CN104359930A

CN104359930A - 一种快速评价水稻土中重金属污染的方法

Info

Publication number: CN104359930A
Application number: CN201410444440.6A
Authority: CN
Inventors: 刘攀攀; 李宏; 陈正
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2015-02-18

Abstract

本发明公开了一种评估水稻土中重金属污染的方法，该方法利用FPXRF对水稻根系中的重金属含量进行测定，从而评估水稻土中重金属的污染。其具体步骤为：1)对采集的水稻根系进行预处理；2)用连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-重碳酸钠法浸提预处理后的水稻根系；3)用FPXRF对浸提液中的一种或多种重金属浓度进行测定；4)根据步骤3)的测定值计算出水稻根系中该一种或多种重金属的含量，并用其进一步评估水稻土中重金属的污染。本方法具有快速、经济且准确性高的特点，为食品安全的检测和土壤重金属检测提供了一种行之有效的评估方法。

Description

一种快速评价水稻土中重金属污染的方法

技术领域

本发明属于土壤重金属污染检测领域，涉及一种评估土壤重金属污染的方法，尤其涉及一种评估水稻土中重金属污染的方法。

背景技术

水稻是中国乃至整个亚洲的主要粮食作物。世界上大约有90％的水稻产自亚洲，中国是亚洲国家中水稻产量最大同时水稻的消费量也是最大的国家，然而土壤重金属普遍存在于我国的水稻主产地。水稻土中的重金属主要通过秸秆和稻米进入食物链，然后不断的积累从而直接或间接的危害人体健康。因此，对水稻土中砷的污染进行评估是控制食品安全和检测的重要工作之一。传统的水稻土重金属有效性评价方法有：1)布点法：通过对水稻土广泛的布点采样，随后运输保存以及实验室的样品处理分析后，经过电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)分析得到不同类型的重金属的含量。2)生物培养法：通过对水稻土进行荧光细菌培养，然后使用实验室方法检测细菌的活性来预测土壤中重金属的有效性。这几种方法虽然能对水稻土中重金属的有效性进行准确的评估，但是它们存在很大的局限性。布点法样品收集比较麻烦，样品的处理过程过于繁琐，况且得到的水稻土重金属含量与水稻中重金属含量线性关系较弱；生物培养法虽然能够准确评估水稻土中重金属的有效毒性，但是细菌的培养耗时，指标的测量比较麻烦，在检测过程中浪费了大量的时间与金钱，并且实验结果具有很大的滞后性。因此，寻求快速、省时和经济的水稻土重金属有效性评估方法当前土壤修复和场地识别重要任务之一。

便携式X射线荧光光谱仪(FPXRF)是近年来兴起的一种原子分析仪器，通过发射X射线引起环境样品中的金属原子发射荧光，通过检测荧光光谱对环境中金属浓度进行检测分析。FPXRF能够快速、实地的检测出土壤中重金属的含量，并且能够快速分析多种元素，测量结果具有实地实时性。因此，利用FPXRF对土壤的重金属进行监测得到了广泛的应用。

尽管利用FPXRF测量土壤中重金属含量得到了广泛的关注和应用，但是其对重金属的检测限较高(砷：30mg kg^-1仅仅是国家二级土壤标准)，并且只有在较为复杂的样品处理后才能得到检测结果，此外检测到的土壤中重金属含量与生长植株体内的重金属富集量相关性很差。

发明内容

鉴于以上问题，本发明所要解决的技术问题是如何避免FPXRF测量土壤中重金属含量时检测限高以及土壤中重金属含量与植株体内重金属富集量相关性差的问题。因而，本发明的目的是提供一种快速、经济且准确性高的评估水稻土中重金属的污染的方法。

由于水稻植株在生长过程中根系泌氧导致根系表面形成一层铁氧化物层(通常称为铁膜)，铁膜对土壤中的重金属有较强的吸附作用，指示其重金属含量远远超过其周围土壤中的重金属含量，这就为FPXRF能够对根系中的重金属含量进行测量提供了先天条件；另一方面，由于植株根系本身对土壤重金属的吸收，根系也是土壤中重金属向水稻和茎叶中转运的必经之路，根系对重金属的吸收量直接影响着水稻籽实和茎叶中重金属的积累，这样水稻茎叶和籽实中重金属含量与根系中重金属含量之间必定存在一定的相关性，而且理论上要好于土壤中的重金属含量和水稻籽实和茎叶中重金属含量之间的相关性。这比之前针对土壤进行重金属的污染快速评估更能够反应出水稻植株中重金属的积累量，也更能准确表达出水稻土中重金属向食物链中的迁移量，从而能更加准确地评估水稻土中重金属的污染。

因此，本发明提供的技术方案是一种快速评估水稻土中重金属污染的方法，其是利用FPXRF对水稻根系中的重金属含量进行测定，从而快速评估水稻土中重金属的污染的方法，包括以下步骤：

1)对采集的水稻根系进行预处理；

2)用连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-重碳酸钠法(DCB)浸提预处理后的水稻根系；

3)用FPXRF对浸提液中的一种或多种重金属浓度进行测定；

4)根据步骤3)的测定值计算出水稻根系中该一种或多种重金属的含量，并用其进一步评估水稻土中重金属的污染。

优选地，步骤1)中所述采集的样品为成熟待收割时期的水稻根系，其铁膜对重金属积累量不低于根系总重金属含量的90％。

进一步地，步骤1)中所述的预处理的步骤为：去土、水洗、烘干和剪碎。优选地，其中烘干步骤是在70℃烘箱烘干96小时以上，获得的待测样品的干重不小于1.2g，粒径不大于1mm，厚度不小于6.14mm。

优选地，步骤3)中所使用的FPXRF为美国尼通(NITON)公司生产的XL3t系列便携式X射线荧光光谱仪，并在测定之前对仪器进行自动校准。

优选地，步骤4)中所述进一步评估水稻土中重金属的污染的方法可以为：将计算出的根系重金属含量与该根系所对应的根际土以及水稻籽实和茎叶中的重金属含量进行比较，其中根际土以及水稻籽实和茎叶中的重金属含量的测定可以采用常规实验室方法，优选为用电感耦合等离子质谱仪测定。

此外，发明人在研究中发现，水稻根系中重金属含量与水稻根际土中重金属含量成线性相关关系，如实施例1中所示为砷含量的线性关系，因此本发明还提供了一种预测水稻根际土中重金属含量的方法，用FPXRF测定水稻根系中的重金属含量，利用水稻根系中重金属含量与水稻根际土中重金属含量的线性相关关系计算出水稻相应根际土中重金属的含量。

发明人还发现了水稻根系中重金属含量与水稻茎叶和籽实中的重金属含量之间存在较好的线性拟合关系，如实施例2中所示为砷含量的线性拟合，因此本发明还提供了一种预测水稻茎叶或籽实中重金属含量的方法，用FPXRF测定水稻根系中的重金属含量，利用水稻根系中重金属含量与水稻茎叶或籽实中重金属含量的线性拟合关系计算出水稻相应茎叶或籽实中重金属的含量。

优选地，上述方法中所使用的FPXRF为美国尼通(NITON)公司生产的XL3t系列便携式X射线荧光光谱仪，并在测定之前对仪器进行自动校准。

本发明使用FPXRF对水稻根系中的重金属的含量进行测定，将得到的结果与水稻植株中重金属的积累量进行比较来对水稻土中的重金属的污染进行评估，并通过对水稻根中的重金属含量的测量值来反推水稻土中的重金属含量，从而对土壤中的重金属含量进行评估。

本发明通过对水稻根系中重金属含量的测定，既避免了使用FPXRF对土壤测量检测限的高要求又避免了土壤中重金属含量与植株体内重金属含量关系不显著的缺点。不仅能够实时的评估水稻土中重金属的污染，又能大大拓宽FPXRF的应用范围，此外本方法也兼顾了FPXRF分析测量方法的快速、经济的优点。为食品安全的检测和土壤重金属检测提供了更快更经济的评估方法。

附图说明

图1是实施例1中测得的水稻根系中砷含量与水稻根际土中砷含量的关系曲线；

图2是实施例2中测得的水稻根系中砷含量与水稻茎叶中砷含量的散点图及线性拟合曲线；

图3是实施例2中测得的水稻根系中砷含量与水稻籽实中砷含量的散点图及线性拟合曲线。

具体实施方式

实施例1

本实施例中使用的水稻植物来自于湖南郴州和祁阳等地水稻田，土壤中重金属砷的含量为10mg kg^-1到90mg kg^-1。测量仪器为便携式X射线荧光光谱仪(FPXRF)，型号是XL3t系列，生产公司为美国NITON公司。

本实施例的具体步骤为：

1)采集成熟待收割时期的水稻根系和根际土，其铁膜对重金属积累量不低于根系总重金属含量的90％；

2)对上述水稻根系进行去土、水洗、烘干和剪碎预处理；其中，烘干的步骤为在70℃烘箱烘干96小时以上，获得的样品的干重不小于1.2g，粒径不大于1mm，厚度不小于6.14mm；

3)用连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-重碳酸钠法(DCB)浸提预处理后的水稻根系；

4)用美国尼通公司XL3t系列的FPXRF对浸提液中的砷的浓度进行测定；其中测量参数：FPXRF窗口滤膜为3μm厚聚丙烯薄膜，X射线激发源为¹⁰⁹Cd激发源，检测器为Si-PiN二极管固态检测器，X射线管工作电压为20kV，测量时间不小于120s；

5)根据上述测定值计算出水稻根系中的砷含量；

6)用电感耦合等离子质谱仪测定该水稻根际土中的砷含量；

7)将步骤6)中获得的水稻根际土中的砷含量与步骤5)中获得的水稻根系中的砷含量进行相关性分析。

相关性分析的结果如图1所示，图中y代表根际土中的砷含量，x代表水稻根系中的砷含量，从图中可见水稻根际土和水稻根系中砷含量的关系为：y＝0.39x，其数据质量控制标准满足EPA使用FPXRF对数据验证标准(r²＝0.82，RSD％<20％)。且当使用FPXRF对水稻土中的砷测量时其最低检出限为16.5mg kg^-1，而对于水稻根系最低检测出了13.3mg kg^-1的砷浓度。

所以，上述结果证明我们可以利用水稻根系中的砷含量直接得到水稻根际土中的砷含量，而且对水稻土中砷含量较低的区域也能够通过本方法对水稻根际土中的砷含量进行预测。

实施例2

本实施例的具体步骤为：

1)采集成熟待收割时期的水稻根系及其茎叶和籽实，其铁膜对重金属积累量不低于根系总重金属含量的90％；

4)用美国尼通公司XL3t系列的FPXRF对浸提液中的砷的浓度进行测定；其中测量参数：FPXRF窗口滤膜为3μm厚聚丙烯薄膜，X 射线激发源为¹⁰⁹Cd激发源，检测器为Si-PiN二极管固态检测器，X射线管工作电压为20kV，测量时间不小于120s；

5)根据上述测定值计算出水稻根系中的砷含量；

6)用电感耦合等离子质谱仪测定该水稻茎叶和籽实中的砷含量；

7)将步骤6)中获得的水稻茎叶和籽实中的砷含量分别与步骤5)中获得的水稻根系中的砷含量进行相关性分析。

水稻茎叶与水稻根系中的砷含量相关性分析的结果如图2所示，图中纵坐标代表水稻茎叶中的砷含量，横坐标代表水稻根系中的砷含量；水稻籽实与水稻根系中的砷含量相关性分析的结果如图3所示，图中纵坐标代表水稻籽实中的砷含量，横坐标代表水稻根系中的砷含量。该两图中对应的线性关系拟合系数分别为0.55和0.33，相比较之前的使用土壤中砷含量进行相关性分析的结果，本评估方法具有更好的相关性，因此评估关系更加可靠。

所以，上述结果证明我们可以利用水稻根系中的砷含量对水稻茎叶和籽实中的重金属砷含量进行更为有效的评估。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种快速评估水稻土中重金属污染的方法，其特征在于，利用FPXRF对水稻根系中的重金属含量进行测定，从而评估水稻土中重金属的污染。

2.如权利要求1所述的一种快速评估水稻土中重金属污染的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对采集的水稻根系进行预处理；

2)用连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-重碳酸钠法浸提预处理后的水稻根系；

3)用FPXRF对浸提液中的一种或多种重金属浓度进行测定；

4)根据步骤3)的测定值计算出水稻根系中该一种或多种重金属的含量，并用其进一步评估水稻土中重金属的污染严重性。

3.如权利要求2所述的一种评估水稻土中重金属污染的方法，其特征在于，步骤1)中所述采集的水稻根系为成熟待收割时期的水稻根系。

4.如权利要求2所述的一种评估水稻土中重金属污染的方法，其特征在于，步骤1)中所述预处理的步骤为：去土、水洗、烘干和剪碎。

5.如权利要求4所述的一种评估水稻土中重金属污染的方法，其特征在于，步骤1)中所述烘干为在105℃烘箱烘干96小时以上。

6.如权利要求2所述的一种评估水稻土中重金属污染的方法，其特征在于，步骤3)中所述FPXRF为美国尼通公司生产的XL3t系列便携式X射线荧光光谱仪。

7.如权利要求2所述的一种评估水稻土中重金属污染的方法，其特征在于，步骤4)中所述进一步评估水稻土中重金属的污染的方法为：将计算出的根系重金属含量与该根系所对应的根际土以及水稻籽实和茎叶中的重金属含量进行比较，其中根际土以及水稻籽实和茎叶中的重金属含量的测定采用常规实验室方法。

8.如权利要求7所述的一种评估水稻土中重金属污染的方法，其特征在于，所述常规实验室方法为用电感耦合等离子质谱仪测定。

9.一种预测水稻根际土中重金属含量的方法，其特征在于，用FPXRF测定水稻根系中的重金属含量，利用水稻根系中重金属含量与水稻根际土中重金属含量的线性相关关系计算出水稻相应根际土中重金属的含量。

10.一种预测水稻茎叶或籽实中重金属含量的方法，其特征在于，用FPXRF测定水稻根系中的重金属含量，利用水稻根系中重金属含量与水稻茎叶或籽实中重金属含量的线性拟合关系计算出水稻相应茎叶或籽实中重金属的含量。