1、五種重金屬在小麥植株不同器官中的分布特征邵 云，姜麗娜，李向力，魯旭陽，李春喜河南師范大學生命科學學院，河南 新鄉(xiāng) 453007摘要：為研究Cd、Pb、As、Cu、Zn等5種重金屬在小麥植株不同器官的分布特征，以鄭州9023為供試品種，采用田間試驗方法，應用原子吸收分光光度法和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICPS）分別測定了小麥植株不同器官的重金屬質量分數并進行了分析。結果表明，小麥植株中較易富集Cd的器官是根、葉及廢棄物，較易富集Pd、As的器官是根、莖及廢棄物，較易富集Zn、Cu的器官是根、莖和籽粒；在這5種重金屬中，Zn在小麥莖和籽粒中的富集系數最高，Cd在地上部分其他器官的富集系數

2、最高，而Pb在這些器官中富集系數均為最低，Cu和As則居中。關鍵詞：小麥；重金屬；器官；分布中圖分類號：X171.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-2175（2005）02-0204-04小麥是世界上最重要的糧食作物，全世界約有一半以上的人口以小麥作為主要糧食；在我國，小麥又是僅次于水稻的第二大作物，其產量和品質直接影響我國人民飲食水平的提高。目前，“優(yōu)質、高產、高效、生態(tài)、安全”協調發(fā)展已成為小麥生產的目標。而重金屬是涉及農產品安全問題的主要污染物之一。重金屬具有很強的蓄積性、隱蔽性、不可逆性和長期性1，它性質穩(wěn)定，難以降解，半衰期大多較長；同時重金屬在土壤中移動性相對較小，主要積累在

3、020 cm的耕作層土壤中，很少遷移至40 cm以下，且只有很少一部分能隨作物地上部分的收獲而被移去2，所以土壤或植物一旦遭受重金屬污染，就會不斷積累，不易治理恢復。如果重金屬進一步通過食物鏈進行傳遞和富集，在人體內蓄積起來，則會對人體造成潛在性的危害，引起致畸、致癌、致突變等疾病。本文就5種重金屬在小麥植株不同器官分布的情況進行研究，以期為小麥安全生產中重金屬控制技術體系的建立提供理論依據。1 材料與方法表1 田間試驗重金屬處理質量分數Table 1 Content of heavy metals treatments in field處理w(Cd)/(mg·kg-1)w(Pb)/

4、(mg·kg-1)w(As)/(mg·kg-1)w(Cu)/(mg·kg-1)w(Zn)/(mg·kg-1)投放質量分數實測質量分數0.601.27600680.063033.26100145.71250525.00試驗于20022003年在河南師范大學小麥試驗田進行，試驗地土壤類型為兩合土，pH為8.08.5，土壤肥力水平較高：有機質質量分數1.2，全氮質量分數0.08，速效氮質量分數40.4 g/g，速效磷質量分數23.5 g/g，速效鉀質量分數77.4 g/g。播種前分別將CdCl2、Pb(CH3COO)2、NaAsO2、CuSO4、ZnSO4（均

5、為AR）5種重金屬鹽均勻添加到010 cm耕作層的土壤中，添加質量分數如表1所示，小區(qū)面積24 m2（12 m×2 m）。小麥于10月12日播種，控制基本苗為180萬/hm2，人工打畦，條播，寬窄行種植，播深5 cm。其它管理同大田常規(guī)措施。于小麥臘熟期采集各小區(qū)植株，分離成根、莖、葉、葉鞘、穗軸、穎片、籽粒和廢棄物（小麥植株上已變黃的葉片、葉鞘和心葉已死的無效蘗等）個不同器官，依次用自來水、蒸餾水、去離子水反復沖洗，烘干，稱重，粉碎，過篩，采用HNO3-H2O2-HClO4酸消解法消解；同時在各小區(qū)內用對角線法取020 cm的耕作層土壤，充分混合，風干，粉碎，過篩，采用王水-HCl

6、O4酸消解法消解。消解后的溶液用原子吸收分光光度儀（日本HITACHI公司生產，Z-5000型）測定樣品中Cd、Pb、Cu、Zn質量分數3，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（美國TJA公司生產，IRIS Advantage型）測定樣品中As質量分數4。試驗結果應用Excel和SPSS統(tǒng)計軟件進行分析。2 結果與分析2.1 5種重金屬在小麥植株不同器官的分布從試驗結果（表2、表3）可知，在臘熟期，小麥不同器官Cd質量分數從大到小依次為：廢棄物>葉>根>葉鞘>穎片>穗軸>莖>籽粒。Cd累積量大小依次為：廢棄物>葉>穎片>葉鞘>籽粒&

7、gt;莖>穗軸。可見，小麥植株中較易富集Cd的器官是根、葉及廢棄物。不同器官Pd質量分數依次為：根>廢棄物>葉>莖>葉鞘>穎片>穗軸>籽粒。Pd累積量依次為：廢棄物>莖>葉鞘>穎片>葉>籽粒>穗軸。可見，小麥植株中較易富集Pd的器官是根、莖及廢棄物。不同器官As質量分數依次為：根>廢棄物>葉>莖>葉鞘>穗軸>穎片>籽粒。As累積量依次為：廢棄物>莖>葉>籽粒>葉鞘>穎片>穗軸。可見，小麥植株中較易富集As的器官是根、莖及廢棄物。不同器

8、官Cu質量分數依次為：根>葉>廢棄物和穎片>葉鞘>籽粒>莖和穗軸。Cu累積量依次為：籽粒>莖>穎片>廢棄物>葉鞘>葉>穗軸。所以，小麥植株中較易富集Cu的器官是根、莖和籽粒。不同器官Zn質量分數依次為：根>莖>籽粒>廢棄物>穎片>穗軸>葉鞘>葉。Zn累積量依次為：籽粒>莖>穎片>廢棄物>葉鞘>葉>穗軸，即小麥植株中較易富集Zn的器官是根、莖和籽粒。由此可見，臘熟期小麥植株不同器官重金屬質量分數和累積量大相徑庭。表2 5種重金屬在小麥植株不同器官的質量分

9、數Table 2 Content of five heavy metals in different organs of wheat器官w(Cd)/(mg·kg-1)w(Pb)/(mg·kg-1)w(As)/(mg·kg-1)w(Cu)/(mg·kg-1)w(Zn)/(mg·kg-1)根1.80±0.07176.43±5.0645.44±1.7849.42±0.83244.19±8.22葉4.51±0.118.55±0.083.78±0.177.85±0.

10、3138.76±0.00葉鞘1.44±0.077.40±0.370.73±0.036.40±0.0046.51±0.00廢棄物6.07±0.2532.27±0.074.98±0.227.56±0.001184.30±4.11莖0.35±0.027.95±0.030.83±0.044.65±0.22162.79±8.12穗軸0.70±0.035.31±0.230.65±0.014.65±0.0058

11、.14±2.11穎片1.23±3.5×10-46.00±0.280.52±0.027.56±0.001163.95±3.13籽粒0.20±2.9×10-50.83±0.030.15±0.00565.08±7.2×10-4121.31±3.992.2 5種重金屬在小麥不同器官富集能力的比較表3 5種重金屬在小麥植株地上部分不同器官的累積量及其分布系數1)Table 3 Accumulation and distribution coefficients of

12、 five heavy metals in different above-ground organs of wheat器官CdPbAsCuZn累積量/(µg·株-1)分布系數/%累積量/(µg·株-1)分布系數/%累積量/(µg·株-1)分布系數/%累積量/(µg·株-1)分布系數/%累積量/(µg·株-1)分布系數/%葉3.15619.564.2946.640.94211.484.7475.7521.8222.14葉鞘1.73610.766.3149.760.5036.137.7879.43

13、43.2564.24廢棄物6.72041.6532.14949.704.10249.988.1709.8955.6715.46莖1.0696.6311.51017.791.45417.7213.65816.54346.09133.94穗軸0.2581.601.1051.710.1441.751.6041.9417.0561.67穎片1.93712.006.1239.460.4946.0211.92614.4467.0236.57籽粒1.2587.803.1964.940.5686.9234.69842.01468.83945.981) 分布系數，即植株某器官某種重金屬累積量占地上部分該重金屬總

14、累積量的百分比表4 5種重金屬在小麥不同器官的富集系數Table 4 Enrichment coefficients of five heavy metals in different organs of wheat器官富集系數/%排序位次CdPbAsCuZnCdPbAsCuZn根141.6125.94136.6233.9246.5115243葉354.061.2611.375.397.3815243葉鞘113.281.092.194.398.8615432廢棄物476.964.7514.975.1916.0615342莖27.411.172.503.1931.0125431穗軸54.820.

15、781.953.1911.0715432穎片96.830.881.565.1912.1815432籽粒15.970.120.453.4923.1125431富集系數（又稱吸收系數），即植株某器官的重金屬質量分數占土壤相應重金屬質量分數（實測值）的百分比5。不同重金屬在小麥臘熟期不同器官的富集系數如表4所示。小麥根和葉的重金屬富集系數從大到小依次為Cd>As>Zn>Cu>Pb，葉鞘、穗軸和穎片的富集系數為Cd>Zn>Cu>As>Pb，廢棄物的富集系數為Cd>Zn>As>Cu>Pb，而莖和籽粒的富集系數則為Zn>Cd&g

16、t;Cu>As>Pb。從表4還可以看出，Cd處理下小麥的根、葉、葉鞘、廢棄物和As處理下根的富集系數都超過了100，即小麥植株某些器官能夠富集較高質量分數的重金屬，其質量分數甚至能超過土壤中相應重金屬的質量分數。而Pb處理下各器官富集系數都未超過26，Cu處理下各器官富集系數都未超過34，Zn都未超過47%，結合5種重金屬元素各器官富集系數排序位次可以看出，Cd是最容易在小麥植株富集的元素；Zn在小麥體內富集能力僅次于Cd，且在莖和籽粒中的富集系數超過了Cd，說明Zn尤其易于在小麥的籽粒和莖中富集，在土壤-小麥系統(tǒng)中遷移能力也比較強；相比之下，Pb是這5種元素中最難于吸收富集的重金

17、屬元素，而Cu表現居中；至于As，則顯示為在小麥地下部分富集較多，越向上部的器官As富集量則陡然減少的變化趨勢。3 討論3.1 小麥不同器官富集重金屬能力不同由試驗結果可知，小麥植株中較易富集Cd的器官是根、葉及廢棄物，較易富集Pd、As的器官是根、莖及廢棄物，較易富集Zn、Cu的器官是根、莖和籽粒。許多資料顯示小麥不同器官重金屬質量分數從大到小為：根>莖>籽粒5, 6，而本試驗結果顯示，小麥不同器官的Cd、Pb、As、Zn質量分數依次為根>莖>籽粒，Cu質量分數則為根>籽粒>莖，與前人試驗結果并不完全相符。原因可能是由于供試小麥的品種、土壤類型及背景值、重

18、金屬元素的形態(tài)、水溫條件、選取的生育期及器官不完全統(tǒng)一，盆栽試驗或水培試驗條件與大田試驗條件也不能達到完全一致所導致的。因此，對于重金屬在小麥植株體內不同器官的分布不能一概而論，還有待進一步的試驗驗證和探討。3.2 不同重金屬在小麥植株內富集能力不同不同的重金屬元素在土壤-植物系統(tǒng)中的背景值、離子形態(tài)、遷移能力、吸附或絡合能力及對植物的毒害作用總是不一樣的，元素在植株中的質量分數、累積量、分布系數等指標都不能用于不同重金屬元素間的相互比較，而富集系數則能夠表征土壤-植物系統(tǒng)中不同重金屬遷移能力的大小，是一個表示不同元素間差異的較為合適的指標。從試驗結果可以看出，在土壤-小麥系統(tǒng)中，表現為Cd在

19、小麥根、葉、葉鞘、穗軸、穎片和廢棄物的富集系數均為最高，Zn在小麥籽粒和莖中富集系數最高，而地上部分所有器官中Pb的富集系數均為最低，Cu和As則居中。這一結果與其他研究者得出的結論基本一致79。3.3 小麥生產中控制重金屬污染的栽培措施在生產實踐上，控制小麥重金屬污染可以采取以下三項措施：（1）在重金屬污染的土壤上收割小麥時，最好將植株連根拔起，以避免根中含有大量的重金屬殘留在土壤中；（2）莖葉和廢棄物等器官也不宜再用于飼料或者漚肥，可以用作造紙及編織工藝品等，避免重金屬重新進入食物鏈中；（3）對于小麥籽粒而言，Cd、Pb、As在籽粒中富集較少，分布系數均小于10，而Cu、Zn在籽粒中富集較

20、多，分布系數都大于40，所以對待不同重金屬污染情況應采取不同的措施，即如果在Cd或Pb或As污染程度較輕的土壤上種植小麥，其可食部分籽粒中相應重金屬質量分數較低，有可能低于國家食品衛(wèi)生標準的允許量（Cd為0.1 mg/kg，Pd為0.5 mg/kg，As為0.7 mg/kg），不會超標；但如果在Cu或Zn污染的土壤上種植小麥，籽粒中可能富集較多的Cu或Zn，甚至可能超出國家食品衛(wèi)生標準的允許量（Cu為10 mg/kg，Zn為50 mg/kg），對人體造成危害，所以不能食用。參考文獻：1 陳懷滿. 土壤-植物系統(tǒng)中的重金屬污染M. 北京: 科學出版社, 1996: 12.CHEN H M. Po

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