花生農作物對污染土壤中重金屬鎘的富集研究*

羅子鋒，周峰平，高　岐

(韶關學院化學與環境工程學院，廣東　韶關　512005)

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花生農作物對污染土壤中重金屬鎘的富集研究*

羅子鋒，周峰平，高岐

(韶關學院化學與環境工程學院，廣東韶關512005)

采用火焰原子吸收光譜法分別測定未種植花生前和種植花生后土壤中鎘的含量，以及測定在不同鎘含量土壤中花生的根、莖、葉、殼、籽實的鎘含量，從而得出花生不同部位對鎘金屬的富集情況,結果顯示：花生不同部位吸收重金屬鎘的能力具有以下規律：根>葉>莖>殼>籽實；并與土壤中鎘含量呈現明顯的正相關。因此花生農作物對受重金屬鎘污染土壤具有良好的生物修復作用。

重金屬污染；花生； 植物修復

鎘是已知重金屬污染土壤中最毒的重金屬元素之一，具有遷移性強、生物毒性大的特點。不僅對農作物的生長有明顯的副作用，并且通過食物鏈富集最后到達人體內后，對人體的肝腎等器官有明顯的毒害作用。目前，我國的土壤鎘污染也不容樂觀，相關研究表明，我國每年通過農業灌溉、污泥垃圾農用、以及工業污水亂排而排放到環境中的鎘含量就高達2.2萬噸。花生是豆科草本植物、富含脂肪和蛋白質，具有很高的營養價值和經濟價值，中國不僅是世界上主要的花生產國，又是最大的花生出口國，作為主要的油料作物、經濟作物，花生在人們的日常生活中有著舉足輕重的地位。因此，研究花生農作物對污染土壤中重金屬鎘的富集、了解花生不同部位對鎘的富集作用、花生中鎘含量與土壤中鎘含量的相關性，從而判斷其對土壤鎘的耐受性，以及對鎘污染土壤的植物修復性有著重要的意義。

1　材料與方法

1.1儀器設備及實驗試劑

儀器：DFY-1000 1000克搖擺式高速萬能粉碎機，上海新諾儀器設備有限公司；DHG-9076A 電熱恒溫鼓風干燥箱，上海滬粵明科學儀器有限公司；PJ21C-BF 微波閉式消解儀；DB-3 型不銹鋼電熱板，常州國華電器有限公司；DZG-303A 礫鼎超純水機，上海礫鼎水處理設備有限公司；FA1604 型電子分析天平，上海光學儀器一廠；AA-7000 原子吸收分光光度計，日本島津公司；50 mL聚四氟乙烯坩堝。

試劑：鎘標準儲備液：1.00 mg·mL-1；高氯酸(95%)；雙氧水(30%)；硝酸(65%)；氫氟酸(60%)；以上試劑均為分析純；鎘粉；去離子水。

1.2儀器工作條件

測定元素鎘工作條件：分析線波長228.8 nm，燈電流為2.0 mA，光譜帶寬0.2 nm，燃氣流量1300 mL·min-1。

1.3實驗方法

(1)制備各營養成分含量以及其他條件相同，但具有一定梯度鎘離子含量的土壤，

(2)栽培同一品種且飽滿程度相同的花生，嚴格控制花生的其它生長條件相同(光照、濕度、溫度等)，觀察并分析鎘離子對花生生長情況的影響；

(3)收割成熟花生并記錄各組樣品的成活率和結實率，對收割后的各組花生樣品進行樣品的預處理；

(4)采用火焰原子吸收光譜法分別測定未種植花生前和種植花生后土壤中鎘的含量，以及測定在不同鎘含量土壤中花生的根、莖、葉、殼、籽實中的鎘含量，從而得出花生的不同部位對鎘金屬的富集情況結果。

1.4樣品的制備

本實驗土為南方常見的酸性紅壤土，在韶關學院北區某空地取土，分揀去除其中的大塊石子及玻璃垃圾后，將其分為7組，每組3個平行樣，共21個樣品。將單個平行樣的土壤質量定為10 kg。加入相同營養成分以及相同質量的復合化肥，用65%硝酸溶液完全溶解0.0、0.2、0.3、0.4、0.5、0.8、1.2 g 鎘粉再分別均勻澆灌到各供試土壤中，制成I至Ⅶ組不同濃度的含鎘的系列土壤(I 組空白對照組)。選取飽滿程度相同、同一品種的花生種子，種植于試驗的塑料花盆內。每隔1 d分別澆0.5 L 自來水。保持除了鎘濃度條件不同以外，每組其他生長條件均保持一致。

2　測定與分析

2.1樣品的預處理及測定

2.1.1土壤樣品的處理及測定

具體步驟見國標GB/T 17110-1997 土壤質量鉛、鎘的測定KJ-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法。

2.1.2植物樣品的處理及測定

將磨碎過篩好的植物樣品，準確稱取0.5000 g于聚四氟乙烯消解罐內，加入7 mL硝酸，3 mL高氯酸和3 mL雙氧水，混勻密封。將消解罐置于消解儀中，啟動消解程序，消解10 min后，取出稍冷，倒出消解液(淡黃色或透明)放置于電熱板上低溫加熱，待趕酸至剩余1～2 mL，加1 mL 1%的硝酸溫熱溶解，過濾，將濾液轉移至100 mL容量瓶中，再用1%的硝酸定容；將樣品溶液噴入原子吸收分光光度計火焰，測量其吸光度值。

2.2鎘標準曲線的繪制

準確吸取鎘標準溶液(10.0 μg/mL)0.00、0.20、0.50、1.00、2.00、5.00 mL，分別置于100 mL容量瓶中，用1%的硝酸定容，配成0.00、0.02、0.05、0.10、0.20、0.50 μg/mL標準系列溶液。分別導入火焰原子吸收儀儀器工作條件按照上面“1. 2”測定吸光度，以濃度值C(μg·mL-1)為橫坐標，吸光度值A為縱坐標，繪出標準曲線(見圖1)，得出回歸方程和相關系數。回歸方程：Abs=0.2651Conc+0.0014，相關系數R2=0.9998。

圖1　鎘標準曲線

3　結果與分析

3.1實驗前后土壤鎘含量

分別測定加入鎘標準系列的土壤在栽培花生前后的鎘含量變化。由表1可知，實驗后土壤中的鎘濃度明顯降低，說明除正常的雨淋損失外，花生有著重要的吸附作用。

表1　實驗前后土壤中的鎘含量Table 1　soil Cd content before and after the experiment　(mg·kg-1)

3.2花生不同部位對鎘的富集情況

花生不同部位的鎘含量見表2，由表2數據可以看出，花生各部位對鎘金屬的富集程度不同，其含量高低為根>葉>莖>殼>仁。隨土壤中鎘濃度的增高，花生各部位的鎘含量也明顯呈上升趨勢，有著很好的正相關性，且實驗組花生植株的各部位鎘含量都明顯高于空白組(Ⅰ)。鎘并不是花生農作物所必須的生長元素，鎘進入花生植物體內的過程主要是以非代謝被動形式進入。重金屬鎘進入農作物花生的根，會通過木質部轉移到花生的其他組織。其中一部分鎘會結合在木質部的導管上，其余的會通過秸稈依次運輸到葉子和籽實中。

表2花生植株各部位中鎘含量

Table 2Cd in various parts of peanut plants

(mg·kg-1)

3.3樣品加標回收實驗

采用標準溶液加入法分別對實驗前后的土壤，花生植株的根、莖、葉、殼、仁(選取空白組與鎘離子濃度最高的這兩組樣品)進行回收率測定，測定結果如表3所示，回收率在93.80%～104.69%之間。

表3　加標回收實驗

續表3

葉10.6250.5001.132101.40葉220.76610.00030.22094.54莖10.4950.2000.68896.50莖216.84710.00026.49096.43殼10.4520.2000.64596.50殼27.9933.00011.050101.90仁10.1240.1000.22197.00仁25.7263.0008.68098.47

注：1-空白組;2-最高濃度組。

4　結論與討論

實驗結果表明，未受污染的花生植株和受污染的花生植株根系及地上部鎘含量存在著明顯差異。花生不同部位吸收重金屬的能力具有以下規律：吸收器官>同化器官和輸導器官>繁殖器官，其中花生根的吸收能力最強，其次為葉、莖、殼、籽實。隨著土壤中鎘含量的增加，花生不同部位吸收的鎘含量也相應增加，有著很好的相關性。對照組的空白試驗表明，花生農作物的根、葉、莖能有效地降低重金屬污染土壤中重金屬的含量。從另一個角度可以說明，花生農作物對鎘污染的土壤具有良好的生物修復作用。

[1]肖春文,羅秀云,田云,等. 重金屬鎘污染生物修復的研究進展[J]. 化學與生物工程,2013,30(8)：1-3.

[2]李銘紅,李俠,宋瑞生．受污農田中農作物對重金屬的富集特性研究[J].中國生態農業學報，2008，16(3):675-679.

[3]鄭海,潘冬麗,黎華壽,等．不同濃度鎘污染土壤對22個花生品種籽粒鎘含量的影響[J]. 農業環境科學學報, 2011,30(6):1255-1256.

[4]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.

Research on the Enrichment of Cadmium in Contaminated Soil by Peanut Crops*

LUOZi-feng,ZHOUFeng-ping,GAOQi

(College of Chemistry and Enviromental Engineering, Shaoguan University, Shaoguan 512005,China)

Flaming atomic absorption spectrometry are used to measure the content of cadmium in soil before and after planting peanuts we also measure the cadmium content of the roots, stems, leaves, shells, seeds of the peanuts in different cadmium content soil; at last we arrive at the result of cadmium metal enrichment in different peanut parts.The ability to absorb heavy metals in different parts of the peanut has the following grades: root>leaf>stem>seed>shell. And it was positively correlated with the content of cadmium in soil. Therefore, the peanut crops have good biological repairing effects on the soil polluted by heavy metal cadmium.

heavy metal pollution; peanut; phytoremediation;

廣東省大學生創新創業訓練計劃項目(Sycxcy2014-114)。

羅子鋒、周峰平，韶關學院環境工程學院2011級學生。

高岐(1955-)，男，教授，主要從事環境科學及受污染環境修復中的教學和科研工作。

X53

A

1001-9677(2016)02-0132-03