大通湖及东洞庭湖蒌蒿中重金属元素的含量特征

祝云龙+孙小舟+胡亚辉

摘要：蒌蒿是洞庭湖区分布广泛且有重大经济价值的食用作物，并且是大通湖及东洞庭湖区的主要水生植物。研究发现，洞庭湖区蒌蒿的主要污染物是镉，其次是砷、铅、汞，东洞庭湖区蒌蒿根、茎叶中镉的含量分别是国家农产品安全限量标准的25.4～47.6、18.6～37.6倍。蒌蒿对重金属镉、铅、汞、砷的富集能力较强，且在同一植物的不同器官中对重金属的吸收富集能力有明显的差异，一般为根部大于茎叶部。

关键词：蒌蒿；重金属；富集作用；含量特征

中图分类号：X835文献标志码：A文章编号：1002-1302（2014）02-0248-02

收稿日期：20133-06-19

基金项目：国家自然科学基金（编号：41151044）；湖北省教育厅项目（编号：Q20122501）。

作者简介：祝云龙（1978—），男，河南太康人，博士，副教授，研究方向为湿地资源与环境。E-mail：zhylong78@163.com。蒌蒿（Artemisia selengensis）别称藜蒿、芦蒿、水艾、水蒿等，为菊科蒿属多年生草本植物，分布范围较广，主要生长在低洼潮湿的水沟边以及山坡、荒滩、沼泽淡水湖草滩地，其风味独特，营养丰富，富含多种生理活性物质和多种微量元素，具有较高的药用价值与食用价值。但蒌蒿也是一种富集镉的植物，其食用部分镉的富集量基本与土壤中的镉含量接近[1]。

由于重金属元素具有难降解、易积累、毒性大[2]等特点，因此植物组织中的重金属含量与周边环境中重金属元素的含量呈正相关关系。植物组织中的很多元素含量是周边环境中的几十甚至是上百倍[3]，并通过食物链的迁移和转化，最终对人的生命健康构成危害，如镉在人体内可长期滞留，半衰期长达40年，有致癌和致畸作用；砷会在人体的肝、肾、肺、骨骼、肌肉等部位积蓄，引起慢性中毒，进而导致神经系统、血液系统、消化系统等损伤，诱发皮肤癌、肺癌等疾病，潜伏期可长达几年至几十年；铅对肾脏和肝脏均有损害作用；汞不但能引起肾脏疾病，还能引起慢性中毒[4-5]。因此，选取人们经常食用的莲藕和蒌蒿作为研究对象，通过分析植物体内的重金属含量，不但可以指示环境中的重金属含量，还可以为人们的食物提供品质参考，而且可以为采用改变种植模式来修复沉积物中的重金属污染提供依据。

1材料与方法

1.1样品的采集

选择大通湖区、东洞庭湖南区、东洞庭湖北区3个具有代表性的采样区，于2005年11月进行采样，采集蒌蒿的茎叶、根及根部周边的沉积物。蒌蒿用不锈钢刀采集，沉积物放入聚乙烯塑料袋中密封并低温保存，带回实验室后立即进行预处理。

1.2样品的处理和分析

将蒌蒿根、茎叶分别用自来水冲洗干净，再用去离子水冲洗后剪碎，在80 ℃条件下烘干至恒重。称取5.00 g样品于250 mL三角烧杯中，分别加入5 mL HClO4、20 mL HNO3、2.5 mL H2SO4（50%），放置数小时后置于电热板上加热，若溶液变为棕色，应补加HNO3使有机物分解完全，冷却后加15 mL水，再加热至冒白烟，定容。采用石墨炉原子吸收分光光度法测定植物样品中的镉、铅含量，采用非色散原子荧光光度法测定植物样品中的砷含量。称取1.00 g左右的样品于聚四氟乙烯管中，加2～4 mL HNO3浸泡过夜，再加2～3 mL 30%过氧化氢。盖好内盖、旋紧不锈钢外套后放入恒温干燥箱中，于120～140 ℃保持3～4 h，在箱内自然冷却至室温后将消化液全部洗入容量瓶中，定容至刻度后混匀备用。用冷原子吸收光谱法测定蒌蒿样品中的总汞含量。

测定镉、铅所用的仪器为220FS 200Z型原子吸收分光光度计，检测限分别为0.01、0.2 μg/L；测定铅、砷的仪器为 AF-610A-2500 型原子荧光光谱仪，检测限分别为0.001、0.02 μg/L。

2结果与分析

2.1大通湖及东洞庭湖蒌蒿中重金属元素的含量特征

从图1、表1中可以看出，东洞庭湖北区和南区蒌蒿根中镉的平均含量分别为2.38、1.27 mg/kg，分别是国家对农产品中重金属安全限量标准的47.6、25.4倍；并且北区蒌蒿根中镉的含量是南区的1.87倍。由图2可以看出，东洞庭湖北区、南区蒌蒿茎叶中的镉含量分别为1.88、0.93 mg/kg，分别是国家对农产品中重金属安全限量标准的37.6、18.6倍；北区蒌蒿茎叶中镉的含量是南区的2.02倍。由此可以看出，东洞庭湖北区蒌蒿根、茎叶中的镉含量是东洞庭湖南区的1.9倍，蒌蒿根中镉的含量是茎叶的1.3倍，说明东洞庭湖北区比南区的镉污染严重。

2.2植物对重金属元素的富集作用及评价

富集系数是衡量植物对重金属积累能力大小的一个重要指标，富集系数越大，植物对重金属的富集能力越强。不同植物及同一植物的不同器官对重金属的吸收富集能力都有明显的差异。富集系数一方面反映了植物本身的富集特性，另一方面也反映了重金属在植物体内的迁移能力。本研究采用大通湖及东洞庭湖沉积物中的重金属质量分数的平均值作为背景值来估算蒌蒿根和茎的富集系数，其计算公式为：

环境中的重金属含量与植物组织中的重金属含量呈正相关，植物组织中很多元素的含量是环境中的几十甚至是上百倍，因此可以通过分析植物体内的重金属来指示环境中的重金属水平。以大通湖和东洞庭湖底泥中重金属元素的平均含量[7]（洞庭湖沉积物中镉、铅、汞、砷的含量分别为2.38、6195、0.28、34.53 mg/kg）作为研究莲子、藕和蒌蒿中重金属含量的背景浓度，计算莲子、藕和蒌蒿的富集系数（表2）。

由表2可知，蒌蒿根对重金属镉、铅、汞、砷富集能力的排序为镉>砷>铅>汞；蒌蒿茎叶对镉、铅、汞、砷的富集能力的排序为镉>铅>砷>汞。在湿生植物蒌蒿中，镉、铅、砷主要积累在根部，而汞在根、茎叶中的积累量相差不大。在水生植物莲藕中，铅、砷主要积累在根部，在果实中的积累较少，镉、汞在莲子和藕中的积累程度相差不大。本试验结果表明：同一水生植物的不同器官对各种重金属的吸收富集能力有明显的差异。表2蒌蒿不同部位重金属的平均含量及富集系数endprint

用SPSS软件对底泥中的重金属含量与蒌蒿中重金属的含量作了相关分析，结果表明，底泥中的镉、铅、汞、砷含量与蒌蒿根、茎叶中的镉含量没有相关性，说明底泥环境中镉、铅、汞、砷的含量对蒌蒿根茎叶的影响不显著；蒌蒿根与茎叶中的镉含量达到了显著的相关性（P<0.05），相关系数为0.915，其他金属元素之间没有达到显著的相关性。

3小结

东洞庭湖区蒌蒿根、茎叶中镉的含量分别是国家对农产品安全限量标准的25.4～47.6、18.6～37.6倍；蒌蒿根、茎叶中砷的含量分别是国家对农产品安全限量标准的 26.48～30.24、3.90～6.68倍；蒌蒿根、茎叶中铅的含量分别是国家对农产品安全限量标准的21.70～45.25、21.8～26.2倍；蒌蒿根、茎叶中汞的含量分别是国家对农产品安全限量标准的0.096～0.153、0.121～0.125倍。蒌蒿中镉、铅、砷主要积累在根部，而汞在根和茎中的积累量相差不大。

洞庭湖区蒌蒿对重金属镉、铅、汞、砷的富集能力较强，且同一植物的不同器官对各种重金属的吸收富集能力有明显差异，一般是根部的吸收富集能力大于茎叶部。

参考文献：

[1]潘静娴，戴锡玲，陆勐俊. 蒌蒿重金属富集特征与食用安全性研究[J]. 中国蔬菜，2006（1）：6-8.

[2]魏树和，周启星. 重金属污染土壤植物修复基本原理及强化措施探讨[J]. 生态学杂志，2004，23（1）：65-72.

[3]Ceburnis D，Steinnes E. Conifer needles as biomonitors of atmospheric heavy metal deposition：comparison with mosses and precipitation，role of the canopy[J]. Atmospheric Environment，2000，34（25）：4265-4271.

[4]Luckey T D，Venugopal B. Metal toxicity in mammals[M]. New York：Plenum Press，1977.

[5]Marchand C，Lallier-Vergès E，Baltzer F，et al. Heavy metals distribution in mangrove sediments along the mobile coastline of French Guiana[J]. Marine Chemistry，2006，98（1）：1-17.

[6]Sundby B，Vale C，Caador I，et al. Metal-rich concretions on the roots of salt marsh plants：mechanism and rate of formation[J]. Limnology Oceanography，1998，43（2）：245-252.

[7]祝云龙，姜加虎，孙占东，等. 洞庭湖沉积物中重金属污染特征与评价[J]. 湖泊科学，2008，20（4）：477-485.endprint

用SPSS软件对底泥中的重金属含量与蒌蒿中重金属的含量作了相关分析，结果表明，底泥中的镉、铅、汞、砷含量与蒌蒿根、茎叶中的镉含量没有相关性，说明底泥环境中镉、铅、汞、砷的含量对蒌蒿根茎叶的影响不显著；蒌蒿根与茎叶中的镉含量达到了显著的相关性（P<0.05），相关系数为0.915，其他金属元素之间没有达到显著的相关性。

3小结

东洞庭湖区蒌蒿根、茎叶中镉的含量分别是国家对农产品安全限量标准的25.4～47.6、18.6～37.6倍；蒌蒿根、茎叶中砷的含量分别是国家对农产品安全限量标准的 26.48～30.24、3.90～6.68倍；蒌蒿根、茎叶中铅的含量分别是国家对农产品安全限量标准的21.70～45.25、21.8～26.2倍；蒌蒿根、茎叶中汞的含量分别是国家对农产品安全限量标准的0.096～0.153、0.121～0.125倍。蒌蒿中镉、铅、砷主要积累在根部，而汞在根和茎中的积累量相差不大。

洞庭湖区蒌蒿对重金属镉、铅、汞、砷的富集能力较强，且同一植物的不同器官对各种重金属的吸收富集能力有明显差异，一般是根部的吸收富集能力大于茎叶部。

参考文献：

[1]潘静娴，戴锡玲，陆勐俊. 蒌蒿重金属富集特征与食用安全性研究[J]. 中国蔬菜，2006（1）：6-8.

[2]魏树和，周启星. 重金属污染土壤植物修复基本原理及强化措施探讨[J]. 生态学杂志，2004，23（1）：65-72.

[3]Ceburnis D，Steinnes E. Conifer needles as biomonitors of atmospheric heavy metal deposition：comparison with mosses and precipitation，role of the canopy[J]. Atmospheric Environment，2000，34（25）：4265-4271.

[4]Luckey T D，Venugopal B. Metal toxicity in mammals[M]. New York：Plenum Press，1977.

[5]Marchand C，Lallier-Vergès E，Baltzer F，et al. Heavy metals distribution in mangrove sediments along the mobile coastline of French Guiana[J]. Marine Chemistry，2006，98（1）：1-17.

[6]Sundby B，Vale C，Caador I，et al. Metal-rich concretions on the roots of salt marsh plants：mechanism and rate of formation[J]. Limnology Oceanography，1998，43（2）：245-252.

[7]祝云龙，姜加虎，孙占东，等. 洞庭湖沉积物中重金属污染特征与评价[J]. 湖泊科学，2008，20（4）：477-485.endprint

用SPSS软件对底泥中的重金属含量与蒌蒿中重金属的含量作了相关分析，结果表明，底泥中的镉、铅、汞、砷含量与蒌蒿根、茎叶中的镉含量没有相关性，说明底泥环境中镉、铅、汞、砷的含量对蒌蒿根茎叶的影响不显著；蒌蒿根与茎叶中的镉含量达到了显著的相关性（P<0.05），相关系数为0.915，其他金属元素之间没有达到显著的相关性。

3小结

东洞庭湖区蒌蒿根、茎叶中镉的含量分别是国家对农产品安全限量标准的25.4～47.6、18.6～37.6倍；蒌蒿根、茎叶中砷的含量分别是国家对农产品安全限量标准的 26.48～30.24、3.90～6.68倍；蒌蒿根、茎叶中铅的含量分别是国家对农产品安全限量标准的21.70～45.25、21.8～26.2倍；蒌蒿根、茎叶中汞的含量分别是国家对农产品安全限量标准的0.096～0.153、0.121～0.125倍。蒌蒿中镉、铅、砷主要积累在根部，而汞在根和茎中的积累量相差不大。

洞庭湖区蒌蒿对重金属镉、铅、汞、砷的富集能力较强，且同一植物的不同器官对各种重金属的吸收富集能力有明显差异，一般是根部的吸收富集能力大于茎叶部。

参考文献：

[1]潘静娴，戴锡玲，陆勐俊. 蒌蒿重金属富集特征与食用安全性研究[J]. 中国蔬菜，2006（1）：6-8.

[2]魏树和，周启星. 重金属污染土壤植物修复基本原理及强化措施探讨[J]. 生态学杂志，2004，23（1）：65-72.

[3]Ceburnis D，Steinnes E. Conifer needles as biomonitors of atmospheric heavy metal deposition：comparison with mosses and precipitation，role of the canopy[J]. Atmospheric Environment，2000，34（25）：4265-4271.

[4]Luckey T D，Venugopal B. Metal toxicity in mammals[M]. New York：Plenum Press，1977.

[5]Marchand C，Lallier-Vergès E，Baltzer F，et al. Heavy metals distribution in mangrove sediments along the mobile coastline of French Guiana[J]. Marine Chemistry，2006，98（1）：1-17.

[6]Sundby B，Vale C，Caador I，et al. Metal-rich concretions on the roots of salt marsh plants：mechanism and rate of formation[J]. Limnology Oceanography，1998，43（2）：245-252.

[7]祝云龙，姜加虎，孙占东，等. 洞庭湖沉积物中重金属污染特征与评价[J]. 湖泊科学，2008，20（4）：477-485.endprint