花生农作物对污染土壤中重金属镉的富集研究*

罗子锋，周峰平，高　岐

(韶关学院化学与环境工程学院，广东　韶关　512005)



花生农作物对污染土壤中重金属镉的富集研究*

罗子锋，周峰平，高岐

(韶关学院化学与环境工程学院，广东韶关512005)

采用火焰原子吸收光谱法分别测定未种植花生前和种植花生后土壤中镉的含量，以及测定在不同镉含量土壤中花生的根、茎、叶、壳、籽实的镉含量，从而得出花生不同部位对镉金属的富集情况,结果显示：花生不同部位吸收重金属镉的能力具有以下规律：根>叶>茎>壳>籽实；并与土壤中镉含量呈现明显的正相关。因此花生农作物对受重金属镉污染土壤具有良好的生物修复作用。

重金属污染；花生； 植物修复

镉是已知重金属污染土壤中最毒的重金属元素之一，具有迁移性强、生物毒性大的特点。不仅对农作物的生长有明显的副作用，并且通过食物链富集最后到达人体内后，对人体的肝肾等器官有明显的毒害作用。目前，我国的土壤镉污染也不容乐观，相关研究表明，我国每年通过农业灌溉、污泥垃圾农用、以及工业污水乱排而排放到环境中的镉含量就高达2.2万吨。花生是豆科草本植物、富含脂肪和蛋白质，具有很高的营养价值和经济价值，中国不仅是世界上主要的花生产国，又是最大的花生出口国，作为主要的油料作物、经济作物，花生在人们的日常生活中有着举足轻重的地位。因此，研究花生农作物对污染土壤中重金属镉的富集、了解花生不同部位对镉的富集作用、花生中镉含量与土壤中镉含量的相关性，从而判断其对土壤镉的耐受性，以及对镉污染土壤的植物修复性有着重要的意义。

1　材料与方法

1.1仪器设备及实验试剂

仪器：DFY-1000 1000克摇摆式高速万能粉碎机，上海新诺仪器设备有限公司；DHG-9076A 电热恒温鼓风干燥箱，上海沪粤明科学仪器有限公司；PJ21C-BF 微波闭式消解仪；DB-3 型不锈钢电热板，常州国华电器有限公司；DZG-303A 砾鼎超纯水机，上海砾鼎水处理设备有限公司；FA1604 型电子分析天平，上海光学仪器一厂；AA-7000 原子吸收分光光度计，日本岛津公司；50 mL聚四氟乙烯坩埚。

试剂：镉标准储备液：1.00 mg·mL-1；高氯酸(95%)；双氧水(30%)；硝酸(65%)；氢氟酸(60%)；以上试剂均为分析纯；镉粉；去离子水。

1.2仪器工作条件

测定元素镉工作条件：分析线波长228.8 nm，灯电流为2.0 mA，光谱带宽0.2 nm，燃气流量1300 mL·min-1。

1.3实验方法

(1)制备各营养成分含量以及其他条件相同，但具有一定梯度镉离子含量的土壤，

(2)栽培同一品种且饱满程度相同的花生，严格控制花生的其它生长条件相同(光照、湿度、温度等)，观察并分析镉离子对花生生长情况的影响；

(3)收割成熟花生并记录各组样品的成活率和结实率，对收割后的各组花生样品进行样品的预处理；

(4)采用火焰原子吸收光谱法分别测定未种植花生前和种植花生后土壤中镉的含量，以及测定在不同镉含量土壤中花生的根、茎、叶、壳、籽实中的镉含量，从而得出花生的不同部位对镉金属的富集情况结果。

1.4样品的制备

本实验土为南方常见的酸性红壤土，在韶关学院北区某空地取土，分拣去除其中的大块石子及玻璃垃圾后，将其分为7组，每组3个平行样，共21个样品。将单个平行样的土壤质量定为10 kg。加入相同营养成分以及相同质量的复合化肥，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 镉粉再分别均匀浇灌到各供试土壤中，制成I至Ⅶ组不同浓度的含镉的系列土壤(I 组空白对照组)。选取饱满程度相同、同一品种的花生种子，种植于试验的塑料花盆内。每隔1 d分别浇0.5 L 自来水。保持除了镉浓度条件不同以外，每组其他生长条件均保持一致。

2　测定与分析

2.1样品的预处理及测定

2.1.1土壤样品的处理及测定

具体步骤见国标GB/T 17110-1997 土壤质量铅、镉的测定KJ-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法。

2.1.2植物样品的处理及测定

将磨碎过筛好的植物样品，准确称取0.5000 g于聚四氟乙烯消解罐内，加入7 mL硝酸，3 mL高氯酸和3 mL双氧水，混匀密封。将消解罐置于消解仪中，启动消解程序，消解10 min后，取出稍冷，倒出消解液(淡黄色或透明)放置于电热板上低温加热，待赶酸至剩余1～2 mL，加1 mL 1%的硝酸温热溶解，过滤，将滤液转移至100 mL容量瓶中，再用1%的硝酸定容；将样品溶液喷入原子吸收分光光度计火焰，测量其吸光度值。

2.2镉标准曲线的绘制

准确吸取镉标准溶液(10.0 μg/mL)0.00、0.20、0.50、1.00、2.00、5.00 mL，分别置于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标准系列溶液。分别导入火焰原子吸收仪仪器工作条件按照上面“1. 2”测定吸光度，以浓度值C(μg·mL-1)为横坐标，吸光度值A为纵坐标，绘出标准曲线(见图1)，得出回归方程和相关系数。回归方程：Abs=0.2651Conc+0.0014，相关系数R2=0.9998。

图1　镉标准曲线

3　结果与分析

3.1实验前后土壤镉含量

分别测定加入镉标准系列的土壤在栽培花生前后的镉含量变化。由表1可知，实验后土壤中的镉浓度明显降低，说明除正常的雨淋损失外，花生有着重要的吸附作用。

表1　实验前后土壤中的镉含量Table 1　soil Cd content before and after the experiment　(mg·kg-1)

3.2花生不同部位对镉的富集情况

花生不同部位的镉含量见表2，由表2数据可以看出，花生各部位对镉金属的富集程度不同，其含量高低为根>叶>茎>壳>仁。随土壤中镉浓度的增高，花生各部位的镉含量也明显呈上升趋势，有着很好的正相关性，且实验组花生植株的各部位镉含量都明显高于空白组(Ⅰ)。镉并不是花生农作物所必须的生长元素，镉进入花生植物体内的过程主要是以非代谢被动形式进入。重金属镉进入农作物花生的根，会通过木质部转移到花生的其他组织。其中一部分镉会结合在木质部的导管上，其余的会通过秸秆依次运输到叶子和籽实中。

表2花生植株各部位中镉含量

Table 2Cd in various parts of peanut plants

(mg·kg-1)

3.3样品加标回收实验

采用标准溶液加入法分别对实验前后的土壤，花生植株的根、茎、叶、壳、仁(选取空白组与镉离子浓度最高的这两组样品)进行回收率测定，测定结果如表3所示，回收率在93.80%～104.69%之间。

表3　加标回收实验

续表3

叶10.6250.5001.132101.40叶220.76610.00030.22094.54茎10.4950.2000.68896.50茎216.84710.00026.49096.43壳10.4520.2000.64596.50壳27.9933.00011.050101.90仁10.1240.1000.22197.00仁25.7263.0008.68098.47

注：1-空白组;2-最高浓度组。

4　结论与讨论

实验结果表明，未受污染的花生植株和受污染的花生植株根系及地上部镉含量存在着明显差异。花生不同部位吸收重金属的能力具有以下规律：吸收器官>同化器官和输导器官>繁殖器官，其中花生根的吸收能力最强，其次为叶、茎、壳、籽实。随着土壤中镉含量的增加，花生不同部位吸收的镉含量也相应增加，有着很好的相关性。对照组的空白试验表明，花生农作物的根、叶、茎能有效地降低重金属污染土壤中重金属的含量。从另一个角度可以说明，花生农作物对镉污染的土壤具有良好的生物修复作用。

[1]肖春文,罗秀云,田云,等. 重金属镉污染生物修复的研究进展[J]. 化学与生物工程,2013,30(8)：1-3.

[2]李铭红,李侠,宋瑞生．受污农田中农作物对重金属的富集特性研究[J].中国生态农业学报，2008，16(3):675-679.

[3]郑海,潘冬丽,黎华寿,等．不同浓度镉污染土壤对22个花生品种籽粒镉含量的影响[J]. 农业环境科学学报, 2011,30(6):1255-1256.

[4]徐良将,张明礼,杨浩. 土壤重金属镉污染的生物修复技术研究进展[J]. 南京师范大学学报(自然科学版),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;

广东省大学生创新创业训练计划项目(Sycxcy2014-114)。

罗子锋、周峰平，韶关学院环境工程学院2011级学生。

高岐(1955-)，男，教授，主要从事环境科学及受污染环境修复中的教学和科研工作。

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A

1001-9677(2016)02-0132-03