改性纳米碳黑对黄瓜吸收重金属的研究

胡静姝

（东莞理工学院城市学院，广东东莞 523106）

我国土壤污染总体形势相当严峻，其中又以重金属污染最为严重。土壤中的重金属会不断累积，伴随着植物的生长重金属会进行迁移，最后通过食物链危害人体健康。本研究通过盆栽试验，研究改性纳米碳黑（OCB）对黄瓜生长、黄瓜对铜和锌的吸收和富集的影响，为OCB在重金属污染土壤植物修复中提供参考依据[1]。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

试剂：MES、硝酸锌、纳米碳黑、硝酸钠、硝酸铜、氢氧化钠、硝酸、冰醋酸。

仪器：AA-6300C型原子吸收分光光度计、DHG-9240型电热鼓风干燥箱、BSA-124S型电子天平。

1.2 实验方法

1.2.1 纳米碳黑的氧化改性

将纳米碳黑清洗去杂质，在105℃下烘干3 h备用。称取8组，每组10 g于250 mL锥形瓶中加热，加热过程中加入200 mL浓硝酸，140℃反应2 h，反复离心清洗反应产物，直至上清液pH稳定，转移到烧杯。105℃下烘干至恒重，置于干燥器中备用（本文以OCB表示氧化改性后的纳米碳黑，以CB表示未改性的纳米碳黑）[2]。

1.2.2 黄瓜盆栽试验设计

盆栽试验用土采自工业区重金属污染泥土，土壤分为4个样品：不加OCB的对照CK和分别添加1%、3%、5%的OCB与污染土混合。将混合材料500 g装入餐馆圆形透明塑料打包盒中，基肥保持一致，再称取尿素30 g和磷酸二氢钾66 g共溶于15 L水中，每个处理浇水120 mL，钝化一周后播种，供试植物为黄瓜，每盆3颗，试验期为1个月。在实验进行过程中适当给土壤补充水分，使土壤持水量控制在70%左右。待盆栽试验结束，黄瓜收割并分离出根后取部分根际土风干，磨细过10目尼龙筛，分析添加OCB对黄瓜生长的影响[3]。

1.2.3 土壤重金属有效态分析

根据土壤酸碱度和缓冲量的不同而制定出的2种不同pH的缓冲液作为提取液，因此当土壤pH小于5时，加入试剂1（5.7 mL冰醋酸500 mL蒸馏水中，再加入64.3 mL1 mol/L NaOH，用蒸馏水定容至1 L，保证试剂pH值在4.93±0.05）；当土壤pH大于5时，加入试剂2（5.7 mL冰醋酸于蒸馏水中，定容至1L，保证试剂的pH值在2.88±0.05），缓冲液的pH用1 mol/L的HNO3和1 mol/L的NaOH来调节，缓冲液的用量与土壤称样量的比例是20∶1，提取液在常温下振荡（18±2）h，离心，滤液用0.2 μm滤膜过滤，再用1 mol/L的HNO3调节提取液pH至2以长时间保存，待测液中的重金属浓度用火焰原子吸收分光光度计法测定[4]。

2 结果与分析

2.1 添加OCB对黄瓜生长的影响

由图1分析可知，随着OCB的添加会使黄瓜苗上部的生物量增加，对比CK分别增加了28.89%、53.33%、84.44%。黄瓜苗地下部生物量大致趋势是增加的，对比CK增加了0%、34.21%、83.58%，添加1%OCB和CK对比地下部生物量的干重几乎无变化。

图1 工业区土壤添加OCB后对黄瓜苗生物量干重的影响

许多重金属（Cu和Zn等）都是植物必需的微量元素，对植物的生长发育起着十分重要的作用。但是，当环境中重金属的数量超过植物本身所需的量，就会使植物中毒，轻则导致植物生长发育受到抑制，重则导致植物死亡。综上所述，对照CK在未添加OCB的情况下，黄瓜苗的生长受到了抑制，而加入了改性的OCB之后能够在黄瓜苗生长过程中很大程度降低重金属对其影响，从实验结果看添加OCB的处理黄瓜苗生物干重在逐渐增加，虽然变化不是很大，但是OCB还是对土壤中的重金属起到了一定的作用。

2.2 施用OCB对黄瓜苗种植土壤中Cu和Zn的影响

图2 添加OCB后对黄瓜苗种植土壤中Cu和Zn的影响

如图2分析黄瓜苗种植土壤中添加1%、3%、5%OCB后Cu和Zn浓度含量，结果表明：与CK相对比，1%OCB土壤中Cu的含量几乎未发生变化，但是当OCB添加量增大到3%、5%时土壤中Cu的含量明显下降。土壤中Zn的含量也是随着OCB的添加而降低，但是在添加1%和3%OCB的时候，土壤中Zn的含量变化差异不大。4个处理黄瓜苗种植土壤中Zn含量都明显高于Cu含量。

导致该试验结果的原因主要是OCB能很好地降低土壤中有效态Cu，但相比有效态Zn的降低能力会弱一些，另外也和植物自身对重金属的吸收特性有关系。

3 结论

通过土壤添加OCB对黄瓜吸收Cu和Zn影响的实验，获得以下结论：①添加了OCB的土壤中的有效态Cu和Zn的含量有所降低；②黄瓜是经一个星期的钝化，再经过一个多月的时间进行种植培养，土壤中的有效态Cu和Zn的含量都降低了，且黄瓜苗地上生物量干重有所增加，但是对照CK的黄瓜生长明显比其他施加了OCB的要慢一点，说明Cu比Zn更容易被OCB吸附钝化失去活性[5]。