小酸模對(duì)不同濃度鉛、鋅的富集與轉(zhuǎn)移

李金輝　翁貴英　吳漢福

摘要：通過人工盆栽試驗(yàn)，研究在不同濃度鉛、鋅脅迫下，小酸模對(duì)鉛、鋅的富集與轉(zhuǎn)移。結(jié)果表明，在單一濃度鉛、鋅脅迫和鉛鋅混合脅迫條件下，小酸模地上部分對(duì)鉛的富集系數(shù)為0.04～0.13，地下部分對(duì)鉛的富集系數(shù)為 0.07～0.22，對(duì)鉛的轉(zhuǎn)移系數(shù)為0.11～1.08。小酸模地上部分對(duì)鋅的富集系數(shù)為0.32～4.23，地下部分對(duì)鋅的富集系數(shù)為0.15～2.25，對(duì)鋅的轉(zhuǎn)移系數(shù)為1.41～2.62。小酸模在一定濃度的鋅、鉛鋅脅迫下，對(duì)鋅的富集系數(shù)、轉(zhuǎn)移系數(shù)均大于1，地上部分對(duì)鋅的富集量最大可達(dá)4 201.40 mg/kg。小酸模對(duì)鋅有較強(qiáng)的富集和轉(zhuǎn)移能力，接近鋅的超富集植物，可作為治理和修復(fù)鉛鋅污染土壤的修復(fù)植物。

關(guān)鍵詞：小酸模；鉛鋅脅迫；富集系數(shù)；轉(zhuǎn)移系數(shù)

中圖分類號(hào)： X171.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2016）07-0526-03

隨著城市的建設(shè)、礦山的開采、金屬的冶煉、交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展等，土壤重金屬污染問題日益嚴(yán)重。重金屬污染土壤治理難度很大，具有隱蔽性、毒害性、長期性、不可逆轉(zhuǎn)性等特點(diǎn)，影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)，還會(huì)通過食物鏈影響人類健康[1]。植物修復(fù)技術(shù)是處理土壤重金屬污染的新興生態(tài)技術(shù)，其機(jī)理主要是通過某些植物對(duì)重金屬元素的吸收、積累和轉(zhuǎn)化，將重金屬移出土壤，達(dá)到減輕重金屬污染的目的。 與傳統(tǒng)的土壤污染治理方法相比，植物修復(fù)技術(shù)因具有經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、高效和無二次污染等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞[2-4]，其主要解決的問題是找到超富集植物，目前全球已發(fā)現(xiàn)超富集植物400多種[1]。

小酸模（Rumex acetosella L.）為酸模屬（Rumex）多年生草本植物，適應(yīng)于溫暖、半干旱至潮濕的高海拔山區(qū)。小酸模具較強(qiáng)的有性和無性繁殖能力，抗旱性強(qiáng)，對(duì)土壤的適應(yīng)范圍較廣[5]。目前已有關(guān)于酸模屬植物富集重金屬的研究報(bào)道，小酸模對(duì)鎘有一定的耐受性[6]，尼泊爾酸模（R.nepalensis Spreng.）是鋅的耐性植物，對(duì)鉛富集能力和抗性較強(qiáng)[7-8]。酸模（Rumex acetosa）可作為鉛污染土壤的修復(fù)植物[9-10]。皺葉酸模（Rumex crispus）對(duì)銅有較強(qiáng)的富集能力[11]。鈍葉酸模（Rumex acetosella L.）是鉛、鋅的耐性植物[12]。本研究采用盆栽試驗(yàn)，研究單一濃度鉛、鋅脅迫和鉛鋅混合脅迫條件下，小酸模對(duì)鉛、鋅的富集與轉(zhuǎn)移的特性，探討其修復(fù)鉛、鋅污染土壤的能力，旨在為鉛、鋅污染土壤治理和生態(tài)環(huán)境修復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)土壤采自貴州省六盤水師范學(xué)院后山，由黃棕壤、腐殖土構(gòu)成，鉛、鋅的背景值分別為154.5、365.2 mg/kg。土壤取回后自然晾干，過2 mm篩后備用。小酸模種子于2013年9月采自貴州省盤縣四格彝族鄉(xiāng)海拔2 400 m山坡。AA-7003型原子吸收分光光度計(jì)（北京東西三維科技公司）、ME104電子天平[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]、Human超純水器、EG35B微控?cái)?shù)顯電熱板（北京萊伯泰科儀器股份有限公司）等。HClO4、HNO3、HF為優(yōu)級(jí)純；Pb（NO3）2和ZnSO4.7 H2O為分析純；Pb和Zn單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液 1 000 ug/mL（國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)處理見表1[12]。P代表不同濃度鉛處理：P0（0 mg/kg）、P1（100 mg/kg）、P2（200 mg/kg）、P3（400 mg/kg）、P4（800 mg/kg）；Z代表不同濃度鋅處理：Z0（0 mg/kg）、Z1（100 mg/kg）、Z2（200 mg/kg）、Z3（400 mg/kg）、Z4（800 mg/kg）；對(duì)照為P0Z0（CK）。

稱取試驗(yàn)土壤每份5 kg放入塑料花盆中，加入不同濃度的鉛、鋅處理液混勻，每個(gè)盆栽處理3個(gè)重復(fù)。14 d后，將小酸模種子用超純水浸泡24 h，每個(gè)花盆種50粒，待幼苗長出2張真葉后，每盆留3株長勢(shì)基本一致的植株，放在樓頂屋檐下，自然生長，90 d后整株取樣。

1.3 樣品處理和分析

將采集的樣品用自來水洗凈后用超純水沖洗干凈，分成地上部分（莖、葉）、地下部分（根），于75 ℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量，粉碎后過100 mm篩備用。采集植物樣品后，采用四分法采集土壤樣品，風(fēng)干，瑪瑙研缽研細(xì)后過100 mm篩備用。稱取植物樣品0.500 0 g，采用硝酸-高氯酸（體積比4 ∶ 1）混合消解。稱取土壤樣品0.500 0 g，采用硝酸-氫氟酸-高氯酸（體積比4 ∶ 1 ∶ 1）混合消解。消解完全后冷卻，用1%硝酸定容至50 mL容量瓶中作為待測(cè)液，同時(shí)作植物與土壤的樣品空白，用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定。富集系數(shù)、轉(zhuǎn)移系數(shù)計(jì)算公式如下：

富集系數(shù)=植物中重金屬富集量/土壤中重金屬富集量；

（1）

轉(zhuǎn)移系數(shù)=地上部分重金屬富集量（莖和葉）/地下部分重金屬富集量（根）。

（2）

植物的富集系數(shù)越大，表明植物對(duì)重金屬的富集能力越強(qiáng)，越有利于植物修復(fù)污染土壤。

植物轉(zhuǎn)移系數(shù)越大，表明植物從根部向地上部分運(yùn)輸重金屬能力越強(qiáng)[13-14]，越有利于植物從土壤中移除重金屬。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

用Excel 2007軟件處理數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 小酸模在不同濃度鉛、鋅脅迫下對(duì)鉛鋅的富集

2.1.1 鉛的富集 由表2可知，在單一鉛與混合鉛鋅的脅迫下，小酸模地上部分對(duì)鉛的富集量為16.67～87.76 mg/kg，地下部分對(duì)鉛的富集量為18.28～162.95 mg/kg，均大于CK的富集量，且對(duì)鉛的富集規(guī)律一致，均隨著鉛鋅脅迫濃度的升高，對(duì)鉛的富集量呈增加趨勢(shì)。在P4Z4（施鉛800 mg/kg、鋅800 mg/kg）脅迫處理下，小酸模地上部分和地下部分對(duì)鉛的富集量最大，分別為87.76、162.95 mg/kg，大于P4Z0（單一施鉛800 mg/kg）的富集量31.64、118.54 mg/kg，表明施鋅能促進(jìn)小酸模地上部分和地下部分對(duì)鉛的富集。

2.1.2 鋅的富集 由表3可知，在單一鋅與混合鉛鋅的脅迫下，對(duì)鋅的富集量為125.91～4 201.40 mg/kg，地下部分對(duì)鋅的富集量為70.40～2 881.36 mg/kg，均大于CK的富集量。隨著鉛脅迫濃度的升高，小酸模地上部分對(duì)鋅的富集量先增加后下降趨勢(shì)。在P3Z4（施鉛400 mg/kg、鋅800 mg/kg）脅迫處理下，小酸模地上部分對(duì)鋅的富集量最大，為 4 201.40 mg/kg，大于P0Z4（單一施鋅800 mg/kg）脅迫處理下的富集量3 680.00 mg/kg；隨著鉛脅迫濃度的升高，小酸模地下部分對(duì)鋅的富集量增加，在P4Z4（施鉛800 mg/kg、鋅 800 mg/kg）脅迫處理下，小酸模地下部分對(duì)鋅的富集量最大，為2 881.36 mg/kg，大于P0Z4（單一施鋅800 mg/kg）的富集量1 990.00 mg/kg。由此可知，施鉛能促進(jìn)小酸模地上部分、地下部分對(duì)鋅的富集，當(dāng)鉛的濃度較高時(shí)（施鉛800 mg/kg），會(huì)影響地上部分鋅的富集，隨著鉛濃度的升高，鉛會(huì)滯留在小酸模地下部分。

2.2 小酸模對(duì)重金屬鉛、鋅富集系數(shù)與轉(zhuǎn)移系數(shù)

2.2.1 鉛的富集系數(shù)與轉(zhuǎn)移系數(shù) 由表4可知，小酸模地上部分對(duì)鉛的富集系數(shù)為0.04～0.13，富集系數(shù)最大為 0.13；

地下部分對(duì)鉛的富集系數(shù)為0.07～0.22，富集系數(shù)最大為 0.22。小酸模地上部分和地下部分對(duì)鉛的富集系數(shù)均小于1，表明在單一鉛與混合鉛鋅的脅迫下，小酸模地上部分和地下部分對(duì)鉛的富集能力較弱。小酸模對(duì)鉛轉(zhuǎn)移系數(shù)為 0.27～1.08，均小于CK（1.18）。在單一施鉛脅迫下，隨著鉛濃度的升高，轉(zhuǎn)移系數(shù)減小，且轉(zhuǎn)移系數(shù)均小于1；在P1Z4（施鉛100 mg/kg、鋅800 mg/kg）脅迫處理下，小酸模對(duì)鉛轉(zhuǎn)移系數(shù)最大為1.08，其他轉(zhuǎn)移系數(shù)均小于1，表明小酸模地上部分、地下部分從土壤移除鉛的能力較弱。

2.2.2 鋅的富集系數(shù)與轉(zhuǎn)移系數(shù) 由表4可知，小酸模地上部分對(duì)鋅的富集系數(shù)為0.32～4.23，在P4Z3（施鉛 800 mg/kg、鋅400 mg/kg）脅迫處理下，富集系數(shù)最大，為 4.23，大于單一施鋅脅迫處理P0Z4（3.27），大于CK（0.29）；小酸模地下部分對(duì)鋅的富集系數(shù)為0.15～2.25，在P4Z4（施鉛800 mg/kg、鋅800 mg/kg）脅迫處理下，小酸模地下部分對(duì)鋅的富集系數(shù)最大，為2.25，大于單一施鋅脅迫處理P0Z4（1.77），大于CK（0.22）。在單一鋅與混合鉛鋅的脅迫下，小酸模地上部分對(duì)鋅的富集系數(shù)大于地下部分，表明小酸模在一定濃度的鉛脅迫下，富集鋅的能力較強(qiáng)，但鉛濃度較高時(shí)，會(huì)抑制鋅的富集。小酸模對(duì)鋅轉(zhuǎn)移系數(shù)為1.41～2.62，在P1Z3（施鉛100 mg/kg、鋅400 mg/kg）脅迫處理下，轉(zhuǎn)移系數(shù)最大，為2.62，大于CK（1.36），表明小酸模在低濃度鉛的脅迫下，轉(zhuǎn)移鋅的能力增強(qiáng)。小酸模在單一鋅與混合鉛鋅脅迫下其轉(zhuǎn)移系數(shù)均大于1，表明小酸模從土壤移除鋅的能力較強(qiáng)。植物的轉(zhuǎn)移系數(shù)大于1，可以進(jìn)行植物修復(fù)[15]。小酸?？勺鳛殇\污染土壤的修復(fù)植物。

3 結(jié)論與討論

超富集植物應(yīng)同時(shí)具備3個(gè)基本特征[16]：植物地上部分富集重金屬達(dá)到一定量時(shí)，重金屬含量是普通植物在同一生長條件下的100倍，目前采用較多的是Brooks和Baker提出的參考值，Cd含量達(dá)到100 mg/kg，Co、Cu、Ni、Pb含量分別 達(dá)到1 000 mg/kg，Mn、Zn含量分別達(dá)到10 000 mg/kg以上；植物的富集系數(shù)、轉(zhuǎn)移系數(shù)均大于1；在滿足上述2個(gè)條件下，植物沒有出現(xiàn)明顯的毒害癥狀。本試驗(yàn)中，小酸模對(duì)鉛的轉(zhuǎn)移系數(shù)在P1Z4處理下最大，為1.08，其余處理下，小酸模對(duì)鉛的富集系數(shù)、轉(zhuǎn)移系數(shù)均小于1，表明小酸模從土壤移除鉛的能力較弱，但在試驗(yàn)設(shè)計(jì)的鉛、鋅濃度范圍內(nèi)，小酸模未表現(xiàn)明顯的毒害癥狀，表明其在鉛脅迫下具有一定的耐受性。除了在P0Z1、P0Z2脅迫下小酸模對(duì)鋅的富集系數(shù)小于1外，其余富集系數(shù)均大于1。在P3Z4脅迫處理下，小酸模地上部分對(duì)鋅的富集量最大，為 4 201.40 mg/kg；在P4Z3脅迫處理下，小酸模地上部分對(duì)鋅的富集系數(shù)最大，為4.23；在P1Z3脅迫處理下，小酸模對(duì)鋅的轉(zhuǎn)移系數(shù)最大，為2.62。小酸模對(duì)鉛、鋅具有一定耐受性，具有較強(qiáng)的鋅富集能力和轉(zhuǎn)移能力，加之其具有適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、繁殖能力強(qiáng)、生物量大等特點(diǎn)[5]，可作為富集植物用于鉛鋅污染土壤修復(fù)，對(duì)鋅污染土壤修復(fù)潛力大。

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