摘要：用高濃度的Sr或Cs處理土壤，采用X射線熒光光譜儀（XRF）測(cè)定植物地上部分各元素的相對(duì)含量，研究植物吸收Sr、Cs 與其他元素的相關(guān)性。結(jié)果表明，高濃度Sr 處理下，植物吸收Sr 與Ca、Mg 呈極顯著正相關(guān)，與S、Na 呈顯著正相關(guān)，與P、Si、Fe、Zn 呈極顯著負(fù)相關(guān)，與K、Al 呈顯著負(fù)相關(guān)；高濃度Cs 處理下，植物吸收Cs與其他元素的相關(guān)性均不顯著，但與K的相關(guān)系數(shù)較大，為0.661 4；不施核素處理下，植物吸收微量的Sr，吸收Sr與Ca、Cl、Mg、Na、Fe、Al、Zn呈正相關(guān)，但只與Ca顯著相關(guān)。因此，植物吸收Sr、Cs與其他元素有不同的相關(guān)性，在土壤核素污染的植物修復(fù)中值得注意。

關(guān)鍵詞：植物；吸收；Sr；Cs；X射線熒光光譜儀；相關(guān)性

中圖分類號(hào)：X591；Q948.116 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2012）21-4752-04

Correlated Absorbtion between Sr or Cs and other Elements of Plants

JIANG Shi-jie，TANG Yong-jin，ZHAO Ping

（School of Life Science and Engineering， Southwest University of Science and Technology， Mianyang 621010， Sichuan， China）

Abstract：Under treatment of high concentration Sr or Cs， the correlation between Sr， Cs and other elements absorbtion of plants was studied using X-ray fluorescence spectrometer determining the relative content of various elements of aerial parts of plants. The results showed that there was very significant positive correlation between Sr and Ca， Mg， significant correlation betwwen S and Na under the treatment of high concentration Sr； there was also very significant negative correlation between Sr and P， Si， Fe， Zn， and significant negative correlation between Sr and K， Al in plants. Under the treatment of high concentration Cs， no significant absorbtion correlation was showed between Cs and other elements， and the correlation between Cs and K was the highest with correlation cofficient 0.661 4. Without treatment of Sr and Cs， a little of Sr was absorbed by plants and there were positive correlations between Sr and Ca， Cl， Mg， Na， Fe， Al， Zn， but only the correlation between Sr and Ca was significant. Therefore， the correlation between Sr or Cs and other elements absorbed by plants was different， which was noteworthy in phytoremediation.

Key words：plants； absorbtion； Sr； Cs； XRF； correlation

隨著核工業(yè)和核技術(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，放射性核素污染也越來越常見。利用植物修復(fù)法來治理土壤放射性核素污染具有安全、有效、綠色、廉價(jià)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)[1]。植物不僅能從土壤中吸收鉀、鈣、鎂等礦質(zhì)元素，而且能夠通過根系吸收水分和養(yǎng)分的過程吸收重金屬元素（含放射性核素），并在植物體內(nèi)各部位累積[2]。學(xué)者們?cè)诶弥参镂胀寥乐墟J（Sr）、銫（Cs）方面做了大量研究[3-9]。Маракушин等[10]利用同位素的比例關(guān)系研究了90Sr和Ca從土壤進(jìn)入植物體的規(guī)律，認(rèn)為Ca的物理、化學(xué)特性在某種程度上包括生物學(xué)特性與Sr相似；Cs與K為同族元素，二者在化學(xué)性質(zhì)上具有相似性[11]，富K植物被認(rèn)為對(duì)Cs有較好的吸收能力[12-14]。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于Sr和Ca、Cs和K的相互關(guān)系研究較多[15]，但對(duì)植物吸收Sr、Cs與其他元素之間的相關(guān)性研究鮮見報(bào)道。本研究選用9種十字花科植物、2種禾本科植物及1種豆科植物，用高濃度Sr或Cs處理土壤，通過測(cè)定植物地上部分各元素的含量分析植物吸收Sr、Cs與其他元素的相關(guān)性，為土壤核素污染的植物修復(fù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

以硝酸鍶（Sr（NO3）2）為Sr源，硝酸銫（CsNO3）為Cs源，所用藥品均為分析純。試驗(yàn)用土壤為農(nóng)田黃壤土，pH 8.0，有機(jī)質(zhì)含量為22.1 g/kg，有效氮、磷、鉀含量分別為95.2、27.0、78.3 mg/kg，全氮、磷、鉀含量分別為1.64、0.85、19.10 g/kg。供試植物共12種，分別為9種十字花科植物：芥菜型油菜[Brassica juncea（L.） Czern. et Coss. var. gracilis Tsen et Lee]、大葉芥[B. juncea （L.） Czern. et Coss. var. foliosa L. H. Bailey]、分蘗芥[B. juncea （L.） Czern. et Coss. var. multiceps Tsen et Lee、抱子芥（Brassica juncea （L.） Czern. et Coss. var. gemmifera]、卷心芥[B. juncea （L.） Czern. et Coss. var. involuta Yang et Chen]、不結(jié)球白菜（B. campestris L. ssp. chinensis Makino）、結(jié)球白菜[B. campestris L. ssp. pekinensis （Lour.） Olsson]、結(jié)球甘藍(lán)（B. oleracea L. var. capitata L.）、甘藍(lán)型油菜（B. napus L.），2種禾本科植物小麥（Triticum aestivum L.）、大麥（Hordeum vulgare L.）以及豆科植物蠶豆（Vicia faba L.）。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采取盆栽方式，每盆裝1 kg干土，分別設(shè)置Sr處理、Cs處理及對(duì)照處理（CK），每個(gè)處理5個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)均種植12種植物。其中，Sr處理和Cs處理每盆澆施350 mL核素溶液，分別含500 mg Sr、500 mg Cs，對(duì)照處理不施核素，澆施350 mL自來水，使土壤剛好達(dá)到飽和持水量。為防止?jié)B漏污染，在盆底套小一個(gè)型號(hào)的無孔塑料盆。測(cè)定土壤水分含量后，按照每千克干土拌10 g餅肥（油枯）和5 g復(fù)合肥[有效氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）含量均為25%]，混合均勻后裝盆。

9種十字花科植物于2010年10月20日育苗，芥菜型油菜、大葉芥、分蘗芥、抱子芥、卷心芥、結(jié)球甘藍(lán)和甘藍(lán)型油菜于2010年11月21日（即核素處理后2周）移栽，芥菜型油菜、結(jié)球甘藍(lán)和甘藍(lán)型油菜每盆2株，大葉芥、分蘗芥、抱子芥、卷心芥每盆1株；不結(jié)球白菜、結(jié)球白菜于2010年12月15日移栽，每盆6株。小麥、大麥和蠶豆于2010年11月6日播種，小麥每盆5粒，大麥每盆4粒，蠶豆每盆2粒。12種植物均于2010年11月7日進(jìn)行1次核素處理，2011年2月16日收獲。

試驗(yàn)說明：試驗(yàn)分別對(duì)12種植物進(jìn)行不同處理（即不施核素、Sr處理、Cs處理），但由于在Sr和Cs單一處理的5個(gè)重復(fù)中，部分植物在播種和移栽過程中死亡或僅有少于一半的植株成活，因此舍棄這些植物，僅對(duì)5個(gè)重復(fù)均生長(zhǎng)很好的植物進(jìn)行元素含量測(cè)定和分析。

1.2.2 元素含量測(cè)定及相關(guān)性分析 將收獲的植物地上部分烘干、粉碎，采用荷蘭Axios X射線熒光光譜儀（XRF）測(cè)定植物樣品。XRF能夠測(cè)定元素周期表從氟（F）到鈾（U）的80多種元素，不能測(cè)定元素序號(hào)小于9和大于92的元素；XRF既可做定性分析，也可定量分析，元素特征X射線的強(qiáng)度與該元素在試樣中的原子數(shù)量（即含量）成正比，以所測(cè)元素或化合物百分含量總和為100%。由于不能測(cè)定C、H、O、N等元素，無法計(jì)算出樣品中各元素的絕對(duì)含量。本研究測(cè)定了植物樣品中元素序號(hào)在9-92的元素的含量，在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)僅對(duì)Ca、Cl、K、S、P、Mg、Si、Na、Fe、Al、Zn、Sr、Cs共13種元素進(jìn)行分析，以所測(cè)得元素的相對(duì)含量為依據(jù)，計(jì)算植物樣品中Sr、Cs含量與其他各元素含量的相關(guān)系數(shù)（R2），并進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 高濃度Sr處理下植物吸收Sr與其他元素的相關(guān)性

由表1可知，高濃度Sr處理下，十字花科植物對(duì)Sr的吸收明顯高于禾本科植物，對(duì)Ca、S、Mg的吸收與Sr類似，而對(duì)K（不結(jié)球白菜除外）、P、Si、Fe、Al、Zn的吸收與Sr恰好相反。表1中的9種植物對(duì)Sr和其他元素的吸收具有不同程度的相關(guān)性：Sr含量與Ca、Mg含量均呈極顯著正相關(guān)；與S、Na含量呈顯著正相關(guān)，與P、Si、Fe、Zn含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與K、Al含量呈顯著負(fù)相關(guān)。

2.2 高濃度Cs處理下植物吸收Cs與其他元素的相關(guān)性

由表2可知，高濃度Cs處理下，卷心芥和結(jié)球白菜對(duì)Cs的吸收高于其他植物，卷心芥、不結(jié)球白菜、結(jié)球白菜對(duì)K的吸收較其他植物吸收要多。因此，表2中的8種植物對(duì)K的吸收與Cs相似，對(duì)Cs與其他元素的吸收相關(guān)性均不顯著，Cs含量與K含量的相關(guān)系數(shù)較大，為0.661 4。

2.3 不施核素處理下植物吸收Sr與其他元素的相關(guān)性

在不施核素處理（CK）下，收獲的植物樣品中檢測(cè)到少量的Sr，未檢測(cè)到Cs。由表3可知，十字花科和豆科植物樣品中Sr的含量比禾本科植物高，對(duì)Ca的吸收與Sr基本一致；而十字花科和豆科植物樣品中K（結(jié)球白菜除外）、Si的含量低于禾本科植物，與Sr相反。在不施核素處理下，植物對(duì)Sr與其他元素的吸收也有一定的相關(guān)性：Sr含量與Ca、Cl、Mg、Na、Fe、Al、Zn含量呈正相關(guān)，但只與Ca含量呈顯著相關(guān)；與K、S、P、Si含量呈負(fù)相關(guān)，但均未達(dá)到顯著水平。

3 小結(jié)與討論

高濃度Sr處理下，植物樣品中Sr含量與Ca、Mg含量呈極顯著正相關(guān)，與S、Na含量呈顯著正相關(guān)，與P、Si、Fe、Zn含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與K、Al 含量呈顯著負(fù)相關(guān)。在高濃度Cs處理下，植物對(duì)Cs的吸收與其他元素的吸收相關(guān)性均不顯著，但Cs含量與K含量的相關(guān)系數(shù)較大，相關(guān)系數(shù)為0.661 4。在不施核素處理（CK）下，植物樣品中檢測(cè)到少量的Sr，未檢測(cè)到Cs，Sr含量與Ca、Cl、Mg、Na、Fe、Al、Zn含量呈正相關(guān)，但僅與Ca含量相關(guān)性達(dá)顯著水平。

朱永懿等[16]認(rèn)為，土壤中的Ca含量是影響植物吸收Sr的主要因素，Ca含量越高，植物吸收Sr 越少。在137Cs污染的土壤中，大量施用K肥會(huì)減少植物對(duì)137Cs的吸收[17]。Roca等[18]研究表明，在K和Cs同時(shí)存在時(shí)，植物偏向吸收K，這種偏向隨K濃度的降低而增加；在土壤中Ca濃度較高時(shí)，植物偏向吸收Sr，在土壤中Ca濃度較低時(shí)，Sr和Ca的吸收率相同。湯澤平等[19]認(rèn)為，能富集放射性Cs的植物往往能富集K，能吸收Ca的植物就能吸收土壤中的放射性Sr，其原因可能是Sr和Ca、Cs和K屬同族元素，它們的化學(xué)性質(zhì)較接近，植物吸收大量Ca和K的同時(shí)，也會(huì)吸收Sr和Cs元素。許多研究表明，植物吸收Sr與Ca、Cs與K呈顯著正相關(guān)[11-14，19，20]，本研究也得到了相似的結(jié)果。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，植物吸收Sr與Mg也呈極顯著正相關(guān)，其原因可能是Sr和Mg為同族元素，具有相同的化學(xué)性質(zhì)；Sr含量與P、Si、Fe、Zn呈極顯著負(fù)相關(guān)，這與P會(huì)抑制植物對(duì)90Sr吸收的結(jié)論類似[19]。

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收稿日期：2011-12-24

作者簡(jiǎn)介：江世杰（1985-），男，甘肅慶陽人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)樯镄迯?fù)，（電話）13681242798（電子信箱）liuyingfeishi@sina.com。