大豆作物對污染土壤中重金屬鎘的富集研究

摘 要： 研究鎘離子在成熟大豆植株不同部位的富集情況，判斷重金屬鎘離子對大豆植物的生長及其品質的影響。用不同含量鎘離子的土壤作大豆栽培試驗，通過測定含鎘的土壤、大豆根、莖、葉、豆殼、籽粒中的鎘含量，得出不同部位鎘的富集結果。大豆植株不同部位對鎘的吸收能力為：根部>秸稈>葉部>果實。大豆對受鎘污染的土壤，具有良好的生物修復作用。

關鍵詞：重金屬污染；鎘；土壤；生物修復

中圖分類號：S565.1 文獻標識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.10.005

當土壤受到重金屬污染后，土壤中重金屬元素會通過各種途徑進入人體，危害人類的健康。土壤受重金屬污染后很難在短時間內消除，并可在食物鏈中富集，已經成為威脅人類健康的重大問題。許多研究表明，重金屬元素進入土壤后，會產生明顯的生物效應，一定濃度的重金屬可導致植物特別是其根部中毒、植株枯萎死亡、產量降低等，而且植物的不同部位對重金屬的吸收有效性也不一樣。土壤重金屬污染治理方法，具有快速高效的去污效果，但由于其價格昂貴和對土壤擾動大，從而限制了它的大面積應用。與傳統的物理和化學修復方法相比較，植物修復在重金屬污染治理中具有不可替代的優勢，并以其治理過程的原位性、治理成本的低廉性、管理與操作的簡易性及環境美學的兼容性，日益受到人們的重視，并成為污染土壤修復研究的熱點之一。通過盆栽大豆，研究農作物對土壤中鎘的富集、修復以及農作物的各部位對鎘的富集程度。

1 材料和方法

1.1 試 劑

鎘標準儲備液：100 mg·L-1；混合酸（硝酸∶高氯酸 5∶1）；雙氧水（30%）；硝酸；氫氟酸；以上試劑均為分析純；試驗用水均為去離子水。

1.2 主要儀器及工作條件

主要儀器：AA-7000原子吸收分光光度計（日本島津公司）；FA1604型電子分析天平；馬弗爐。測定元素鎘工作條件：燈電流為2.0 mA，分析線波長228.8 nm，光譜帶寬0.2 nm，燃氣流量1 300 mL·min-1。

1.3 樣品制備

在校園空地取土，去除大塊石子后分為6組，每組土壤總質量為6 kg。加入相同的營養成分（化肥含量相同），且用硝酸溶液完全溶解0，0.4，0.8，

1.2，1.6，2.0 g鎘粉分別均勻澆灌I～VI組土壤中，制成6組不同濃度的含鎘的系列土壤（I組空白對照組），并將每組分別置于5個塑料花盆（直徑0.3 m，高度0.3 m）。選取飽滿的大豆種子，種植于花盆內。各組每隔1 d分別澆0.5 L自來水。除鎘溶液濃度外，各處理其他生長環境條件保持相同。

1.4 試驗方法

采用火焰原子吸收分光光度法分別對播種大豆前、收獲大豆后土壤中的鎘含量，以及對不同鎘含量土壤中生長的大豆根、莖、葉、大豆中的鎘含量進行測定，得出大豆植株不同部位對鎘的富集結果。

1.5 分析方法

1.5.1 標準曲線的繪制 將2.0 g·L-1鎘標準儲備液稀釋，得到10.0 μg·mL-1的標準使用液，然后分別配制0.00，0.05，0.25，0.50，0.80，2.40，4.00 mg·L-1標準系列溶液。按儀器工作條件分別測定各元素標準系列溶液的吸光度值。以濃度值C（μg·mL-1）為橫坐標，吸光度值A為縱坐標繪制標準曲線，得出回歸方程和相關系數，回歸方程為A=0.129 4x +0.003 6，相關系數R2=0.999 7。

1.5.2 土壤樣品測量 將風干土壤樣品過0.25 mm篩后裝于塑料袋內，準確稱取0.500 0 g（精確至0.000 1 g）栽培前和收獲后的干燥土壤樣品于50 mL具蓋聚四氟乙烯坩堝中，用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸全消解法，徹底破壞土壤的礦物晶格，使試樣完全溶解，測定其吸光度。

1.5.3 植物樣品的處理及測定 采集大豆的根（去除土壤）、莖、葉和果實用自來水沖洗干凈，然后用蒸餾水沖洗一遍，將清洗后的植物樣置于通風干燥處風干，用研磨機打碎過0.25 mm篩，以備消解用。稱取1.000 0 g植物樣品于瓷坩堝內，用馬弗爐在3 000 ℃條件下烘烤8 h，再移到聚四氟乙烯坩堝內，加少量去離子水潤濕。加入10 mL 濃硝酸，移至低溫電熱板上加熱消解；若反應產生棕黃色煙，說明有機質較多，須反復補加適量硝酸，加熱分解至平靜，不再產生棕黃色煙為止，取下冷卻。加入5 mL氫氟酸，煮沸10 min，冷卻；加入高氯酸5 mL，蒸發至近干；然后再補加高氯酸3 mL（根據取樣適量補加），再次蒸發產生大量白色煙霧至近干；冷卻后加入1%的硝酸溶液25 mL，煮沸溶解后，移至50 mL容量瓶中；加入1%的硝酸溶液定容得到樣品溶液，測量其吸光度值。

2 結果與分析

2.1 栽培前后土壤鎘含量

在對土壤加鎘標準系列溶液處理后，測定土壤在栽培大豆植株前后的鎘含量變化，見表1。由表1可見，各處理栽培后土壤中的鎘含量明顯比栽培前降低。

2.2 大豆各部位對鎘的吸收和蓄積

對成熟大豆各部位的測定結果見表2。可以看出，大豆植物各部位對鎘的吸收程度是不同的，其含量分布為根部>秸稈>葉部>果實。用含鎘的溶液澆灌大豆各部位的鎘含量均高于空白組（Ⅰ）。鎘不是植物生長的必需元素，鎘進入植物的過程，主要是非代謝被動進入植物體內。重金屬一旦進入根內，就通過木質部分轉移到其他組織。

2.3 鎘含量測定結果及精密度

在置信概率P=95%的條件下，VI組大豆植株中根莖的測量結果為（119.1±0.3） mg·kg-1，葉子的測量結果為（24.02±0.24） mg·kg-1，豆子的測量結果為（7.49±0.11） mg·kg-1，樣品中含量值最大相對標準偏差（RSD）小于5.0% ，結果精密度較為滿意。

3 結論與討論

大豆的各部位對土壤中鎘的吸收具有很強的特異性，對土壤中鎘吸收由強及弱分別為根、莖、葉部及豆子。這一特征揭示，大豆根可以作為一種屏障或過濾器，來阻止鎘進一步向植株葉子和果實中遷移，從而減少其毒害效應。大豆莖中鎘含量比果實中的含量高，說明除根系外，秸稈也是阻礙鎘進入果實的二次重要屏障。由于根系、莖和葉主要由植物纖維組成，而果實的主要成分是淀粉，吸收主要殘留在纖維中，而淀粉對鎘的蓄積作用較弱。空白試驗表明，大豆植株根系、莖能夠有效降低土壤中重金屬的含量。因此，從另一角度來說，大豆植株對受重金屬鎘污染的土壤具有一定的生物修復作用。

參考文獻：

[1] 曾祥峰，王祖偉.城市污泥中鎘的去除試驗研究[J].天津農業科學，2011，17（1）：117-119.

[2] 張欣.3種微生物制劑對輕度鎘污染土壤中菠菜生長的影響[J].天津農業科學，2011，17（1）：81-83.

[3] 文曉慧，蔡昆爭，葛少彬，等.硅對鎘和鋅復合脅迫下水稻幼苗生長及重金屬吸收的影響[J].華北農學報，2011，26（5）：153-158.

[4] 華珞，劉秀珍，夏立江，等.土壤對銅、鎘、鉛、氟的吸附及改良劑對土壤-植物系統中養分元素有效性的影響[J].華北農學報，1994，9（1）：57-62.

[5] 孫光聞，朱祝軍，方學智.鎘污染土壤對小白菜生長及鎘和養分含量的影響[J].華北農學報，2011，26（Z1）：60-63.

[6] 宋玉芳，許華夏，任麗萍，等.土壤重金屬污染對蔬菜生長的抑制作用及其生態毒性[J].農業環境科學學報，2003，2（1）：13-15.

[7] 陳燕，劉晚茍，鄭小林，等.大豆植株對重金屬的富集與分布[J].大豆科學，2006，14（6）：93-95.

[8] 匡少平，徐仲，陳書圣，等.大豆對土壤中重金屬鎘的吸收特性及污染防治[J].安全與環境學報，2002，2（1）：28-31.

[9] 徐良將，張明禮，楊浩.土壤重金屬鎘污染的生物修復技術研究進展[J].南京師范大學學報：自然科學版，2011，20（3）：102-106.

[10] 王崇臣，王鵬，黃忠臣.盆栽玉米和大豆對鉛、鎘的富集作用研究[J].安徽農業科學，2008，36（24）：10 383-10 386.