蕹菜对铀的富集特征及其形态分析

王帅��黄德娟��黄德超��张如金��周环��

摘要：以盆栽江西原种大叶蕹菜作为供试作物，铀矿区污染土壤作为供试土壤，采用改良的亚钛还原钒酸铵滴定法及改进的BCR提取方法，研究重金属元素铀在污染土壤和蕹菜的富集作用和赋存形态。结果表明，蕹菜对铀的富集系数在0.5左右，是一种低积累农作物，其中，蕹菜对土壤中铀的富集主要是根部；当土壤铀浓度为27.900 mg/kg时，其土壤中铀的主要赋存形态是残渣态，而其他4个处理组土壤铀的主要赋存形态是弱酸提取态和可还原态。

关键词：蕹菜；铀；富集；化学形态；土壤

中图分类号： X171.4文献标志码：

文章编号：1002-1302（2016）08-0266-03

20世纪50年代以来，随着核电事业在我国得到高度重视，铀矿冶工业取得突飞猛进的发展，已经探明的大小铀矿床有200多个，其中85%主要分布在湘、赣、粤等地区[1]。铀矿在开采过程中，会长时间占用、破坏、甚至污染土壤，导致我国许多铀矿区附近的土壤被伴生的重金属污染，严重影响附近居民的生存和人体健康。土壤重金属污染已成为突出的全球性问题[2]。

BCR提取法[3]适合于污染土壤样品的分析测定，现已成为国内外研究土壤、沉积物重金属污染形态最为广泛的方法。BCR提取法经过多次的试验比对和改进，目前步骤相对较少，形态之间串相不严重，普遍得到业界的广泛认可和应用[4]。本试验采用改进的BCR提取法[5-6]及东华理工大学水资源与环境工程学院的发明专利“改进的亚钛还原钒酸铵滴定法”[7-8]微量测定土壤中铀的赋存形态，以探讨蕹菜对铀的富集作用及其在土壤中的赋存形态，为研究该区域土壤重金属污染治理与生态修复提供科学依据，并对农业生产和居民的健康提供理论指导。

1材料与方法

1.1供试材料与预处理

选取江西原种大叶蕹菜（Ipomoea aquaticspinach）种子作为供试材料，将种子用蒸馏水浸泡3 h；采用药液浸种消毒法，用1% CuSO4溶液浸泡种子消毒10 min；用自来水冲洗数次，蒸馏水冲洗3次；用滤纸将水吸干，温水浸泡，置于生化培养箱进行光照培养，待长出嫩尖，挑选长势均匀的种子进行播种[9]。供试土壤为黄棕壤，pH值为6.37，有机质含量为51%，阳离子交换量（CEC）为11.36 cmol/kg，有效氮、有效磷、有效钾含量分别为48.64、28.31、44.69 mg/kg。

氮肥、磷肥、钾肥的配制[10]：称取过3 mm筛的风干土样，每盆加入2.5 kg供试土壤，以溶液形式加入尿素3 g/盆、KCl 1 g/盆、KH2PO4 1 g/盆，混合均匀；将土样进行机械搅拌，加250 mL蒸馏水湿润，土壤室温陈化2周，待用。

1.2试验方法

试验采用单因子5水平均匀设计，重金属铀污染浓度设计为：CK0（对照组），土壤几乎无污染，铀浓度为2.76 mg/kg，接近全国土壤背景值2.79 mg/kg[11]，远低于江西省土壤背景值4.40 mg/kg[12]；CK1，土壤铀浓度为11.475 mg/kg；L1，土壤铀浓度为16.665 mg/kg；L2，土壤铀浓度为22.245 mg/kg；L3，土壤铀浓度为27.900 mg/kg。将铀溶液按试验设计浓度添加到土壤中，陈化2周，保持土壤含水率达到田间持水率的60%；每盆播蕹菜种15粒，待幼苗生长到2～3周开始间苗，每盆定长势均匀的优势植株8株，每一处理重复3次；蕹菜栽种 40 d 成熟，整株收获；将植株分为根部和地上部，分别用自来水和蒸馏水洗净，晾干，并称鲜质量；将蕹菜105 ℃杀青 30 min，80 ℃烘干48 h，称干质量，计算含水率；用研钵研碎，过[CM（25] 0.25 mm 筛，经进一步碳化、灰化处理，得粉末状植物样[CM）]〖LM〗品，装袋密封保存，待测。将盆栽土壤风干，剔除植物残体和碎石，过100、200目筛；灰化处理，装袋密封保存，待测，用于铀形态分析[5]。采用改进的BCR提取法[5-6]及改进的亚钛还原钒酸铵滴定法[7-8]测定铀含量。

1.3数据统计分析

富集系数[13-14]计算公式为：

[JZ（]λ=Cvi/Csi。[JZ）]

式中：λ表示某种蔬菜的富集系数；Cvi表示蔬菜中重金属i的含量，Csi表示土壤中重金属i的含量，单位均为mg/kg。转移系数[14]计算公式为：

[JZ（]TF=C1/C2。[JZ）]

式中：TF表示转移系数；C1表示地上部分吸收的重金属含量，C2表示根部吸收的重金属含量，单位均为mg/kg。利用SPSS 17.0软件进行蕹菜铀含量、生物有效态含量与土壤铀含量的相关性分析，采用Origin 9.0作土壤铀化学形态分布图，采用Excel对数据进行处理分析。

2结果与分析

2.1污染土壤与蕹菜铀富集与转移特征

由表1、图1可见，对照组CK0的整株蕹菜对土壤铀的富集系数相对最高，高于其他4個处理；5个试验处理的蕹菜地上部对土壤铀的富集能力基本一致，而根部对铀的富集能力有明显差异，这说明蕹菜对土壤铀的富集主要在根部；蕹菜整个植株对铀的富集系数在0.5左右，蕹菜对铀是一种低积累作物。由图2可见，CK1处理的蕹菜转移系数相对最大；随着土壤铀浓度的增加，蕹菜对铀的转移系数逐渐下降。结合蕹菜的生理特征与生物量情况，低浓度铀能够促进蕹菜的生长，高浓度铀抑制蕹菜的生长；当土壤铀浓度超出国家土壤背景值6～10倍时，蕹菜对铀的转移能力显著降低。

3结论

结果表明，空白处理CK0的蕹菜对铀的富集系数相对最高，高于其他4个处理；随土壤中铀添加浓度的逐渐增大，蕹菜对铀的富集系数呈缓慢增长趋势；蕹菜对土壤中铀的富集主要在根部，而整株对铀的富集系数在0.5左右，说明蕹菜对铀是一种低积累作物；在一定适生条件下，蕹菜对土壤中铀的富集量随土壤中铀含量的提高而明显增加；除空白处理CK0外，土壤中弱酸提取态和可还原态铀含量保持在70%以上，是铀在土壤中的主要赋存形态；弱酸提取态、可还原态、可氧化态三者之和表示土壤中生物有效态的含量，是不稳定的化学形态，对植物生长和富集有着密不可分的作用。

为客观全面地研究矿区农田土壤重金属污染现状、治理修复情况，为矿区农业生产实践与居民健康提供理论指导和科学依据，内梅罗综合污染指数法、潜在生态风险指数法等[15-17]被用于评价矿区农田土壤重金属的综合污染水平，这对加快相关研究进程、指导矿区居民的农业生产具有重要的理论意义。

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