马齿苋对污染土壤中重金属离子的固定萃取性能

袁清香 柴凤兰 李敬

摘要：研究采用火焰原子吸收分光光度计测定污染土壤中生长的马齿苋（Portulaca oleracea）中的重金属铅、镉的含量。结果表明，马齿苋对污染土壤中铅和镉重金属离子具有较强的吸附萃取能力，而且马齿苋对镉的萃取能力强于铅。

关键词：重金属；污染土壤；马齿苋（Portulaca oleracea）；草本植物

中图分类号：S567.21+9；X53 文献标识码：A 文章编号：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

随着工业快速发展，土壤重金属污染问题已经引起全社会的高度关注。污染土壤中的重金属离子很难在短时间内消除，不适于耕种的土壤被废弃荒漠化。污染土壤中的重金属离子会伴随着雨水的冲刷迁徙至江河湖泊造成水源的污染，并能在食物链中富集，严重威胁人类健康。近年来，重金属离子污染土壤的治理已经成为社会各界关注的焦点，污染土壤修复技术研究受到广泛的重视[1-3]。在众多污染土壤修复方法中，超累积植物萃取修复法具有不可替代的优势。重金属污染土壤的植物萃取技术修复法治理过程具有原位性、成本低廉性、管理与操作简易以及环境美学的兼容性，越来越受到人们的重视，成为污染土壤修复治理研究的热点之一[4-6]。本研究选择生命力极强的草本植物马齿苋（Portulaca oleracea）作为污染土壤重金属离子固定萃取植物，采用火焰原子吸收分光光度计法测定马齿苋的根、茎中不同重金属的含量，验证马齿苋对重金属离子的吸附萃取能力，为马齿苋修复重金属污染土壤奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试剂 硝酸、高氯酸、氢氟酸、硝酸铅、硝酸镉、氧化镉，试剂除硝酸铅、氧化镉外均为分析纯。

1.1.2 主要仪器及工作条件 AA-7000型原子吸收分光光度计（日本岛津公司）、FA1604型电子分析天平、瓷坩埚。

测定元素铅的工作条件：波长283.3 nm，灯电流2.0 mA，光谱通带0.2 nm，燃气流量1 300 mL/min[7，8]。

测定元素镉的工作条件：波长228.8 nm，灯电流2.0 mA，光谱通带0.2 nm，燃气流量1 300 mL/min[9]。

1.2 马齿苋的种植及样品制备

取3个规格为46 cm×32 cm×26 cm的塑料箱用于植物种植，二级土壤置于1号箱，2号箱为铅污染土壤，3号箱为镉污染土壤。3个培养箱均澆灌含适量氮、磷、钾的植物营养液使保持适于耕种的湿度，在3个箱体中播撒定量的马齿苋种子，出苗后，定期浇灌。两周为一个生长周期，收割3个生长周期后，分别将马齿苋洗净，根、茎分割处理，进行晾晒、风干、粉碎成粉末，过60目标准筛，处理成待测试样为1号（根、茎叶）试样、2号（根、茎叶）试样、3号（根、茎叶）试样，存放于干燥器中备消解使用。

1.3 标准溶液的配制

铅标准储备液：称取1.598 5 g优级纯硝酸铅[Pb（NO3）2]于烧杯中。加5%硝酸（体积分数）溶解，移入1 000 mL容量瓶中，并用5%硝酸（体积分数）稀释至刻度，摇匀。铅浓度为1 mg/mL。

铅标准系列制备：吸取0.0、0.5、1.0、2.5、5.0 mL铅标准储备液，分别置于50 mL比色管中，以硝酸（0.5 mol/L）稀释至刻度，混匀。此标准系列每毫升含铅量分别为0.0、1.0、2.0、5.0、10.0 μg。

镉标准储备液：称取1.142 3 g优级纯氧化镉（CdO）于烧杯中，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（体积分数）稀释至刻度，摇匀。镉浓度为1 mg/mL。

镉标准系列制备：吸取0.0、0.5、1.0、2.5、5.0 mL镉标准储备液，分别置于50 mL比色管中，以水稀释至刻度，混匀。此标准系列每毫升含镉量分别为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测定马齿苋叶、根试样（以下均为干重）中Pb和Cd的含量，分析马齿苋的根和茎对铅和镉富集能力的差异，评价马齿苋对污染土壤的修复效果。

1.4.1 标准曲线的绘制 按测定铅、镉的仪器工作条件，分别测定铅、镉标准系列溶液的吸光度。以浓度值C（μg/mL）为横坐标，吸光度A为纵坐标绘制标准曲线，得出回归方程和相关系数。铅的回归方程为A=0.001 6C，相关系数R2=0.998 3；镉的回归方程为A=0.006 9C，相关系数R2=0.999 0。

1.4.2 马齿苋样品的处理及测定 称取1.000 0 g马齿苋样品于瓷坩埚内，放入马弗炉中，温度为500 ℃，燃烧完全后，关上马弗炉，在500 ℃下灰化6 h，冷却至室温，加入10 mL浓HNO3进行消解；消解过程观察瓷坩埚中的液体量，可适当补加浓HNO3，直至不再产生棕黄色烟为止，冷却后加入5 mL氢氟酸，煮沸10 min，冷却；加入5 mL HClO4，蒸发至近干；然后再补加3 mL HClO4（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溶液定容得到样品溶液，测量其吸光度。

2 结果与分析

2.1 马齿苋的出苗率及生长状况

试验发现，3个种植箱中马齿苋的出苗率差别较小，在误差范围内。马齿苋的后期生长状况明显不同，2号箱铅污染土壤和3号箱镉污染土壤上的嫩苗有明显的死亡现象。在后期的生长过程中，2号铅污染土壤上的马齿苋有明显的落叶现象，生长受到一定的抑制，收获的马齿苋干重明显低于1号箱二级土壤。3号箱镉污染土壤上成活的植株后期长势较1号箱二级土壤旺盛，但叶片有明显的白斑出现。从长势来看，马齿苋对土壤中镉的植物萃取能力强于对铅的萃取能力。

2.2 马齿苋对试验土壤中铅和镉的萃取能力

从表1可以看出，马齿苋的茎叶对铅的吸附萃取能力高于根部，而根部对镉的吸附萃取能力高于茎叶。植物对土壤中重金属的富集系数表示该植物对重金属的吸附萃取能力，植物对重金属的富集系数是指植物中重金属的含量与土壤中重金属含量之比。计算可得，马齿苋的茎叶对铅的富集系数约为151%，对镉的富集系数约为32%；根部对铅的富集系数约为80%，而根对镉的富集系数约为138%。因此，马齿苋对土壤中铅的萃取主要吸附在其茎叶，从长势来看，铅在植物根部的吸附明显抑制土壤中营养成分的传输，因此，铅污染土壤上生长的马齿苋出现落叶、茎部有黑斑现象。而土壤中的镉是被转运至茎叶部，根部富集系数较高，从长势来看，镉的转移不影响土壤中其他营养成分的传输，植物生长旺盛，但由于镉积累在叶上，导致叶上出现白斑，表现出镉中毒症状。

3 小结

试验结果表明，在重金属污染土壤上种植马齿苋可以有效萃取土壤中的铅、镉，但马齿苋对不同的重金属的富集能力不同。从植物长势分析，在同样的种植条件下，镉污染土壤收获的生物量明显高于铅污染土壤，因此，马齿苋对修复镉污染土壤更有效。在被铅和镉污染的土壤中多次轮作、大量种植马齿苋，不仅可以达到修复土壤的目的，而且可以回收重金属。该法经济投入小，易操作，且重金属可进行回收，值得进行推广应用。

参考文献：

[1] 王丽娟.土壤重金属污染的危害及修复[J].现代农业，2017（1）：73-75.

[2] 何雪梅，向 琼，唐甜甜，等.丛枝菌根真菌参与土壤铅、镉污染治理技术研究[J].生物化工，2017，3（3）：91-93，97.

[3] 于小俸，彭 蓬，肖利红.酸性土壤重金属含量的相关分析与修复——以湖南壶瓶山自然保护区为例[J].西南农业学报，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，江荣风，李花粉，等.土壤容重改变对锌/镉超累积植物遏兰菜根系特征及吸镉的影响[J].环境科学，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 烨，张秀娟，等.火焰原子吸收光谱法测定滑子蘑中镉、铜、铅和锌[J].光谱实验室，2007，24（4）：574-578.

[8] 景丽洁，马 甲.火焰原子吸收分光光度法测定污染土壤中5种重金属[J].中国土壤与肥料，2009（1）：74-75.

[9] 王彩虹，李 莉，赵 川，等.火焰原子吸收光谱法测定中药中重金属元素铅镉镍[J].理化检验-化学分册，2010，46（6）：624-625，629.

[10] 唐 清，左嘉平.火焰原子吸收光谱法测定苋菜中8种矿物元素[J].化学试剂，2006，28（2）：101-103.