论文部分内容阅读
摘要
[目的] 为了探明天然表面活性剂茶皂素对重金属污染环境中植物生理生长的影响。[方法] 通过设置盆栽试验，将不同浓度梯度的茶皂素溶液加入镉污染土壤中，研究苎麻生理生长和干物质积累状况。[结果] 0.1 mmol/L茶皂素会加剧重金属Cd对苎麻的毒害作用，苎麻的株高、茎粗、干物质积累以及叶绿素a都明显低于对照。当茶皂素浓度为2.5 mmol/L时，苎麻的株高、茎粗、干物质积累以及叶绿素a均显著增加。[结论] 在重金属Cd污染土壤中，茶皂素对苎麻的生长和干物质积累存在剂量效应。2.5 mmol/L茶皂素溶液能有效淋洗土壤中重金属Cd，对苎麻的生长和干物质积累有明显的促进作用。
关键词茶皂素；重金属；苎麻；胁迫效应
中图分类号S158.4；X53文献标识码
A文章编号0517-6611（2015）24-060-04
茶皂素（Tea Saponin）是一种低毒、高效的天然表面活性剂。在重金属污染土壤中加入茶皂素溶液，经过淋洗的土壤中部分重金属能与茶皂素形成稳定的、可溶性络合物，降低土壤对重金属的吸附，从而降低土壤重金属的生物有效性和毒性。
苎麻（Boehmerianivea）为荨麻科苎麻属，是多年生草本植物，又叫“中国草”。苎麻的纤维被广泛用于工业，是很好的纺织材料，其地上部分有很大的生物量。这对吸收土壤重金属提供良好的储存条件，弥补其他重金属超积累植物生物产量低的缺陷。关于苎麻对土壤重金属Cd污染修复的研究已有部分报道。为了开展进一步研究，笔者对研究方法进行改进和拓展，将不同浓度梯度的茶皂素溶液加入镉污染土壤中，探索苎麻生理生长和干物质积累状况。
1材料与方法
1.1试验材料
供试材料为苎麻品种川苎11号。该品种是以由雄性不育系C9541为母本，以恢复系材料7920为父本杂交选育而成，由四川省达州市农业科学研究所提供。供试土壤采自贵阳市花溪区枫香树煤矿废弃地（26°32′N，106°32′10.765″ E）。枫香树煤矿于1953年开始采矿，距今已有60年历史，现已关闭。试验于2013年4～6月在贵州大学盆栽试验场进行。供试土壤基本理化性质为：pH 5.37，有机质7.87 kg/kg，全氮3.23 g/kg，全磷0.91 g/kg，全钾10.77 g/kg，有效氮125.21 mg/kg，有效磷66.7 mg/kg，有效钾19435 mg/kg，镉含量 0.42 mg/kg。参照全国土壤质量标准（GB15618-1995）中三级土壤，外加1 mg/kg CdCl2到供试土壤中，平衡30 d后备用。
1.2试验方法
试验设8个处理：A1（CK）、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8，茶皂素浓度分别为0、0.1、0.5、1.0、2.0、2.5、3.0、5.0 mmol/L。各处理土壤Cd2+浓度均为1.55 mg/kg。每个处理9盆，完全随机排列，设3次重复。试验用盆栽盆规格为35 cm×30 cm，每盆装土15 kg。编号后对应加入不同浓度梯度茶皂素溶液500 ml，再用木铲搅拌均匀，静置15 d，备用。将供试苎麻苗10 cm移栽入盆，每个盆中移植1株苎麻苗。成活后，放置到对应处理处。
1.3测定指标及方法
1.3.1pH及重金属测定。
按2.5∶1.0水土比配制土壤悬浊液，采用电位法测定土壤pH。土壤重金属Cd含量测定方法参照吴志强等方法，即用王水+HClO4法彻底消解后待测，土壤溶液中重金属含量用原子吸收分光光度计测定。将苎麻干植物样品（茎叶和根）在玛瑙研钵内磨成粉状，将粉末状样品用混合酸HNO3∶HClO4（4∶1）消解，冷却后过滤、定容至25 ml，同时以试剂空白作植物空白对照，重金属Cd浓度采用原子吸收分光光度计测定。
1.3.2叶绿素测定及计算方法。
苎麻叶绿素含量测定参照张宪政的丙酮乙醇混合法。移栽成活45 d后，取苎麻植株顶部倒数第6、7片叶，擦净组织表面污物，剪碎（去掉叶脉），混合均匀；称取剪碎的新鲜样品0.1 g，共计3份，装入15 ml 离心管中，按1∶1的比例加入浓度95.5% 丙酮和无水乙醇 10 ml作为叶绿素提取液，充分振荡摇匀，放置在不透光的柜子中保存 48 h，把叶绿体色素提取液倒入光径1 cm比色杯内，以浓度95.5%乙醇为空白，在紫外分光光度计波长663、645和652 nm处测定其吸光度。根据下面的经验公式，计算叶绿素 a、叶绿素 b、叶绿素总含量。
叶绿素a= （12.7D663-2.69D645）×V/（1 000×W） （1）
叶绿素b= （ 22.9D645-4.68D663）×V/（ 1 000×W） （2）
叶绿素总量=D652×V/ 34.5 W （3）
式中，D663、D645和D652分别为663、645和652 nm波长下的光密度值；V为叶绿素提取液的体积（ml）；W为叶片鲜重（g）。
1.4数据分析
用Excel 2007等软件进行数据处理，用SPSS18.0统计软件进行方差分析和相关性分析，用Newman-Keuls法进行显著性检验（P<0.01，P<0.05）。
2结果与分析
2.1镉污染土壤中茶皂素对苎麻株高的影响
以未添加茶皂素处理为对照，考察1 mg/kg Cd2+处理土壤下0.1、0.5、10、2.0、2.5、3.0、5.0 mmol/L茶皂素浓度处理对苎麻株高的影响。由图1可知，对照平均株高为114.94 cm，变异系数为0.50%，除0.10 mmol/L茶皂素浓度处理的平均株高（100.90 cm）明显低于对照，0.5 mmol/L茶皂素浓度处理的平均株高（114.71 cm）略低于对照外，其他茶皂素浓度处理的平均株高介于115.23～119.25 cm，均高于对照；除0.1、50 mmol/L茶皂素浓度处理的变异系数分别为4.68%、619%，明显大于对照外，其余茶皂素浓度处理的变异系数介于0.23%～1.33%，与对照处理的变异系数接近。 方差分析结果进一步显示，各处理平均株高间差异达001显著水平，采用Duncan’s新复极差法进行平均数的多重比较，0.1 mmol/L茶皂素浓度处理的平均株高在0.01水平显著低于对照和其他茶皂素浓度处理之值，其他茶皂素浓度处理与对照的平均株高间差异不显著。这说明茶皂素对苎麻株高的影响存在剂量效应，其中0.1 mmol/L茶皂素浓度处理下苎麻的株高受重金属Cd的影响在0.01显著，0.5～5.0 mmol/L茶皂素浓度处理下苎麻的株高则不受重金属Cd的显著影响。
2.2镉污染土壤中茶皂素对苎麻茎粗的影响
由图2可知，在Cd污染土壤中，对照平均茎粗为8.34 mm，变异系数为4.81%，0.1、1.0、3.0、5.0 mmol/L茶皂素浓度处理的平均茎粗介于7.22～8.27 mm之间，在不同程度小于对照，0.5、20、2.5 mmol/L茶皂素浓度处理的平均茎粗介于8.54～885 mm之间，略大于对照；除0.1、3.0 mmol/L茶皂素浓度处理的变异系数分别为9.57%、9.08%，明显大于对照的变异系数外，其余茶皂素浓度处理的变异系数介于0.93%～408%，均低于对照处理的变异系数。
方差分析结果显示，处理间平均茎粗差异达0.01显著水平。平均茎粗的多重比较结果进一步显示，0.1 mmol/L茶皂素浓度处理的平均茎粗在0.01水平显著低于对照和其他供试茶皂素浓度处理，其他茶皂素浓度处理的平均茎粗与对照间差异不显著。这说明在Cd污染土壤中，不同浓度茶皂素作用下苎麻的茎粗变化与苎麻株高变化相似，即茶皂素对苎麻茎粗的影响存在剂量效应，0.1 mmol/L浓度处理的苎麻茎粗受重金属Cd的影响极显著，0.5～5 mmol/L茶皂素浓度处理均能避免重金属Cd对苎麻茎粗的显著影响。
2.3镉污染土壤中茶皂素对苎麻干物质重的影响
以未添加茶皂素为对照，考察了1 mg/kg Cd2+处理土壤下0.1、0.5、1.0、2.0、2.5、3.0、5.0 mmol/L茶皂素浓度处理对苎麻籽干重、叶干重、壳干重和原麻干重的影响。方差分析结果表明，各处理籽干重、叶干重和原麻干重等考察指标存在0.01水平显著差异，壳干重间存在0.05水平显著差异，有必要分指标进一步分析。
由表1可知，0.1、5.0 mmol/L浓度处理的平均籽干重在0.05水平显著低于对照，其余处理与对照的籽干重间不存在差异。低浓度的茶皂素不能解除重金属Cd对籽干重的显著影响。浓度适中（0.5～2.5 mmol/L）的茶皂素能解除重金属Cd对籽干重的显著影响。添加高浓度（3.0～5.0 mmol/L）的茶皂素有导致籽干重下降的趋势，表明不同茶皂素浓度解除重金属Cd对苎麻籽干物质积累的影响不一致。
Cd污染土壤中不同浓度茶皂素对苎麻叶片干重的影响差异较大。0.1、5.0 mmol/L浓度处理的平均叶干重分别为3.92、4.09 g，均在0.05水平显著低于对照，2.5 mmol/L浓度处理的平均叶干重为5.21 g，在0.05水平显著高于对照，其余处理的平均叶干重为4.19～4.65 g，与对照间差异不显著，说明向重金属Cd污染土壤中添加不同浓度的茶皂素溶液对苎麻叶干重的影响不一致。在低茶皂素浓度（0.1 mmol/L）和高茶皂素浓度（5.0 mmol/L）时苎麻的叶干重均显著下降。在0.5～2.5 mmol/L茶皂素浓度范围，随着浓度的增加，苎麻的叶干重呈上升趋势。该浓度范围的茶皂素溶液能有效淋洗土壤中重金属Cd，降低其生物有效性。
Cd污染土壤中不同浓度茶皂素对苎麻壳干重的影响差异较小，仅0.1 mmol/L浓度处理的壳干重与对照显著下降，下降百分率达13.79%；其余处理的壳干重与对照间差异不显著。而不同浓度茶皂素对苎麻原麻干重的影响差异较大。与对照相比，0.1、5.0 mmol/L浓度处理的原麻干重在0.05水平显著下降，分别下降了21.8%、17.6%；2.5 mmol/L浓度处理的原麻干重显著增加，增加了13.3%；其余浓度处理的原麻干重与对照间差异不明显。这与不同浓度茶皂素对叶片干重的影响基本一致。
2.4镉污染土壤中茶皂素对苎麻叶绿素含量的影响
2.4.1镉污染土壤中茶皂素对苎麻叶绿素a含量的影响。
由表2可知，不同浓度茶皂素处理苎麻叶绿素a含量间存在0.01水平显著差异。0.1 mmol/L浓度处理的叶绿素a含量为1.53 mg/g，在0.01水平显著低于对照；1.0、2.0、25 mmol/L浓度处理的叶绿素a含量分别为1.85、1.88、194 mg/g，在0.01水平显著高于对照；其余浓度处理的叶绿素a含量与对照间差异均不显著。由此可见，在低茶皂素浓度（0.1 mmol/L）时苎麻的叶绿素a含量较对照在0.01水平显著下降；在0.5～2.5 mmol/L茶皂素浓度范围，随着处理浓度的增大，苎麻的叶绿素a含量增加，并且在2.5 mmol/L茶皂素浓度时达到峰值；高浓度茶皂素（3.0 mmol/L）时苎麻的叶绿素a含量相比峰值在0.01水平显著下降，与对照含量相当。这说明向重金属Cd污染土壤中添加不同浓度的茶皂素溶液对苎麻叶绿素a含量的影响不一致。添加浓度为2.5 mmol/L茶皂素溶液，可增加苎麻的叶绿素a含量。
2.4.2镉污染土壤中茶皂素对苎麻叶绿素b含量的影响。
由表2可知，不同浓度茶皂素处理苎麻叶绿素b含量间存在0.01水平显著水平差异。0.1、0.5、5.0 mmol/L浓度处理的叶绿素b含量分别为0.75、0.93、0.90 mg/g，与对照间差异不显著；2.0、2.5、3.0 mmol/L浓度处理的叶绿素b含量分别为1.03、1.16、0.99 mg/g，在0.01水平显著高于对照；1.0 mmol/L浓度处理的叶绿素b含量分别为0.97 mg/g，在0.05水平显著高于对照。这说明随着茶皂素浓度的增加，苎麻叶绿素b含量呈上升趋势，当茶皂素浓度达到2.5 mmol/L时苎麻叶绿素b含量达到最大值，而后有下降趋势。 安徽农业科学2015年
2.4.3镉污染土壤中茶皂素对苎麻叶绿素总量的影响。
由表2可知，不同浓度茶皂素处理苎麻叶绿素总量间存在0.01水平显著差异。0.1 mmol/L浓度处理的叶绿素总量为2.42 mg/g，在0.01水平显著低于对照；0.5、1.0、2.0、2.5、3.0和5.0 mmol/L浓度处理的叶绿素总量分别为2.77、2.84、3.24、3.54、2.77、2.74 mg/g，均在0.01水平显著高于对照。这说明不同浓度茶皂素处理的叶绿素总量变化趋势与叶绿素a含量的变化趋势基本一致。在重金属Cd污染的土壤中添加浓度为2.5 mmol/L茶皂素溶液，可在0.01水平显著增加苎麻的叶绿色总量，提升苎麻的光合性能。
3结论
（1）茶皂素通过络合作用络合土壤中重金属Cd，降低重金属Cd的生物有效性。茶皂素上的羧基与Cd2+形成络合物，从而增加重金属污染土壤中Cd2+的洗脱效率。李光德等研究指出，茶皂素溶液的浓度和土壤pH是去除土壤重金属的主要因素。在重金属Cd污染土壤中，茶皂素对苎麻生理生长和干物质积累存在剂量效应，浓度过高或过低均会导致苎麻的叶、籽和原麻干重在0.05水平显著降低。试验中，在0.5～2.5 mmol/L茶皂素浓度范围，随着浓度的增加，苎麻的叶、籽和原麻干重呈上升趋势；在2.5 mmol/L浓度时，苎麻的叶、籽和原麻干重在0.05水平显著增加。因此，在对该类重金属Cd污染的土壤修复中，若选用苎麻作为修复植物，则在施以茶皂素溶液淋洗土壤中重金属Cd时，茶皂素溶液浓度的选择尤为重要。只有适宜的茶皂素浓度才能取得最佳的修复效果。这一结果与陈洁等研究结果一致。
（2）在重金属Cd污染土壤中，茶皂素能有效改善苎麻光合性能。
茶皂素是一种天然非离子型表面活性剂，具有良好的乳化、分散、发泡、湿润等功能，也可以作为天然生物农药使用。在重金属污染土壤中加入茶皂素溶液，可以有效地改善土壤的质地和耕性，给植物生长提供良好的条件，有利于苎麻光合作用。在重金属Cd污染的土壤中，加入浓度为2.5 mmol/L的茶皂素溶液，可显著增加苎麻的叶绿素总量，提升苎麻光合性能，但其具体的作用机理还有待进一步研究。
（3）苎麻修复重金属镉污染土壤具有较强的实用性和较高的经济性。重金属污染土壤修复的焦点莫过于植物修复。而植物修复所必须的两个条件为：一方面，所选植物对某种重金属要有一定的耐性，能在重金属污染土壤中完成整个生育期；另一方面，若要植物吸收有较明显的效果，则必须选择吸收能力强植物，最好是重金属超积累植物。如果选择的修复植物兼有前面两个方面的特点，又具有较大的生物量，那么它对重金属污染土壤修复效果明显。苎麻系多年生草本植物，适应性强，易于种植，且地上部分有很大的生物量。苎麻纤维被广泛应用于纺织业，具有较高的经济价值。同时，苎麻对土壤中的重金属有较好的吸收。该试验选取苎麻作为重金属Cd污染土壤的修复植物，对矿区重金属污染土壤的修复具有指导意义和实践意义。
参考文献
[1]
汪多仁.茶皂素的开发与应用进展[J].江西饲料，2011（2）：25-30.
[2] 卫泽斌，郭晓方，吴启堂.化学淋洗和深层土壤固定联合技术修复重金属污染土壤[J].农业环境科学学报，2010（2）：407-408.
[3] 黄承建，赵思毅，王龙昌，等.干旱胁迫对杂交苎麻脯氨酸积累、膜脂过氧化及抗氧化酶活性的影响[J].中国麻业科学，2013（2）：57-62.
[4] 许英，代剑平，揭雨成，等.镉胁迫下苎麻的生理生化变化与耐镉性的关系[J].中国麻业科学，2006，28（6）：301-305.
[5] 代剑平，揭雨成，冷鹃，等.镉污染环境中镉在苎麻植株各部分分布规律的研究[J].中国麻业，2003，25（6）：279-282.
[6] 李榜江.贵州山区煤矿废弃地重金属污染评价及优势植物修复效应研究[D].重庆：西南大学，2014.
[7] 李榜江，王龙昌，龙明忠，等.极端酸性条件下蜈蚣草对重金属污染环境的修复效应[J].水土保持学报，2013，27（5）：183-187.
[8] 刘春早，黄益宗，雷鸣，等.湘江流域土壤重金属污染及其生态环境风险评价[J].环境科学，2012（1）：260-265.
[9] 吴志强，顾尚义，李海英.城市污泥用于铅锌矿区重金属污染修复的试验研究[J].安全与环境工程，2012，19（4）：49-53.
[10] 张宪政.植物叶绿素含量测定-丙酮乙醇混合法[J].辽宁农业科学，1986（3）：26-28.
[11] 黄承建，赵思毅，王龙昌，等.干旱胁迫对苎麻光合特性和产量的影响[J].中国麻业科学，2012，34（6）：273-277.
[12] 陈洁，杨娟娟，周文军.皂角苷增强洗脱复合污染土壤中多环芳烃和重金属的作用及机理[J].农业环境科学学报，2010，29（12）：2325-2328.
[13] 李光德，张中文，敬佩，等.茶皂素对潮土重金属污染的淋洗修复作用[J].农业工程学报，2009（10）：231-235.
[14] 郭 霞，许荣年，秦志荣.新型非离子表面活性剂茶皂素的研究进展[J].中国洗涤用品工业，2011（2）：43-46.
[15] 陈怀满.环境土壤学[M].2版.北京：科学出版社，2005.
[目的] 为了探明天然表面活性剂茶皂素对重金属污染环境中植物生理生长的影响。[方法] 通过设置盆栽试验，将不同浓度梯度的茶皂素溶液加入镉污染土壤中，研究苎麻生理生长和干物质积累状况。[结果] 0.1 mmol/L茶皂素会加剧重金属Cd对苎麻的毒害作用，苎麻的株高、茎粗、干物质积累以及叶绿素a都明显低于对照。当茶皂素浓度为2.5 mmol/L时，苎麻的株高、茎粗、干物质积累以及叶绿素a均显著增加。[结论] 在重金属Cd污染土壤中，茶皂素对苎麻的生长和干物质积累存在剂量效应。2.5 mmol/L茶皂素溶液能有效淋洗土壤中重金属Cd，对苎麻的生长和干物质积累有明显的促进作用。
关键词茶皂素；重金属；苎麻；胁迫效应
中图分类号S158.4；X53文献标识码
A文章编号0517-6611（2015）24-060-04
茶皂素（Tea Saponin）是一种低毒、高效的天然表面活性剂。在重金属污染土壤中加入茶皂素溶液，经过淋洗的土壤中部分重金属能与茶皂素形成稳定的、可溶性络合物，降低土壤对重金属的吸附，从而降低土壤重金属的生物有效性和毒性。
苎麻（Boehmerianivea）为荨麻科苎麻属，是多年生草本植物，又叫“中国草”。苎麻的纤维被广泛用于工业，是很好的纺织材料，其地上部分有很大的生物量。这对吸收土壤重金属提供良好的储存条件，弥补其他重金属超积累植物生物产量低的缺陷。关于苎麻对土壤重金属Cd污染修复的研究已有部分报道。为了开展进一步研究，笔者对研究方法进行改进和拓展，将不同浓度梯度的茶皂素溶液加入镉污染土壤中，探索苎麻生理生长和干物质积累状况。
1材料与方法
1.1试验材料
供试材料为苎麻品种川苎11号。该品种是以由雄性不育系C9541为母本，以恢复系材料7920为父本杂交选育而成，由四川省达州市农业科学研究所提供。供试土壤采自贵阳市花溪区枫香树煤矿废弃地（26°32′N，106°32′10.765″ E）。枫香树煤矿于1953年开始采矿，距今已有60年历史，现已关闭。试验于2013年4～6月在贵州大学盆栽试验场进行。供试土壤基本理化性质为：pH 5.37，有机质7.87 kg/kg，全氮3.23 g/kg，全磷0.91 g/kg，全钾10.77 g/kg，有效氮125.21 mg/kg，有效磷66.7 mg/kg，有效钾19435 mg/kg，镉含量 0.42 mg/kg。参照全国土壤质量标准（GB15618-1995）中三级土壤，外加1 mg/kg CdCl2到供试土壤中，平衡30 d后备用。
1.2试验方法
试验设8个处理：A1（CK）、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8，茶皂素浓度分别为0、0.1、0.5、1.0、2.0、2.5、3.0、5.0 mmol/L。各处理土壤Cd2+浓度均为1.55 mg/kg。每个处理9盆，完全随机排列，设3次重复。试验用盆栽盆规格为35 cm×30 cm，每盆装土15 kg。编号后对应加入不同浓度梯度茶皂素溶液500 ml，再用木铲搅拌均匀，静置15 d，备用。将供试苎麻苗10 cm移栽入盆，每个盆中移植1株苎麻苗。成活后，放置到对应处理处。
1.3测定指标及方法
1.3.1pH及重金属测定。
按2.5∶1.0水土比配制土壤悬浊液，采用电位法测定土壤pH。土壤重金属Cd含量测定方法参照吴志强等方法，即用王水+HClO4法彻底消解后待测，土壤溶液中重金属含量用原子吸收分光光度计测定。将苎麻干植物样品（茎叶和根）在玛瑙研钵内磨成粉状，将粉末状样品用混合酸HNO3∶HClO4（4∶1）消解，冷却后过滤、定容至25 ml，同时以试剂空白作植物空白对照，重金属Cd浓度采用原子吸收分光光度计测定。
1.3.2叶绿素测定及计算方法。
苎麻叶绿素含量测定参照张宪政的丙酮乙醇混合法。移栽成活45 d后，取苎麻植株顶部倒数第6、7片叶，擦净组织表面污物，剪碎（去掉叶脉），混合均匀；称取剪碎的新鲜样品0.1 g，共计3份，装入15 ml 离心管中，按1∶1的比例加入浓度95.5% 丙酮和无水乙醇 10 ml作为叶绿素提取液，充分振荡摇匀，放置在不透光的柜子中保存 48 h，把叶绿体色素提取液倒入光径1 cm比色杯内，以浓度95.5%乙醇为空白，在紫外分光光度计波长663、645和652 nm处测定其吸光度。根据下面的经验公式，计算叶绿素 a、叶绿素 b、叶绿素总含量。
叶绿素a= （12.7D663-2.69D645）×V/（1 000×W） （1）
叶绿素b= （ 22.9D645-4.68D663）×V/（ 1 000×W） （2）
叶绿素总量=D652×V/ 34.5 W （3）
式中，D663、D645和D652分别为663、645和652 nm波长下的光密度值；V为叶绿素提取液的体积（ml）；W为叶片鲜重（g）。
1.4数据分析
用Excel 2007等软件进行数据处理，用SPSS18.0统计软件进行方差分析和相关性分析，用Newman-Keuls法进行显著性检验（P<0.01，P<0.05）。
2结果与分析
2.1镉污染土壤中茶皂素对苎麻株高的影响
以未添加茶皂素处理为对照，考察1 mg/kg Cd2+处理土壤下0.1、0.5、10、2.0、2.5、3.0、5.0 mmol/L茶皂素浓度处理对苎麻株高的影响。由图1可知，对照平均株高为114.94 cm，变异系数为0.50%，除0.10 mmol/L茶皂素浓度处理的平均株高（100.90 cm）明显低于对照，0.5 mmol/L茶皂素浓度处理的平均株高（114.71 cm）略低于对照外，其他茶皂素浓度处理的平均株高介于115.23～119.25 cm，均高于对照；除0.1、50 mmol/L茶皂素浓度处理的变异系数分别为4.68%、619%，明显大于对照外，其余茶皂素浓度处理的变异系数介于0.23%～1.33%，与对照处理的变异系数接近。 方差分析结果进一步显示，各处理平均株高间差异达001显著水平，采用Duncan’s新复极差法进行平均数的多重比较，0.1 mmol/L茶皂素浓度处理的平均株高在0.01水平显著低于对照和其他茶皂素浓度处理之值，其他茶皂素浓度处理与对照的平均株高间差异不显著。这说明茶皂素对苎麻株高的影响存在剂量效应，其中0.1 mmol/L茶皂素浓度处理下苎麻的株高受重金属Cd的影响在0.01显著，0.5～5.0 mmol/L茶皂素浓度处理下苎麻的株高则不受重金属Cd的显著影响。
2.2镉污染土壤中茶皂素对苎麻茎粗的影响
由图2可知，在Cd污染土壤中，对照平均茎粗为8.34 mm，变异系数为4.81%，0.1、1.0、3.0、5.0 mmol/L茶皂素浓度处理的平均茎粗介于7.22～8.27 mm之间，在不同程度小于对照，0.5、20、2.5 mmol/L茶皂素浓度处理的平均茎粗介于8.54～885 mm之间，略大于对照；除0.1、3.0 mmol/L茶皂素浓度处理的变异系数分别为9.57%、9.08%，明显大于对照的变异系数外，其余茶皂素浓度处理的变异系数介于0.93%～408%，均低于对照处理的变异系数。
方差分析结果显示，处理间平均茎粗差异达0.01显著水平。平均茎粗的多重比较结果进一步显示，0.1 mmol/L茶皂素浓度处理的平均茎粗在0.01水平显著低于对照和其他供试茶皂素浓度处理，其他茶皂素浓度处理的平均茎粗与对照间差异不显著。这说明在Cd污染土壤中，不同浓度茶皂素作用下苎麻的茎粗变化与苎麻株高变化相似，即茶皂素对苎麻茎粗的影响存在剂量效应，0.1 mmol/L浓度处理的苎麻茎粗受重金属Cd的影响极显著，0.5～5 mmol/L茶皂素浓度处理均能避免重金属Cd对苎麻茎粗的显著影响。
2.3镉污染土壤中茶皂素对苎麻干物质重的影响
以未添加茶皂素为对照，考察了1 mg/kg Cd2+处理土壤下0.1、0.5、1.0、2.0、2.5、3.0、5.0 mmol/L茶皂素浓度处理对苎麻籽干重、叶干重、壳干重和原麻干重的影响。方差分析结果表明，各处理籽干重、叶干重和原麻干重等考察指标存在0.01水平显著差异，壳干重间存在0.05水平显著差异，有必要分指标进一步分析。
由表1可知，0.1、5.0 mmol/L浓度处理的平均籽干重在0.05水平显著低于对照，其余处理与对照的籽干重间不存在差异。低浓度的茶皂素不能解除重金属Cd对籽干重的显著影响。浓度适中（0.5～2.5 mmol/L）的茶皂素能解除重金属Cd对籽干重的显著影响。添加高浓度（3.0～5.0 mmol/L）的茶皂素有导致籽干重下降的趋势，表明不同茶皂素浓度解除重金属Cd对苎麻籽干物质积累的影响不一致。
Cd污染土壤中不同浓度茶皂素对苎麻叶片干重的影响差异较大。0.1、5.0 mmol/L浓度处理的平均叶干重分别为3.92、4.09 g，均在0.05水平显著低于对照，2.5 mmol/L浓度处理的平均叶干重为5.21 g，在0.05水平显著高于对照，其余处理的平均叶干重为4.19～4.65 g，与对照间差异不显著，说明向重金属Cd污染土壤中添加不同浓度的茶皂素溶液对苎麻叶干重的影响不一致。在低茶皂素浓度（0.1 mmol/L）和高茶皂素浓度（5.0 mmol/L）时苎麻的叶干重均显著下降。在0.5～2.5 mmol/L茶皂素浓度范围，随着浓度的增加，苎麻的叶干重呈上升趋势。该浓度范围的茶皂素溶液能有效淋洗土壤中重金属Cd，降低其生物有效性。
Cd污染土壤中不同浓度茶皂素对苎麻壳干重的影响差异较小，仅0.1 mmol/L浓度处理的壳干重与对照显著下降，下降百分率达13.79%；其余处理的壳干重与对照间差异不显著。而不同浓度茶皂素对苎麻原麻干重的影响差异较大。与对照相比，0.1、5.0 mmol/L浓度处理的原麻干重在0.05水平显著下降，分别下降了21.8%、17.6%；2.5 mmol/L浓度处理的原麻干重显著增加，增加了13.3%；其余浓度处理的原麻干重与对照间差异不明显。这与不同浓度茶皂素对叶片干重的影响基本一致。
2.4镉污染土壤中茶皂素对苎麻叶绿素含量的影响
2.4.1镉污染土壤中茶皂素对苎麻叶绿素a含量的影响。
由表2可知，不同浓度茶皂素处理苎麻叶绿素a含量间存在0.01水平显著差异。0.1 mmol/L浓度处理的叶绿素a含量为1.53 mg/g，在0.01水平显著低于对照；1.0、2.0、25 mmol/L浓度处理的叶绿素a含量分别为1.85、1.88、194 mg/g，在0.01水平显著高于对照；其余浓度处理的叶绿素a含量与对照间差异均不显著。由此可见，在低茶皂素浓度（0.1 mmol/L）时苎麻的叶绿素a含量较对照在0.01水平显著下降；在0.5～2.5 mmol/L茶皂素浓度范围，随着处理浓度的增大，苎麻的叶绿素a含量增加，并且在2.5 mmol/L茶皂素浓度时达到峰值；高浓度茶皂素（3.0 mmol/L）时苎麻的叶绿素a含量相比峰值在0.01水平显著下降，与对照含量相当。这说明向重金属Cd污染土壤中添加不同浓度的茶皂素溶液对苎麻叶绿素a含量的影响不一致。添加浓度为2.5 mmol/L茶皂素溶液，可增加苎麻的叶绿素a含量。
2.4.2镉污染土壤中茶皂素对苎麻叶绿素b含量的影响。
由表2可知，不同浓度茶皂素处理苎麻叶绿素b含量间存在0.01水平显著水平差异。0.1、0.5、5.0 mmol/L浓度处理的叶绿素b含量分别为0.75、0.93、0.90 mg/g，与对照间差异不显著；2.0、2.5、3.0 mmol/L浓度处理的叶绿素b含量分别为1.03、1.16、0.99 mg/g，在0.01水平显著高于对照；1.0 mmol/L浓度处理的叶绿素b含量分别为0.97 mg/g，在0.05水平显著高于对照。这说明随着茶皂素浓度的增加，苎麻叶绿素b含量呈上升趋势，当茶皂素浓度达到2.5 mmol/L时苎麻叶绿素b含量达到最大值，而后有下降趋势。 安徽农业科学2015年
2.4.3镉污染土壤中茶皂素对苎麻叶绿素总量的影响。
由表2可知，不同浓度茶皂素处理苎麻叶绿素总量间存在0.01水平显著差异。0.1 mmol/L浓度处理的叶绿素总量为2.42 mg/g，在0.01水平显著低于对照；0.5、1.0、2.0、2.5、3.0和5.0 mmol/L浓度处理的叶绿素总量分别为2.77、2.84、3.24、3.54、2.77、2.74 mg/g，均在0.01水平显著高于对照。这说明不同浓度茶皂素处理的叶绿素总量变化趋势与叶绿素a含量的变化趋势基本一致。在重金属Cd污染的土壤中添加浓度为2.5 mmol/L茶皂素溶液，可在0.01水平显著增加苎麻的叶绿色总量，提升苎麻的光合性能。
3结论
（1）茶皂素通过络合作用络合土壤中重金属Cd，降低重金属Cd的生物有效性。茶皂素上的羧基与Cd2+形成络合物，从而增加重金属污染土壤中Cd2+的洗脱效率。李光德等研究指出，茶皂素溶液的浓度和土壤pH是去除土壤重金属的主要因素。在重金属Cd污染土壤中，茶皂素对苎麻生理生长和干物质积累存在剂量效应，浓度过高或过低均会导致苎麻的叶、籽和原麻干重在0.05水平显著降低。试验中，在0.5～2.5 mmol/L茶皂素浓度范围，随着浓度的增加，苎麻的叶、籽和原麻干重呈上升趋势；在2.5 mmol/L浓度时，苎麻的叶、籽和原麻干重在0.05水平显著增加。因此，在对该类重金属Cd污染的土壤修复中，若选用苎麻作为修复植物，则在施以茶皂素溶液淋洗土壤中重金属Cd时，茶皂素溶液浓度的选择尤为重要。只有适宜的茶皂素浓度才能取得最佳的修复效果。这一结果与陈洁等研究结果一致。
（2）在重金属Cd污染土壤中，茶皂素能有效改善苎麻光合性能。
茶皂素是一种天然非离子型表面活性剂，具有良好的乳化、分散、发泡、湿润等功能，也可以作为天然生物农药使用。在重金属污染土壤中加入茶皂素溶液，可以有效地改善土壤的质地和耕性，给植物生长提供良好的条件，有利于苎麻光合作用。在重金属Cd污染的土壤中，加入浓度为2.5 mmol/L的茶皂素溶液，可显著增加苎麻的叶绿素总量，提升苎麻光合性能，但其具体的作用机理还有待进一步研究。
（3）苎麻修复重金属镉污染土壤具有较强的实用性和较高的经济性。重金属污染土壤修复的焦点莫过于植物修复。而植物修复所必须的两个条件为：一方面，所选植物对某种重金属要有一定的耐性，能在重金属污染土壤中完成整个生育期；另一方面，若要植物吸收有较明显的效果，则必须选择吸收能力强植物，最好是重金属超积累植物。如果选择的修复植物兼有前面两个方面的特点，又具有较大的生物量，那么它对重金属污染土壤修复效果明显。苎麻系多年生草本植物，适应性强，易于种植，且地上部分有很大的生物量。苎麻纤维被广泛应用于纺织业，具有较高的经济价值。同时，苎麻对土壤中的重金属有较好的吸收。该试验选取苎麻作为重金属Cd污染土壤的修复植物，对矿区重金属污染土壤的修复具有指导意义和实践意义。
参考文献
[1]
汪多仁.茶皂素的开发与应用进展[J].江西饲料，2011（2）：25-30.
[2] 卫泽斌，郭晓方，吴启堂.化学淋洗和深层土壤固定联合技术修复重金属污染土壤[J].农业环境科学学报，2010（2）：407-408.
[3] 黄承建，赵思毅，王龙昌，等.干旱胁迫对杂交苎麻脯氨酸积累、膜脂过氧化及抗氧化酶活性的影响[J].中国麻业科学，2013（2）：57-62.
[4] 许英，代剑平，揭雨成，等.镉胁迫下苎麻的生理生化变化与耐镉性的关系[J].中国麻业科学，2006，28（6）：301-305.
[5] 代剑平，揭雨成，冷鹃，等.镉污染环境中镉在苎麻植株各部分分布规律的研究[J].中国麻业，2003，25（6）：279-282.
[6] 李榜江.贵州山区煤矿废弃地重金属污染评价及优势植物修复效应研究[D].重庆：西南大学，2014.
[7] 李榜江，王龙昌，龙明忠，等.极端酸性条件下蜈蚣草对重金属污染环境的修复效应[J].水土保持学报，2013，27（5）：183-187.
[8] 刘春早，黄益宗，雷鸣，等.湘江流域土壤重金属污染及其生态环境风险评价[J].环境科学，2012（1）：260-265.
[9] 吴志强，顾尚义，李海英.城市污泥用于铅锌矿区重金属污染修复的试验研究[J].安全与环境工程，2012，19（4）：49-53.
[10] 张宪政.植物叶绿素含量测定-丙酮乙醇混合法[J].辽宁农业科学，1986（3）：26-28.
[11] 黄承建，赵思毅，王龙昌，等.干旱胁迫对苎麻光合特性和产量的影响[J].中国麻业科学，2012，34（6）：273-277.
[12] 陈洁，杨娟娟，周文军.皂角苷增强洗脱复合污染土壤中多环芳烃和重金属的作用及机理[J].农业环境科学学报，2010，29（12）：2325-2328.
[13] 李光德，张中文，敬佩，等.茶皂素对潮土重金属污染的淋洗修复作用[J].农业工程学报，2009（10）：231-235.
[14] 郭 霞，许荣年，秦志荣.新型非离子表面活性剂茶皂素的研究进展[J].中国洗涤用品工业，2011（2）：43-46.
[15] 陈怀满.环境土壤学[M].2版.北京：科学出版社，2005.