全 文 ：2011 年 11 月
第 30 卷 第 11 期
绵阳师范学院学报
Journal of Mianyang Normal University
Nov．，2011
Vol． 30 No． 11
收稿日期:2011-09-19 回修日期:2011-11-14
基金项目:绵阳市科技局资助项目 (07S005、10Y003 － 8) ;绵阳师范学院资助项目 (Mnu － cx09010)。
作者简介:何志坚(1957 －) ，男，副教授，主要研究方向:环境污染检测与生态修复。
蜈蚣草野外复合污染条件下镉等重金属富集量的测定
何志坚，薛 鸿
(绵阳师范学院化学与化学工程学院，四川绵阳 621000)
摘 要:采用火焰原子吸收分光光度法对绵阳城区不同地点自然生长的蜈蚣草不同部位的 Cd、Pb 等五种重
金属元素的含量进行了测定。结果表明，在土壤 pH值为 7． 85 － 8． 14，土壤 Cd、Pb 、Zn、Mn和 Cu含量(单位:mg·
kg －1)范围分别为 8． 5 ～ 241． 1，69． 9 ～ 301． 6，81． 3 ～ 224． 2，358． 3 ～ 447． 7，109． 1 ～ 138． 7 的条件下，该地蜈蚣草中
Cd含量为 13． 2 ～ － 71． 3 mg·kg －1，Pb为 14． 6 ～ 34． 3 mg·kg －1，Zn为 46． 1 ～ － 81． 4 mg·kg －1，Mn为 31． 6 ～ 74． 0
mg·kg －1，Cu为 53． 8 ～ 170． 6 mg·kg －1，呈现出对重金属较大的富集潜力。蜈蚣草对五种元素的的富集系数顺序
为 Cd ＞ Cu ＞ Zn ＞ Pb ＞ Mn，蜈蚣草对 Cd的最大富集系数在根部，为 2． 3。蜈蚣草对 Cd和 Zn的转移系数小于 1，而
对 Pb、Cu、Mn的转移系数大于 1，最大为 3． 2。本研究结果为利用本地蜈蚣草修复重金属污染土壤提供了新的参考
数据。
关键词:蜈蚣草;重金属污染;植物修复
中图分类号:O657. 3 文献标识码:A 文章编号:1672-612x(2011)11-0130-05
1 蜈蚣草(Pteris vittataL．)富集重金属研究状况
蜈蚣草为凤尾蕨科、凤尾蕨属的多年生草本植物，又名蜈蚣蕨、牛肋巴等。我国学者陈同斌等［1 － 2］1999
年发现蜈蚣草对砷具有超富集作用，由于富集砷的能力强、生物量大、多年生和可多次收割等特点，蜈蚣草
在植物修复领域备受关注，目前对其砷吸收特征、富集机理以及修复效率等方面的研究相继展开，并取得
一系列成果［3 － 5］。蜈蚣草在野外镉与其它重金属复合污染条件下的富集状况的研究却少见报道，同时各地
生物多样性也造成同一品种不同科属对某种重金属的富集能力的差异。为修复本地重金属复合污染土
壤，笔者开展了绵阳本地蜈蚣草吸收 Cd 、Pb、Mn、Cu和 Zn 的初步研究，以期为利用蜈蚣草修复受铅、镉等
重金属污染的土壤及矿山植被提供科学依据。
2 实验部分
2． 1 材料与方法
根据样地所处的自然环境和蜈蚣草生长状况，选择土壤污染程度不同地区 6 个蜈蚣草样品，分别来自:
绵阳长虹电源厂污水处理池旁、公路旁、污水沟旁边、污水稳定池旁、建筑废物堆和山坡上。且各样品又分
为地下部(根)和地上部(叶和茎混合)两部分。并在样品周围采集深度为 25 cm 厚的表层土壤，土壤采样
按多点混合法(同一地点采集 3 － 5 个土样，就地混合为 1 个样品) ，分别测量其重金属含量。
试剂:铅、镉、锰、锌、铜标准储备液;HNO3(优级纯，成都科龙化工试剂厂) ;HClO4优级纯(成都科龙化
工试剂厂) ;实验用水为二次蒸馏水。GSS． 8 土壤标样(北京北化恒信生物技术有限公司)。
实验仪器:TAS － 990 型原子吸收分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司) ;铅、镉、锌、锰空心阴
极灯型号 KY －1(北京曙光明电子光源仪器有限公司) ;乙炔(四川江油长特一厂综合服务公司) ;FW － 100
高速万能粉碎机(北京市永光明医疗仪器厂) ;101 － 2A型恒温干燥箱(上海泸南电炉烘箱厂) ;电子分析天
平 AUY120(上海精密科学仪器有限公司)。
消解及测定方法:湿法消解，采用原子吸收分光光度测定 Cd、Pd、Cu、Zn、Mn。
2． 2 实验步骤
2． 2． 1 样品预处理、消解和定容 参照国家标准［6］称取土壤样品 0． 2000 ～ 0． 2500 g，置于聚四氟乙烯烧杯
中，加浓硝酸 10 mL，待剧烈反应停止后，移至低温电热板上，加热分解至液面干净，取下稍冷，加入氢氟酸 5
DOI:10.16276/j.cnki.cn51-1670/g.2011.11.008
mL，加热煮沸 10 min，取下冷却。加入高氯酸 5 mL，蒸发至近干再加高氯酸(过氧化氢)2 mL，蒸发至近干
(残渣为灰白色) ，冷却，加入 1%硝酸 25 mL，煮沸溶解残渣，移人 50 mL容量瓶中，定容进行测定。同时称
取 GSS． 8 土壤标样 3 份，用 HNO3 － HF － H202 体系消解。
将供试样品蜈蚣草先用自来水冲洗，再用去离子水洗涤，除去样品表面附着的杂质，及由于其它因素
带来的金属离子。然后将水沥干，置于烘箱中，先用 105℃高温杀青 10 min，然后再将温度降至 55℃ －65℃
烘烤至恒重，最后用粉粹机将样品粉碎且过 100 目筛，装于密封袋中，放入干燥器中待用。准确称取待用的
蜈蚣草样品各约 1． 0000 g于干燥洁净的小烧杯中，分别加入 15mL混合酸(HClO4 + HNO3 = 1 + 4) ，盖上表
面皿，浸泡过夜，次日将烧杯置于电热板上低温加热消解约 4 h，保持溶液处于微沸状态。当棕色烟挥发
尽，直至 HClO4 白烟冒尽、消化液成为无色透明近干时(如果颜色稍深可加少量 H2O2)。取下烧杯，冷却至
室温后将所有样品分别转入 25． 00 mL比色管中，然后用二次蒸馏水定容，摇匀。同时做 2 份空白实验。按
所选的仪器最佳工作条件(见表 1) ，喷入样品溶液读取吸光度值，由联机微机根据回归方程计算出浓度。
2． 2． 2 测定 测定条件经优化后，分别进行镉、铅、锰、铜、锌吸收值的测定，并绘制其标准工作曲线。其
回归方程及相关系数见表 2。
3 结果与讨论
3． 1 样品测定结果(见表 3)
3． 2 回收率与精密度
对蜈蚣草样品抽样，采用标准加入法测定各元素的回收率，对每份 20 mL 试样中加入 50 μg·mL －1的
标准溶液 0． 2 mL。相当于浓度增加 0． 5 μg·mL －1，平行测定 5 次，实验测得蜈蚣草平均回收率为 96． 2%
～100． 8，实验结果(见表 4)。GSS． 8 土壤标样 Cd Pb测定相对标准偏差为 2． 6% ～ 4． 2% ，加标回收率在
96． 4% ～102． 8%之间。表明方法准确可靠。
表 1 仪器最佳工作参数
Tab． 1 Best working parameter for atomic adsorption spectrometry
元素
波长
λ /nm
狭缝
△λ /nm
灯电流
I /m A
燃烧器高度
h /mm
燃气流量
q /mL·min －1
Cd 228． 8 0． 4 2． 0 5． 0 1500
Mn 279． 2 0． 4 2． 0 5． 0 1500
Pb 283． 0 0． 4 2． 0 5． 0 1500
Zn 213． 9 0． 4 2． 0 5． 0 1500
Cu 324． 5 0． 4 2． 0 5． 0 1500
表 2 标准溶液浓度线性回归方程及相关系数
Tab． 2 Standard solution concentration linear equation and the correlation coefficient
元素 线性回归方程 相关系数
Cd ［A］= 0． 4241［C］+ 0． 0047 R = 0． 9988
Mn ［A］= 0． 2395［C］+ 0． 0057 R = 0． 9992
Cu ［A］= 0． 1409［C］+ 0． 0009 R = 0． 9989
Zn ［A］= 0． 3763［C］+ 0． 1799 R = 0． 9994
Pb ［A］= 0． 0222［C］+ 0． 0012 R = 0． 9979
3． 3 讨论
3． 3． 1 蜈蚣草中的重金属含量范围 试验测得样品土壤 pH 值为 7． 85 ～ 8． 14，Cd 为 8． 5 ～ 41． 1 mg·
kg －1，Pb为 69． 9 ～ 301． 6 mg·kg －1，Zn 为 81． 3 ～ 224． 2 mg·kg －1，Mn 为 358． 3 ～ 447． 7 mg·kg －1，Cu 为
109． 1 ～ 138． 7 mg·kg －1的条件下，蜈蚣草中含 Cd为 13． 2 ～ 71． 3 mg·kg －1，Pb 为 14． 6 ～ 34． 3 mg·kg －1，
Zn 为 46． 1 ～ 81． 4 mg·kg －1，Mn 为 31． 6 ～ 74． 0 mg·kg －1，Cu为 53． 8 ～ 170． 6 mg·kg －1。该数据揭示出蜈
蚣草在土壤中性偏碱，重金属污染较重的条件下，对该五种重金属耐受程度较高，虽均未达到超富集重金
·131·第 11 期 何志坚等:蜈蚣草野外复合污染条件下镉等重金属富集量的测定
属植物标准，但远高于普通植物，与谢景千［7］等的结果相似。千克干重吸收的重金属总质量为 208． 2 －
391． 4 mg，可能对重金属复合污染土壤修复有参考价值。
表 3 试样测定结果(mg·kg －1)
Tab． 3 Determination results of samples(mg·kg －1)
重金属名称
样品编号
Pb Cd Mn Zn Cu 五种元
素总质量
pH值
地上部 26． 4 26． 4 34． 5 46． 1 77． 3 210． 7
1 根 34． 3 71． 3 67． 1 58． 2 107． 7 338． 6
根部土壤 107． 1 11． 6 358． 3 132． 5 125． 5 735． 0 7． 85
地上部 31． 8 19． 4 56． 3 54． 7 113． 5 275． 7
2 根 34． 2 38． 3 46． 4 57． 5 98． 2 275． 0
根部土壤 85． 1 11． 4 371． 3 81． 3 121． 4 670． 5 7． 99
地上部 28． 6 52． 1 74． 0 66． 1 170． 6 391． 4
3 根 24． 3 62． 7 31． 6 81． 4 53． 8 253． 8
根部土壤 301． 6 241． 1 433． 2 224． 2 138． 7 1338． 8 8． 0
地上部 16． 9 13． 2 37． 2 50． 8 95． 0 213． 1
4 根 28． 6 53． 4 48． 7 58． 5 56． 1 245． 3
根部土壤 69． 9 9． 4 447． 7 138． 5 122． 3 787． 5 8． 04
地上部 33． 8 16． 4 48． 1 57． 4 89． 2 244． 9
5 根 16． 6 50． 6 45． 2 49． 1 72． 6 234． 1
根部土壤 70． 4 8． 5 413． 9 114． 1 131． 7 738． 6 8． 11
地上部 17． 9 15． 3 33． 6 52． 2 89． 2 208． 2
6 根 27． 2 48． 5 66． 8 61． 8 88． 7 293． 0
根部土壤 73． 5 14． 2 422． 7 141． 8 109． 1 761． 3 8． 14
3． 3． 2 蜈蚣草对重金属的转运系数(TF)与富集系数(BF) 转移系数(Translocation factor)指地上部元素
的含量与地下部同种元素含量的比值，用来评价植物将重金属从地下向地上的运输和富集能力。转移系
数越大，则重金属从根系向地上部器官转运能力强。由表 5 可见，蜈蚣草对 Pb、Mn的转移系数在 0． 66 ～ 2．
0 与 0． 50 ～ 2． 3 之间，对 Cd和 Zn的转移系数大致表现为均小于 1;对 Cu的转移系数多数情况下大于 1，最
大为 3． 2，且在不同条件下地上部位铜的含量在 5 种元素中是最高的，在这一点对铜污染土壤的修复可能
有较大的意义。
表 4 抽样样品(1 号样品地上部)回收率测定结果
Tab． 4 Determination results of recovery
元素
均值 /μg·mL －1
加标前 加标后
回收量
μg·mL －1
回收率
/%
Cd 1． 059 1． 557 0． 498 99． 6
Pb 1． 060 1． 562 0． 502 100． 4
Mn 1． 385 1． 889 0． 498 100． 8
Cu 3． 106 3． 602 0． 496 99． 2
Zn 1． 854 2． 355 0． 501 96． 2
·231· 绵阳师范学院学报(自然科学版) 第 30 卷
表 5 试样各部位转移系数(TF)
Tab． 5 Translocation factor of the sample
重金属
样品编号
Pb Cd Zn Mn Cu
1 0． 76 0． 19 0． 79 0． 51 0． 72
2 0． 93 0． 51 0． 95 1． 2 1． 2
3 1． 2 0． 83 0． 81 2． 3 3． 2
4 0． 59 0． 25 0． 87 0． 76 1． 7
5 2． 0 0． 32 1． 2 1． 1 1． 2
6 0． 66 0． 31 0． 84 0． 50 1． 1
富集系数(Bioaccumulation factor) ，是指植物中某元素含量与土壤中该元素含量之比。富集系数表征
土壤 －植物体系中元素迁移的难易程度。富集系数越高，越有利于土壤修复。由表 6、表 7 可见，蜈蚣草对
Cd、Pb、Cu、Zn、Mn吸收的富集系数大小主要表现为 Cd ＞ Cu ＞ Zn ＞ Pb ＞ Mn。且蜈蚣草对 Cd的最大富集系
数在根部，为 2． 3。土壤中镉铅含量最高的 3 号样的地上部位镉、铅的富集系数均为最小，反映蜈蚣草在土
壤镉为 241． 1 mg·kg －1，铅为 301． 6 mg·kg －1的条件下，富集能力降低。
表 6 试样各部位富集系数(BF)
Tab． 6 Bioaccumulation factor of the sample
重金属
样品编号
Pb Cd Zn Mn Cu
BF根 BF地上部 BF根 BF地上部 BF根 BF地上部 BF根 BF地上部 BF根 BF地上部
1 0． 32 0． 25 6． 1 2． 3 0． 44 0． 34 0． 19 0． 10 0． 86 0． 62
2 0． 4 0． 37 3． 3 1． 7 0． 71 0． 67 0． 12 0． 15 0． 8 0． 93
3 0． 081 0． 090 0． 26 0． 22 0． 36 0． 29 0． 073 0． 17 0． 39 1． 2
4 0． 41 0． 24 5． 7 1． 4 0． 42 0． 37 0． 11 0． 080 0． 46 0． 78
5 0． 24 0． 48 5． 9 1． 9 0． 43 0． 50 0． 11 0． 12 0． 55 0． 68
6 0． 37 0． 24 3． 4 1． 1 0． 44 0． 37 0． 16 0． 08 0． 81 0． 82
表 7 样品各元素转移系数(TF)、富集系数(BF)的比较
Tab． 7 Translocation factor and Bioaccumulation factor of the sample
样品号 TF BF(地上部) BF(根)
1 Zn ＞ Pb ＞ Cu ＞ Mn ＞ Cd Cd ＞ Cu ＞ Zn ＞ Pb ＞ Mn Cd ＞ Cu ＞ Zn ＞ Pb ＞ Mn
2 Cu = Mn ＞ Zn ＞ Pb ＞ Cd Cd ＞ Cu ＞ Zn ＞ Pb ＞ Mn Cd ＞ Cu ＞ Zn ＞ Pb ＞ Mn
3 Cu ＞ Mn ＞ Pb ＞ Cd ＞ Zn Cu ＞ Zn ＞ Cd ＞ Mn ＞ Pb Cu ＞ Zn ＞ Cd ＞ Mn ＞ Pb
4 Cu ＞ Zn ＞ Mn ＞ Pb ＞ Cd Cd ＞ Cu ＞ Zn ＞ Pb ＞ Mn Cd ＞ Cu ＞ Zn ＞ Pb ＞ Mn
5 Pb ＞ Cu ＞ Zn ＞ Mn ＞ Cd Cd ＞ Cu ＞ Zn ＞ Pb ＞ Mn Cd ＞ Cu ＞ Zn ＞ Pb ＞ Mn
6 Cu ＞ Zn ＞ Pb ＞ Mn ＞ Cd Cd ＞ Cu ＞ Zn ＞ Pb ＞ Mn Cd ＞ Cu ＞ Zn ＞ Pb ＞ Mn
(3)不同地点蜈蚣草因其土壤污染物种类、含量及 pH值不同，共存元素的协同与颉颃作用的影响，呈
现出各部位重金属含量不同，其影响因素和机理非常复杂［8 － 12］。各种复合因素对蜈蚣草富集重金属镉铅
等的影响规律及特殊机理，有待进一步的实验探讨。
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Determination of Enrichment of Heavy Metal of Cd，
Pb in Pteris vittata at Mianyang
HE Zhi － jian，XUE Hong
(Sch． of Chemistry ＆ Chemical Engineering，Mianyang Normal University，Mianyang，Sichuan 621000) )
Abstract:The contents of heavy metal elements (Cd、Pb 、Zn、Mn and Cu)of different parts of Pteris vittata
growing in different sites in Mianyang city are to be determined with Flame Atomic Absorption Spectrophotometry
in this paper． The result indicates，while the pH value in the soil over a range of 7． 85 － 8． 14 and under the con-
dition of content (unit:Mg，kg － 1 )range from 8． 5 ～ 241． 1，69． 9 ～ 301． 6，81． 3 ～ 224． 2，358． 3 ～
447． 7，109． 1 ～ 138． 7，the contents of Cd，Pb，Zn，Mn，Cu in Pteris vittata are 13． 2 ～ － 71． 3mg·kg － 1，
14． 6 ～ 34． 3 ，4 6． 1 ～ － 81． 4，31． 6 ～ 74． 0，53． 8 ～ 170． 6 respectively． Meanwhile，the results also show that
Pteris vittata has larger bioaccumulation potential for heavy metal ion． The general order of enrichment coefficient
of Pteris vittata for heavy metal ion is Cd ＞ Cu ＞ Zn ＞ Pb ＞ Mn，The maximum enrichment coefficient with 2．
3 of Pteris vittata is in root，the transfer coefficient of Pteris vittata for Cd and Zn is less than 1 and is greater than
1 for Pb，Cu，Mn． The results of this study provide a new reference data to using local Pteris vittata for remedia-
tion of soil contaminated by heavy metal．
Key words:Pteris vittata;heavy metal pollution;Phytoremediation
·431· 绵阳师范学院学报(自然科学版) 第 30 卷