重金属镉污染下石榴的耐性特征及重金属富集研究

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作者简介：王俊飞（1996原），男，河南项城人，学士，专业方向：资源循环科学与工程。近年来，由土壤重金属引发的各种危害，引起世界各国的广泛关注。有资料显示，时至今日我国因镉、砷、铅、铬等重金属而污染的耕地面积约有2.5伊104hm2，约占我国总耕地面积的1/5[1]，见图1。

土壤中的重金属种类繁多，包括密度4.0以上的约60种元素或密度在5.0以上的45种元素[2]。重金属污染的主要来源有：

污水灌溉、工业“三废”的排放、金

属矿山废水污染、农业活动、大气沉降、交通污染等。重金属对农作物、土壤微生物、生物体内酶，以及对人体都有很大的危害。重金属镉对植物幼芽的生长、植物的光合作用都有一定的影响。重金属镉对植物的危害主要表现在：（

1

）

导致植物矮小，

叶片泛黄，粮食减产，品质降低，镉浓度较高时还会导致植物的死亡。（2）影响植物细胞的超微结构，导致核膜内陷或核变形肿胀，核仁破碎[3]。镉对人体的危害有：引起高血压、肺气肿、心血管疾病、糖尿病、肾功能障碍，甚至突变、致畸、致癌，贫血是慢性镉中毒的常见症状。“骨痛病”就是由镉的长期摄入而导致的[4]。通过研究在重金属镉污染下石榴的耐性特征、富集和转运，探究重金属镉对植物的影响机制。1实验部分1.1仪器与试剂准备材料：天津再生资源研究所园区土、营养土、花盆、石榴的幼苗等。实验仪器：电子分析天平、研磨器、烘箱、消解仪、TAS火焰原子吸收分光光度计、镉空心阴极灯、紫外分光光度计等。实验试剂：硝酸、氢氟酸、蒸馏水等。1.2检测方法镉的测量：用电子天平称取0.5g左右烘干的土样或石榴样品，装入25mL的坩埚中，加入少量蒸馏水后加入10mL的浓盐酸，然后在电热板上加热（约450益）消解2h，然后加入15mL浓硝酸，继续加热至溶解物剩余约5mL时，再加入5mL氢氟酸并加热分解除去硅化合物，最后加入5mL高氯酸并加热至坩埚内的消解物呈现淡黄色时，打开盖，蒸至近干。取重金属镉污染下石榴的耐性特征及重金属富集研究

王俊飞，李江燕（中华全国供销合作总社天津再生资源研究所，天津300191）摘要：土壤是人类生产和生活中不可或缺的生存资源，但随着工业革命和科学技术的快速发展，重金属污染也越来越难以控制和消除。重金属进入土壤，会对其中的动植物造成严重的损害，甚至可能污染地下水，造成严重的经济损失。为了人类的健康和环境可持续发展，重金属污染的修复和治理已势在必行。通过对重金属镉污染下石榴的耐性特征及重金属富集研究，探究重金属对植物的影响机制。关键词：石榴；耐性特征；重金属镉；富集系数；转运系数中图分类号：X53文献标志码：A文章编号：1674-0912（2019）01-0038-04重金属镉污染下石榴的耐性特征及重金属富集研究再生利用

7.8%

82.9%8.3%6.0%6.0%7.4%3.2%9.2%16.1%7.卤代烃VOCs1.PAH2.非卤代烃SVOCsBTEX4.非卤代烃VOCs5.农药与除草剂6.卤代烃SVOCs8.多氯酚9.重金属图1我国土地污染情况饼状图123456789

3.

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济襍2019年/第12卷/第1期襊下冷却，加入硝酸（1+5）1mL微热溶解残渣，移入50mL容量瓶中，定容。同时进行全程序试剂空白实验。仪器的使用条件见表1。

叶绿素的测量：采用乙醇提取法。取新鲜石榴叶片0.10g，加入95%乙醇在避光处研磨至匀浆，过滤并定容至10mL比色管；利用紫外分光光度计，以95%乙醇为空白，分别测量649nm，665nm下的吸光度。计算公式如下：Wa=13.95伊A66516.88伊A649Wb=24.96伊A649原7.32伊A665Wa+b=Ca+Cb叶绿素：ab=WaWb式中：Wa—叶绿素a质量浓度，mg/L；Wb—叶绿素b质量浓度，mg/L；Wa+b—叶绿素质量浓度；A649，A665—分别为试样在649nm和665nm波长下所测得吸光度值。叶绿素是植物生长过程中必不可少的，叶绿素能通过光合作用吸收光能为植物提供生长过程中所需的有机物和少量的能量。因此，叶绿素含量的多少能够直接表征出植物生长得是否健康。1.3石榴栽培和测定步骤本研究是在重金属镉污染下石榴的耐性特征及重金属富集研究。首先，通过火焰原子吸收分光光度法对石榴生长前后土壤中镉的含量进行测定。通过计算在不同浓度重金属镉污染土壤中石榴对镉的富集和转运系数，了解其在石榴体内的积累规律。然后通过紫外分光光度计，测量石榴叶中的叶绿素含量，了解石榴对镉的耐受能力和植株的健康状况。测定步骤如下。（1）2018年1—3月：取18个花盆，将天津再生资源研究所园区土、营养土按19颐1的比例混合均匀后过10目的网筛，然后将筛下的土分装花盆内，每盆装土8.0kg。取适量石榴的茎和土壤样品，称重记录后放入烘箱，烘干4h（80益），烘干后再称重记录。将称重后的样品放入研磨机粉碎后通过0.18mm的网筛，取筛下物按照表2方法测定样品的本底值：湿度、pH值、镉的含量等。

将石榴幼苗摘种到配好的花盆中。待石榴幼苗生长稳定后，按照表2将配置好的镉标准溶液均匀加入到各盆栽中，其中3个实验组各设5盆，空白对照组设3盆。（2）2018年4—9月：对植物的生长状况进行观察并记录，适量取部分土壤和石榴植株样品，重复2018年1—3月土壤和植物样品的测定步骤，测定重金属镉、湿度、pH值变化的最终结果，然后记录、处理和分析所得到的数据。（3）2018年10月—今：整理分析整个实验得出的数据，探究在重金属镉不同浓度污染下木本植物石榴对镉的富集程度和转运的途径。2结果及讨论2.1土壤本底值测定刚配置的土壤中重金属镉的本底值（表3、表4）。

2.2耐性特征空白对照组CK石榴的发芽时间为3~6d，其他实验组发芽时间如表5所示。由表5可知，在镉的处理下各实验组均比空白组发芽时间延后，且低浓度处理时石榴的发芽时间明显比高浓度早许多，因此重金属镉会对植物的发芽产生抑制作用。表2重金属镉处理浓度处理浓度编号CK1234重金属镉添加量/mg·kg-10151020表1仪器使用条件元素光源灯电流/mA波长/nm燃气流量/mL·min-1火焰性质镉镉空心阴极灯7.5228.81000氧化性火焰

表3土壤重金属镉本底值重金属类型重金属含量Cd0.48mg·kg-1

表4土壤本底值其他指标指标数值pH值7.81含水率/%14重金属镉污染下石榴的耐性特征及重金属富集研究再生利用

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襍2019Vol.12.No.1襊由表6可知，在重金属镉污染的土壤下，石榴叶片叶绿素a和叶绿素a&b含量都小于空白对照组，除4号实验组外，叶绿素b的含量也都比空白实验组略少一些；叶绿素a/b值在低浓度（Cd=1mg/kg）时大于空白对照组，其他处理浓度下均比空白组要低。说明重金属镉会对石榴的光合作用产生抑制作用，减少石榴通过光合作用获得的能量，对石榴的生长产生危害。

2.3富集系数与转运系数利用1.3中的测量方法测量石榴体内的镉含量，在利用下列公式即可计算出萱草的富集和转运系数（表6）。富集系数=植物体内某重金属所占的质量分数/环境中某金属的质量分数根-茎叶转运系数=植物茎和叶中重金属含量/植物根部重金属含量由表7可知，在重金属镉的处理下，在石榴的根茎叶中重金属镉的含量会随着镉处理浓度的增大而增加。此外通过对比分析，在不同浓度的镉的处理下，石榴各器官内镉含量的多少并没有体现出明显的规律，但是通过计算可以得出，4号实验组根部的重金属镉仅比3号实验组增加了17.43%，而相对应的茎叶中的镉含量增长率明显更大，分别为138.24%，4.86%，由此可知，高浓度镉（>20mg/kg）的污染下，镉会向茎叶中转移，并且在石榴的茎中含量最高，不宜使用。由表8可知，除了1号实验组石榴的根对镉的富集系数高于空白组，其他各组石榴根茎叶的富集系数均比空白组要低。总体来说，石榴的根茎叶的富集系数会随着土壤中镉浓度的升高而变小。石榴的转运系数则随处理浓度增加而先减小后增大，说明随着土壤中镉浓度的升高，石榴体内的镉从石榴的根部迁移到茎叶的能力先减弱后增强。并且在3号实验组（10mg/kg）时达到最小值，这时石榴体内的重金属镉主要会富集在石榴的根部，对石榴可食用部分的影响最低。

3结论石榴在我国的分布极为广泛，山地高原、市政乡村、花园和公园都可以看到石榴的身影。而重金属镉在土壤污染中是极具代表性的重金属污染物，不仅危害植物正常生长，还会通过食物链影响人类健康，暴露在土壤中的镉对人类健康产生巨大的威胁。以上述两者为研究对象，通过在镉处理后的土壤中栽培石榴，研究重金属镉污染的土壤对石榴生长和发芽、pH值、叶绿素等指标以及重金属在石榴体内吸收富集特征，取得了一定的研究成果：（1）重金属镉会对植物的发芽产生抑制作用。（2）金属镉会对石榴的光合作用产生抑制作用，抑制植物的生长发育。（3）高浓度镉的污染下，镉会向茎叶中转移，对石榴的可食用部分影响较大。本研究可以对开发培育重金属镉超富集植物、土壤植物修复以及重金属镉污染土壤的治理提供可靠的理论支撑和数据支持，具有重要的意义。参考文献[1]刘侯俊，韩晓日，李军，等.土壤重金属污染现状及修复[J].环境保护与循环经济，2012(7)：4-8.[2]程军.土壤中重金属的危害及防治措施[J].土壤中重金属的危害及防治措施经济研究导刊，2014(31)：300-301.[3]高雁鹏，石平，魏欣茹.工业废弃地的植物修复演替过程研究[J].北方园艺，2013(3)：10-13.[4]史贵涛，陈振楼，李海雯，等.城市土壤重金属污染研究现状与趋势[J].环境监测管理与技术，2006，18(6)：9-13.表8石榴根-茎叶转运系数及富集系数编号叶富集系数茎富集系数根富集系数转运系数CK3.822.011.773.6812.341.601.952.4520.230.320.391.9430.140.110.122.1340.070.110.054.02表6重金属镉处理下石榴叶片内叶绿素含量叶绿素CK1234a1.621.441.271.531.33b0.520.410.430.520.50a&b2.181.941.622.071.90a/b3.023.262.712.652.75mg·kg-1表5重金属镉处理下石榴发芽情况实验组1234石榴发芽时间/d4~1314~2712~2215~25

表7萱草根茎叶中镉的浓度实验组CK1234根0.921.631.722.412.83茎1.011.341.462.044.86叶1.901.991.062.144.17mg·kg-1重金属镉污染下石榴的耐性特征及重金属富集研究再生利用

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再生资源与循环经济襍2019年/第12卷/第1期襊简讯TolerancecharacteristicsandheavymetalaccumulationofpomegranateunderheavymetalcadmiumpollutionWANGJunfei,LIJiangyan（TianjinRecyclableResourcesInstitute,AllChinaFederationofSupplyandMarketingCooperatives,Tianjin300191,China）Abstract:Soilisanindispensablelivingresourceforhumanproductionandlife,butwiththerapiddevelopmentofhumanindustryandscienceandtechnology,itisbecomingmoreandmoredifficulttocontrolandeliminatethepollutionofheavymetals.Itisimperativetofindtheremediationandtreatmentmethodsofheavymetalpollutionforthehealthyandsustainabledevelopmentofhumanbeings.Theresearchsubjectofthispaperistostudythetolerancecharacteristicsandheavymetalenrichmentofpomegranatepollutedbyheavymetalcadmium,inordertoexploretheinfluencemechanismofheavymetalsonplants.Keywords:Pomegranate;tolerancecharacteristics;heavymetalcadmium;enrichmentfactor;transportcoefficient（收稿日期圆园18原11原05）重金属镉污染下石榴的耐性特征及重金属富集研究再生利用

北京科技大学张深根研究员牵头，上饶市致远环保科技有限公司等单位完成的“复杂组分战略金属再生关键技术创新及产业化”项目获2018年度国家技术发明二等奖。项目发明了无氰全湿提取贵金属、高值合金直接电解、重金属污染防控等技术，实现了战略金属经济绿色提取；获美国专利2件、中国发明专利25件、实用新型专利28件，申请了PCT2件、出版专著2部、发表论文36篇，将战略金属再生技术提升到国际领先水平；建成了国内最大的再生贵金属生产线。中南大学赵中伟教授牵头，厦门钨业股份有限公司等单位完成的“基于硫磷混酸协同浸出的钨冶炼新技术”项目获2018年度国家技术发明二等奖。项目发明了硫磷混酸体系协同分解钨矿的技术，实现了常压条件下的高效连续浸出，浸出渣可用作建材填料；采用“高温浸出-低温补酸”控制结晶分离钨的技术，实现了浸出母液循环，解决了废水排放问题；发明了高选择性萃取钼阳离子的技术，简捷地实现了钨钼分离，解决了钼回收难题。中南大学柴立元教授团队完成的“冶炼多金属废酸资源化治理关键技术”项目获2018年度国家技术发明二等奖。项目立足国家污染治理与资源利用的重大需求，以资源最大化、污染最小化为目标，发明了废酸中多金属气液硫化分离、微量稀散金属选择性吸附富集、高浓度氟氯深度净化与酸浓缩回用等关键技术，创新形成了废酸资源化治理整体工艺，在国际上首次实现废酸中多金属高效分离，铜、锌、铋、铼等回收率大于96%，危废削减90%以上。北京矿冶科技集团有限公司蒋开喜研究员团队完成的“锌清洁冶炼与高效利用关键技术和装备”项目获2018年度国家科学技术进步二等奖。项目聚焦锌冶炼清洁生产与高效利用的共性需求，从源头减排、全过程优化和装备升级3个方面，以“最小化学反应量原理”为指导，首次开发出锌精矿“一段低温同步还原—二段高温氧化”新技术，实现了稀散金属与其他组分的分离与富集；研发出系列锌溶液深度净化新技术和锌冶炼过程共伴生金属提取关键技术，突破了大极板长周期电解技术难题，实现了镓锗铟和硫高效回收；研制出系列锌湿法冶炼智能化大型关键装备，实现了锌精矿加压浸出大型装置的国产化；建成了世界首条锌加压浸出综合回收镓锗生产线并在多家大型企业推广应用，有效提升了我国锌冶炼技术及装备的国际竞争力，显著推动了行业科技进步。中国科学院过程工程研究所曹宏斌研究员团队完成的“全过程优化的焦化废水高效处理与资源化技术及应用”项目获2018年度国家科学技术进步二等奖。项目基于污染全过程综合控制的思路，提出基于资源化减排—无害化降解优化组合的处理新方法，研发突破了酚油萃取协同解毒、非均相催化臭氧氧化等核心关键技术，并集成优化形成了焦化废水全过程强化处理成套技术，构建了工业设计基础工艺数据包，建成产业化工程，实现焦化废水资源回收和低成本稳定达标处理，满足行业和地方环境管理要求。项目研发的核心产品及技术已在煤化工、钢铁等行业得到大规模应用，包括首台套、处理规模最大在内的数十项水污染控制工程，产生了显著的环境、经济和社会效益，推动了我国煤化工行业水污染控制由国际跟跑向领跑转变。中南大学郭学益教授牵头，荆门市格林美新材料有限公司等单位完成的“电子废弃物绿色循环关键技术及产业化”项目获2018年度国家科学技术进步二等奖。项目创新开发了废旧电路板低温连续热解技术及装备，发明了电子废弃物中有价金属梯级分离回收新技术，开发了电子废弃物整体控制破碎、智能识别及精细分选与塑料高值化利用技术，攻克了电子废弃物循环利用过程关键技术及工程实践难题，创建了“互联网+分类回收”运营模式，开发了物联网全程可追溯信息平台。中国再生资源产业技术创新战略联盟专家及成员6项成果获2018年国家科学技术奖

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