丹江濕地商州城區(qū)段重金屬富集植物篩選

1、丹江流域商州城區(qū)段重金屬富集植物篩選秦王山礦區(qū)菊科重金屬富集植物篩選背景 : 土壤是人類賴以生存發(fā)展的生產(chǎn)資料，也是人類社會最基本、最重要的自然資源之一。隨著我國工業(yè)化的不斷深入，多種含重金屬的污染物通過各種途徑進入土壤，造成土壤中相應(yīng)的重金屬富集，從而導致土壤肥力降低，農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)下降，并通過食物鏈危及人類健康和生命。商洛市礦產(chǎn)資源豐富，在開發(fā)這些資源獲取經(jīng)濟效益的同時 , 也會帶來不可避免的重金屬污染問題。近年來 , 人們致力于研究一種對環(huán)境無污染且成本較低的 “綠色生態(tài)技術(shù)” ( 即植物修復(fù)技術(shù) ) , 以治理重金屬污染土壤與礦業(yè)廢棄地。在利用植物修復(fù)技術(shù)之前 , 需要篩選和培育出重

2、金屬超富集植物。目前 , 國內(nèi)植物修復(fù)技術(shù)研究也有一些進展。利用植物修復(fù)對商洛市礦產(chǎn)開發(fā)帶來的污染進行治理能有效防止傳統(tǒng)治理方式所帶來的“二次污染”。然而，其他地方的具有修復(fù)作用植物不一定在商洛地區(qū)發(fā)揮應(yīng)有作用。商洛市作為“南水北調(diào)”工程的水源涵養(yǎng)區(qū)，治理污染問題已不僅只關(guān)乎本市人民的生產(chǎn)生活，也關(guān)乎首都及“南水北調(diào)”工程中下游地區(qū)的人民生產(chǎn)生活。目的：通過實驗初步篩選出丹江濕地商州城區(qū)段重金屬富集植物，用于日后大面積推廣種植進而提高土壤質(zhì)量，改善丹江流域水源，為人民提供一個綠色安全的生活環(huán)境，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供安全保障。1. 實驗材料與儀器1.1 實驗試劑硝酸（優(yōu)級純）、鹽酸（優(yōu)級純）、乙醇、去

3、離子水、乙炔氣、氬氣、銅單元素標準溶液、鉛單元素標準溶液、砷單元素標準溶液、純凈水等。1.2 主要實驗儀器原子吸收光譜儀、壓力自控密閉微波消解儀、聚四氟乙烯消解罐、電子天平。2. 實驗方法 :2.1 土壤樣品采集和室內(nèi)前處理在秦王山采集植物根系所帶土壤，采樣深度 020cm , 每個采樣點采集土壤 1.52.0kg 。通風處風干。 研磨過 2mm篩 , 存于塑料瓶中調(diào)勻 , 作為保存樣品。取保存樣品研磨至全部過 0. 149mm 篩?；靹虮４孀鳛楣┰嚇悠贰２捎梦⒉ㄏ?。12.2 植物樣品采集和室內(nèi)前處理收獲的植物樣分為地上部分和地下部分，分別用自來水充分沖洗以去除粘附于植物樣品上的泥土和污物，

4、然后再用去離子水沖洗，瀝去水分，之后在烘干前先在105下殺青 30min，然后在 70下于烘箱中烘至恒重。烘干后的植物樣，即供試樣品。采用微波消解。2.3 樣品前處理用電子天平精密稱取定量供試樣品放入聚四氟乙烯消解罐內(nèi)，加入定量濃硝酸靜置過夜，采用微波消解儀消化后定容成供試溶液。樣品采集結(jié)果本實驗所用材料采集自南秦水庫上游秦家溝口及四溝附近，且主要采集了菊科植物。表 1 秦王山重金屬污染區(qū)優(yōu)勢草本植物物種采樣地點植物名稱采樣地點植物名稱茵陳樣地 2白毛蒿樣地 1野菊花豨薟草密毛白蓮蒿假艾蒿3. 實驗方法3.1 學習重金屬含量測定方法根據(jù)實驗室現(xiàn)有的設(shè)備條件( 原子吸收光譜儀 ) , 參照土壤環(huán)

5、境質(zhì)量標準中推薦的方法，選擇最佳的檢測方法。Cu 的測定參照：火焰法 ;Pb 的測定參照：石墨法 ;As 的測定參照：氫化物。3.2 學習植物對環(huán)境修復(fù)能力的判定方法通過植物根莖葉中重金屬含量獲得優(yōu)勢植物的富集系數(shù)并判斷出富集植物。植物地上部分對某一種重金屬富集系數(shù)大于1 的植物稱為高積累植物，低于1 的植物稱為低積累植物。根據(jù)參試植物對重金屬地上部富集系數(shù)的大小可將植物分為以下幾種類型：a. 對重金屬（Pb,Cu,As） 高積累的植物（植物地上部富集系數(shù)大于1）b. 對重金屬低積累的植物（植物地2上部富集系數(shù)小于1）.預(yù)期結(jié)果：篩選出適宜生長在商洛的有利于富集重金屬的優(yōu)勢植物。3.3 標準曲

6、線及線性回歸方程采用原子吸收光譜儀工作站進行試樣重金屬濃度分析。用不同濃度梯度的銅、鉛、砷的標準液制作標準曲線，獲得線性回歸方程及線性相關(guān)系數(shù)。其中相關(guān)系數(shù)應(yīng)大于0.999 。鉛標準曲線分別精密量取鉛單元素標準液適量，用2%硝酸溶液制成每1mL分別含鉛 0ng、50ng、100ng、150ng、200ng、300ng 的溶液。測定吸光度，以吸光度為縱坐標，濃度為橫坐標，繪制標準曲線（圖1）。獲得的線性回歸方圖 1 鉛元素標準曲線圖 2 砷元素標準曲線Fig. 1 Pb of the standard curveFig. 2 As of the standard curve程為： y=0.001

7、3x+0.1069其線性相關(guān)系數(shù)為0.99909 ，符合分析要求。用于原子吸收光譜儀工作站進行試樣的鉛濃度分析。砷標準曲線分別精密量取砷單元素標準液適量，用2%硝酸溶液制成每1mL分別含砷 0ng、20ng、40ng、60ng、80ng、100ng 的溶液。測定吸光度，以吸光度為縱坐標，濃度為橫坐標，繪制標準曲線（圖 2）。獲得的線性回歸方程為：y=0.000949x+0.037990 其線性相關(guān)系數(shù)為0.999628 ，符合分析要求。用于3原子吸收光譜儀工作站進行試樣的砷濃度分析。銅標準曲線分別精密量取銅單元素標準液適量，用2%硝酸溶液制成每1mL分別含銅 0ng、400ng、800ng、1

8、200ng、1600ng、2400ng 的溶液。測定吸光度，以吸光度為縱坐標，濃度為橫坐標，繪制標準曲線（圖 3）。獲得的線性回歸方程為： y=0.0001x+0.0345 其線性相關(guān)系數(shù)為 0.99951，符合分析要求。用于原子吸收光譜儀工作站進行試樣的銅濃度分析。圖 3 銅元素標準曲線Fig. 3 Cu of the standard curve4. 結(jié)果分析4.1 土壤樣品結(jié)果及分析對采樣點土壤樣品采集后測定其重金屬含有量，測定結(jié)果（表 2）中可觀測到，各采樣地點土壤樣品均不同程度的受到銅、鉛和砷的污染。一號樣地土壤中 Cu 的污染比較嚴重。所采集的兩塊樣地土壤均受到砷元素的嚴重污染，分

9、別達到86 mg/kg 、58 mg/kg ，均超過國家土壤環(huán)境質(zhì)量三級標準 40mg/kg。一號樣地土壤鉛污染也比較突出。 雖未超過國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準，但其濃度都達到 156mg/kg，污染比較嚴重。綜上所述，一號樣地土壤重金屬污染比二號樣地污染更嚴重，植物生長更加不利。4表 2 秦王山重金屬污染區(qū)土壤中重金屬的含量（mgkg-1 ）編號CuAsPb土樣 1139.886.51233156.2047土樣 2nd58.0992643.08007二級標準10025250三級標準40030500注： nd，未檢出。 not detected.4.2 植物樣品結(jié)果及分析秦王山重金屬污染區(qū)植物中

10、重金屬的富集量采集植物分為地上部分莖葉和地下部分根 Cu、As 和 Pb 濃度的測定分析。測定的重金屬含量見表 3。從表 3 中可看出， 大部分植物中銅元素主要富集在植物的地下部分地上部分幾乎檢測不到銅的富集，說明可能在這些植物根部存在某種規(guī)避機制來阻止銅元素向地上部分轉(zhuǎn)移，減少銅元素植物的傷害。也有植物地上部分銅元素含量較高如密毛白蓮蒿可分別達到64mg/kg。砷元素富集量高的植物有茵陳、 野菊花豨薟草分別高達 53mg/kg、 51mg/kg 和 93mg/kg。同時，也有幾種植物種 As 元素在地下部分富集量遠大于地上部分富集量，如密毛白蓮蒿、白毛蒿等。鉛元素富集量高的植物有密毛白蓮蒿、

11、豨薟草等分別高達 232mg/kg、368mg/kg。Pb 元素在地下部分富集量遠大于地上部分富集量的植物有野菊花、假艾蒿等。這種規(guī)避機制利于植物在中技術(shù)污染區(qū)生長，對重金屬污染地適應(yīng)性強可用于對重金屬污染區(qū)的重金屬進行植物固定。表 3 秦王山重金屬污染區(qū)植物中重金屬的含量（ mg/L ）植物名稱 測定部位銅含量砷含量鉛含量5茵陳地下部分19.39851.7206639.28155地上部分nd53.1291622.01108野菊花地下部分224.999451.4301789.39361地上部分nd40.1233742.73559密毛白蓮蒿地上部分64.05638.45079232.8157地下

12、部分56.89.140184152.0119假艾蒿地上部分nd33.8187557.0027地下部分89.31.600443111.8679白毛蒿地上部分16.0923.7088891.79167地下部分263.954.59587104.7303豨薟草地上部分71.693.2536368.0236注： nd，未檢出。 not detected.植物的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)富集系數(shù)是指植物體內(nèi)某種重金屬含量與土壤中該種重金屬原素含量的比值，它反映了植物對某種重金屬元素的富集能力。富集系數(shù)越大，其富集能力越強。轉(zhuǎn)移系數(shù)為植物地上部分重金屬的量與植物根中該重金屬的量之比它反映該植物將重金屬從根部向莖、葉

13、轉(zhuǎn)移的能力。其計算公式分別為：富集系數(shù) =植物地上部含量土壤含量；轉(zhuǎn)移系數(shù) =植物地上部含量地下部分含量。南秦水庫上游重金屬污染區(qū)優(yōu)勢植物的富集系數(shù)與轉(zhuǎn)移系數(shù)見表 4。從表 4 可看出，豨薟草對 As 元素和鉛元素的富集能力較強富集系數(shù)分別可高達 1.6 和 8.54 。對鉛富集來說，富集系數(shù)大于 1 的植物有 8 種分別為密毛白蓮蒿和豨薟草。因而，這些植物對銅鉛砷污染地可起到修復(fù)作用。表 4 幾種植物的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)6重金屬植物富集系數(shù)（ BF）轉(zhuǎn)移系數(shù)（ TF）Cu密毛白蓮蒿0.4581971.127746As茵陳0.6141221.027233野菊花0.4637880.780152密

14、毛白蓮蒿0.4444544.206785假艾蒿0.39091221.13087豨薟草1.605074Pb茵陳0.1409120.560341密毛白蓮蒿1.4904531.531562白毛蒿0.5876370.876458豨薟草8.5427814.5 結(jié)論不同采樣地點所受到的重金屬污染程度有很大差異，在四溝樣地檢測到銅砷鉛污染，砷鉛污染相當嚴重，超過國家土壤環(huán)境質(zhì)量三級標準。秦家溝樣地砷含量超過國家三級標準，但未檢測到銅污染。所以，不同地區(qū)的污染應(yīng)該有不同的富集植物進行植物修復(fù)。篩選適宜當?shù)匚廴緟^(qū)植物是利于植物修復(fù)重金屬污染的前提和關(guān)鍵點。本研究發(fā)現(xiàn)南秦水庫上游重金屬污染區(qū)存在多種草本植物有富集

15、銅、鉛、砷重金屬的能力。豨薟草對 As 元素和鉛元素的富集能力較強富集系數(shù)分別可高達 1.6 和 8.54 。對鉛富集來說，富集系數(shù)大于 1 的植物有 2 種分別為密毛白蓮蒿和豨薟草。也有植物地上部分銅元素含量較高如密毛白蓮蒿可達到 64mg/kg。砷元素富集量高的植物有茵陳、野菊花和豨薟草分別高達 53mg/kg、51mg/kg、和 93mg/kg。鉛元素富集量高的植物有密毛白蓮蒿和豨薟草，分別高達 232mg/kg、和 368mg/kg。因而，這些植物對銅鉛砷污染地可起到修復(fù)作用。大部分植物中銅元素主要富集在植物的地下部分地上部分幾乎檢測不到銅的富集，說明可能在這些植物根部存在某種規(guī)避機7制來阻止銅元素向地上部分轉(zhuǎn)移，減少銅元素植物的傷害。同時，也有幾種植物種 As 元素在地下部分富集量遠大于地上部分富集量，如密毛白蓮蒿和白毛蒿。 Pb 元素在地下部分富集量遠大于地上部分富集量的植物有野菊花和假艾蒿。這種規(guī)避機制利于植物在中技術(shù)污染區(qū)生長，對重金屬污染地適應(yīng)性強可用于對重金屬