作物对重金属吸收能力的研究

同部位吸收累积系数， 分析小麦、玉米对重金属 Ｃｕ、
Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｄ 的吸收能力。
２．１ 小麦植株不同部位重金属吸收能力分析
从作物不同部位重金属吸收能力分析， 小麦根部
对重金属 Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｄ 的吸收能力最强， 按 Ｃｕ、Ｐｂ、
Ｚｎ、Ｃｄ 顺 序 ， 根 部 的 吸 收 能 力 分 别 是 茎 部 的 ２．１７、
学学报
１０５
元 素 ｉ 的 吸 收 系 数 （ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，） 表 示
式如下：
Ａｃｉ ＝Ｃｉ ／Ｓｉ 式 中 ： Ｃｉ 为 作 物 体 部 位 ｉ 元 素 的 单 位 重 量 ； Ｓｉ 为 土 壤 耕作层 ｉ 元素的单位重量。
通过研究重金属元素在大田条件下主要作物不
农业环境科学学报 ２００６，２５（增刊）：１０４－ １０８ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｏ－Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ
作物对重金属吸收能力的研究
纪玉琨 １， 李广贺 ２
（ １．廊坊市环保局， 河北 廊坊 ０６５０００； ２．清华大学环境科学与工程系， 北京 ０００８４）
摘 要： 采集河北省北运河污灌区土壤和小麦、玉米作物样品， 对污灌区作物 不 同 时 期 、不 同 部 位 重 金 属 含 量 分 析 ， 采 用 吸 收 系 数 法对作物不同部位对不同重金属吸收能力进行比较， 了解作物对重金属的累积效应。结果表明， 玉米各部位对 Ｃｕ、Ｐｂ 的吸收能力 都高于小麦相同部位对这两种重金属的吸收能力， 而小麦各部位对 Ｚｎ 的吸收能 力 都 高 于 玉 米 相 同 部 位 的 吸 收 能 力 ， 小 麦 与 玉 米 各部位对 Ｃｄ 的吸收能力基本接近。 关键词： 小麦； 玉米； 重金属； 吸收； 土壤 中图分类号： Ｓ５０３．２３１ 文献标识码： Ａ 文章编号： １６７２－ ２０４３（２００６）增刊－ ０１０４－ ０５
用水冲洗干净后用蒸馏水冲淋， 干燥） ， 放进马弗炉
内， 逐渐升温灰化。最后在 ５００℃￣５５０℃温度下灰 ５ ｈ，
取出自然冷却后加入 １０ ｍＬ 混酸 （ ＨＮＯ３∶ＨＣｌＯ４ 为 ３∶ １） 在电热板上消解， 消解完毕， 颜色变灰白色（ 注意防
止炭化， 如溶液有变棕红色趋势， 再滴加浓硝酸） ， 继
酸溶解， 过滤于 ２５ ｍＬ 容量瓶中， 定容至标线摇匀， 也
用原子吸收法进行测定。
监测方法与质量控制按 《环境监测分析方法》与
《环境监测质量保证手册》中的有关要求进行。质控标
准样品是地矿部物化探勘察研究所研制的国家标准
土壤样品。所用分析仪器是 ＷＹＸ－ ４０３ 原子吸收分光
光度仪。
２ 结果分析
为说明重金属在作物体内的迁移趋势， 利用吸收 系数来说明重金属元素在作物体内的行为过程， 所谓 吸收系数是指作物体部位某一元素的浓度与土壤中 该元素浓度之比， 它可代表土壤作物系统中元素迁移 的难易程度［６］。
采集地点选取北运河廊坊地区香河境内， 采样点
第 ２５ 卷增刊
农业环境科
分别选取污灌时间长、具有代表性的王家摆和土门楼
地区， 王家摆处于北运河上游地区， 土门楼处于下游，
通过对污灌水质分析表明， ２ 个地区污灌水质中重金
属含量王家摆地区高于土门楼地区。同时， 选取没有
进行污灌的安平地区作为参照点。
所研究的污灌区种植作物为夏熟、秋熟两季作
２．８２、２．４４、２．７５ 倍 和 籽 实 的 ３．２５、７．７５、３．５９、７．３３ 倍 ，
小麦根部对 ４ 种重金属吸收系数与茎部吸收系数比
值相近， 说明茎部作为小麦营养物质的输导器官， 对
重金属吸收和根部重金属吸收呈正相关性， 而小麦籽
实对必需元素 Ｃｕ、Ｚｎ 的吸收要远高于对非必需元素
Ｐｂ、Ｃｄ 的吸收， 见图 １。
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纪 玉 琨 等 ：作 物 对 重 金 属 吸 收 能 力 的 研 究
２００６年 ３ 月
图 ２ 小麦对不同重金属吸收能力分析图 Ｆｉｇｕｒｅ２ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｂｙ ｗｈｅａｔ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｌｏｃａｔｉｏｎｓ
０．９
Ｃｕ
０．８
Ｐｂ
Ｚｎ
０．７
从土壤－ 作物系统分析， 作物吸收重金属的能力 随土壤重金属含量的增高而增强， 从作物之间比较， 作物不同对重金属的吸收能力不同， 通过对小麦、玉 米不同部位对不同重金属吸收系数进行比较， 了解小 麦、玉米重金属吸收能力之间的差异。对小麦、玉米各 时期、各部位重金属含量研究表明， 作物对 Ｃｕ、Ｐｂ、 Ｚｎ、Ｃｄ 的吸收特性各不同的， 见图 ５。
Ａｄｓｏｒ ｐｔｉｏｎ ｏｆ Ｗｈｅａｔ ａｎｄ Ｍａｉｚｅ ｏｎ Ｈｅａｖｙ Ｍｅｔａｌｓ ｉｎ Ｓｏｉｌｓ
ＪＩ Ｙｕ－ｋｕｎ１， ＬＩ Ｇｕａｎｇ－ｈｅ２ （１． Ｌａｎｇｆａｎｇ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ， Ｌａｎｇｆａｎｇ ０６５０００， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉ－ ｎｅｅｒｉｎｇ， Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ １００８４， Ｃｈｉｎａ ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｏ ｐｒｏｂｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｖｅｒａｌ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｓｏｉｌｓ ｔｈａｔ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｉｒｒｉｇａｔｅｄ ｂｙ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｂｙ ｗｈｅａｔ ａｎｄ ｍａｉｚｅ， ｓｅｖｅｒａｌ ｓａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｂｏｔｈ ｓｏｉｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｌａｎｔ ｔｉｓｓｕｅｓ ｗｅｒｅ ｔａｋｅｎ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ． Ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｐａｒｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｒｏｐｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ． Ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄ ｔｈａｔ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ Ｚｎ， Ｃｕ， Ｐｂ ａｎｄ Ｃｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｐｌａｎｔｓ ｔｉｓｓｕｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎ ａｎ ｏｒｄｅｒ： ｒｏｏｔｓ＞ｌｅａｖｅｓ＞ｓｔｅｍｓ＞ ｓｅｅｄｓ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｗａｓ ｉｎ ａｎ ｏｒｄｅｒ： Ｚｎ＞Ｃｕ＞Ｐｂ＞Ｃｄ， ｆｏｒ ｗｈｅａｔ， ｗｈｉｌｅ Ｃｕ＞Ｚｎ＞Ｐｂ＞Ｃｄ ｆｏｒ ｍａｉｚｅ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙｗｏｄｓ：Ｗｈｅａｔ； ｍａｉｚｅ； ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ； ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ； ｓｏｉｌ
Ｃｄ
吸收系数
０．６
０．５
０．４
０．３
０．２
０．１
０ 根
叶
茎
子实
图 ３ 玉米不同部位对不同重金属元素的吸收 Ｆｉｇｕｒｅ３ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｍａｉｚｅ
从不同点位重金属吸收系数分析结果可知， 王家 摆地区玉米对重金属的吸收要高于土门楼、安平地 区， 体现了玉米对重金属的吸收随着土壤中重金属含 量的增高而增加。从整体吸收效果看， 玉米对这 ４ 种 重 金 属 的 吸 收 能 力 各 不 相 同 ， 对 Ｃｕ 的 吸 收 能 力 最 强， 而对 Ｃｄ 的吸收能力最弱， 以王家摆为例， 玉米对 Ｃｕ 的吸收系数是对 Ｃｄ 吸收系数的 ７．５４ 倍， 对 Ｚｎ、Ｐｂ 的吸收能力界于 Ｃｕ、Ｃｄ 之间， 玉米对四种重金属的 吸收能力由高到低依次为： Ｃｕ＞Ｚｎ＞Ｐｂ ＞Ｃｄ， 见图 ４。 ２．３ 重金属累积差异性分析
பைடு நூலகம்
续蒸发至溶液冒浓厚白烟并出现粉红色或黄白色残
渣为止。取下烧杯冷却， 放冷后打开表面皿蒸干， 加入
１ ｍｏｌ·Ｌ－１ＨＣＬ 定溶至 ２０ ｍＬ， 用原子吸收法进行重金
属 Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｄ 测定。
土壤处理： 取烘干后的土样 ２ ｇ， 放入 １００ ｍＬ 高
型硬质玻璃烧杯中， 加少许水湿润， 加 １５ ｍＬ 王水
图 ４ 玉米对不同重金属吸收能力分析图 Ｆｉｇｕｒｅ４ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｂｙ ｍａｉｚｅ ａｔ
物， 以小麦、玉米为主， 故按照小麦、玉米的生长期， 分
别 采 集 小 麦 、玉 米 不 同 生 长 时 期 根 、茎 、叶 和 籽 实 样
品， 同时， 采集作物根系附近土壤样品。
１．２ 样品处理
作物处理： 作物样品阴干后， 取 ２．００ ｇ 于 １５０ ｍＬ
高型硬质烧杯中（ 烧杯使用前用 １０％硝酸浸泡 ２４ ｈ，
１ 分析方法
１．１ 样品采集 在远离道路、距北运河 １００ ｍ 的污灌农田现场采
样， 根据地矿部 １９９０ 年《１∶５０ 万区域环境勘察地球化 学 研 究 》成 果 关 于 “进 行 环 境 质 量 评 价 的 土 壤 采 样 深 度、采样密度为每平方公里两个监测点”的结论， 本研 究课题每平方公里选取两个采样点。
吸收系数
０．７ ０．６ ０．５ ０．４ ０．３ ０．２ ０．１
０ 根
Ｃｕ Ｐｂ Ｚｎ Ｃｄ
叶
茎
子实
图 １ 小麦不同部位对不同重金属吸收能力分析图 Ｆｉｇｕｒｅ１ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｂｙ ｗｈｅａｔ
从小麦对重金属吸收系数分析， 小麦对不同重金 属的吸收量不同， 以王家摆为例， 小麦对 Ｚｎ 吸收能力 最强， 对 Ｃｄ 吸收能力最弱， 见图 ２。小麦 Ｚｎ 吸收系数 是 Ｃｄ 的吸收系数的 ５．１６ 倍， 对 Ｃｕ、Ｐｂ 吸收能力界于 Ｚｎ、Ｃｄ 之间， 小麦对重金属 Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｄ 的吸收能 力从大到小顺序为： Ｚｎ＞Ｃｕ＞Ｐｂ＞Ｃｄ。 ２．２ 玉米植株不同部位重金属吸收能力分析
作。Ｅ－ ｍａｉｌ：ｊｙｋ０７２５＠１６３．ｃｏｍ
没有根据污灌的规定进行科学管理和合理灌溉［３－５］， 随 着污灌面积和时间的增加， 污灌区污染问题， 尤其是 重金属污染问题越来越严重， 目前， 受到重金属污染 的地区约占污灌总面积的 ４５％。
本研究针对污灌对土壤和作物重金属污染， 选取 北运河污灌区土壤和污灌区种植的小麦、玉米， 分析 土壤和作物体内重金属含量， 了解作物对重金属吸收 能力。
玉米和小麦都属于禾本科作物， 其内部结构和生 理机制和小麦基本相同， 从玉米不同部位重金属含量 比较， 玉米对重金属 Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｄ 吸收能力由高到 低依次为： 根＞叶＞茎＞籽实， 其中根部对重金属吸收 能力远高于其他部位， 按照 Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｄ 的顺序， 玉 米 根 部 吸 收 能 力 分 别 是 茎 部 吸 收 能 力 的 ３．５６、２．７１、 ２．６３、１．９０ 倍， 是籽实吸收能力的 ４．５６、７．６７、３．８４、３．８ 倍， 充分体现了根部对重金属的屏障作用， 见图 ３。
在污灌初期， 农业生产确实得到了一定的提高。 但由于污水中含有大量重金属等有害物质， 随着污灌 期的延长， 一系列环境问题开始显现。由于大部分污 灌区都没有根据水质、土壤类型、水文地质条件、气候 条件、作物种类等因素进行统一规划和具体设计， 也
收稿日期： ２００５－ ０８－ ０５ 作者简介： 纪玉琨（ １９７１— ） ， 女， 清华大学工程硕士， 从事环境保护工
（ ＨＣｌ∶ＨＮＯ３＝３∶１） ， 于电热板上加热保持微沸， 至有机 物剧烈反应后， 加高氯酸 ４ ｍＬ， 继续加热直至冒白
烟， 强火加热， 直至土样呈灰白色， 小心赶去高氯酸
（ 但要注意不出现棕色烧结干块， 若出现此现象， 要再
加少许王水复原为白色） ， 同时进行试剂 ５％的空白
样、１０％的标样和 １０％的平行样， 取下样品， 用 １％硝
１９５７ 年， 农业部把污水灌溉列入科研计划， 大规 模兴建灌溉工程， 以节约水资源并减轻污水排放对环 境的危害［１］。之后， 污水灌溉技术在全国各地得到广泛 推广 ［２］。污水灌溉最普遍的是北方旱作地区， 包括北 京 、天 津 、沈 阳 、济 南 、西 安 、石 家 庄 、郑 州 、齐 齐 哈 尔 、 洛阳、保定、哈尔滨等地一些著名的污灌区， 这些地区 占全国污灌面积的 ９０％以上。南方的污灌面积仅占 全国污灌面积的 ６％， 主要分布在武汉、成都、长沙等 地， 其余零星分布在西北和青藏高原等地区［２］。