大豆作物对污染土壤中重金属镉的富集研究

摘 要： 研究镉离子在成熟大豆植株不同部位的富集情况，判断重金属镉离子对大豆植物的生长及其品质的影响。用不同含量镉离子的土壤作大豆栽培试验，通过测定含镉的土壤、大豆根、茎、叶、豆壳、籽粒中的镉含量，得出不同部位镉的富集结果。大豆植株不同部位对镉的吸收能力为：根部>秸秆>叶部>果实。大豆对受镉污染的土壤，具有良好的生物修复作用。

关键词：重金属污染；镉；土壤；生物修复

中图分类号：S565.1 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.10.005

当土壤受到重金属污染后，土壤中重金属元素会通过各种途径进入人体，危害人类的健康。土壤受重金属污染后很难在短时间内消除，并可在食物链中富集，已经成为威胁人类健康的重大问题。许多研究表明，重金属元素进入土壤后，会产生明显的生物效应，一定浓度的重金属可导致植物特别是其根部中毒、植株枯萎死亡、产量降低等，而且植物的不同部位对重金属的吸收有效性也不一样。土壤重金属污染治理方法，具有快速高效的去污效果，但由于其价格昂贵和对土壤扰动大，从而限制了它的大面积应用。与传统的物理和化学修复方法相比较，植物修复在重金属污染治理中具有不可替代的优势，并以其治理过程的原位性、治理成本的低廉性、管理与操作的简易性及环境美学的兼容性，日益受到人们的重视，并成为污染土壤修复研究的热点之一。通过盆栽大豆，研究农作物对土壤中镉的富集、修复以及农作物的各部位对镉的富集程度。

1 材料和方法

1.1 试 剂

镉标准储备液：100 mg·L-1；混合酸（硝酸∶高氯酸 5∶1）；双氧水（30%）；硝酸；氢氟酸；以上试剂均为分析纯；试验用水均为去离子水。

1.2 主要仪器及工作条件

主要仪器：AA-7000原子吸收分光光度计（日本岛津公司）；FA1604型电子分析天平；马弗炉。测定元素镉工作条件：灯电流为2.0 mA，分析线波长228.8 nm，光谱带宽0.2 nm，燃气流量1 300 mL·min-1。

1.3 样品制备

在校园空地取土，去除大块石子后分为6组，每组土壤总质量为6 kg。加入相同的营养成分（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镉粉分别均匀浇灌I～VI组土壤中，制成6组不同浓度的含镉的系列土壤（I组空白对照组），并将每组分别置于5个塑料花盆（直径0.3 m，高度0.3 m）。选取饱满的大豆种子，种植于花盆内。各组每隔1 d分别浇0.5 L自来水。除镉溶液浓度外，各处理其他生长环境条件保持相同。

1.4 试验方法

采用火焰原子吸收分光光度法分别对播种大豆前、收获大豆后土壤中的镉含量，以及对不同镉含量土壤中生长的大豆根、茎、叶、大豆中的镉含量进行测定，得出大豆植株不同部位对镉的富集结果。

1.5 分析方法

1.5.1 标准曲线的绘制 将2.0 g·L-1镉标准储备液稀释，得到10.0 μg·mL-1的标准使用液，然后分别配制0.00，0.05，0.25，0.50，0.80，2.40，4.00 mg·L-1标准系列溶液。按仪器工作条件分别测定各元素标准系列溶液的吸光度值。以浓度值C（μg·mL-1）为横坐标，吸光度值A为纵坐标绘制标准曲线，得出回归方程和相关系数，回归方程为A=0.129 4x +0.003 6，相关系数R2=0.999 7。

1.5.2 土壤样品测量 将风干土壤样品过0.25 mm筛后装于塑料袋内，准确称取0.500 0 g（精确至0.000 1 g）栽培前和收获后的干燥土壤样品于50 mL具盖聚四氟乙烯坩埚中，用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸全消解法，彻底破坏土壤的矿物晶格，使试样完全溶解，测定其吸光度。

1.5.3 植物样品的处理及测定 采集大豆的根（去除土壤）、茎、叶和果实用自来水冲洗干净，然后用蒸馏水冲洗一遍，将清洗后的植物样置于通风干燥处风干，用研磨机打碎过0.25 mm筛，以备消解用。称取1.000 0 g植物样品于瓷坩埚内，用马弗炉在3 000 ℃条件下烘烤8 h，再移到聚四氟乙烯坩埚内，加少量去离子水润湿。加入10 mL 浓硝酸，移至低温电热板上加热消解；若反应产生棕黄色烟，说明有机质较多，须反复补加适量硝酸，加热分解至平静，不再产生棕黄色烟为止，取下冷却。加入5 mL氢氟酸，煮沸10 min，冷却；加入高氯酸5 mL，蒸发至近干；然后再补加高氯酸3 mL（根据取样适量补加），再次蒸发产生大量白色烟雾至近干；冷却后加入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样品溶液，测量其吸光度值。

2 结果与分析

2.1 栽培前后土壤镉含量

在对土壤加镉标准系列溶液处理后，测定土壤在栽培大豆植株前后的镉含量变化，见表1。由表1可见，各处理栽培后土壤中的镉含量明显比栽培前降低。

2.2 大豆各部位对镉的吸收和蓄积

对成熟大豆各部位的测定结果见表2。可以看出，大豆植物各部位对镉的吸收程度是不同的，其含量分布为根部>秸秆>叶部>果实。用含镉的溶液浇灌大豆各部位的镉含量均高于空白组（Ⅰ）。镉不是植物生长的必需元素，镉进入植物的过程，主要是非代谢被动进入植物体内。重金属一旦进入根内，就通过木质部分转移到其他组织。

2.3 镉含量测定结果及精密度

在置信概率P=95%的条件下，VI组大豆植株中根茎的测量结果为（119.1±0.3） mg·kg-1，叶子的测量结果为（24.02±0.24） mg·kg-1，豆子的测量结果为（7.49±0.11） mg·kg-1，样品中含量值最大相对标准偏差（RSD）小于5.0% ，结果精密度较为满意。

3 结论与讨论

大豆的各部位对土壤中镉的吸收具有很强的特异性，对土壤中镉吸收由强及弱分别为根、茎、叶部及豆子。这一特征揭示，大豆根可以作为一种屏障或过滤器，来阻止镉进一步向植株叶子和果实中迁移，从而减少其毒害效应。大豆茎中镉含量比果实中的含量高，说明除根系外，秸秆也是阻碍镉进入果实的二次重要屏障。由于根系、茎和叶主要由植物纤维组成，而果实的主要成分是淀粉，吸收主要残留在纤维中，而淀粉对镉的蓄积作用较弱。空白试验表明，大豆植株根系、茎能够有效降低土壤中重金属的含量。因此，从另一角度来说，大豆植株对受重金属镉污染的土壤具有一定的生物修复作用。

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