花卉植物對Cd、As、Pb污染農田的修復及其精油應用

曹斐姝 涂春艷 張超蘭 呂保櫻 朱紅祥 宋海農 陳冠益 廖長君

摘 要：? 為提高植物修復的經濟價值，該文選取孔雀草、波斯菊和矢車菊三種附加值較高的花卉植物，考察其對廣西某礦區Cd、As、Pb復合污染農田的修復潛力，測定分析三種花卉植物對重金屬的富集和轉運能力，并從修復后植物的地上部提取精油，研究植物精油對病原菌埃希氏大腸桿菌（Escherichia coli）、金黃色葡萄球菌（Staphyloccocus aureus）、傷寒沙門氏菌（Salmonella typhimurium）的生長抑制效果，進一步探索植物精油作為洗手液添加劑的應用能力。結果表明：（1）試驗區域內土壤污染嚴重，Cd、As全量超過風險管制值，Pb全量超過風險篩選值，屬于Cd、As、Pb重度污染。（2）選取的三種花卉植物均可在試驗區域較好地生長，其中孔雀草和波斯菊對Cd、Pb的富集與轉運能力較強，對As的富集能力最弱但轉運能力較強。與孔雀草和波斯菊相比，矢車菊除對Cd的轉運能力較強外，對其他重金屬的富集和轉運能力均較弱。三種植物重金屬富集能力大小排序為孔雀草>波斯菊>矢車菊，不同花卉對重金屬富集偏好順序依次為Cd>Pb>As。（3）從修復后的植物地上部提取精油進行研究分析發現，孔雀草精油對三種病原菌都具有良好的生長抑制效果（<10 CFU·mL-1），且孔雀草體內富集的重金屬并未影響精油中的重金屬含量。另外，添加了孔雀草精油的洗手液，對金黃色葡萄球菌的生長抑制效果可延長至480 min。因此，孔雀草不僅可作為重金屬復合污染農田的修復植物，而且修復后還可從植物體內提取精油作為抑菌劑。該研究結果為修復后重金屬富集生物質的新型資源化利用提供了理論基礎。

關鍵詞： 重金屬復合污染， 農田， 植物修復， 植物精油， 抑菌

中圖分類號：? Q948

文獻標識碼：? A

文章編號：? 1000-3142（2021）12-2033-10

收稿日期：? 2021-04-07

基金項目：? 中國博士后科學基金（2020M673549XB）; 南寧市優秀青年科技創新創業人才培育項目（RC20180204）; 廣西重點研發計劃項目（AB18281002） [Supported by China Postdoctoral Science Foundation （2020M673549XB）; Nanning Excellent Young Scientist Program （RC20180204）; Guangxi Key Research and Development Plan Program （AB18281002）]。

作者簡介： 曹斐姝（1987-），博士，主要從事土壤生物修復技術研究，（E-mail）feishu.cao@hotmail.com。

通信作者：? 廖長君，博士，高級工程師，主要從事環境修復技術研究，（E-mail）465274933@qq.com。

Phytoremediation of Cd， As， Pb contaminated farmland

by flower plants and extracted essential oil application

CAO Feishu1，2， TU Chunyan1， ZHANG Chaolan3， L Baoying4， ZHU Hongxiang1，

SONG Hainong1， CHEN Guanyi2， LIAO Changjun1*

（ 1. Guangxi Bossco Environmental Protection Technology Co.， Ltd.， Nanning 530007， China; 2. School of Environmental Science

and Engineering， Tianjin University， Tianjin 300072， China; 3. School of Resources， Environment and Materials， Guangxi

University， Nanning 530004， China; 4. Medicine College， Guangxi University of Science and Technology， Liuzhou 545006， Guangxi， China ）

Abstract：? To improve the economic value of phytoremediation， three flower plants i.e. Tagetes patula， Cosmos bipinnata and Centaurea cyanus were chosen in this study to investigate their remediation and reutilization potentials. The pilot-scale experiments were carried out in Cd， As and Pb contaminated farmland near the mining area in Guangxi. The metal amounts， bioconcentration factor （BCF） and biotranslocation factor （BTF） of three flower plants towards Cd， As and Pb were analyzed and calculated. In order to develop a novel reutilization method of the harvested plants， the essential oil was extracted from the aboveground biomasses. The inhibitory effects of plant essential oil on the growth of pathogenic bacteria were studied， and the? antibacterial effects of the oil as well as in the sanitizer were also investigated. The results were as follows：? （1） The studied area was heavily polluted. Cd and As contents in the soil were above risk intervention values， whereas Pb content was above risk screening value. It indicated that the area was at high-level of soil contamination risk by Cd， As and Pb. （2） The studied three flower plants had good resistance to high-level contamination of Cd， As and Pb in the soil. Tagetes patula and Cosmos bipinnata extracted higher contents of Cd and Pb from the soil， whilst Cosmos bipinnata showed the lowest metal enrichment amounts. These flower plants? possessed high level of BCFs and BTFs towards Cd， moderate level for Pb， but the lowest level for As. In general， the metal extraction ability of three flower plants? in descending order was Tagetes patula > Cosmos bipinnata > Centaurea cyanus， and the metal enrichment preference was Cd>Pb>As. （3） The Tagetes patula oil was found to have a good inhibition effect （<10 CFU·mL-1） towards Escherichia coli， Staphyloccocus aureus and Salmonella typhimurium. Given the high metal accumulation in Tagetes patula， no significant amounts of metals were detected in the extracted oil. It also prolongated the antibacterial effect of the sanitizer as long as 480 min. Therefore， Tagetes patula is not only preferred in the phytoremediation of metal-contaminated farmland， but also the? essential oil extracted from the harvested biomasses can be developed as an antibacterial agent. This study provides the theoretical basis for the novel reutilization of metal-concentrated plants harvested from the phytoremediation.

Key words： heavy metal contamination， farmland， phytoremediation， essential oil， antibacterial

廣西擁有豐富的礦產資源，是我國有色金屬礦產資源重要產地之一。然而，由于礦業活動頻繁，因此重金屬污染問題尤為突出，特別是刁江流域的南丹縣、金城江區和都安瑤族自治縣地區，大部分冶煉企業周邊土壤中As、Cd、Pb、Zn等重金屬污染情況嚴重（周永章等，2005）。土壤中重金屬含量超標導致大廠鎮、車河鎮存在較高生態風險，嚴重影響農產品質量安全（鐘雪梅等，2016）。2016年5月國務院發布《土壤污染防治行動計劃》（“土十條”），明確實施農用地分類管理，按照污染程度將農用地劃分為三個等級，即輕度、中度和重度污染區。根據不同污染區污染程度和特征差異，采取對應的修復策略和修復技術，以保障農業生產環境安全，改善區域土壤環境質量，實現污染農用地的安全利用。相較于傳統的物理化學修復方法，植物修復具有成本低、環境友好、土壤擾動小、易于大面積推廣等優勢，在解決農田污染問題時廣受關注（白向玉等，2010;王靜和劉如，2019）。

目前，研究的重金屬修復植物普遍存在經濟價值低、生長速度緩慢、生物量低等特點（劉家女等，2006）。蜈蚣草、東南景天等超積累植物對重金屬積累的專一性，制約了其在復合重金屬污染修復中的應用（陸成云等，2015）。劉家女等（2006）研究表明，紫茉莉、鳳仙、金盞菊和蜀葵四種花卉植物對重金屬Cd、Pb單一污染及Cd-Pb復合污染都表現出較強的耐受性和積累性，當土壤中Cd濃度為100 mg·kg-1時，四種花卉植物的地上部重金屬含量超過Cd超積累植物的臨界標準值100 mg·kg-1兩倍。李翠蘭等（2010）研究發現，當土壤中Pb濃度為0～1 000 mg·L-1時，紫茉莉、紫花玉簪和鴨跖草地上部Pb含量和富集系數均顯著高于其他花卉植物，表現出了較強的重金屬積累能力，具有重金屬超積累植物的特征?；ɑ茏鳛橐环N觀賞性較強的植物，對重金屬具有一定的耐受和富集能力（陸成云等，2015）。利用花卉植物對污染農用地進行種植結構調整，可較好地實現生態環境和經濟效益的統一（劉家女，2008;邵澤強等，2010）。因此，對經濟價值高、生長速度快的花卉植物進行篩選，考察其對復合重金屬的修復能力是本研究的重要目標之一。

植物修復后會產生大量的重金屬富集植物生物質，如何對這些生物質進行安全處置是目前植物修復領域面臨的共同難題。雖然可利用傳統方法如焚燒、熱解等進行減量化處置，但存在處置費用高、飛灰中重金屬超標、二次污染潛在風險大等問題（劉維濤等，2014）。新興生物質資源化利用技術如植物冶金、熱液改質、超臨界水技術等，大多處于實驗室研究階段，由于缺乏規?；a工藝及設備，因此其在應用推廣方面受限（李寧等，2005）。植物次生代謝產生的精油含有豐富的化學成分如萜烯類、醇類與酮類等，具有抑菌、抗氧化等效果，已在醫藥、食品等行業廣泛應用（賈會玲等，2018）。精油提取使用的蒸餾法、壓榨法、有機溶劑萃取法等，在提取工藝及相關設備方面已具備產業化條件（王爽等，2020）。然而，環境氣候、土壤理化性質、植物本身特性等因素均會影響植物精油質量，尤其作為修復植物，體內富集的重金屬是否影響精油的功能效果目前尚未得知。

本研究根據試驗區氣候及植物生長條件，選取生長周期短、花期長、觀賞性強且具有藥用價值的菊科草本花卉植物孔雀草（Tagetes patula）、波斯菊（Cosmos bipinnata）和矢車菊（Centaurea cyanus）。本研究基于田間試驗探索了三種花卉植物對重金屬的富集及轉運能力，從修復后的重金屬富集植物體內提取精油，考察精油的重金屬含量及抑菌效果，以期為修復后重金屬富集植物的資源化利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗地點位于廣西南丹縣五一礦下游的某廢棄農田，試驗區河對岸為停產的鉛鋅選礦廠。根據2017年10月對該地塊的土壤污染調查結果，土壤pH為4.45～6.25，呈酸性，土壤質地為粉質黏土，有機質含量為22.17 g·kg-1。試驗區域污染物為Cd、As、Pb，平均含量為4.17、686.53、218.70 mg·kg-1。參照《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618-2018），該區域土壤中Cd、As全量超過風險管制值1.4倍和3.6倍，Pb全量超過風險篩選值1.7倍。

南丹縣年均氣溫18.9 ℃，年均降雨量1 152.8 mm，屬南亞熱帶山地氣候，其特點是氣溫低、雨量多、光照少、濕度大。植被主要類型：原生植被，以天然常綠闊葉林和落葉散生林等140多個林種為主;次生植被，主要以生長在常綠闊葉林下或荒地上的各類蕨類植物、藤本植物和草本植物等190多個草種為主;人工植被，主要以農作物和杉木、馬尾松、油桐、油茶、水果為主，多分布于丘陵、中低山和巖溶洼地地區。

1.2 三種花卉植物對重金屬污染農田的修復試驗

1.2.1 試驗區劃分及樣品采集 在廢棄農田內選取面積約1 333 m2的區域作為試驗區，并劃分為3個小區，每個小區面積約466 m2，采取梅花采樣法，對不同小區內的土壤進行采樣收集。土壤樣采集深度為0～20 cm，混合后裝于塑封袋?？兹覆?、波斯菊和矢車菊種子購于瑞尚種業。2019年4月中下旬，分別種植于3個試驗小區，間距為1 m × 1 m，施肥及田間管理按照花卉培育習慣。60 d后，根據前期的土壤采樣點，盡量按點對點的方式對花卉進行采樣收集，每種花卉處理設置3個重復。采集整株花卉樣品，包括地上部和地下部，采樣過程中盡量保證根的完整性，小心抖落土壤后裝入塑封袋保存。

1.2.2 樣品處理及測定 采集的土壤樣品置于干燥通風處自然風干，混合均勻后分別過20目篩和100目篩保存待測。采用電位法（NY-T 1377-2007）測定土壤pH，采用重鉻酸鉀法（GB 9834-1988）測定土壤有機質，采用石墨爐原子吸收分光光度法（GB/T 17141-1997）測定土壤Cd、Pb全量，采用原子熒光光度法（GB/T 22105.2-2008）測定土壤總As，采用DTPA浸提法（GB/T 23739-2009）測定土壤中有效態Cd、Pb，采用NaH2PO4浸提法（DB35/T 1459-2014）測定有效態As。

采集的花卉樣品先用自來水洗去塵土和夾雜物，再用去離子水清洗3次以上;置于105 ℃恒溫烘箱殺青1 h，接著60 ℃烘干至恒重后置干燥皿內冷卻;分別取樣品地上和地下部，粉碎研磨過100目篩，混勻后貯于試樣瓶中待用（劉家女等，2007）?；ɑ軜悠分亟饘倮鄯e量參照食品中重金屬的測定方法，即采用石墨爐原子吸收光譜法測定Cd和Pb（GB 5009.15-2014、GB 5009.12-2017），采用電感耦合等離子質譜儀法測定As（GB 5009.11-2014）（徐蒙蒙，2018）。

1.2.3 土壤污染程度評價 土壤污染程度評價采用單項污染指數法，反映污染物超標倍數和污染程度。計算公式如下：

Pi=CiSi（1）

式中：Pi為土壤中重金屬i的單項污染指數;Ci為土壤中重金屬i的全量（mg·kg-1）;Si為《食用農產品產地環境質量評價標準》（HJ 332-2006）中的土壤環境質量評價指標限值（mg·kg-1）。 Pi≤0.7時，污染等級為 1，表示土壤清潔;0.7

3.0，表示土壤重度污染，且 Pi值越大污染越嚴重（曲豪杰等，2020）。1.2.4 植物修復能力評價 通過計算植物轉運系數（BTF）和富集系數（BCF）可以定量評價植物修復能力。BTF表示植物從地下部向地上部轉運重金屬的能力，植物富集系數表明植物從周圍環境中積累金屬到組織中的效率（Stoltz & Greger， 2002;曲豪杰等，2020）。植物轉運和富集系數計算公式（路暢等，2010）如下：

植物轉運系數（BTF）=地上部重金屬累積量地下部重金屬累積量（2）

植物地上部/地下部富集系數（BCF）=地上部/地下部重金屬累積量土壤重金屬累積量（3）

式中，重金屬累積量單位為mg·kg-1。

1.3 植物精油提取及應用性能測試

1.3.1 精油提取 收集的花卉地上部采用水蒸氣蒸餾法提取精油。準確稱取150 g花卉植物莖葉，剪碎并置于1 000 mL圓底燒瓶中，加入500 mL去離子水浸沒剪碎的原料。180 ℃下恒溫加熱，在第一滴揮發油滴出時開始計時，沸騰2 h后，結束蒸餾。停止加熱后，將收集到的揮發油靜置1 h，待油水分離后，收集油水分離器中上層液體即粗油。向粗油中加入無水硫酸鈉，除去殘余水分。利用減壓蒸餾裝置將干燥后的粗油進行濃縮，直到蒸餾瓶中液體不再變化時，蒸餾瓶中所得液體即為提取的精油（李健等，2010）。精油中重金屬含量測定方法參照食品中重金屬測定方法（具體見1.2.2）。

1.3.2 精油抑菌性能測試 提取后精油的抑菌性能測試采用平板計數法（胡文杰等，2019）。接種環分別取埃希氏大腸桿菌（Escherichia coli）、金黃色葡萄球菌（Staphyloccocus aureus）、傷寒沙門氏菌（Salmonella typhimurium），劃線接種于經滅菌的營養瓊脂培養基斜面試管中，接種完成的試管用膠塞封口并用封口膜密封，于36 ℃生化培養箱中培養48 h。分別按說明書配制三種菌對應的培養基：MCA培養基（大腸桿菌）、BP培養基（金黃色葡萄球菌）、BS培養基（傷寒沙門氏菌），以每個培養皿含10～15 mL培養基。每種菌用接種環各取1～2環，分別接種于含有10 mL滅菌生理鹽水無菌試管中，混勻后按103、104、105倍梯度稀釋。每種菌液按相同稀釋梯度設置精油和無菌水2個處理，即在冷卻后的培養基中分別加入0.1 mL菌液與0.2 mL精油，涂抹均勻，并設置空白對照（無菌水）（王曉飛，2005）。接種好的培養皿在生化培養箱中36 ℃倒置培養24 h后，利用細菌平板菌落計數法進行菌落計數。

1.3.3 精油抑菌應用效果測試 取0.8 mL精油作為輔料加入200 g無抑菌效果洗手液中，以無抑菌效果洗手液作為空白對照，無抑菌效果洗手液均經過121 ℃、15 min滅菌處理。將試驗處理樣品置于敞開空氣中，每120 min取1～2 g樣品，持續480 min取樣分析。選取稀釋度為104的菌液進行抑菌活性實驗，即取0.2 mL洗手液樣品與0.1 mL金黃色葡萄球菌菌液混合均勻涂布于培養基上，培養24 h后，按照細菌平板菌落計數法進行菌落計數。實驗重復3次，結果取平均值。

1.4 數據分析與處理

利用SPSS 16.0軟件進行單因素方差（ANOVA）和最小顯著差數法（LSD）對實驗數據進行分析和顯著性檢驗（P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 試驗區土壤重金屬污染情況

3個小區的土壤pH為5.6～5.8，有機質平均含量為25.5 g·kg-1。如表1所示，土壤中Cd、As、Pb全量分別為4.82、685.60、246.89 mg·kg-1，有效態分別為2.56、20.96、62.93 mg·kg-1。其中，有效態Cd、Pb占其全量的比例較高，分別為53%、25%。由表1可知，土壤中各重金屬有效態與其全量并非呈正比關系。根據重金屬全量的均值計算單項污染指數，結果表明花卉種植區域中Cd、As、Pb的Pi值均≥3.0，達到重度污染水平。其中，As的污染指數Pi值最高（為17），表明試驗區域土壤As污染最嚴重。

2.2 試驗區花卉植物修復能力

2.2.1 花卉植物地上部/地下部重金屬累積量 由圖1可知，不同花卉植物地上部、地下部對重金屬Cd、As、Pb的累積量不同（P<0.05）?？兹覆莸厣喜繉d、As、Pb三種重金屬的累積量最高，其中對Cd和Pb的累積量在14 mg·kg-1以上;其次為波斯菊地上部，對Cd、Pb的累積量均為7.57、8.2 mg·kg-1;矢車菊地上部對三種重金屬的累積能力最弱，累積量均在1 mg·kg-1左右。三種花卉植物地下部對Pb的累積量最高，其中孔雀草、波斯菊地下部的累積量均在30 mg·kg-1以上;其次為Cd，波斯菊和孔雀草地下部的Cd累積量約為12 mg·kg-1;對As的累積量最低，約為1.75 mg·kg-1。綜上，不同花卉植物對三種重金屬的累積量大小依次為孔雀草>波斯菊>矢車菊，其中孔雀草和波斯菊對Cd、Pb的積累量較高。

2.2.2 花卉植物對重金屬的轉運和富集能力 如表2所示，三種花卉植物對Cd、As、Pb的富集能力具有顯著性差異（P<0.05），且富集系數越大，表明花卉植物對重金屬的富集能力越強。由表2可知，孔雀草和波斯菊對Cd的富集能力較強（BCF>1），其中孔雀草地上部、地下部對Cd的BCF均在2以上，表明孔雀草對Cd的富集能力最強;除波斯菊地上部對Pb的BCF大于1以外，其余均小于0.2，表明僅波斯菊地上部對Pb的富集能力較強;三種花卉植物地上部、地下部對As的BCF均在0.01以下，表明三種花卉植物對As的富集能力最弱;矢車菊對三種重金屬的BCF均小于0.5，說明矢車菊對重金屬的富集能力最弱。因此，三種花卉植物重金屬富集能力大小排序為孔雀草>波斯菊>矢車菊。

植物轉運系數越大表示植物將重金屬從根部向地上部的轉運能力越強（Stoltz & Greger，2002）。由表2可知，重金屬轉運系數隨植物種類和重金屬類型的不同而變化?？兹覆輰Ω髦亟饘俎D運系數的大小順序為As>Cd>Pb，其中Cd、As的轉運系數均大于1，表示孔雀草對Cd、As有較強的轉運能力;波斯菊對各重金屬轉運系數的大小順序為As>Cd>Pb，其中僅As的轉運系數大于1，表示波斯菊對As有較好的轉運能力;矢車菊對三種重金屬的轉運系數均小于1，表明矢車菊對三種重金屬轉運能力較弱。另外，三種植物對Pb的轉運系數均在0.5左右及以下，說明所選花卉植物對Pb的轉運能力相對較弱。因此，三種花卉植物對重金屬的轉運能力大小排序為孔雀草>波斯菊>矢車菊。

2.3 精油抑菌性能分析

對三種花卉植物同時進行精油提取試驗，由于結果發現僅孔雀草莖葉可提取精油，因此后續試驗的開展以孔雀草精油為研究對象?？兹覆菥椭兄亟饘俸繙y定結果如表3所示，孔雀草精油中重金屬基本未檢出，表明植物體內累積的重金屬并未影響精油中的金屬含量。

孔雀草精油對埃希氏大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、傷寒沙門氏菌的抑菌效果如表4所示，未經涂布的空白培養基無菌落生長，表明實驗過程未引入外源雜菌。隨著菌液稀釋濃度的增加，對照組（無菌水）中三種細菌的菌落數逐漸減少;在菌液稀釋倍數最低（103）時，對照組中三種細菌的菌落數均>100 CFU·mL-1，而實驗組（孔雀草精油）中的菌落數均<10 CFU·mL-1，表明孔雀草精油對三種病原菌的生長活性均具有顯著的抑制效果。

2.4 精油應用性能分析

選用金黃色葡萄球菌考察孔雀草精油作為洗手液抑菌添加劑的應用效果，結果如表5所示。在480 min的放置時間內，空白組與實驗組中的菌落數均呈現上升的趨勢，其中空白對照組的菌落數由（53±5）CFU·mL-1增加至（1 036±25）CFU·mL-1; 而添加孔雀草精油的實驗組中，雖然菌落個數由初始值（4±2）CFU·mL-1增加至（86±9）CFU·mL-1，但數量明顯低于空白對照組。因此，將孔雀草精油添加到洗手液中后，有助于延長洗手液抑菌效果的持續時間。

3 討論

3.1 花卉植物的重金屬修復能力

本研究選取的三種花卉植物均可在Cd、As、Pb重度污染土壤上較好地生長，說明其對Cd、As、Pb復合污染土壤具有較強的耐受性。植物對重金屬的耐受機制包括對重金屬的解毒和轉運兩大作用體系，其中對重金屬的解毒主要通過螯合、硫代謝響應、抗氧化等作用來實現（張軍和束文圣，2006）。植物體對重金屬的轉運源自其根部細胞組織與重金屬結合位點的相似性，重金屬以化合物形式進入植物根部，受蒸騰作用的影響，重金屬化合物由地下部轉移至地上部（Chaney et al.， 1997）?？兹覆葜参锛毎麅鹊膸€基化合物對重金屬Cd有很強的親和力，形成Cd-低分子巰基化合物復合體，從而減少胞質中游離的重金屬，并以Cd-SH形式運輸到液泡中進行區室化，降低重金屬對孔雀草的毒性（王明新等，2014;韓淑梅，2018）。波斯菊在重金屬Cd的脅迫下，體內超氧化物歧化酶（SOD）活性增強，提高了活性氧的清除效率，避免產生過氧化傷害，從而增強了波斯菊對Cd脅迫的耐受性能（劉翰升等，2020）。

本研究結果表明，三種花卉植物對重金屬Cd、As、Pb富集和轉運能力均不同，其中孔雀草和波斯菊對Cd、Pb的累積量較高，矢車菊對三種重金屬的富集與轉運能力最低，這與蔣興一等（2017）的研究結果一致。影響植物吸收累積重金屬的因素，主要包括土壤條件、重金屬形態、其他元素的協同/拮抗作用和植物種類等。根據BCR形態分析方法，土壤重金屬形態主要有弱酸提取態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化態和殘渣態，其中能被生物吸收利用或產生毒害效應的形態（有效態）主要指弱酸提取態和碳酸鹽結合態（李亮亮等，2008;周衛紅等，2017）。相同總量的重金屬形態分布不同，其生物效應和環境效應差異很大（王瑩雪等，2014）。本研究中，雖然土壤中重金屬Pb的總量超過Cd的60倍，但Cd有效態的占比卻高于Pb有效態的占比。除波斯菊地上部以外，不同花卉植物地上部、地下部對Cd的累積量均大于Pb的累積量，表明三種花卉植物對重金屬的累積量與重金屬有效態有一定的關系。目前，對重金屬Cd和Pb相互作用的研究認為，土壤Cd雖會降低植物對Pb的吸收，但土壤Pb可促進植物對Cd的吸收。由于Pb的高電負性，易與土壤中的Fe、Al、Mn氧化物形成共價鍵，因此土壤中的Pb很難被植物吸收（楊小琴，2008）。

孔雀草的地上部、地下部對Cd富集系數均高于2，表明孔雀草對Cd有很強的富集作用?？兹覆莞績壬毦谏L代謝過程中可產生多種琥珀酸、草酸等有機酸，活化土壤中的Cd，從而增加孔雀草對Cd的吸收（張萌萌，2020）。在本研究中，三種花卉植物對As的富集系數較低（<0.1），可能與土壤中P（V）的互相拮抗作用相關。植物在有氧條件下，主要以主動吸收的方式從土壤中吸收As（V），并且可能與P（V）共用同一個吸收系統（Meharg & Macnair， 1990）。因此，植物能夠通過增加體內的磷含量抑制對As的吸收（Meharg & Macnair， 1991）。

不同種類植物在重金屬脅迫條件下，其發育情況會受到影響?？兹覆萦酌珉S土壤中Pb含量的升高，根冠比逐漸下降，根長變短（楊小琴，2008）。隨著土壤中Cd質量濃度的增加，波斯菊的根長、芽長和根表面積、根體積均呈先上升后下降的變化趨勢（劉翰升等，2020）。植物修復過程中，植物地上部對污染物積累和去除較為重要，根冠比越小越利于地上部生物量的積累，并有利于污染物的去除。據此推斷，土壤重金屬含量對試驗花卉植物的發育情況有所影響，從而導致生物量、根冠比等發生變化，造成花卉植物對重金屬的富集能力隨之波動。低濃度Cd污染水平（< 40 mg·kg-1）有利于百日草、萬壽菊、矢車菊的生長，隨著土壤中Cd濃度水平的增加（5～80 mg·kg-1），三種植物對土壤中Cd的富集量與Cd污染水平呈正相關（蔣興一等，2017）。

3.2 修復后花卉的再利用潛力

植物精油是從植物花、葉、莖、根、果實等部位中提取的一類具有較強揮發性的植物次生代謝產物，一般由小分子、萜烯類、醇類、醛酮類等物質組成（李亞茹等，2014）。本研究對修復后的三種花卉植物進行精油提取試驗，發現僅有孔雀草莖葉可提取精油，且精油中基本未檢出重金屬。對提取出的孔雀草精油進行組分分析，其中主要成分為萜品油烯、3-甲基-6-（1-甲基乙亞基）環己-2-烯-1-酮、右旋檸檬烯、反式-β-羅勒烯、（Z）-羅勒烯酮、（E）-羅勒烯酮、石竹烯、胡椒酮等（王云龍等，2019），表明孔雀草體內積累的重金屬并未影響精油的重金屬含量，可進一步安全利用。本研究結果表明，提取出的孔雀草精油不僅對埃希氏大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、傷寒沙門氏菌均具有很好的抑菌效果，而且可以作為洗手液的抑菌添加劑延長其抑菌效果。植物精油抑制微生物活性的機制如下：（1）改變微生物細胞和菌絲體的形態結構和組成，造成細胞不可逆的損傷，誘發菌絲體溶解，最終導致微生物死亡;（2）降低或抑制分生孢子的產生和萌發，降低或阻斷病菌后代的毒性（賈會玲等，2018）?？兹覆菥统煞种械妮葡╊愇镔|能夠降低細菌細胞內氧化反應平衡，從而影響核酸修復，最終導致細胞死亡（李亞茹等，2014）。另外，孔雀草根系能分泌具有殺線蟲活性的α-三噻吩，不僅可以作為間作和套種植物防治線蟲（Evenhuis et al.， 2004），而且容易與其他農作物配置高矮稈間作體系，從而提高作物群體的光能利用效率（苗欣宇和李瀟，2019）。因此，修復后的孔雀草可以作為天然植物精油提取原材料，未來還可以從中分離純化抑菌活性物質，既能豐富植物精油的來源，又能開創農作物病害生物防治的新途徑（賈會玲等，2018;胡文杰等，2019）。因此，選擇合適的花卉植物對重度污染農用地進行修復，在達到修復污染土壤目的的同時，可與農村生態旅游業和服務業相結合，保障重金屬污染農田的經濟收益，從而實現污染土壤的減量修復與創收雙贏的新修復模式（白向玉等，2009;周霞等，2012;陳進，2017）。

4 結論

本研究考察了孔雀草、波斯菊和矢車菊三種花卉植物在Cd、As、Pb重度污染農田的修復能力，并探索了修復后花卉植物的應用潛力。主要結論如下：（1）三種花卉植物均可在重度污染的農田中正常生長，并對重金屬具有一定的富集作用，富集能力大小綜合排序為孔雀草>波斯菊>矢車菊，富集量大小為Cd>Pb>As。（2）孔雀草對Cd和As的轉運系數均大于1，波斯菊對As的轉運系數大于1，矢車菊對三種重金屬的轉運能力均小于1。（3）修復后的孔雀草莖葉可用于提取植物精油，且精油中重金屬含量與植物體內重金屬富集量無關。（4）孔雀草精油對埃希氏大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、傷寒沙門氏菌均具有良好的抑菌效果，添加至洗手液中有助于提高其抑菌長效性。

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（責任編輯 蔣巧媛）