全 文 ：2014年 第 9期 广 东 化 工
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蜈蚣草吸收 As(Ⅲ)的主要影响因素研究
严明
(广东省工程技术研究所 广东省水环境污染控制重点实验室，广东 广州 510440)

[摘 要]蜈蚣草是一种理想的砷超富集植物，在修复砷污染方面，具是极大的应用潜力。通过水培试验进行研究，明确了磷、pH 以及氧化
作用对蜈蚣草吸收砷的影响，结果表明，偏酸条件更利于砷的吸收，当 pH 为 5.5 时，蜈蚣草对砷的吸收量达到最大，缺磷时蜈蚣草对 As(Ⅲ)
的吸收量达到最大值，添加磷后，As(Ⅲ)的吸收受到一定的抑制，蜈蚣草在吸收 As(Ⅲ)的同时能把部分的 As(Ⅲ)氧化成，As(Ⅴ)更容易被蜈蚣草
吸收，根部的氧化作用促进砷的吸收。
[关键词]蜈蚣草；As(Ⅲ)；磷；pH；氧化作用
[中图分类号]X173 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2014)09-0041-02

Study on the Main Factors of Influencing Pteris vittata Absorption Arsenic (Ⅲ)

Yan Ming
(Guangdong Provincial Key Laboratory of Water Pollution Control, Guangdong Institute of Engineering Technology, Guangzhou 510440, China)

Abstract: Pteris vittata has been identified as a perfect Arsenic-hyperaccumulator, has great applied potential for use in phytoremediation of
Arsenic-contamination. By hydroponic experiments, we cleared and definited how phosphorus, pH and oxidation influenced Pteris vittata absorption Arsenic. The
results showed that it was beneficial to absorption Arsenic in meta-acid, especially when the pH was 5.56,absorptive amount of Pteris vittata absorption Arsenic
reach maximum. At the same time, we obtained the same result when lacking phosphorus, but as adding phosphorus, absorption effects suffered certain restraining.
Arsenic (Ⅴ) were produced while Arsenic (Ⅲ) were absorbed by Pteris vittata, Arsenic (Ⅴ) was more likely absorbed by Pteris vittata , oxidation of the root of
Pteris vittata could promote the absorption of arsenic.
Keywords: Pteris vittata；Arsenic(Ⅲ)；phosphorus；pH；oxidation

近年来，砷的土壤污染事件在国内外多次发生[1,2]，日益成为
一个非常突出的环境问题。砷是一种有毒并致畸、致癌的非金属
元素。长期以来，由于人类生产活动中含砷农药和化肥的使用，
释放大量的砷进入环境，造成局部地区土壤砷污染，从而对生态
环境和人类健康带来严重影响，使砷成为污染土壤环境的重要物
质之一[3]。砷的化合物化学性质决定了砷在环境中的不可降解性
和相对稳定性，使砷污染土壤的修复与治理成为一个难题。近些
年，砷的超累积植物蜈蚣草的发现，为治理砷污染土壤的修复与
治理提供了一种新途径，许多学者和专家对砷污染土壤的修复问
题尤为关注，也做了大量工作[4]。
在蜈蚣草吸收砷修复污染土壤的过程中，对于砷化合物的形
态变化过程，许多学者进行过研究，砷在蜈蚣草机体中不同部位
的砷形态并不相同[6,7]。蜈蚣草对砷的吸收受环境中许多因素的影
响，例如土壤类型，供给的营养，所在环境的 pH 等。因此，掌
握砷与植物营养的关系对改善蜈蚣草的种植技术，使其更有效进
行植物修复是非常必要的。在众多因素中，磷和 pH 在蜈蚣草的
生长和对砷的吸收方面的影响是十分重要的。本文研究了蜈蚣草
吸收砷过程中，砷在蜈蚣草根部的价态变化和主要影响因素的对
蜈蚣草吸收砷的影响。
1 材料与方法
1.1 实验材料
蜈蚣草：生长形态指标为：株高(30~35 cm)、生物量、羽叶
数等均相差不大，经有关机构鉴定为凤尾蕨属蜈蚣草。带回实验
室后，进行水培试验。
1.2 实验前处理
把采集的蜈蚣草去土洗泥，移入敞口烧杯中。先用自来水培
养 3天，再用自配的缺磷营养液预培养。营养液配方为(mmol/L)：
MgSO4 0.2，NH4NO3 2，KNO3 2，NaCl 2，CuSO4·5H2O 16×10-5，
ZnSO4·5H2O 4×10-4。为了尽量模拟蜈蚣草植物的野外生长条件，
水培营养液接近中性(溶液 pH 7.86)，水培植物容器为 70 cm×20
cm×20 cm 的塑料池，每天光照时间约十小时，光照强度
5000~10000 Lx，空气相对湿度 55 %左右，气温 15~20 ℃，预培
养 30天后经行试验。
1.3 实验方法
水培试验操作简单，试验抗干扰能力强，便于分析，为了研
究在室内栽培生长条件下蜈蚣草对砷的吸收和富集特点，采用含
有指定浓度的砷溶液经行水培试验。水培溶液中砷采用二乙基二
硫化氨基甲酸银比色法测定，取待测溶液加入浓盐酸，用甲苯萃
取，得到有机相和水相，有机相中主要含量为 As(Ⅲ)，水相含量
主要为 As(Ⅴ)。有机相和水相分别经处理后用 10-3 N碘标准溶液
滴定溶液呈蓝色为止。碘溶液所消耗的摩尔量即为对应的 As(Ⅲ)
的摩尔量。分析中所用试剂均为优级纯，而且采用标准参比物质
进行数据分析的质量控制，分析误差均控制在允许的误差范围。
1.4 实验内容
选取 15组株长势一致、年龄、生长形态指标相差不大的蜈蚣
草进行实验。实验时间为三天，前两天设定溶液的 pH，让蜈蚣草
适应特定 pH下的环境，pH分别设定为 4.5、5.5、6.5、7.5和 8.5。
随着植物生长及对离子的不平衡吸收，营养液 pH将会发生变化，
因此水培营养液中加入乙酸钠-氯化铵缓冲液，对稳定水培溶液的
pH，实验过程中，用 pH计对溶液 pH经行监控，溶液的 pH通过
添加 HCl溶液和 NaOH溶液调节。第三天添加 As(Ⅲ)和磷处理，
实验用的 As(Ⅲ)试剂以 NaAsO2的形式添加，磷酸盐以 NaH2PO4
的形态添加。As(Ⅲ)的添加浓度分别为 10 mg/L，30 mg/L 和 50
mg/L三个浓度，磷酸盐的添加浓度分别为 0 mg/L、24 mg/L和 60
mg/L。添加实验药剂 24 h后测定溶液中 As(Ⅲ)的浓度，控制实验
条件，重复试验五次，结果取平均值。24小时后往溶液加入去离
子水，用来补充因吸收、蒸腾作用等所失去的水分，以保持溶液
总体积的不变。同时，在抽取测定溶液样品前，用去离子水冲洗
蜈蚣草根部以释放其吸附的 As(Ⅲ)。
2 结果与分析
2.1 pH与磷对蜈蚣草吸收 As(Ⅲ)的影响
实验主要研究的是在设定的 5 个 pH 条件下，不同浓度的磷
对蜈蚣草吸收 As(Ⅲ)的影响，结果如图 1、图 2和图 3。在 10 mg/L、
30 mg/L和 50 mg/L三个浓度条件下，蜈蚣草对 As(Ⅲ)的吸收情
况。其中实验选取的 pH 为 4.5、5.5、6.5、7.5 和 8.5，三个浓度
值，分别为：0 mg/L、24 mg/L和 60 mg/L。24小时后，测定 As(Ⅲ)
被吸收的量。
由图可看出，在 As(Ⅲ)浓度相同的前提下，pH越高，蜈蚣草
对 As(Ⅲ)的吸收量越少。其中 pH在 4.5~5.5范围内，As(Ⅲ)的吸
收量随 pH的升高而递增。当 pH为 5.5时，在 10 mg/L、30 mg/L
和 50 mg/L三种浓度溶液中，蜈蚣草对 As(Ⅲ)的吸收量分别达到
最大，为 9.56 mg、26.46 mg和 42.94 mg。而后，随着 pH的升高，
As(Ⅲ)的吸收量降低。pH在 5.5~7.5范围内，As(Ⅲ)的吸收量急剧
下降。表明在较低的 pH 条件下，有利于蜈蚣草对 As(Ⅲ)吸收。
这可能是由于蜈蚣草根部的离子转运交换蛋白酶在相对较低 pH
条件下活性更强，转运容量更大的缘故。

[收稿日期] 2014-04-01
[作者简介] 严明(1985-)，男，湖北黄冈人，硕士，主要研究方向为污染治理、环境管理和土壤修复。
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图 1 10 mg/LAs(Ⅲ)在 pH与磷影响下的吸收量
Fig.1 The effect of pH and P on As(Ⅲ) uptake by Pteris vittata
when supplied 10 mg/L As(Ⅲ)

通过对磷在上述 pH 范围内对 As(Ⅲ)吸收的影响进行考察，
结果表明，在有磷存在的条件下，蜈蚣草吸收 As(Ⅲ)的作用受到
抑制，而在缺磷的条件下，蜈蚣草吸收 As(Ⅲ)的作用增强。随着
磷浓度的增加，蜈蚣草对 As(Ⅲ)的吸收量减小，在磷浓度为 24
mg/L 时，As(Ⅲ)的吸收量下降最为显著。P 与 As 为相邻的同主
族元素，具有相似的物理、化学性质。P 是植物生长所需的大量
元素。而目前一般认为 As 不是植物生长必需元素，介质中浓度
较高时常常引起对植物的毒害。众所周知，在缺磷情况下，能增
加植物根部对磷的吸收能力，这是可能是因为植物能通过合成更
多的磷转运蛋白来提高对磷的吸收能力。如果磷的运输通道与砷
酸盐的吸收有关联，则在缺磷情况下，能提高植物对砷酸盐的吸
收。添加磷对 As(Ⅲ)的吸收有消极的影响。通过对吸收百分比比
例的计算得知，在缺磷的情况下，As(Ⅲ)的吸收量分别占原 As(Ⅲ)
溶液的 89.8 %~95.6 %、73.33 %~88.07 %和 70.46 %~85.88 %。当
添加 24 mg/L浓度的磷处理，As(Ⅲ)的吸收量分别占原 As(Ⅲ)溶
液的 86.3 %~93.2 %、66.57 %~83.67 %和 66.2 %~82.8 %；添加 60
mg/L磷处理对 As(Ⅲ)吸收的影响与前者相差不大。但是，缺磷能
使 As(Ⅲ)的吸收量增加。

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P concentration:24mg/L
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图 2 30 mg/LAs(Ⅲ)在 pH与磷影响下的吸收量
Fig.2 The effect of pH and P on As(Ⅲ) uptake by Pteris vittata
when supplied 30 mg/L As(Ⅲ)

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pH
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P concentration:24mg/L
P concentration:60mg/L

图 3 50 mg/LAs(Ⅲ)在 pH与磷影响下的吸收量
Fig.3 The effect of pH and P on As(Ⅲ) uptake by Pteris vittata
when supplied 50 mg/L As(Ⅲ)
2.2 蜈蚣草根部对 As(Ⅲ)的氧化
在自然环境下，将 As(Ⅲ)氧化成 As(Ⅴ)需要经过较长的时间，
而蜈蚣草却能在较短的时间内将 As(Ⅲ)氧化。实验采用溶液培养
方法，选取五株长势一致、年龄、生长形态指标相差不大的蜈蚣
草进行溶液培养实验。实验用的 As(Ⅲ)试剂以 NaAsO2的形式添
加。处理时间为 24小时，As(Ⅲ)的添加浓度分别为 10 mg/L、20
mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L五个浓度。加砷后分别于第 0
小时、1 小时、2 小时、4 小时、6 小时、8 小时、10 小时和 24
小时，测定溶液中 As(Ⅲ)和 As(Ⅴ)的浓度，同时另设置加入 5 %
亚硫酸钠到培养液进行试验作为对照组，试验结果见图 4和图 5。
图4表明，随着时间推移，溶液中有部分As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ)。
As(Ⅲ)浓度为 10 mg/L和 20 mg/L的溶液，在实验进行的第 6 h时，
测出溶液中 As(Ⅴ)的浓度出现峰值，分别为 1.04 mg/L 和 1.97
mg/L。而其余 5 个浓度在实验进行到第 8h 时，溶液中 As(Ⅴ)的
浓度才出现峰值，其中 30 mg/L溶液的 As(Ⅴ)浓度为 2.60 mg/L，
100 mg/L溶液的 As(Ⅴ)浓度为 4.98 mg/L。第 10小时后，测得所
有处理浓度的 As(Ⅴ)浓度均有下降。表明溶液中 As(Ⅴ)浓度最大
值出现在第 6~8小时之间。

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图 4 溶液中 As(Ⅴ)的浓度
Fig.4 Arsenate concentration in solution when supplied 10~100
mg/L Arsenic(Ⅲ)

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图 5 溶液中 As(Ⅴ)占总砷的百分比
Fig.5 Percentage of Arsenate account for total Arsenic(Ⅴ) in
solution

图 5显示，在 6小时前的测定，除了实验浓度为 80 mg/L外，
所有处理浓度的 As(Ⅴ)氧化量占溶液中总砷的百分比，几乎是与
吸收时间成线型递增关系。在第 8小时的吸收测定中，所有处理
浓度的 As(Ⅴ)占溶液中总砷的百分比达到最大值，最大的是 10
mg/L的 17.3 %，百分比最小的 100 mg/L有 6.86 %。在 8小时之
后，As(Ⅴ)所占的溶液百分比含量有轻微的回落。说明了在实验
浓度的范围内，蜈蚣草根部对 As(Ⅲ)的氧化速率在 8小时前能达
到最大。也表明了 As(Ⅲ)氧化为 As(Ⅴ)的百分比含量，随介质中
As(Ⅲ)的浓度升高而降低。通过与对照组吸收曲线比较知，氧化
作用促进了对砷的吸收，提高了砷的吸收速率，增大了砷吸收的
容量，加快转运速率，在利用蜈蚣草修复砷污染土壤中，应该使
土壤松散，增大空隙率，增加蜈蚣草根部对砷氧化的速率。

(下转第 44页)
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煮沸 3 min以使H2O2随水蒸气蒸发，其对比结果由表 3所示，H2O2
对钨含量测定影响不大。

表 3 H2O2对测定钨的影响
Tab.3 The effect of H2O2 on tungsten determination %
铁坩埚 镍坩埚 样品编号 含量 煮沸后含量 含量 煮沸后含量
1 0.050 0.054 0.064 0.062
2 0.126 0.118 0.164 0.159

2.4 沉淀吸附钨含量的探讨
从上述测定样品中选取高低含量的两个样品，各称取 6 份
0.5000 g，分别用铁坩埚、镍坩埚、氢氧化钠、过氧化钠熔矿，方

法如 2.1所示，用 ICP-OES测定。当溶液中的钨测定后，过滤，
沉淀先用水洗 15次，然后继续水洗 10次，收集滤液。将上层沉
淀残渣放于马弗炉中灰化、于 700度灼烧 2 h，取出，加入氢氧化
钠熔矿。不同方法熔矿所得溶液中、滤液中、沉淀中钨的含量如
表 4所示：
由表 4可以看出滤液中含有少量的钨，这部分也有可能是沉
淀残渣吸附表面的钨被冲洗下来，沉淀残渣中的钨铁坩埚过氧化
钠熔矿所残留的最多，镍坩埚、氢氧化钠熔矿基本没有。将溶液、
滤液和沉淀残渣加和，铁坩埚和镍坩埚、过氧化钠熔矿，测定钨
的含量增加，和镍坩埚、氢氧化钠熔矿的测定结果接近，这说明
过氧化钠对坩埚的腐蚀能力比较强，生成沉淀吸附力强。同时，
铁坩埚、过氧化钠熔矿的残渣中钨比镍坩埚过氧化钠熔矿高，也
进一步说明氢氧化铁胶体有巨大的比表面积，比氢氧化镍的吸附
性强。
表 4 不同组分中钨的含量
Tab.4 The content of tungsten in different components %
铁坩埚过氧化钠 镍坩埚过氧化钠 镍坩埚氢氧化钠 样品编号
1 2 1 2 1 2
样品溶液含量 0.045 0.136 0.058 0.167 0.085 0.219
滤液含量 0.003 0.006 0.004 0.008 0.001 0.003
残渣含量 0.021 0.064 0.009 0.026 0.000 0.002
总和含量 0.069 0.206 0.071 0.201 0.086 0.224

3 结论
碳酸盐矿石中钨以镍坩埚、氢氧化钠为熔剂进行提取，和用
其它坩埚和熔剂提取相比较钨的提取率最高，这可能是由于氢氧
化钠对坩埚的腐蚀性较小以及碳酸盐矿石本身的特性导致。

参考文献
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(本文文献格式：董薇，张军，李海萍．碳酸盐矿石中钨的前处理
方法研究[J]．广东化工，2014，41(9)：43-44)

(上接第 42页)
3 讨论
磷与砷为相邻的同主族元素，具有相似的物理、化学性质。
磷是植物生长所需的大量元素。而目前一般认为砷不是植物生长
必需元素，介质中浓度较高时常常引起对植物的毒害。陈同斌等
人[4]认为，在砷超富集植物蜈蚣草中，磷与砷并不存在拮抗作用，
甚至两者呈协同作用。Cao 等[8]也得到类似结果，土壤添加磷酸
盐后，与对照相比蜈蚣草叶片砷含量增加近 265 %，由此他们认
为土壤中的砷被磷从吸附位点置换而进入到土壤溶液中。另有研
究表明，在低和中等 As 浓度处理下，磷对蜈蚣草生长和富集砷
影响轻微，但在高浓度砷处理下磷显著增加植物的生物量和对砷
的富集；中等剂量的砷能增加蜈蚣草对磷的吸收，但高剂量则减
少[9]。但是，对于蜈蚣草中磷和砷的相互作用规律也有相反的报
道。Wang[10]发现在溶液中添加磷酸盐能明显地抑制砷酸盐的吸
收。在水培实验中，蜈蚣草体内的砷浓度随着磷酸盐浓度的增加
而降低。当磷酸盐与砷酸盐浓度相当时，抑制作用十分明显。
本实验发现，缺磷时蜈蚣草对 10 mg/L、30 mg/L和 50 mg/L
的 As(Ⅲ)的吸收量达到最大值。添加磷后，As(Ⅲ)的吸收受到一
定的抑制；但当磷浓度由 24 mg/L上升到 60 mg/L，As(Ⅲ)吸收量
的变化不明显。这证明了蜈蚣草对 As(Ⅲ)的吸收不是通过磷酸盐
的输送通道；然而由于蜈蚣草根部吸收 As(Ⅲ)时，有部分 As(Ⅲ)
氧化为 As(Ⅴ)，在添加磷的情况下，磷抑制了那部分 As(Ⅴ)的吸
收，所以 As(Ⅲ)的吸收量相对下降。蜈蚣草对 As(Ⅲ)的吸收也随
pH的变化而改变：在偏酸性的溶液中蜈蚣草对 As(Ⅲ)吸收量比中
性和偏碱性的更大。根据 As(Ⅲ)浓度，维持最低可溶性 P和调节
pH(pH≤5.56)，能达到最大的 As(Ⅲ)吸收量。
4 结论
(1)当环境 pH为 5.56时，在实验室水培条件下，蜈蚣草对三
价砷的吸收量最大，高 pH的环境不利于蜈蚣草对砷的吸收。
(2)缺磷时蜈蚣草对10 mg/L、30 mg/L和50 mg/L浓度的As(Ⅲ)
的吸收量达到最大值，添加磷后，As(Ⅲ)的吸收受到一定的抑制，
但当磷浓度由 24 mg/L上升到 60 mg/L，As(Ⅲ)吸收量的变化不明
显。
(3)在蜈蚣草根部 As(Ⅴ)比 As(Ⅲ)更容易被吸收，蜈蚣草对
As(Ⅲ)的吸收过程中，首先会将 As(Ⅲ)氧化成 As(Ⅴ)，氧化作用
能促进对砷的吸收，在利用蜈蚣草修复砷污染土壤中，应该使土
壤松散，增大空隙率，增加蜈蚣草根部对砷氧化的速率。
(4)影响蜈蚣草吸收砷的因素的机理，有待进一步研究。

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(本文文献格式：严明．蜈蚣草吸收 As(Ⅲ)的主要影响因素研究
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