ALA协同PASP强化伴矿景天提取土壤重金属Cd的研究

摘要 ［目的］探究5-氨基酮戊酸（ALA）协同螯合剂聚天冬氨酸（PASP）增强伴矿景天提取土壤Cd的最佳条件。［方法］通过盆栽试验，伴矿景天种植于Cd污染土壤（总Cd  0.68 mg/kg）中，且在移栽45 d后开始浇灌不同添加浓度的PASP（3、6、12 g/kg，分别等分为3次使用，2～3次使用的间隔时间分别为15、30 d）；ALA（25 mmol/L）于PASP处理后第3天灌施，按不同的施用次数（0、1、2、3）处理，间隔时间同PASP处理。分析伴矿景茎长、地上部生物量、Cd含量和Cd提取量，建立各指标之间的相关性并拟合生物量和Cd提取量与PASP施用量、ALA使用次数的预测模型。［结果］ALA协同中等剂量（6 g/kg）PASP连续3次的施用能显著提高伴矿景天茎长、地上部生物量、地上部分Cd含量和Cd提取量；线性回归显示PASP施用量和ALA施用次数是地上部分生物量和Cd提取量的关键影响因子；地上部分Cd提取量在PASP施用量为6 g/kg协同ALA 3次连续使用时达到最大，为1.09 g/盆，是CK提取量的2.79倍；地上部分生物量、茎长与ALA施用次数呈显著正相关，而与PASP施用量呈显著负相关。［结论］研究结果揭示了ALA协同PASP在强化伴矿景天提取土壤Cd具有重要意义，且需选择合适的配比和施用次数。

关键词 重金属；5-氨基戊酮酸；聚天门冬氨酸；伴矿景天；Cd

中图分类号 X53  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）03-0047-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.03.012

Study on Polyaspartic Acid（PASP） and 5-Aminovaleric Acid （ALA） to Enhance Extraction of Heavy Metal Cd from Soil by Sedum plumbizincicola

Abstract ［Objective］To explore the optimal conditions for enhancing the extraction of soil Cd from S. plumbizincicola by synergistic chelating agent polyaspartic acid （PASP） with 5-aminopyruvic acid （ALA）.［Method］ A pot experiment was conducted to plant S. plumbizincicola in Cd contaminated soil （total Cd 0.68 mg/kg）. After 45 d of transplanting， PASP was applied in different doses within 45 days： total application mounts of 3，6 and 12 g/kg （base on a dry soil） were equally divided into 1-3 applications， respectively， and the time intervals of 2-3 applications were 15， 30 days. ALA （25 mmol/L） was applied on the third day after each PASP treatment， and treated according to different application times （0，1，2，3）. The interval time was the same as that of PASP. The stem length， biomass， Cd content and amount of Cd extracted from aboveground part of S. plumbizincicola were analyzed， in addition to the correlation between the indexes was established，and fitted the prediction model of biomass and Cd extraction amount on PASP application rate and ALA use times.［Result］ALA combined with medium dose （6 g/kg） of PASP for three consecutive times could significantly increase the stem length， aboveground biomass， Cd content and extraction amount of S. plumbizincicola.Linear regression showed that PASP application rate and ALA application times were the key influencing factors of aboveground biomass and Cd extraction amount.The highest value of Cd extracted from aboveground part was 1.09 g/por when applying PASP in 6 mg/kg，which was 2.79 times higher than CK when it was used 3 times in combination with ALA.The aboveground biomass and stem length were significantly positively correlated with the application times of ALA， but negatively correlated with the application amount of PASP.［Conclusion］The results reveal that ALA assisted PASP had important significance in enhancing the extraction of soil cadmium by S. plumbizincicola， and it was necessary to choose the appropriate combination mode.

Key words Heavy metals;5-aminol-vulinic acid（ALA）;Polyaspartic acid （PASP）;Sedum plumbizincicola;Cd

随着“石油”农业的兴起和工业化步伐加快导致我国土壤重金属污染日趋严重，土壤治理技术备受关注。植物修复技术是采用重金属超富集植物富集、回收土壤中的重金属，具有成本低、绿色、环保等优势，该技术已得到广泛的认可和应用［1］。伴矿景天（Sedum plumbizincicola），一种景天科植物，具有修复不同程度 Zn、Cd 污染土壤的功效，其富集能力强、生长周期短、适于刈割等特性［2-3］ 。单一种植超富集植物修复重金属污染土壤一般因效率低则需要更长的时间，众多的研究显示重金属富集植物与螯合剂配合使用可大大增加植物对重金属的富集效率［4-5］，其中螯合剂的施用量是影响富集效率的重要因素，过量的螯合剂不仅不能增效反而对植物是一种环境胁迫［6-8］，因此如何平衡金属富集植物与螯合剂之间的矛盾对植物-化学联合技术在修复土壤重金属污染中显得至关重要。

一些植物生长调节剂通过改变植物生理生化过程从而达到调控植物生长发育的目的，尤其在逆境胁迫条件下能继续保持植物生长发育是非常有必要的［9］。马旭东等［10］研究认为聚天冬氨酸锰（Ⅱ）可增强干旱胁迫下小叶苦苣抗氧化能力，从而维持小叶苦苣正常生长发育；袁江等［11］研究表明可生物降解螯合剂谷氨酸N，N-二乙酸（GLDA）和植物激素可增强植物修复重金属污染土壤的能力。张熹等［12］研究发现赤霉素（GA3）和乙二胺四乙酸（EDTA）可协同促进黑麦草对Cd的提取和富集，同时GA3可在一定程度上缓解EDTA和Cd对黑麦草的伤害。5-氨基酮戊酸（ALA）是一种环境友好的植物生长促进剂，通过改善植物光合作用、增加抗逆性，强化碳氮积累和生物量。孙阳等［13］揭示叶面喷施适宜浓度的ALA可以缓解低温胁迫对玉米幼苗的损伤；吕婷婷等［14］研究表明ALA能够有效缓解盐胁迫对菘蓝种子萌发及幼苗生长的伤害，提高植株的抗盐性。农业上聚天冬氨酸（PASP）可作为植物生长调节剂、土壤改良剂和金属螯合剂，增强重金属从土壤向植物转移，提高土壤修复效率［15］。张鑫等［16］在盆栽模拟试验中发现，适宜浓度的PASP对玉米修复重金属污染土壤有明显的强化作用，过量使用PASP对玉米产生毒害。适量的ALA不仅促进植物生长、增加生物量，还能增加作物的抗逆性，PASP可改变土壤重金属Cd的形态从而强化植物对重金属的吸收，伴矿景天对金属Cd的富集能力较好，然而ALA-PASP协同伴矿景天的精准技术还未建立。该试验拟利用 PASP 强化伴矿景天对Cd的提取，同时用ALA促进生长，从而尽可能保障伴矿景天的最大Cd提取量，为此设计不同PASP施用量和ALA使用次数作为因变量，考察伴矿景天茎长、地上部分生物量、地上部分Cd提取量等参数，并拟合生物量和Cd提取量与PASP施用量和ALA使用次数的预测模型，以期为Cd污染土壤的修复提供方法参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

聚天冬氨酸（PASP，98%，分子量4 000 D，分析纯）、5-氨基酮戊酸（ALA，98%，分析纯）购置于阿拉丁生化科技股份有限公司。

供试重金属污染土壤采自四川达州郊区一钢铁厂污染区周边闲置土，土壤pH为6.18，有机质含量为20.6 g/kg，全氮、全磷、全钾、全镉含量分别为1.91、0.51、14.30、0.68 g/kg。将采集表层0 ～15 cm的土壤样品置于自然通风处晾干过2 mm筛，每盆装土4.5 kg，基肥使用量（以土干重计算）N 200 mg/kg、P2O5 100 mg/kg和K2O 100 mg/kg，施用方式按照比例将CO（NH2）2、（NH4）2HPO4、K2SO4与土充分混合，室温内放置7 d备用。

供试伴矿景天采用扦插分枝育苗，种苗采自四川省达州市郊区一铁矿矿区，于特色植物开发研究四川省高校重点实验室植物生长室培养，温度 25 ℃（光照）/18 ℃（黑暗），相对湿度60%～70%，光照时间16 h，光强为1.5×104 lx。育苗培养基采用蛭石-草炭土混合物（蛭石∶草炭土=1∶2），每隔7 d浇1次Hoagland 营养液，待分枝苗长出 3～4片叶后选择大小一致、长势良好的幼苗移栽入盆。

1.2 试验设计与实施

盆栽试验于 2020年 3 月至 2021年 7月在特色植物开发研究四川省高校重点实验室盆栽场进行。试验采取完全设计，共13个处理（表1），分别是CK（空白对照组）；45 d 内将PASP分3次浇灌到土壤中，PASP低施用量3 g/kg（土壤干基计算），配合ALA使用0～3次，分别为L0～L3；PASP中施用量6 g/kg，配合ALA使用0～3次，分别为M0～M3；PASP高施用量 12 g/kg，配合ALA使用0～3次，分别为H0～H3；所有试验调节剂的浓度均为25 mmol/L，每个处理重复3次，随机组排列。2020年3月16日移植伴矿景天，每盆种3株，采用三角点布局。

每天浇2次水，早晚各1次，保持土壤持水量为最大持水量的60%～70%，苗移栽后30 d（2020年4月16日）追加一次肥，施用量为基肥的1/3，移栽后45 d左右（2020年5月1日）开始试验3次处理：PSAP 配成溶液冲施，每次使用PSAP总量的1/3，随后第3天浇灌ALA，第1次处理后15 d进行处理第2次，第2次处理30 d以后进行处理第3次，每次每盆浇灌500 mL溶液，第3次浇灌后15 d 测量茎长，采集样品。

1.3 采样与分析

收获时用刀沿植株基部割地上部分，同时挖出其根部。地上部分分别用自来水、去离子水各洗涤2～3次，吸干水分，称量鲜重，随后将叶和茎分离；根部用超声波清洗除去表面的泥土、20 mmol/L  EDTA 溶液萃取15 min 除去根表面的离子、随后用去离子水漂洗2～3次，最后用吸水纸将根表面的水吸干。然后将根、茎、叶置于烘箱内 105 ℃，保持30 min 后75 ℃ 烘干至恒重，然后用粉碎机磨碎、过 70 目筛，HNO3-HClO4消化，原子吸收分光光度法测定Cd浓度。