蕹菜對鈾的富集特征及其形態分析

王帥??黃德娟??黃德超??張如金??周環??

摘要：以盆栽江西原種大葉蕹菜作為供試作物，鈾礦區污染土壤作為供試土壤，采用改良的亞鈦還原釩酸銨滴定法及改進的BCR提取方法，研究重金屬元素鈾在污染土壤和蕹菜的富集作用和賦存形態。結果表明，蕹菜對鈾的富集系數在0.5左右，是一種低積累農作物，其中，蕹菜對土壤中鈾的富集主要是根部；當土壤鈾濃度為27.900 mg/kg時，其土壤中鈾的主要賦存形態是殘渣態，而其他4個處理組土壤鈾的主要賦存形態是弱酸提取態和可還原態。

關鍵詞：蕹菜；鈾；富集；化學形態；土壤

中圖分類號： X171.4文獻標志碼：

文章編號：1002-1302（2016）08-0266-03

20世紀50年代以來，隨著核電事業在我國得到高度重視，鈾礦冶工業取得突飛猛進的發展，已經探明的大小鈾礦床有200多個，其中85%主要分布在湘、贛、粵等地區[1]。鈾礦在開采過程中，會長時間占用、破壞、甚至污染土壤，導致我國許多鈾礦區附近的土壤被伴生的重金屬污染，嚴重影響附近居民的生存和人體健康。土壤重金屬污染已成為突出的全球性問題[2]。

BCR提取法[3]適合于污染土壤樣品的分析測定，現已成為國內外研究土壤、沉積物重金屬污染形態最為廣泛的方法。BCR提取法經過多次的試驗比對和改進，目前步驟相對較少，形態之間串相不嚴重，普遍得到業界的廣泛認可和應用[4]。本試驗采用改進的BCR提取法[5-6]及東華理工大學水資源與環境工程學院的發明專利“改進的亞鈦還原釩酸銨滴定法”[7-8]微量測定土壤中鈾的賦存形態，以探討蕹菜對鈾的富集作用及其在土壤中的賦存形態，為研究該區域土壤重金屬污染治理與生態修復提供科學依據，并對農業生產和居民的健康提供理論指導。

1材料與方法

1.1供試材料與預處理

選取江西原種大葉蕹菜（Ipomoea aquaticspinach）種子作為供試材料，將種子用蒸餾水浸泡3 h；采用藥液浸種消毒法，用1% CuSO4溶液浸泡種子消毒10 min；用自來水沖洗數次，蒸餾水沖洗3次；用濾紙將水吸干，溫水浸泡，置于生化培養箱進行光照培養，待長出嫩尖，挑選長勢均勻的種子進行播種[9]。供試土壤為黃棕壤，pH值為6.37，有機質含量為51%，陽離子交換量（CEC）為11.36 cmol/kg，有效氮、有效磷、有效鉀含量分別為48.64、28.31、44.69 mg/kg。

氮肥、磷肥、鉀肥的配制[10]：稱取過3 mm篩的風干土樣，每盆加入2.5 kg供試土壤，以溶液形式加入尿素3 g/盆、KCl 1 g/盆、KH2PO4 1 g/盆，混合均勻；將土樣進行機械攪拌，加250 mL蒸餾水濕潤，土壤室溫陳化2周，待用。

1.2試驗方法

試驗采用單因子5水平均勻設計，重金屬鈾污染濃度設計為：CK0（對照組），土壤幾乎無污染，鈾濃度為2.76 mg/kg，接近全國土壤背景值2.79 mg/kg[11]，遠低于江西省土壤背景值4.40 mg/kg[12]；CK1，土壤鈾濃度為11.475 mg/kg；L1，土壤鈾濃度為16.665 mg/kg；L2，土壤鈾濃度為22.245 mg/kg；L3，土壤鈾濃度為27.900 mg/kg。將鈾溶液按試驗設計濃度添加到土壤中，陳化2周，保持土壤含水率達到田間持水率的60%；每盆播蕹菜種15粒，待幼苗生長到2～3周開始間苗，每盆定長勢均勻的優勢植株8株，每一處理重復3次；蕹菜栽種 40 d 成熟，整株收獲；將植株分為根部和地上部，分別用自來水和蒸餾水洗凈，晾干，并稱鮮質量；將蕹菜105 ℃殺青 30 min，80 ℃烘干48 h，稱干質量，計算含水率；用研缽研碎，過[CM（25] 0.25 mm 篩，經進一步碳化、灰化處理，得粉末狀植物樣[CM）]〖LM〗品，裝袋密封保存，待測。將盆栽土壤風干，剔除植物殘體和碎石，過100、200目篩；灰化處理，裝袋密封保存，待測，用于鈾形態分析[5]。采用改進的BCR提取法[5-6]及改進的亞鈦還原釩酸銨滴定法[7-8]測定鈾含量。

1.3數據統計分析

富集系數[13-14]計算公式為：

[JZ（]λ=Cvi/Csi。[JZ）]

式中：λ表示某種蔬菜的富集系數；Cvi表示蔬菜中重金屬i的含量，Csi表示土壤中重金屬i的含量，單位均為mg/kg。轉移系數[14]計算公式為：

[JZ（]TF=C1/C2。[JZ）]

式中：TF表示轉移系數；C1表示地上部分吸收的重金屬含量，C2表示根部吸收的重金屬含量，單位均為mg/kg。利用SPSS 17.0軟件進行蕹菜鈾含量、生物有效態含量與土壤鈾含量的相關性分析，采用Origin 9.0作土壤鈾化學形態分布圖，采用Excel對數據進行處理分析。

2結果與分析

2.1污染土壤與蕹菜鈾富集與轉移特征

由表1、圖1可見，對照組CK0的整株蕹菜對土壤鈾的富集系數相對最高，高于其他4個處理；5個試驗處理的蕹菜地上部對土壤鈾的富集能力基本一致，而根部對鈾的富集能力有明顯差異，這說明蕹菜對土壤鈾的富集主要在根部；蕹菜整個植株對鈾的富集系數在0.5左右，蕹菜對鈾是一種低積累作物。由圖2可見，CK1處理的蕹菜轉移系數相對最大；隨著土壤鈾濃度的增加，蕹菜對鈾的轉移系數逐漸下降。結合蕹菜的生理特征與生物量情況，低濃度鈾能夠促進蕹菜的生長，高濃度鈾抑制蕹菜的生長；當土壤鈾濃度超出國家土壤背景值6～10倍時，蕹菜對鈾的轉移能力顯著降低。

3結論

結果表明，空白處理CK0的蕹菜對鈾的富集系數相對最高，高于其他4個處理；隨土壤中鈾添加濃度的逐漸增大，蕹菜對鈾的富集系數呈緩慢增長趨勢；蕹菜對土壤中鈾的富集主要在根部，而整株對鈾的富集系數在0.5左右，說明蕹菜對鈾是一種低積累作物；在一定適生條件下，蕹菜對土壤中鈾的富集量隨土壤中鈾含量的提高而明顯增加；除空白處理CK0外，土壤中弱酸提取態和可還原態鈾含量保持在70%以上，是鈾在土壤中的主要賦存形態；弱酸提取態、可還原態、可氧化態三者之和表示土壤中生物有效態的含量，是不穩定的化學形態，對植物生長和富集有著密不可分的作用。

為客觀全面地研究礦區農田土壤重金屬污染現狀、治理修復情況，為礦區農業生產實踐與居民健康提供理論指導和科學依據，內梅羅綜合污染指數法、潛在生態風險指數法等[15-17]被用于評價礦區農田土壤重金屬的綜合污染水平，這對加快相關研究進程、指導礦區居民的農業生產具有重要的理論意義。

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