小酸模对不同浓度铅、锌的富集与转移

李金辉　翁贵英　吴汉福

摘要：通过人工盆栽试验，研究在不同浓度铅、锌胁迫下，小酸模对铅、锌的富集与转移。结果表明，在单一浓度铅、锌胁迫和铅锌混合胁迫条件下，小酸模地上部分对铅的富集系数为0.04～0.13，地下部分对铅的富集系数为 0.07～0.22，对铅的转移系数为0.11～1.08。小酸模地上部分对锌的富集系数为0.32～4.23，地下部分对锌的富集系数为0.15～2.25，对锌的转移系数为1.41～2.62。小酸模在一定浓度的锌、铅锌胁迫下，对锌的富集系数、转移系数均大于1，地上部分对锌的富集量最大可达4 201.40 mg/kg。小酸模对锌有较强的富集和转移能力，接近锌的超富集植物，可作为治理和修复铅锌污染土壤的修复植物。

关键词：小酸模；铅锌胁迫；富集系数；转移系数

中图分类号： X171.4 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2016）07-0526-03

随着城市的建设、矿山的开采、金属的冶炼、交通运输业的发展等，土壤重金属污染问题日益严重。重金属污染土壤治理难度很大，具有隐蔽性、毒害性、长期性、不可逆转性等特点，影响作物产量和品质，还会通过食物链影响人类健康[1]。植物修复技术是处理土壤重金属污染的新兴生态技术，其机理主要是通过某些植物对重金属元素的吸收、积累和转化，将重金属移出土壤，达到减轻重金属污染的目的。 与传统的土壤污染治理方法相比，植物修复技术因具有经济、简单、高效和无二次污染等优点而备受青睐[2-4]，其主要解决的问题是找到超富集植物，目前全球已发现超富集植物400多种[1]。

小酸模（Rumex acetosella L.）为酸模属（Rumex）多年生草本植物，适应于温暖、半干旱至潮湿的高海拔山区。小酸模具较强的有性和无性繁殖能力，抗旱性强，对土壤的适应范围较广[5]。目前已有关于酸模属植物富集重金属的研究报道，小酸模对镉有一定的耐受性[6]，尼泊尔酸模（R.nepalensis Spreng.）是锌的耐性植物，对铅富集能力和抗性较强[7-8]。酸模（Rumex acetosa）可作为铅污染土壤的修复植物[9-10]。皱叶酸模（Rumex crispus）对铜有较强的富集能力[11]。钝叶酸模（Rumex acetosella L.）是铅、锌的耐性植物[12]。本研究采用盆栽试验，研究单一浓度铅、锌胁迫和铅锌混合胁迫条件下，小酸模对铅、锌的富集与转移的特性，探讨其修复铅、锌污染土壤的能力，旨在为铅、锌污染土壤治理和生态环境修复提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验土壤采自贵州省六盘水师范学院后山，由黄棕壤、腐殖土构成，铅、锌的背景值分别为154.5、365.2 mg/kg。土壤取回后自然晾干，过2 mm筛后备用。小酸模种子于2013年9月采自贵州省盘县四格彝族乡海拔2 400 m山坡。AA-7003型原子吸收分光光度计（北京东西三维科技公司）、ME104电子天平[梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司]、Human超纯水器、EG35B微控数显电热板（北京莱伯泰科仪器股份有限公司）等。HClO4、HNO3、HF为优级纯；Pb（NO3）2和ZnSO4.7 H2O为分析纯；Pb和Zn单元素标准溶液 1 000 ug/mL（国家标准物质研究中心）。

1.2 试验设计

盆栽试验处理见表1[12]。P代表不同浓度铅处理：P0（0 mg/kg）、P1（100 mg/kg）、P2（200 mg/kg）、P3（400 mg/kg）、P4（800 mg/kg）；Z代表不同浓度锌处理：Z0（0 mg/kg）、Z1（100 mg/kg）、Z2（200 mg/kg）、Z3（400 mg/kg）、Z4（800 mg/kg）；对照为P0Z0（CK）。

称取试验土壤每份5 kg放入塑料花盆中，加入不同浓度的铅、锌处理液混匀，每个盆栽处理3个重复。14 d后，将小酸模种子用超纯水浸泡24 h，每个花盆种50粒，待幼苗长出2张真叶后，每盆留3株长势基本一致的植株，放在楼顶屋檐下，自然生长，90 d后整株取样。

1.3 样品处理和分析

将采集的样品用自来水洗净后用超纯水冲洗干净，分成地上部分（茎、叶）、地下部分（根），于75 ℃烘箱中烘干至恒质量，粉碎后过100 mm筛备用。采集植物样品后，采用四分法采集土壤样品，风干，玛瑙研钵研细后过100 mm筛备用。称取植物样品0.500 0 g，采用硝酸-高氯酸（体积比4 ∶ 1）混合消解。称取土壤样品0.500 0 g，采用硝酸-氢氟酸-高氯酸（体积比4 ∶ 1 ∶ 1）混合消解。消解完全后冷却，用1%硝酸定容至50 mL容量瓶中作为待测液，同时作植物与土壤的样品空白，用原子吸收分光光度计测定。富集系数、转移系数计算公式如下：

富集系数=植物中重金属富集量/土壤中重金属富集量；

（1）

转移系数=地上部分重金属富集量（茎和叶）/地下部分重金属富集量（根）。

（2）

植物的富集系数越大，表明植物对重金属的富集能力越强，越有利于植物修复污染土壤。

植物转移系数越大，表明植物从根部向地上部分运输重金属能力越强[13-14]，越有利于植物从土壤中移除重金属。

1.4 数据统计分析

用Excel 2007软件处理数据。

2 结果与分析

2.1 小酸模在不同浓度铅、锌胁迫下对铅锌的富集

2.1.1 铅的富集 由表2可知，在单一铅与混合铅锌的胁迫下，小酸模地上部分对铅的富集量为16.67～87.76 mg/kg，地下部分对铅的富集量为18.28～162.95 mg/kg，均大于CK的富集量，且对铅的富集规律一致，均随着铅锌胁迫浓度的升高，对铅的富集量呈增加趋势。在P4Z4（施铅800 mg/kg、锌800 mg/kg）胁迫处理下，小酸模地上部分和地下部分对铅的富集量最大，分别为87.76、162.95 mg/kg，大于P4Z0（单一施铅800 mg/kg）的富集量31.64、118.54 mg/kg，表明施锌能促进小酸模地上部分和地下部分对铅的富集。

2.1.2 锌的富集 由表3可知，在单一锌与混合铅锌的胁迫下，对锌的富集量为125.91～4 201.40 mg/kg，地下部分对锌的富集量为70.40～2 881.36 mg/kg，均大于CK的富集量。随着铅胁迫浓度的升高，小酸模地上部分对锌的富集量先增加后下降趋势。在P3Z4（施铅400 mg/kg、锌800 mg/kg）胁迫处理下，小酸模地上部分对锌的富集量最大，为 4 201.40 mg/kg，大于P0Z4（单一施锌800 mg/kg）胁迫处理下的富集量3 680.00 mg/kg；随着铅胁迫浓度的升高，小酸模地下部分对锌的富集量增加，在P4Z4（施铅800 mg/kg、锌 800 mg/kg）胁迫处理下，小酸模地下部分对锌的富集量最大，为2 881.36 mg/kg，大于P0Z4（单一施锌800 mg/kg）的富集量1 990.00 mg/kg。由此可知，施铅能促进小酸模地上部分、地下部分对锌的富集，当铅的浓度较高时（施铅800 mg/kg），会影响地上部分锌的富集，随着铅浓度的升高，铅会滞留在小酸模地下部分。

2.2 小酸模对重金属铅、锌富集系数与转移系数

2.2.1 铅的富集系数与转移系数 由表4可知，小酸模地上部分对铅的富集系数为0.04～0.13，富集系数最大为 0.13；

地下部分对铅的富集系数为0.07～0.22，富集系数最大为 0.22。小酸模地上部分和地下部分对铅的富集系数均小于1，表明在单一铅与混合铅锌的胁迫下，小酸模地上部分和地下部分对铅的富集能力较弱。小酸模对铅转移系数为 0.27～1.08，均小于CK（1.18）。在单一施铅胁迫下，随着铅浓度的升高，转移系数减小，且转移系数均小于1；在P1Z4（施铅100 mg/kg、锌800 mg/kg）胁迫处理下，小酸模对铅转移系数最大为1.08，其他转移系数均小于1，表明小酸模地上部分、地下部分从土壤移除铅的能力较弱。

2.2.2 锌的富集系数与转移系数 由表4可知，小酸模地上部分对锌的富集系数为0.32～4.23，在P4Z3（施铅 800 mg/kg、锌400 mg/kg）胁迫处理下，富集系数最大，为 4.23，大于单一施锌胁迫处理P0Z4（3.27），大于CK（0.29）；小酸模地下部分对锌的富集系数为0.15～2.25，在P4Z4（施铅800 mg/kg、锌800 mg/kg）胁迫处理下，小酸模地下部分对锌的富集系数最大，为2.25，大于单一施锌胁迫处理P0Z4（1.77），大于CK（0.22）。在单一锌与混合铅锌的胁迫下，小酸模地上部分对锌的富集系数大于地下部分，表明小酸模在一定浓度的铅胁迫下，富集锌的能力较强，但铅浓度较高时，会抑制锌的富集。小酸模对锌转移系数为1.41～2.62，在P1Z3（施铅100 mg/kg、锌400 mg/kg）胁迫处理下，转移系数最大，为2.62，大于CK（1.36），表明小酸模在低浓度铅的胁迫下，转移锌的能力增强。小酸模在单一锌与混合铅锌胁迫下其转移系数均大于1，表明小酸模从土壤移除锌的能力较强。植物的转移系数大于1，可以进行植物修复[15]。小酸模可作为锌污染土壤的修复植物。

3 结论与讨论

超富集植物应同时具备3个基本特征[16]：植物地上部分富集重金属达到一定量时，重金属含量是普通植物在同一生长条件下的100倍，目前采用较多的是Brooks和Baker提出的参考值，Cd含量达到100 mg/kg，Co、Cu、Ni、Pb含量分别 达到1 000 mg/kg，Mn、Zn含量分别达到10 000 mg/kg以上；植物的富集系数、转移系数均大于1；在满足上述2个条件下，植物没有出现明显的毒害症状。本试验中，小酸模对铅的转移系数在P1Z4处理下最大，为1.08，其余处理下，小酸模对铅的富集系数、转移系数均小于1，表明小酸模从土壤移除铅的能力较弱，但在试验设计的铅、锌浓度范围内，小酸模未表现明显的毒害症状，表明其在铅胁迫下具有一定的耐受性。除了在P0Z1、P0Z2胁迫下小酸模对锌的富集系数小于1外，其余富集系数均大于1。在P3Z4胁迫处理下，小酸模地上部分对锌的富集量最大，为 4 201.40 mg/kg；在P4Z3胁迫处理下，小酸模地上部分对锌的富集系数最大，为4.23；在P1Z3胁迫处理下，小酸模对锌的转移系数最大，为2.62。小酸模对铅、锌具有一定耐受性，具有较强的锌富集能力和转移能力，加之其具有适应环境能力强、繁殖能力强、生物量大等特点[5]，可作为富集植物用于铅锌污染土壤修复，对锌污染土壤修复潜力大。

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