蒲公英對土壤重金屬鎘鉛銅汞砷的影響

祝紅偉 王軍 姜玉龍

(德州市農產品質量檢測中心，山東 德州 253000)

目前，關于土壤—蒲公英重金屬遷移轉化特征及其機理研究大多是采取盆栽實驗或脅迫環(huán)境下的研究，實際大田條件下的研究較少。大田條件下，土壤受約束條件多，區(qū)域范圍內的土壤復雜[2]，重金屬污染水平和土壤理化性質均存在著明顯的空間異質性，土壤性質又導致蒲公英重金屬的空間變異性[3]。而采用盆栽實驗和脅迫環(huán)境下的研究，很難客觀全面地反映產地土壤環(huán)境質量與作物重金屬含量之間的定量關系。因此，亟待開展產地環(huán)境中土壤—蒲公英重金屬污染的深入研究，分析二者之間的對應關系、影響機制和遷移模型，這對指導蒲公英安全生產，保障蒲公英安全，同時利用蒲公英—重金屬的富集作用作為植物修復都具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義[4]。植物修復是一種新興的、高效的生物修復途徑[1]。

本文通過研究蒲公英植株不同部位重金屬分布規(guī)律，測試蒲公英不同季收割后，土壤中重金屬的含量變化規(guī)律，旨在為蒲公英作為植物修復土壤提供充分的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗地點

種植地前期是大田作物，土壤狀況良好，周邊無污染源。

1.2 供試土壤條件

表1 土壤重金屬的背景值

表1中檢測數(shù)據(jù)與GB15618-2018標準對比，蒲公英種植基地土壤鎘、鉛、銅、汞、砷重金屬均未超標，不存在重金屬污染[9]。

1.3 試驗設計

2019年3月種植，株行距為3～4cm×10～15cm，每年可收獲4～5茬。2019—2020年采集植株樣品5次，采集土壤樣品6次。其中，對2020年4月、2020年7月、2020年10月蒲公英生長季節(jié)的前中后3茬土壤進行重金屬分析，每次設定5次重復[5]。

1.4 樣品采集與處理

1.4.1 樣品的采集

蒲公英樣品的采集在植株成熟時進行，避開距離田埂路邊等2m以內的植株，選擇長勢整齊的種植地塊，按土壤樣品的采集密度采集生長正常的植株為樣品。植株樣品的采集原則是樣株必須有代表性，采樣時間和部位具有統(tǒng)一性。采集蒲公英全株，盡可能保留其根系的完整性；采集植株樣品的同時對土壤樣品也進行采集檢測。土壤采樣時按照“隨機、等量、多點混合”的原則進行。

采集的蒲公英植株在新鮮狀態(tài)下，用自來水沖洗至少3次，除去粘附土壤和因施肥、噴藥引起的污染，再用蒸餾水沖洗2次，室溫下晾干后，將預處理后的植株樣品置于搪瓷托盤中放入鼓風干燥箱，放在105℃烘箱中殺青30min，然后置于65℃烘箱中烘干48h至恒重。將烘干樣品的不同部位分開稱重、粉碎，過0.25mm(60目)尼龍篩貼上標簽，裝入樣品袋中備用。

土壤樣品的采集、處理、貯存按NY/T1121.2-2006執(zhí)行，將通過0.149mm尼龍孔徑篩土樣，供測重金屬項目使用[6]。

1.4.2 樣品的處理

采集的樣品放入樣品袋，同時做好相應記錄，用鉛筆寫好標簽內外各具1張，注明采樣地點、日期、采樣深度、名稱、編號及采樣人等。

1.5 測定方法

表2 土壤測定項目的分析方法

植株檢測用儀器：吉天AFS-933原子熒光光度計、美國熱電S2原子吸收光譜儀。試劑：硫脲、抗壞血酸、硝酸、高氯酸、氫氟酸等均為優(yōu)級純。

1.5.1 植株鉛、鎘、銅的測定

準確稱取0.2～0.5g植株樣品于聚四氟乙烯坩堝內，加入硝酸5mL浸泡過夜，在消煮爐上低溫消煮1h后，加入氫氟酸5mL、高氯酸2mL繼續(xù)消煮，保持微沸；待溶液澄清后升高溫度，繼續(xù)加熱至冒濃煙，直至白煙散盡，消解液呈無色透明或略帶黃色，放冷；轉入100mL容量瓶中，用2%硝酸溶液洗滌容器，洗液合并于容量瓶中，并稀釋至刻度，搖勻即可。同法同時制備試劑空白溶液[7]。

1.5.2 植株樣品砷、汞的測定

準確稱樣0.2～0.5g于50mL試管中，加入10mL王水過夜，水浴鍋100℃水浴2h。冷卻后，加入5%硫脲-抗壞血酸5mL，用5%硝酸定容至刻度，搖勻。調節(jié)好儀器，砷負高壓260V，燈電流40mA，汞負高壓240V，燈電流30mA[8]。

1.6 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003進行數(shù)據(jù)整理，SPSS 19.0軟件進行方差和顯著性檢測分析。

2 結果與分析

2.1 蒲公英4個部位鎘、銅、鉛、汞、砷檢測結果

不同的時間采集蒲公英樣品對其植株進行分離處理后，測定各個部位及其相對應土壤樣品5種重金屬含量，結果見表3[10]。

據(jù)表3可以看出，蒲公英種植5茬中4茬葉片鎘的含量高于相應茬數(shù)中土壤鎘的含量，5茬中2茬細根銅的含量高于相應茬數(shù)土壤銅的含量，蒲公英對土壤鎘、銅有一定的富集作用。5茬蒲公英各部位汞、砷、鉛的含量都明顯低于相應茬數(shù)土壤中這3種重金屬的含量，蒲公英對土壤中汞、砷、鉛沒有表現(xiàn)出富集作用。植株不同的部位對土壤不同的重金屬元素的吸收是不同的。

植株不同的部位重金屬的含量不同。鎘在葉中分布較高并且葉對鎘有富集作用，銅主要分布在細根部，細根部對土壤銅有一定富集作用，汞主要分布在花的部位，砷主要分布在細根部，鉛主要分布在根部[11]。

2.2 3茬土壤中5種重金屬含量

檢測1a生長周期中前、中、后3茬蒲公英相對應的土壤中5種重金屬含量，結果見表4。

表3 蒲公英4個部位鎘、銅、鉛、汞、砷檢測結果

從表4可以看出，7月鎘、銅、汞的值比4月有一定程度的提高，可能是由于蒲公英根系對土壤重金屬起到了一定的活化作用，以利于其吸收[5]。

蒲公英能有效降低土壤鉛、鎘、砷、銅元素的含量，并且隨著修復茬數(shù)的增加，土壤中這些元素含量呈明顯的下降趨勢，土壤汞元素的含量降低效果不明顯。

鎘、銅、鉛、汞、砷5種重金屬含量在4月和7月檢測結果無顯著性差異。鎘、鉛、砷3種重金屬含量在4月和10月檢測結果有顯著性差異，銅極顯著性差異，汞無顯著性差異。鎘、銅、鉛3種重金屬含量在7月和10月檢測結果則有極顯著性差異，砷無顯著性差異，汞無極顯著性差異。

通過測試土壤發(fā)現(xiàn)，隨著種植茬數(shù)的增加，土壤鎘呈顯著性減少，這與表3中蒲公英的葉對鎘有顯著性富集作用相符合[12]。

3 結論與討論

3.1 討論

實際大田條件下，影響超積累植物吸收重金屬的因素包括土壤中重金屬含量、土壤pH、土壤CO2分壓，土壤水分條件、土壤元素的拮抗作用，土壤有機質、化學溶劑等[13]。采用盆栽實驗或在脅迫環(huán)境下，很難模擬大田環(huán)境下土壤條件，所以本文主要是在大田環(huán)境下，研究蒲公英對土壤重金屬的影響。

種植蒲公英植株后比種植前土壤的5種重金屬含量都略微有所增高，這可能是由于蒲公英根系對土壤重金屬起到了一定的活化作用，以利于其吸收[5]。

大多文獻研究蒲公英對重金屬的富集作用集中在整株植株的研究上，對各個部位的富集作用研究的較少。本文研究表明，蒲公英各部位對土壤重金屬的吸收存在著差異性。

蒲公英種植茬數(shù)對土壤重金屬元素含量的影響相關文獻研究的較少。本文在蒲公英1個生長周期中選取前、中、后3茬研究土壤中5種重金屬的變化規(guī)律。

3.2 結論

重金屬元素在蒲公英不同部位含量差別較大。鎘在葉中分布較高并有明顯的富集作用，銅、砷主要分布在細根部，汞主要分布在花的部位，鉛主要分布在根部。

隨著蒲公英種植茬數(shù)的增加，土壤中鉛、鎘、銅、砷元素的含量呈明顯的下降趨勢，不同的重金屬元素下降規(guī)律不同，蒲公英對土壤鎘、銅有一定的富集作用[4]，能有效降低土壤中鉛、鎘、銅、砷元素的含量，并且隨著種植茬數(shù)的增加，土壤中這些重金屬元素含量呈明顯的下降趨勢，蒲公英對土壤汞含量降低效果不明顯。