].Sci Technol，1997，3：800-805.
[12] 宋静，钟继承，吴龙华，等.EDTA与EDDS螯合诱导印度芥菜吸取修复重金属复合污染土壤研究[J].土壤，2006，38（5）：619-625.
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[14] 芮玉奎，孔祥斌，秦静.应用ICPMS检测不同种植制度土壤中重金属含量[J].光谱学与光谱分析，2007，27（6）：1201-1203.
[15] 王凤永，郭朝晖，苗旭峰，等.东方香蒲（Typha orientalis Presl）对重度污染土壤中As、Cd、Pb的耐性与累积特征[J].农业环境科学学报，2011，30（10）：1966-1971.
[16] 刘美青，江荣风，赵方杰，等.Zn对Zn超积累植物遏蓝菜超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响[J].农业环境科学学报，2006，26（B09）：465-470.
[17] 国家环境保护局规划标准处.GB/T 155031995，水质钒的测定钽试剂（BPHA）萃取分光光度法[S].北京：中国标准出版社，1995.
[18] 刘文长，马玲，刘洪青，等.生态地球化学土壤样品元素形态分析方法研究[J].岩矿测试，2005，24（3）：181-188.
[19] BLAYLOCK M J，SALT D E，DUSHENKOV S，et al.Enhanced accumulslion of Pb in Indian mustard by soilapplied chelating agenls[J].Environ Science & Technology，1997，31（3）：860-865.
[20] SALT D E，SMITH R D，RASKIN I.Phytoremediation[J].Annual Rev Plant Phys Plant Mol Bio，1998，49：643-668.
[21] 陳柳燕，张黎明，李福燕，等.螯合诱导植物修复技术在土壤重金属污染中的应用[J].华南热带农业大学学报，2007，13（3）：18-23.
[22] 王燕，李贤庆，宋志宏，等.土壤重金属污染及生物修复研究进展[J].安全与环境学报，2009，9（3）：61-65.