全 文 ：　第 22卷第 9期
2010年 9月
化 学 研 究 与 应 用ChemicalResearchandApplication Vol.22, No.9Sep., 2010 　
文章编号:1004-1656(2010)09-1174-05
菘蓝对土壤中重金属的吸收富集特征初步研究
刘冬莲
(唐山师范学院化学系 ,河北　唐山　063000)
收稿日期:2009-11-17;修回日期:2010-02-27
基金项目:唐山市重点实验室项目(04360701B-12)资助
联系人简介:刘冬莲(1971-),女 ,硕士 ,副教授 ,主要研究方向光谱分析。 Email:liudonglian212@126.com
关键词:菘蓝;土壤;重金属;吸收富集
中图分类号:O658　　文献标识码:A
Theprimarystudyofabsorptionandaccumulationcharacteristics
ofheavymetalsbetweenIsatisIndigoticafortandsoil
LIUDong-lian
(DepartmentofChemistry, TangshanTeacher scolege, Tangshan063000, China)
Abstract:Inthispaper, thecontentofheavymetalsinIsatisindigoticaFortandtheirrootsofsoilwasdetectedbyusing
AAS.Absorptionandaccumulationofheavymetalsinradixistatididandfoliumisatidisdemonstratedamarkeddiference.Folium
isatidishadanenrichmenteffectontheassimilationofZnandMn, RadixistatididanenrichmenteffectontheassimilationofZn
.Thespeciationcharacteristicsofheavymetalsinsoilarestudied.ForFeandMn, themainfractionisFe/MnOxiesbound, forCu
andZn, themainfractionisorganicbound, forPbthemainfractioniscarbonatebound.Thebiologicalmobilityexistsintransferof
heavymetalsfromsoiltoChineseTraditionalherbs.
Keywords:Isatisindigoticafort;soil;heavymetals;absorptionandaccumulation
菘蓝 (IsatisindigoticaFort)为十字花科
(Cruciferae)菘蓝属两年生草本植物。板蓝根 、大
青叶是菘蓝同一植株的不同部位 ,分别为菘蓝的
根和叶 [ 1] ,均具有清热解毒 、凉血利咽的功效 。菘
蓝主产于河北 、江苏 、浙江 、河南 、湖北等地 。目前
对板蓝根 、大青叶的化学成分 、药理作用研究较
多 [ 2-7] ,而它们对重金属的吸收富集特征的研究鲜
见报道 。
土壤是植物微量元素的直接供体 ,在影响药
材微量元素的诸多环境因子中 ,土壤是最直接的。
研究表明[ 8] ,土壤中重金属元素的多寡 ,在药用植
物中都有所表现 。但仅以土壤重金属的含量作为
药材生长环境的评价标准是不科学的 ,更应侧重
考察重金属的存在形态及其作用 。本文以 Fe、
Mn、Cu、Zn、Pb五种重金属为研究对象 ,以河北省
玉田县药用植物科技开发示范基地为研究区域 ,
从地球化学角度研究菘蓝的根 、叶对土壤重金属
元素的吸收富集特征 ,以期为菘蓝的无公害栽培
和种植业的可持续发展提供地球化学依据。
1　实验部分
1.1　主要仪器与试剂
GBCAvantaPM原子吸收光谱仪(澳大利亚
第 9期 刘冬莲等:菘蓝对土壤中重金属的吸收富集特征初步研究
GBC科学仪器公司)。各元素的测定条件见表 1,
Pb的测定采用 HG-ICP-AES法 [ 9] 。
HNO3 , H2O2 , HF, HClO4 (均为优级纯),水为
二次蒸馏水 ,各元素的标准储备液 1g/L, (购于北
京瑞利分析仪器公司),使用时逐级稀释。所用玻
璃器皿均用硝酸(1∶1)浸泡 24 h。
表 1　各元素的测定条件
Table1　Testingconditions
元素 波长 /nm 灯电流 /mA 狭缝/ nm
空气流量
/ L/min
乙炔流量
/ L/min 线性方程 相关系数 r
Mn 279.50 5.00 0.20 10.0 1.00 A=0.0625C+0.0660 0.9997
Zn 213.90 5.00 0.50 10.0 2.00 A=0.1120C+0.0097 0.9994
Cu 324.70 3.00 0.50 10.0 2.00 A=0.2165C-0.0089 0.9971
Fe 248.30 7.00 0.20 10.0 2.00 A=0.1575C+0.0085 0.9993
2.2　样品采集
根据基地所处的位置 、地形 、土壤类型及其利
用状况等特点 ,共设置 18个采样点 。在植株根系
的外围采集 0 ～ 30 cm的耕层土 ,每个分析样品有
3 ～ 4个取土点 ,充分混匀采用四分缩分法取出
1.0kg左右 ,自然阴干 ,捡出杂物 ,木棍碾压 ,玛瑙
研钵研磨 ,并过 0.075mm尼龙筛子储存于聚乙烯
瓶中。同时在相应的采样点采集菘蓝植株 ,用自
来水洗去泥 、砂等杂质 ,再用去离子水冲洗干净 、
将根和叶分离 ,晾干 ,于 60℃下烘干至恒重 ,冷却 ,
粉碎过 0.25mm筛储存于聚乙烯瓶中。
1.3　实验方法
1.3.1　药材样品的处理　采用湿法处理样品。
准确称取样品 0.5000g于锥形瓶中 ,加入 5mL浓
HNO3浸泡 0.5 h,稍稳定后 ,缓慢低温加热 (温度
不超过 150℃)消解至棕色烟雾消失 ,然后小心滴
加 H2O2直至溶液澄清透明 ,继续加热至近干 ,冷
却后 ,用二次蒸馏水洗涤锥形瓶内壁 ,使溶液通过
滤膜转入 25 mL容量瓶中 。平行三次 ,同时做空
白实验。
1.3.2　土壤样品的处理 　准确称取土壤样品
0.2000g,加入 6 mL浓 HNO3 、5滴 HClO4于聚四氟
乙烯烧杯中 , 在电热板上加热 (温度不超过
150℃),待快要蒸干时 ,滴加少许 HF溶解残余残
渣 ,冷却 ,用二次水洗涤 、过滤膜转入 25 mL容量
瓶中 。平行 3次 ,同时做空白实验。
1.3.3　土壤中各元素的形态分析　准确称取土
壤 1.0000g,在文献[ 10]的基础上 ,结合试验条件和
其它因素 ,进行连续提取(见表 2)。每一种形态
的提取液均以 4000 r·min-1离心 30 min,过 0.45
μm滤膜 ,加 1滴浓 HNO3 , 4 ℃下保存待测 。每一
步提取过程完成后 ,用 10 mL去离子水洗涤残余
物 ,离心 ,弃去上清液 ,连续洗涤 2次 ,然后将经洗
涤后的残余物用于下一步的形态分析。同时设平
行组试验 。由于残渣态通常被认为这部分金属结
合在矿物晶体中 ,在自然条件下不易释放 ,对动植
物的毒性和生物有效性影响很小 ,在本试验中不
予考虑。
表 2　形态分类及分析方法
Table2　Classificationandanalyticalmethodsofspeciation
步骤 形态 提取试剂 反应条件
Ⅰ 水溶态 20mL水 25℃震荡 30min
Ⅱ 可交换态 1mol· L-1MgCl2 10mL(pH7.00) 25℃震荡 2h
Ⅲ 碳酸盐结合态 1mol· L-1NaAc10mL(HAc调 pH5.00) 室温振荡 3h
Ⅳ 铁锰氧化物态 0.04 mol· L-1NH2OH· HCl20mL(25%HAc) 96℃振荡 6h
Ⅴ 有机质结合态 (1)0.04 mol· L-1HNO3 3mL, 30%H2O2 10 mL 85℃振荡 3h
(2)3.2 mol· L-1NH4Ac5mL(20% HNO3) 室温振荡 30 min
2　结果与讨论
2.1　土壤中重金属元素的特征分析
从表 3可以看出 ,土壤重金属元素含量顺序
为:Fe>Mn>Zn>Cu>Pb,含量变化差异较大 ,变
异系数大小顺序为 Cu>Pb>Zn>Mn>Fe,即土
壤中的 Fe的含量差异相对要小一些 , Cu的含量差
异要稍大一些 。
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化 学 研 究 与 应 用 第 22卷
表 3　中草药及其生长土壤无机元素分析结果(n=18)
Table3　Analyticalresultsofsamples
平均值(mg/kg) 标准差 变异系数(%)
Fe(土壤) 1679 94.0 5.60
Mn(土壤) 423.0 30.2 7.13
Cu(土壤) 91.05 12.1 13.3
Zn(土壤) 187.7 15.4 8.20
Pb(土壤) 18.14 1.71 9.40
Fe(板蓝根) 134.8 16.9 12.5
Mn(板蓝根) 104.4 1.48 1.42
Cu(板蓝根) 11.40 1.52 13.3
Zn(板蓝根) 154.0 1.99 1.29
Pb(板蓝根) 6.970 0.230 3.26
Fe(大青叶) 4170 20.3 4.86
Mn(大青叶) 421.6 5.23 1.24
Cu(大青叶) 11.35 0.0250 0.22
Zn(大青叶) 204.3 1.82 0.89
Pb(大青叶) 6.050 0.490 8.13
2.2　药材中重金属元素含量特征分析
板蓝根和大青叶均富含人体必需的 Fe、Mn、
Cu、Zn,板蓝根无机元素含量顺序:Zn>Fe>Mn>
Cu>Pb,板蓝根中无机元素含量化差异大 ,变异系
数在 1.29% ～ 13.34%之间 。就变异系数而言 ,呈
现出 Cu>Fe>Pb>Mn>Zn的变化趋势 ,铜的含
量差异最大;大青叶中无机元素含量顺序:Mn>Fe
>Zn>Cu>Pb。大青叶中 Pb、Fe含量化差异较
大 ,变异系数分别为 8.13%和 4.86%,呈现出 Pb
>Fe>Mn>Zn>Cu的变化趋势 ,铅的含量差异
最大。根据 《药用植物及制剂进出口绿色行业标
准 》的重金属限定标准 ,在所分析的植株样品中
Pb的含量超出了限量标注 (<5 mg/kg),这可能
与板蓝根的根部细胞壁易吸附铅有关 [ 11] 。
2.3　富集系数
植物从土壤中吸收 、富集的重金属 ,可以用富
集系数来反映植物对重金属富集程度的高低或富
集能力的强弱 。将板蓝根(或大青叶)中每个金属
元素的含量除以土壤中该金属元素的含量得到该
金属的富集系数 ,结果见表 4。板蓝根 、大青叶对
所研究的几种金属元素的吸收富集能力较大差
异 ,大青叶中 Fe、Cu的富集系数皆小于 0.3,说明
菘蓝植株对这两种金属元素未发生明显富集;大
青叶中 Zn、Mn富集系数大于 1,对该 2种重金属
元素具有一定的富集能力 。另外 ,从表中还能看
出 ,菘蓝植株根和叶对同种重金属元素的吸收能
力也存在较大的差异 ,说明菘蓝植株对重金属元
素的吸收 ,不仅与重金属元素本身及其在土壤中
的含量相关 ,还与其土壤理化性质等诸多因素有
关 ,有待进一步研究 。
表 4　重金属富集系数
Table4　Enrichmentfactorofheavymetals
平均值(mg/kg)) 标准差 变异系数(%)
Fe(板蓝根) 0.08 0.0053 6.6
Mn(板蓝根) 0.25 0.0148 5.9
Cu(板蓝根) 0.13 0.0161 12.4
Zn(板蓝根) 0.82 0.0787 9.6
Pb(板蓝根) 0.38 0.0426 11.2
Fe(大青叶) 0.25 0.0263 10.5
Mn(大青叶) 1.00 0.061 6.1
Cu(大青叶) 0.13 0.0048 3.7
Zn(大青叶) 1.09 0.0142 1.3
Pb(大青叶) 0.33 0.0215 6.5
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第 9期 刘冬莲等:菘蓝对土壤中重金属的吸收富集特征初步研究
2.4　相关性分析
用简单相关分析对板蓝根(或大青叶)与土壤
中重金属的相关性进行了分析 ,见表 5。结果表
明 ,板蓝根中 Fe与土壤中 Fe(P<0.05)、Pb与土
壤中 Pb具有显著的相关性(P<0.01),而大青叶
中 Mn与土壤中 Mn(P<0.01)具有显著的相关
性 ,而 Zn则存在着明显的负相关关系 ,相关系数
为 -0.978(P<0.01)。说明土壤中微量元素对药
材中微量元素含量有一定的影响。
表 5　中草药及其生长土壤中重金属元素相关性分析
Table5　Correlationcoefficientsofheavymetals
inthesoilsandChineseHerbsstudied
样品 元素 相关系数 r P
板蓝根
大青叶
Fe
Mn
Cu
Zn
Pb
Fe
Mn
Cu
Zn
Pb
0.762＊
0.246
-0.259
-0.441
0.868＊
0.310
0.866＊
-0.466
-0.978＊
0.301
0.017
0.523
0.502
0.235
0.002
0.418
0.003
0.206
0.001
0.432
图 1　各元素的形态比例
Fig.1　Heavymetalsproportionineveryspeciation
Ⅰ +Ⅱ可利用态(水溶态 +可交换态), Ⅲ —碳酸盐结合态 ,
Ⅳ—铁锰氧化物态 , Ⅴ —有机质结合态
2.5　土壤中重金属的形态特征
除残渣态外 ,铁元素各形态含量大小依次为:
铁锰氧化物结合态 >有机结合态 >碳酸盐结合态
>>水溶态 +可交换态 。各形态所占比例为:
35.31%、5.60%、2.71%、0.07%。可见铁元素的
形态主要以铁锰氧化物结合态为主 ,水溶态 +可
交换态和碳酸盐结合态较少。
除残渣态外 ,锰元素各形态含量大小依次为:
铁锰氧化物结合态 >有机结合态 >碳酸盐结合态
>水溶态 +可交换态。各形态所占比例为:
50.51%、7.17%、5.48%、3.51%。可见锰元素的
形态主要以铁锰氧化物结合态为主 ,水溶态 +可
交换态 、碳酸盐结合态 、有机结合态皆远小于铁锰
氧化物结合态 。
除残渣态外 ,铜元素各形态含量大小依次为:
有机结合态 >水溶态 +可交换态 >碳酸盐结合态
>铁 锰氧化结合 态。各 形态所占 比例为:
27.95%、9.17%、5.60%、3.46%。可见铜元素的
形态主要以有机结合态为主 ,水溶态 +可交换态
其次 ,铁锰氧化物结合态比例最小 。
除残渣态外 ,锌元素各形态含量大小依次为:
有机结合态 >碳酸盐结合态 >铁锰氧化物结合态
>水溶态 +可交换态。各形态所占比例为:
30.69%、10.20%、 9.22%、 2.48%。可见锌元素
的形态主要以有机结合态为主 ,水溶态 +可交换
态比例较小。
同样铅元素的形态主要以碳酸盐结合态为
主 ,各形态含量大小依次为:碳酸盐结合态 >有机
结合态 >水溶态 +可交换态 >铁锰氧化物结合
态。各 形 态 所 占 比 例 为:6.85%、 3.4%、
1.82%、0.84%。
土壤中重金属元素的生物毒性和生态效应与
其赋存形态密切相关。根据各形态生物利用性的
大小可分为可利用态(即水溶态 +可交换态)、潜
在可利用态(包括碳酸盐结合态 、铁锰氧化物结合
态和有机物结合态)和不可利用态(即残渣态)三
种。可利用态的重金属元素易被植物吸收 ,潜在
可利用态的重金属元素不可能被植物直接吸收 ,
但在一定条件下可转化为可利用态 。土壤样品中
各元素的生物可利用态的比例大小顺序为:Mn>
Cu>Zn>Fe>Pb。
3　结论
从生物地球化学角度来看 ,植物中 Fe、Mn等
元素的积累 ,与元素的地球化学分布 、迁移 、地质
成矿背景及土壤母质的化学成分 、性质有关 。研
究土壤中 Mn能被植物利用的有效态(可交换态)
含量较其它元素高些 ,板蓝根 、大青叶中均含有较
高量的 Mn,可能与其对 Mn有较强的富集能力或
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化 学 研 究 与 应 用 第 22卷
与土壤中含有较高量的有效态 Mn有关。
在所研究的药材 5种重金属元素中 Fe、Pb、
Mn、Zn与土壤中相应元素有明显的相关性 ,说明
土壤中重金属元素对药材中重金属含量有一定的
影响 。从土壤样品中各元素的生物可利用态的比
例及药材对重金属元素的吸收富集能力看 ,土壤
因素对药材重金属元素的吸收总体上无影响 ,选
择性吸收是主导。
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(责任编辑　李　方)
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