馬齒莧對污染土壤中重金屬離子的固定萃取性能

袁清香 柴鳳蘭 李敬

摘要：研究采用火焰原子吸收分光光度計測定污染土壤中生長的馬齒莧（Portulaca oleracea）中的重金屬鉛、鎘的含量。結果表明，馬齒莧對污染土壤中鉛和鎘重金屬離子具有較強的吸附萃取能力，而且馬齒莧對鎘的萃取能力強于鉛。

關鍵詞：重金屬；污染土壤；馬齒莧（Portulaca oleracea）；草本植物

中圖分類號：S567.21+9；X53 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2018）12-0030-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.12.008

Abstract： The content of Pb and Cd in Portulaca oleracea growing in soils contaminated by heavy metal were investigated by flame atomic absorption spectrophotometer（FAAS）. The results showed that P. oleracea had strong extraction performance for the heavy metal ions in contaminated soils. And the extraction performance of P. oleracea to Cd was superior than that to Pb.

Key words： heavy metal； contaminated soils； Portulaca oleracea； herbaceous plant

隨著工業快速發展，土壤重金屬污染問題已經引起全社會的高度關注。污染土壤中的重金屬離子很難在短時間內消除，不適于耕種的土壤被廢棄荒漠化。污染土壤中的重金屬離子會伴隨著雨水的沖刷遷徙至江河湖泊造成水源的污染，并能在食物鏈中富集，嚴重威脅人類健康。近年來，重金屬離子污染土壤的治理已經成為社會各界關注的焦點，污染土壤修復技術研究受到廣泛的重視[1-3]。在眾多污染土壤修復方法中，超累積植物萃取修復法具有不可替代的優勢。重金屬污染土壤的植物萃取技術修復法治理過程具有原位性、成本低廉性、管理與操作簡易以及環境美學的兼容性，越來越受到人們的重視，成為污染土壤修復治理研究的熱點之一[4-6]。本研究選擇生命力極強的草本植物馬齒莧（Portulaca oleracea）作為污染土壤重金屬離子固定萃取植物，采用火焰原子吸收分光光度計法測定馬齒莧的根、莖中不同重金屬的含量，驗證馬齒莧對重金屬離子的吸附萃取能力，為馬齒莧修復重金屬污染土壤奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試劑 硝酸、高氯酸、氫氟酸、硝酸鉛、硝酸鎘、氧化鎘，試劑除硝酸鉛、氧化鎘外均為分析純。

1.1.2 主要儀器及工作條件 AA-7000型原子吸收分光光度計（日本島津公司）、FA1604型電子分析天平、瓷坩堝。

測定元素鉛的工作條件：波長283.3 nm，燈電流2.0 mA，光譜通帶0.2 nm，燃氣流量1 300 mL/min[7，8]。

測定元素鎘的工作條件：波長228.8 nm，燈電流2.0 mA，光譜通帶0.2 nm，燃氣流量1 300 mL/min[9]。

1.2 馬齒莧的種植及樣品制備

取3個規格為46 cm×32 cm×26 cm的塑料箱用于植物種植，二級土壤置于1號箱，2號箱為鉛污染土壤，3號箱為鎘污染土壤。3個培養箱均澆灌含適量氮、磷、鉀的植物營養液使保持適于耕種的濕度，在3個箱體中播撒定量的馬齒莧種子，出苗后，定期澆灌。兩周為一個生長周期，收割3個生長周期后，分別將馬齒莧洗凈，根、莖分割處理，進行晾曬、風干、粉碎成粉末，過60目標準篩，處理成待測試樣為1號（根、莖葉）試樣、2號（根、莖葉）試樣、3號（根、莖葉）試樣，存放于干燥器中備消解使用。

1.3 標準溶液的配制

鉛標準儲備液：稱取1.598 5 g優級純硝酸鉛[Pb（NO3）2]于燒杯中。加5%硝酸（體積分數）溶解，移入1 000 mL容量瓶中，并用5%硝酸（體積分數）稀釋至刻度，搖勻。鉛濃度為1 mg/mL。

鉛標準系列制備：吸取0.0、0.5、1.0、2.5、5.0 mL鉛標準儲備液，分別置于50 mL比色管中，以硝酸（0.5 mol/L）稀釋至刻度，混勻。此標準系列每毫升含鉛量分別為0.0、1.0、2.0、5.0、10.0 μg。

鎘標準儲備液：稱取1.142 3 g優級純氧化鎘（CdO）于燒杯中，加20 mL的7 mol/L硝酸溶解，移入1 000 mL容量瓶中，并用5%硝酸（體積分數）稀釋至刻度，搖勻。鎘濃度為1 mg/mL。

鎘標準系列制備：吸取0.0、0.5、1.0、2.5、5.0 mL鎘標準儲備液，分別置于50 mL比色管中，以水稀釋至刻度，混勻。此標準系列每毫升含鎘量分別為0.0、1.0、2.0、5.0、10.0 μg。

1.4 方法

采用火焰原子吸收分光光度法測定馬齒莧葉、根試樣（以下均為干重）中Pb和Cd的含量，分析馬齒莧的根和莖對鉛和鎘富集能力的差異，評價馬齒莧對污染土壤的修復效果。

1.4.1 標準曲線的繪制 按測定鉛、鎘的儀器工作條件，分別測定鉛、鎘標準系列溶液的吸光度。以濃度值C（μg/mL）為橫坐標，吸光度A為縱坐標繪制標準曲線，得出回歸方程和相關系數。鉛的回歸方程為A=0.001 6C，相關系數R2=0.998 3；鎘的回歸方程為A=0.006 9C，相關系數R2=0.999 0。

1.4.2 馬齒莧樣品的處理及測定 稱取1.000 0 g馬齒莧樣品于瓷坩堝內，放入馬弗爐中，溫度為500 ℃，燃燒完全后，關上馬弗爐，在500 ℃下灰化6 h，冷卻至室溫，加入10 mL濃HNO3進行消解；消解過程觀察瓷坩堝中的液體量，可適當補加濃HNO3，直至不再產生棕黃色煙為止，冷卻后加入5 mL氫氟酸，煮沸10 min，冷卻；加入5 mL HClO4，蒸發至近干；然后再補加3 mL HClO4（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HNO3溶液25 mL，煮沸溶解后，移至50 mL容量瓶中[10]；加入1%的HNO3溶液定容得到樣品溶液，測量其吸光度。

2 結果與分析

2.1 馬齒莧的出苗率及生長狀況

試驗發現，3個種植箱中馬齒莧的出苗率差別較小，在誤差范圍內。馬齒莧的后期生長狀況明顯不同，2號箱鉛污染土壤和3號箱鎘污染土壤上的嫩苗有明顯的死亡現象。在后期的生長過程中，2號鉛污染土壤上的馬齒莧有明顯的落葉現象，生長受到一定的抑制，收獲的馬齒莧干重明顯低于1號箱二級土壤。3號箱鎘污染土壤上成活的植株后期長勢較1號箱二級土壤旺盛，但葉片有明顯的白斑出現。從長勢來看，馬齒莧對土壤中鎘的植物萃取能力強于對鉛的萃取能力。

2.2 馬齒莧對試驗土壤中鉛和鎘的萃取能力

從表1可以看出，馬齒莧的莖葉對鉛的吸附萃取能力高于根部，而根部對鎘的吸附萃取能力高于莖葉。植物對土壤中重金屬的富集系數表示該植物對重金屬的吸附萃取能力，植物對重金屬的富集系數是指植物中重金屬的含量與土壤中重金屬含量之比。計算可得，馬齒莧的莖葉對鉛的富集系數約為151%，對鎘的富集系數約為32%；根部對鉛的富集系數約為80%，而根對鎘的富集系數約為138%。因此，馬齒莧對土壤中鉛的萃取主要吸附在其莖葉，從長勢來看，鉛在植物根部的吸附明顯抑制土壤中營養成分的傳輸，因此，鉛污染土壤上生長的馬齒莧出現落葉、莖部有黑斑現象。而土壤中的鎘是被轉運至莖葉部，根部富集系數較高，從長勢來看，鎘的轉移不影響土壤中其他營養成分的傳輸，植物生長旺盛，但由于鎘積累在葉上，導致葉上出現白斑，表現出鎘中毒癥狀。

3 小結

試驗結果表明，在重金屬污染土壤上種植馬齒莧可以有效萃取土壤中的鉛、鎘，但馬齒莧對不同的重金屬的富集能力不同。從植物長勢分析，在同樣的種植條件下，鎘污染土壤收獲的生物量明顯高于鉛污染土壤，因此，馬齒莧對修復鎘污染土壤更有效。在被鉛和鎘污染的土壤中多次輪作、大量種植馬齒莧，不僅可以達到修復土壤的目的，而且可以回收重金屬。該法經濟投入小，易操作，且重金屬可進行回收，值得進行推廣應用。

參考文獻：

[1] 王麗娟.土壤重金屬污染的危害及修復[J].現代農業，2017（1）：73-75.

[2] 何雪梅，向 瓊，唐甜甜，等.叢枝菌根真菌參與土壤鉛、鎘污染治理技術研究[J].生物化工，2017，3（3）：91-93，97.

[3] 于小俸，彭 蓬，肖利紅.酸性土壤重金屬含量的相關分析與修復——以湖南壺瓶山自然保護區為例[J].西南農業學報，2013，26（3）：1090-1093.

[4] CHEN Y H，LI X D，SHEN Z G. Leaching and uptake of heavy metals by ten different species of plants during an EDTA-assisted phytoextraction process[J]. Chemosphere，2004，57（3）：187-196.

[5] 楊 勇，江榮風，李花粉，等.土壤容重改變對鋅/鎘超累積植物遏蘭菜根系特征及吸鎘的影響[J].環境科學，2010，31（12）：3043-3049.

[6] ZHAO Z Q，XI M Z，JIANG G Y，et al. Effects of IDSA，EDDS and EDTA on heavy metals accumulation in hydroponically grown maize （Zea mays L.）[J]. Journal of Hazardous Materials，2010（181）：455-459.

[7] 周 淼，徐 燁，張秀娟，等.火焰原子吸收光譜法測定滑子蘑中鎘、銅、鉛和鋅[J].光譜實驗室，2007，24（4）：574-578.

[8] 景麗潔，馬 甲.火焰原子吸收分光光度法測定污染土壤中5種重金屬[J].中國土壤與肥料，2009（1）：74-75.

[9] 王彩虹，李 莉，趙 川，等.火焰原子吸收光譜法測定中藥中重金屬元素鉛鎘鎳[J].理化檢驗-化學分冊，2010，46（6）：624-625，629.

[10] 唐 清，左嘉平.火焰原子吸收光譜法測定莧菜中8種礦物元素[J].化學試劑，2006，28（2）：101-103.