重金屬輕度污染區3種香料植物的重金屬富集能力

馬 英，車 盈，李建安，林錫柱

（1. 中南林業科技大學林學院，湖南 長沙 410004；2. 中南林業科技大學香料研究所，湖南 長沙 410004；3. 湖南慕她生物科技有限公司，湖南 株洲 412007）

隨著現代化城市建設的快速發展，國民經濟建設水平不斷提升，但隨之而來的環境污染問題也不容忽視，越來越受到人們的關注。水質污染是現階段城市建設中最常見的問題，各種生活、生產廢水的不合理排放使得湘江干流多數河段均遭受到不同程度的污染，重金屬污染問題尤其突出。據調查，湘江源區域有70%以上土壤存在重金屬中輕度污染風險，個別地區土壤存在重金屬重度污染風險，常見的重金屬污染有Cr、Cd、Pb、Hg和As等[1]。

在重金屬污染區種植耐抗性強的作物或改種非食用性經濟作物[2]，以實現重金屬污染耕地邊生產邊修復的目的是近年來廣受關注的一種植物修復手段。香料植物兼具景觀價值和經濟價值，已嘗試用于重金屬中輕度污染區的種植結構調整。筆者對重金屬輕度污染區種植的玫瑰、迷迭香和百合這3種香料植物的重金屬富集能力進行了測定，旨在為類似區域的改種改制提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于湖南省株洲市天元區群峰鎮新塘村（113°4′56″ E，27°43′33″ N），地屬亞熱帶季風性濕潤氣候，四季分明，雨熱同期，冬季溫和濕潤，光熱資源豐富，年平均氣溫16～18℃，無霜期一般在286 d以上。試驗地的土壤pH值6.77，為微酸性的輕壤土，有機質含量14.4 g/kg，氮、磷、鉀含量分別為220、24.2、145 mg/kg，保水持肥能力較好。

對試驗地的水源和土壤的重金屬含量進行了檢測，污染情況如表1所示，該地水源中鉻超標率為75%，鎘超標率為50%，按照灌溉水污染指數計算，處于超標范圍，其余重金屬含量均在國家安全標準范圍之內。土壤的檢測結果顯示，該地土壤屬于國家規定的一級和二級土壤標準，重金屬含量在國家安全標準范圍之內，土壤重金屬含量未超標，但若水源未得到及時有效治理，灌溉導致的土壤重金屬污染風險將會增加。

表1 試驗地的水體以及土壤重金屬污染情況

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品采集 3種香料植物按照完全隨機區組試驗設計種植在試驗小區，3次重復，種植1 a后，在每個小區隨機選取3株，將根、莖、葉分離，105℃殺青，60℃烘干，備用。種植前采用梅花形采樣法在每個小區采集0～20 cm土層土壤1 kg，作為重金屬含量測定的樣本。

1.2.2 土壤樣品測定把土壤樣品放在陽臺上自然風干，風干后置于研缽中磨碎，過100目篩，采用王水-高氯酸電熱板消解法進行消解[3]。稱取粉碎好的1.000 g土樣，放進200 mL三角瓶中，用少量純水將土壤樣品潤濕，輕微震蕩后，加入10 mL王水，瓶口放入彎頸漏斗，把三角瓶放在通風櫥內的電熱板上消解，當棕色的煙霧散盡時，取下冷卻至室溫，然后加入5 mL高氯酸，繼續消煮，直至土壤樣品燒成白色透明或淺黃色，溶液近1 mL左右，取下冷卻至室溫，過濾定容至300 mL塑料瓶中，再用火焰原子吸收分光光度計測定重金屬含量。

1.2.3 植物樣品測定用自來水充分沖洗附著在植物樣品上的泥污，再用純水沖洗2～3遍，濾去水分，稱量鮮重，將植物的根、莖、葉、花（僅玫瑰有花）剪下分別裝在信封中，放置在75℃烘箱中烘干至恒重，用粉碎機將植物樣品粉碎，稱量干重。采用硝酸-高氯酸電熱板消解法消解[4]。稱取粉碎好的0.500 g植物樣品，放于200 mL三角瓶中，加10 mL硝酸，過夜，次日在通風櫥下，將植物樣品放置在電熱板上進行消解，當棕色的煙霧散盡后，取下冷卻至室溫，然后加入3 mL高氯酸，繼續消煮至溶液近1 mL，取下冷卻至室溫，過濾定容至300 mL塑料瓶中，再用火焰原子吸收分光光度計測定重金屬含量。

1.2.4 重金屬富集能力評價通過生物富集系數和轉運系數來評價植株的重金屬富集能力[5]，計算式見公式（1）和（2）。

1.3 數據分析

用Excel軟件進行數據計算，用SPSS 22.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 香料植物根系土壤重金屬含量

從表2可以看出，3種香料植物根系土壤Cd含量無顯著差異，而Cr、Pb、Hg含量存在一定的差異；其中，玫瑰根系土壤的Cr含量最高，與迷迭香、百合存在顯著差異；百合根系土壤的Pb含量最高，與迷迭香和玫瑰存在顯著差異；迷迭香根系土壤的Hg含量最高，與百合和玫瑰存在顯著差異。由此推斷，3種香料植物對于不同重金屬的吸收存在差異。

表2 3種香料植物根系土壤重金屬含量 （mg/kg）

2.2 香料植物各部位重金屬含量

2.2.1 Cr含量由圖1可知，3種香料植物根部Cr含量最高，莖次之，葉中含量較低；值得注意的是，玫瑰花中的Cr含量與根部持平，含量較高。在3種香料植物中，百合的根、莖、葉Cr含量最低，與迷迭香和百合相應部位相比，存在顯著差異。迷迭香和玫瑰之間根部Cr含量無顯著差異。玫瑰莖部Cr含量最高，且與迷迭香、百合存在顯著差異。迷迭香葉部Cr含量最高，且與玫瑰和百合存在顯著差異。

圖1 3種香料植物不同部位的Cr含量

2.2.2 Cd含量從圖2可以看出，Cd在3種香料植物體內的分布表現為根部最多，隨后依次是莖、葉、花。在3種香料植物中，百合各部位的Cd含量最高，且與其他2種香料植物相應部位存在顯著差異。玫瑰花與葉片中的Cd含量之間無顯著差異。迷迭香各部位的Cd含量較低。

圖2 3種香料植物不同部位的Cd含量

2.2.3 Pb含量由圖3可知，3種香料植物的根部Pb含量最高，隨后依次是莖、葉、花。在3種香料植物中，玫瑰各部位Pb含量最高，且與迷迭香和百合相應部位之間存在顯著差異。玫瑰各部位中以花的Pb含量最低。迷迭香的葉片和莖部Pb含量最低。百合的根部Pb含量最低。

圖3 3種香料植物不同部位的Pb含量

2.2.4 Hg含量由圖4可知，百合根部Hg含量最高，且與莖和葉片以及其余2種香料植物相比存在顯著差異。

圖4 3種香料植物不同部位的Hg含量

2.3 香料植物的生物富集系數

生物富集系數表示了植物富集重金屬的能力。生物富集系數越大，則該植物富集重金屬的能力越強；生物富集系數越小，則表明該植物富集重金屬的能力越弱[6

]。

由圖5可知，3種香料植物對Cd的富集能力最強，隨后依次是Cr、Hg和Pb。其中玫瑰對Cr、Cd、Pb、Hg的富集能力最強。3種香料植物對Cr、Cd和Hg的富集能力排序均為玫瑰＞百合＞迷迭香；三者對Cr的富集系數差異不顯著，迷迭香對Cd的富集系數顯著低于玫瑰和百合，玫瑰對Hg的富集系數顯著高于迷迭香和百合。3種香料植物對Pb的富集能力排序是玫瑰＞迷迭香＞百合，玫瑰對Pb的富集系數顯著高于迷迭香和百合。

圖5 3種香料植物對4種重金屬的富集系數

2.4 香料植物對重金屬的轉運系數

轉運系數反應了植物對重金屬的轉運能力。轉運系數越大，表明植物從根部向地上部分轉運重金屬的能力越強。轉運系數越小，則植物從根部向地上部分轉運重金屬的能力越弱[7]。

從圖6可以看出，4種重金屬中Hg在植物體內的轉移系數最高，隨后依次為Cr、Cd、Pb。3種植物對重金屬的轉運能力存在顯著差異；其中，玫瑰對重金屬的轉運能力最強，迷迭香對Cr、Pb的轉運能力最弱，百合對Cd、Hg的轉運能力最弱。

圖6 3種香料植物對4種重金屬的轉運系數

3 討論與結論

在3種香料植物中，根中重金屬含量最高，莖次之，葉和花中富集的重金屬含量最少；香料植物體內 Cr 的含量最高，其次是Pb和Cd，Hg的含量最低。這與土壤中重金屬含量趨勢一致。不同植物對重金屬的富集能力影響了重金屬在土壤中的分布和移動。

3種香料植物對不同重金屬的富集和轉運能力有一定的差異，對Cd的富集能力最強，對Pb的富集能力最弱。玫瑰對4種重金屬的富集能力均高于迷迭香和百合；迷迭香對Cr、Cd、Hg的富集能力低于玫瑰和百合，富集能力最弱；百合對Pb的富集能力最弱。

在4種重金屬中，香料植物對Hg的轉移能力最強，可能是因為Hg的含量最低，植物應答機制明顯所致。在3種香料植物中，玫瑰對重金屬轉運能力最強，迷迭香對Cr、Pb的轉運能力最弱，百合對Cd、Hg的轉運能力最弱。