CN109047304B - 修复土壤铀镉复合污染的根茎类植物的筛选方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种修复土壤铀镉复合污染的根茎类植物的筛选方法，该方法在每千克土中分别外源添加150mg铀和15mg镉，试验多种根茎类植物的污染耐受性和铀、镉富集转运效应，筛选富集植物，通过主成分分析对植物铀、镉富集转运能力进行综合评价，从而筛选出评价得分高的植物，评价体系完善、全面、科学，并通过大量实验筛选出两种尤其具有土壤铀镉复合污染修复潜质的植物。将具有潜质的紫薯和菊芋用于修复土壤铀镉复合污染，具有高效、节约成本、环保的优点。

Description

修复土壤铀镉复合污染的根茎类植物的筛选方法及应用

技术领域

本发明属于环境农业技术领域，具体涉及修复土壤铀镉复合污染的根茎类植物的筛选方法，以及优选植物在修复铀镉复合污染中的应用。

背景技术

随着核能的广泛应用和铀矿开采规模不断增大，土壤铀(Uranium)污染日趋严重，而镉是铀矿中常见的伴生元素，因此，常常形成U+Cd复合污染。与水体污染具有多种处理和修复方式不同，土壤污染可选方法较少，而有效、环保和低成本的方法更是严重缺乏。

植物修复是目前为止较为环保安全、操作简单且具有大面积修复潜力的有效土壤修复技术。其基本原理是利用对核素或重金属具有大量积累并可高效忍耐重金属毒害的植物来提取土壤中的核素或重金属，以达到清除污染物的目的。植物修复的基础技术便是超富集，富集植物的筛选。目前各种重金属超富集植物的种类已达数百余种，主要集中在Ni、Cu、Co、Zn、Mn等重金属元素上，镉的超富集植物在近年来也出现了较多的报道，而铀的超富集植物却少之又少。因此，筛选出超富集铀的植物十分必要。

但是，如果一种植物不能有效地同时清除铀和镉，则难以避免用两种植物对同一土壤进行修复，其治理成本高，耗时长，不能与日益增长的土壤污染治理需求相匹配。因此，筛选出能同时有效清除铀镉复合污染的植物更具有推广应用价值和环保可行性。

传统的超富集植物筛选主要采用污染区先锋植物、耐受植物调查方法、溶液培养法、土壤表面浇灌目标污染核素及重金属以模拟污染土壤等方法，污染区调查法往往只能调查的出耐受性强的植物而不一定是超富集或富集植物；溶液培养法难于反映污染土壤状况，土壤表面浇灌法模拟污染土壤由于核素或重金属迁移慢或时间短而无法模拟真实污染土壤状况。其次，参选植物主要集中在杂草和花卉之中，其中不乏一些能超量积累重金属的种类，但这类植物普遍存在生物量较小、重金属转运难，且地下部生长状况较弱而导致无法承受过高浓度的重金属，常常在完成整个生长周期前出现枯黄、萎蔫甚至死亡等缺陷，有些富集植物为野生状态，其人工繁殖技术困难、繁殖技术缺乏，难以实际应用。因此上述各类筛选方法均存在不足。

已有报道的铀富集植物存在将铀从污染土壤中通过根系吸收后主要积累在地下部，难以将其往地上部运输，地下部收获困难、地上部积累铀少，致使利用富集植物进行铀的植物提取修复效率低下的问题。针对该问题，本发明的发明人已经在《铀及其伴生重金属镉的根茎类富集植物的筛选》一文中研究了8种根茎类植物对铀镉复合污染的富集情况，并根据多个因素的评估结果初步选出具有污染土修复潜质和再利用潜质的植物。但是，该研究所选植物种类较少，模拟污染土壤配制方法难以反映实际污染状况，在对富镉铀植物进行综合评价时，仅选取了6个指标进行主成分分析，不够全面，可能影响其评价结果，比如某些植物具有富集能力但评分为负值，而且筛选出来的植物对镉铀复合污染的修复能力也不够满意。

因此，本发明采用合适浓度的U+Cd复合污染土壤、以“递进拌制法”配制模拟污染土壤，收获后的根茎类植物分成地上部、贮藏部分和根系三部分进行植物对污染土壤中U、Cd耐受、吸收、转运、富集能力相关指标进行计算。选取与植物吸收富集相关的各部生物量，铀镉含量，富集系数，富集量系数，转移系数等19个元素作为植物综合评价指标，并对这些指标进行相关性分析和主成分分析，将涉及重金属吸收、转运、富集能力的多个具有相关性的指标简化为少数几个彼此独立的成分，建立全面的富镉铀植物筛选评价方法，并筛选出了2种U+Cd复合污染富集植物和2种U+Cd低积累植物，为U+Cd复合污染土壤的植物提取修复和低污染土壤持续利用的植物稳定修复奠定了基础。

发明内容

一种修复土壤铀镉复合污染的根茎类植物的筛选方法，包括：

1)递进拌制法模拟污染土壤：量取250g UO₂(NO₃)₂·6H₂O和18.68g CdCl₂·5/2H₂O混合入1kg供试土壤中并搅拌均匀，再将混合均匀的土壤混入9kg空白土壤中并混合均匀，将其混入90kg空白土壤中，同时混入24.3g(NH4)₂SO₄、7.02g KH₂PO₄和24.52g K₂SO₄，然后将该混合土壤5等分，即5个20kg混合土壤，将这5份土壤分别混入5份180kg的空白土壤中，最终得到铀镉浓度分别为150mg/kg和15mg/kg的U+Cd模拟污染土壤；

2)静置平衡：保持供试土壤含水量为田间持水量的60％，静置平衡2周后装盆备用，试验容器为L*W*H：50*15*20cm的底部有孔且带托盘的长方体塑料花盆，每盆定量装入4kg步骤1)的土作为实验组，同时设置不含外源铀镉的空白组；

3)培育：将根茎类植物幼苗移植到实验组和空白组花盆种植培育一段时间，每个实验组设三个重复；

4)生物量测定：用去离子水洗净采收的样品，滤纸吸干多余水分，将采收的植物分为地上部、贮藏部和地下部，并分别装袋，标记后置于烘箱内110℃杀青3h，之后75℃烘至恒重，用电子天平分别测定地上部、贮藏部和地下部的干物质量；

5)铀镉含量测定：将块茎植物分地上部、块茎(贮藏部分)、根系三部分，块根植物分地上部、块根(贮藏部分)、须根，各部分分开研磨并过100目筛，每个样品称取0.3g，进行石墨炉(SH220)消解，然后采用IAA(火焰原子吸收光谱仪)测定消解样品中Cd含量，ICP-MS(等离子电感耦合质谱仪)测定U含量，每个样品重复测定3次；

6)参数计算：计算植物地上部、贮藏部、地下部及单株的铀含量、镉含量、铀+镉含量、铀富集系数、镉富集系数、铀+镉富集系数、铀积累量、镉积累量、铀+镉积累量，和单株的铀转移系数、镉转移系数和铀+镉转移系数；

7)植物综合评价：选取与植物吸收富集相关的多个元素作为植物综合评价指标，进行主成分分析，提取关于植物吸收转运富集铀的主成分和关于植物吸收转运富集镉的主成分，根据主成分分析法得到的各指标的贡献率，分别计算出主成分隶属函数，主成分权重以及综合得分；

8)根据综合得分筛选出修复铀镉复合污染根茎类植物。

进一步地，上述修复土壤铀镉复合污染的根茎类植物的筛选方法，其中，步骤7)所述与植物吸收富集相关的多个元素包括地上部生物量、地下部生物量、贮藏部生物量、单株生物量、地上部铀镉含量、地下部铀镉含量、贮藏部铀镉含量、地上部富集系数、地下部富集系数、贮藏部富集系数、地上部富集量、地下部富集量、贮藏部富集量、单株富集量、地上部富集系数、地下部富集系数、贮藏部富集系数、地下部向贮藏部转运系数、贮藏部向地上部转运系数19个元素。

进一步地，上述修复土壤铀镉复合污染的根茎类植物的筛选方法，其中，步骤7)所述关于植物吸收转运富集铀的主成分包括植物铀吸收能力、植物铀转运能力、植物铀富集能力和生物量。

更进一步地，上述修复土壤铀镉复合污染的根茎类植物的筛选方法，其中，步骤7)所述关于植物吸收转运富集镉的主成分包括植物镉吸收能力、植物镉转运能力、植物镉富集能力、植物镉提取能力和生物量。

本发明所述镉/铀浓度＝(镉/铀质量)/(土壤质量)。

根据本发明的一些实施例，所述根茎类植物包括罐罐菜、红萝卜、白萝卜、凉薯、菊芋、榨菜、藠头、瓣蒜、紫薯。

所述主成分分析运用spss stastic.22进行。

所述步骤8)通过植物U富集综合得分和镉富集综合得分的合计得分进行筛选。

本发明的发明人通过应用上述筛选方法，经过大量实验验证最后筛选出修复土壤铀镉复合污染极具潜质的根茎类植物，包括紫薯和菊芋。

本发明基于上述发现进一步提供了根茎类植物在修复土壤铀镉复合污染中的应用。

本发明的有益效果在于：首次采用递进拌制法拌制模拟污染土壤，与实际污染土壤更接近；采用“根茎类植物选择+合适浓度、递进拌制法模拟污染土壤+根茎类植物耐受、吸收、转运、富集能力适合指标+主成分分析法决选+富集植物、稳定植物繁殖及栽培”的综合配套筛选技术筛选潜在修复植物，更客观、有效；根据本发明方法获得了对土壤铀镉复合污染同时具有较好修复作用的植株，为土壤污染治理提供了更优的选择。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明的发明内容做进一步的阐释，但不应理解为本发明的范围仅限于以下的实例，根据本发明的发明思路和全文内容，可以将以下实例中的各个技术特征做适当的组合/替换/调整/修改等，这对于本领域技术人员而言是显而易见的，仍属于本发明保护的范畴。

实施例1

(1)模拟污染土壤制作

U+Cd模拟污染土壤拌制采用“递进拌制法”，量取250gUO₂(NO₃)₂·6H₂O(其中含铀150g)和18.68gCdCl₂·5/2H₂O(其中含镉15g)，将其全部混合如1kg供试土壤中并搅拌均匀，而后再将混合均匀的土壤混入9kg空白土壤中并混合均匀，而后将第二次混合均匀的混合土壤混入90kg空白土壤中，同时混入基肥(NH4)₂SO₄，24.3g；KH₂PO₄，7.02g；K₂SO₄，24.52g。此时得到100kg铀镉浓度分别为1.5g/kg和0.15g/kg混合土壤，将此混合土壤分为5等份，即5个20kg混合土壤，将这五份土壤分别混入五份180kg的空白土壤中，最终得到总共1000kg铀镉浓度分别为150mg/kg和15mg/kg的U+Cd模拟污染土壤。

(2)实验设计与静置平衡

试验通过向供试土壤外源施加UO₂(NO₃)₂·6H₂O和CdCl₂以模拟复合污染土壤。U和Cd用专业搅拌器材与供试土壤均匀混合，二者浓度分别为:150mg/kg土和15mg/kg土。一次性施入基肥(NH4)₂SO₄，24.3g；KH₂PO₄，7.02g；K₂SO₄，24.52g，混合均匀并保持供试土壤含水量为田间持水量的60％，静置平衡2周后装盆备用，试验容器为长方体塑料花盆(L*W*H：50*15*20cm)，底部有孔，带托盘)，每盆定量装入4kg土。

(3)根茎类植物幼苗培育

静置结束后，将供试植物幼苗移栽到装好铀镉模拟污染土壤的花盆中，为减少系统误差，每次重复均设置一组不添加铀镉元素的为空白组，每种植物设置3次重复。栽培过程中定期浇水以保持栽培盆中土壤含水量为田间持水量的60％左右，并将托盘中的沥出物全部重新倒回花盆中，待植物完成各自生长期之后收获，进行相关指标的测定。

选择罐罐菜、红萝卜、白萝卜、凉薯、菊芋、榨菜、藠头、瓣蒜、紫薯9种植物进行培育。

紫薯幼苗培育及种植方式

紫薯叶在适宜的气候条件下可终年生长。气温稳定在15℃以上就可种植，作露地栽培紫薯是地下结块的作物，它需要深、松、活的良好土壤环境，土壤要求提前15天深翻25～35厘米，深沟大垄为好，达到深耕、土细，垄距一般在60～70厘米，垄高25～30厘米。结合土地深翻，每677平米用47％乐斯本250～500克配1000倍溶液施于土层，然后深翻，以防治地下害虫。

在气温达到15度左右时，将种薯出窖准备育苗。先做好苗床，选择背风向阳、地势高燥、土壤通透性好、富含有机质的土壤做苗床。苗床宽1.2米，厚度20～30厘米，长视地块而定，亩施熟腐人粪尿10担作底肥。将种薯横放连接排在苗床上，一般每平方米用种薯15千克左右，尾部着泥，头尾方向一致，行间距5厘米左右，上盖2厘米厚细土，用喷雾器将土喷湿，盖好地膜，复盖天膜，保湿保温，及时培土，等到芽苗长到二十厘米以上时，就可以剪插到污染土壤中进行盆栽。

菊芋幼苗培育及种植方式

菊芋在春季气温稳定在15℃以上就可种植，选择头年秋冬砂藏后的20-25克重的块茎播种，亩需块茎种子50千克，株行距0.5×0.5米，播种深度10-20厘米，当苗长至15-20cm时将其切段移栽至污染土壤中进行盆栽，保持切段芽株上至少有3片以上的叶片。

花叶榨菜幼苗培育及种植方式

榨菜采用播种繁殖，以秋播为主，选择土层较深厚、土质疏松、富含有机质及排灌便利的地块作育苗地，于播种育苗前深翻晒白，然后作成1.1～1.3米宽的平畦。播前先把种子浸湿，每50克种子用10千克草木灰、细沙拌匀，每10平方米苗床播种子5克，一般可供1亩大田用苗。撒播，播后用细碎土杂肥盖种，并用稻草覆盖畦面，以保持湿润。播后3～4天子叶出土及时除去覆盖物。幼苗出现第一真叶时，进行第一次间苗，间苗时要注意拔除生长快，叶片大，苗株高的变种苗，2-3片真叶时第二次间苗，拔除病、弱苗和变态苗，最后保持苗距5-6.5厘米见方，以免拥挤徒长，出苗15天后，要适当控制水肥，促进壮苗。苗期追施20％人粪水2-3次，移前补追肥一次，当苗龄25-30天，具5-6片真叶时移栽到污染土壤中进行盆栽。

其余植物培育方式参考《蔬菜栽培》(韩世栋主编，2001，中国农业出版社)。

(4)生物量测定

用去离子水洗净采收的样品，多余的水分使用滤纸吸干，将采收的植物分为地上部、贮藏部和地下部(本研究中块茎植物的根部指所有形态学根部，块根植物的根部指除去肉质根后的所有须根系)并分别装袋，标记后置于烘箱内110℃杀青3h，之后75℃烘至恒重，用电子天平分别测定地上部、贮藏部和地下部的干物质量。

(5)铀镉含量测定

将块茎植物分地上部、块茎(贮藏部分)、根系三部分，块根植物分地上部，块根(贮藏部分)，须根，各部分分开研磨并过100目筛，每个样品称取0.3g(个别质量浮动浮动视植物样品总量而定)，进行石墨炉(SH220)消解。最后采用IAA(火焰原子吸收光谱仪，AA700，美国)测定消解样品中Cd含量，ICP-MS(等离子电感耦合质谱仪，Agilent7700x，美国安捷伦公司)测定U含量，每个样品重复测定3次。

6)参数计算

植物在铀镉污染条件下的生物量，如表1所示。

表1

对照CK表示植物在非模拟污染土壤中自然生长状态下的生物量，分析表2-1可以看出，紫薯、菊芋、凉薯地上部CK生物量较大，其中紫薯最大为40.20g；藠头地上部生物量最小仅为0.94g，铀镉胁迫下大部分植物生物量略低于对照，但差异不显著。紫薯、菊芋贮藏部CK及铀镉胁迫下生物量均大于其他植物，紫薯最大为33.77g和31.06g。铀镉处理下，花叶榨菜贮藏部生长受到抑制，仅约为对照的1/4。菊芋、紫薯、凉薯的地下部生物量较大，其中菊芋最大9.61g，红萝卜地下部生物量最小仅0.3g，铀镉处理下，罐罐菜地下部生物量显著高于对照，为对照的4.56倍。植物整株CK生物量，紫薯、菊芋、凉薯生物量较大，其中紫薯最大为77.72g，藠头单株CK生物量最低仅有3.41g，二者相差21.79倍。铀镉处理下，绝对生物量前三位分别为紫薯、菊芋、凉薯。

植物对铀镉的吸收、转运和富集

植物对铀的吸收能力，如表2所示。

表2

植物各部铀含量反映植物对铀的吸收能力。9种植物各部位铀含量如表2所示，根部是吸收铀元素的主要部位，其中凉薯的根部铀含量最高为203.39mg/kg。菊芋根部铀含量仅次于凉薯，紫薯、瓣蒜、藠头、罐罐菜地下部均具有较强的铀吸收能力。红萝卜、白萝卜和花叶榨菜的各部分以及单株铀含量均较小，表明其对铀的吸收能力较差。藠头、瓣蒜、紫薯地上部的铀含量明显高于其他几种植物。

植物对镉的吸收能力，如表3所示。

表3

比较9种植物各部位镉含量如表3)所示，紫薯各部分镉含量均比较高，单株镉含量高达142.39mg/kg，远远高于其他几个品种，对镉具有较强的吸收能力。白萝卜和红萝卜的单株镉含量仅次于紫薯，具有较好的镉吸收能力。瓣蒜的根部镉含量最高达到322.99mg/kg，对镉吸收能力很强，但其他部位镉含量远远低于其根部镉含量，单株镉镉含量最低。

植物对铀+镉的吸收能力，如表4所示。

表4

比较9种植物各部位镉含量如表4所示。植物的根部铀和镉的含量均高于地上部和贮藏部分，其中瓣蒜、藠头和紫薯的根部铀和镉的含量居于前三位，分别为459.22mg/kg、368.12mg/kg和361.38mg/kg。同时分析植物的单株铀和镉的含量可知，菊芋的单株铀和镉的含量最低，为53.69mg/kg。而紫薯的单株铀和镉的含量最高，为163.63mg/kg，远远高于其他的品种。说明紫薯是一种超富集重金属铀和镉的植物。

植物对铀镉的富集能力

植物各部铀富集系数，如表5所示。

表5

植物根部的铀富集系数均高于地上部分和贮藏部分。其中凉薯和菊芋的铀富集系数居于前两位，分别为1.36和1.31。单株的富集系数中，藠头和凉薯居于前两位，分别为0.33和0.27。红萝卜和白萝卜的单株镉富集系数最低，均为0.03。

植物各部镉富集系数，如表6所示。

表6

由于镉的金属性质与植物必需元素锌相似且土壤中外源镉浓度较低，大部分植物对镉的富集水平较高。上表显示的是9种铀镉复合污染处理下植物各部镉富集系数。植物根部的镉富集系数均高于地上部和贮藏部分。其中瓣蒜和紫薯的根部镉富集系数居于前两位，分别为21.53和17.29。但是瓣蒜的单株镉富集系数为9个品种中最低，为1.03。紫薯单株镉富集系数均居于首位，为9.49。紫薯具备超富集植物富集系数大于1的特点，说明紫薯为重金属镉的超富集植物。

植物各部铀+镉富集系数，如表7所示。

表7

表从上表可见，红萝卜和白萝卜的地上部分的铀和镉的富集系数居于前两位，均高于10，分别为11.27和10.81。白萝卜的地上部分铀和镉的富集系数高于根部，说明白萝卜的重金属转运能力最强。除了白萝卜外，其它品种根部的铀和镉的富集系数均高于地上部分和贮藏部分，其中瓣蒜和紫薯的根部的铀和镉的富集系数居于前两位，分别为22.44和17.97。同时紫薯的单株铀和镉的富集系数居于首位，为9.63，说明紫薯是一种超富集重金属铀和镉的植物。

植物对铀镉的转运能力

植物铀镉转移系数如表8所示。

表8

TF1表示污染物从植物地下部转运贮藏部的转运系数，TF2表示污染物从贮藏部转运至地上部的转运系数。

分析表8可知，铀的TF1最小的为罐罐菜和白萝卜，均为0.03。最大的为凉薯，为0.35。铀的TF1整体来说都比较小，说明所选的9种植物将地下部转运至贮藏部的能力较弱。分析铀的TF2中，花叶榨菜最大，凉薯最小，分别为5.33和0.10。铀的TF1整体比TF2小，说明供试植物将铀从贮藏部转运到地上部的能力比从地下部转运到贮藏部的能力强。

供试植物镉的TF1整体比TF2小，说明供试植物将镉从贮藏部转运到地上部的能力比从地下部转运到贮藏部的能力强。其中镉的TF1最大的白萝卜，为0.59。镉的TF2最小的藠头，为0.53。镉的TF2最大的为紫薯，高达2.65，说明紫薯对镉从贮藏部转运到地上部的转运能力较强。

供试植物铀和镉的TF1整体比TF2小，说明供试植物将铀和镉从贮藏部转运到地上部的能力比从地下部转运到贮藏部的能力强。铀和镉的TF1最大的为红萝卜，最小的是大蒜，分别为0.62和0.16。铀和镉的TF2最大的为大蒜，最小的为凉薯，分别为3.17和0.61。而紫薯的铀和镉的TF1和TF2均居中，说明紫薯对重金属铀和镉的转运能力一般。

植物对铀镉的积累能力

为了综合生物量和重金属含量两方面的的影响，更全面的表征植物对重金属的绝对富集量，本研究计算了植物地上部、贮藏部、地下部及单株的铀镉积累。

植物的铀积累量如表9所示。

表9

由表9可见，地上部铀积累量最高为紫薯，大蒜次之；贮藏部铀积累量最高为凉薯，菊芋、紫薯次之，地下部铀积累量最高为菊芋，凉薯和紫薯次之。单株铀积累量则为菊芋最高，凉薯、紫薯次之。红萝卜所有部位的铀积累量均为最小。

植物的铀积累量如表10所示。

表10

由表10可见，地上部镉积累量最高为白萝卜，紫薯次之；贮藏部镉积累量最高为紫薯，花叶榨菜次之，地下部镉积累量最高为罐罐菜，紫薯次之。单株镉积累量则为紫薯最高，白萝卜次之。除白萝卜地下部镉积累量最小外，其余指标均以藠头为最小。

植物的铀+镉积累量如表11所示。

表11

由表11可见，地上部铀+镉积累量最高为白萝卜，紫薯次之；贮藏部铀+镉积累量最高为紫薯，凉薯次之，最小为地下部铀+镉积累量最高为罐罐菜，菊芋次之。单株铀+镉积累量则为紫薯最高，菊芋次之。4个指标最小的均为藠头。

根据本发明上述研究可见，相同植物的不同部位对铀镉吸收富集转运效果会因为生物量的不同而不同，同一部位也会因为植物种类的不同而呈现不同的吸收富集效果，因此植物对重金属的吸收富集转运是多种因素综合的结果，且这些因素并不协调一致，因此要想系统全面的评价某种植物对某种重金属的吸收富集效果，需要对相关的各个因素进行量化相加，得到综合评分，从而使筛选结果更具科学性和典型性。

主成分分析法可以将涉及重金属吸收富集能力的多个具有相关性的指标简化为少数几个彼此独立的成分，这些成分会包含样本大部分信息，我们可以对这些主成分进行相关运算以得到各个样本的综合评价得分。

7)植物综合评价

选取与植物吸收富集相关的各部生物量，铀镉含量，富集系数，富集量系数，转移系数等19个元素作为植物综合评价指标。

相关性分析

可以做主成分分析的前提是各指标之间具有一定的相关性，分别植物铀和镉的19个指标进行相关性分析，结果显示指标间具有显著相关性，大部分指标在P<0.01达到极显著水平，初步确定可以做主成分分析。

KOM检测

主成分分析中，当KOM检测值大于0.5时，便可进行主成分分析，本试验铀镉KOM检测结果分别为0.566和0.530，显著性小于0.01，数据适合进行主成分分析。

综合评价结果

(1)运用spss stastic.22进行主成分分析。根据特征根大于1，分别提取关于植物吸收转运富集铀的4个主成分和关于植物吸收转运富集镉的5个主成分，如表12所示.

表12各指标主成分提取

注：提取方法——主成分提取法

(2)根据各指标的因子载荷和各主成分的对应特征根，由公式2-1得到各指标的变量系数如表13所示。

变量指标系数Eij＝ej/√λi i＝1,2,3,…,n 公式2-1

式中，Eij第i个主成分的第j个变量的变量系数，e_j是第j镉指标主成分分析结果的因子载荷，λi是第i个主成分的特征根(所取主成分的所有特征根均大于1)

表13各指标变量系数矩阵

注：提取方法——主成分提取法

(3)根据主成分分析法得到的各指标的贡献率，由公式2-2，2-3，2-4分别计算出主成分隶属函数，

隶属函数值：U(Xi)＝(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)i＝1,2,3,…,n公式2-2

式中，Xi为第i个主成分综合指标，X_min，X_max为第i个主成分的最小值和最大值。

主成分权重：Ci＝Pi/∑ⁿ _i＝1Pi i＝1,2,3,…,n 公式2-3

Ci为第i主成分权重，表示第i个主成分在所有主成分中主要程度

Pi为第i个主成分方差贡献率，表示指标对第i个主成分的贡献率

综合评价D值：D＝∑ⁿ _i＝1(U(Xj)*Ci)i＝1,2,3,…,n 公式2-4

主成分权重以及最后的综合得分D值，如表14所示。

表14各植物铀镉综合评价得分

8)修复铀镉复合污染根茎类植物筛选

由表14可知，菊芋铀综合D值最高为0.82，其次为紫薯；铀综合评价最差的是华业榨菜，仅0.01；镉综合评价最高的是紫薯D值达到0.91，其主要原因是紫薯不仅具有良好的镉吸收能力，其生物量也大于其他供试植物，大蒜镉综合评价最小，仅0.01。对植物的铀镉评分D值进行加和，发现紫薯>菊芋>凉薯，最较小的是花叶榨菜和大蒜卜，总评分分别为0.29和0.21。

从9种植物的三个综合评价值来看，紫薯，菊芋的D值均居于前二位，说明此二种植物对铀镉的吸收转运富集综合能力较强。而花叶榨菜和大蒜的综合评价值居于9种植物较低水平，说明二者对铀镉的吸收转运富集能力较弱。综上所述，结合植物实际栽培情况，最终选取紫薯、菊芋为铀镉富集植物，榨菜和大蒜为铀镉低积累植物。

Claims (4)

1.一种修复土壤铀镉复合污染的根茎类植物的筛选方法，包括：

1)递进拌制法模拟污染土壤：量取250g UO₂(NO₃)₂·6H₂O和18.68g CdCl₂·5/2H₂O混合入1kg供试土壤中并搅拌均匀，再将混合均匀的土壤混入9kg空白土壤中并混合均匀，将其混入90kg空白土壤中，同时混入24.3g(NH₄)₂SO₄、7.02g KH₂PO₄和24.52g K₂SO₄，然后将该混合土壤分为5等分，即5个20kg混合土壤，将这5份土壤分别混入5份180kg的空白土壤中，最终得到铀镉浓度分别为150mg/kg和15mg/kg的U+Cd模拟污染土壤；

2)静置平衡：保持供试土壤含水量为田间持水量的60％，静置平衡2周后装盆备用，试验容器为长宽高：50*15*20cm的底部有孔且带托盘的长方体塑料花盆，每盆定量装入4kg步骤1)的土作为实验组，同时设置不含外源铀镉的空白组；

3)培育：将根茎类植物幼苗移植到实验组和空白组花盆种植培育一段时间，每个实验组设三个重复；

4)生物量测定：用去离子水洗净采收的样品，滤纸吸干多余水分，将采收的植物分为地上部、贮藏部和地下部，并分别装袋，标记后置于烘箱内110℃杀青3h，之后75℃烘至恒重，用电子天平分别测定地上部、贮藏部和地下部的干物质量；

5)铀镉含量测定：将块茎植物分地上部、块茎、根系三部分，块根植物分地上部、块根、须根，各部分分开研磨并过100目筛，每个样品称取0.3g，进行石墨炉消解，然后采用火焰原子吸收光谱仪测定消解样品中Cd含量，等离子电感耦合质谱仪测定U含量，每个样品重复测定3次；

6)参数计算：计算植物地上部、贮藏部、地下部及单株的铀含量、镉含量、铀+镉含量、铀富集系数、镉富集系数、铀+镉富集系数、铀积累量、镉积累量、铀+镉积累量，和单株的铀转移系数、镉转移系数和铀+镉转移系数；

7)植物综合评价：选取与植物吸收富集相关的多个元素作为植物综合评价指标，进行主成分分析，提取关于植物吸收转运富集铀的主成分和关于植物吸收转运富集镉的主成分，根据主成分分析法得到的各指标的贡献率，分别计算出主成分隶属函数，主成分权重以及综合得分；所述与植物吸收富集相关的多个元素包括地上部生物量、地下部生物量、贮藏部生物量、单株生物量、地上部铀镉含量、地下部铀镉含量、贮藏部铀镉含量、地上部富集系数、地下部富集系数、贮藏部富集系数、地上部富集量、地下部富集量、贮藏部富集量、单株富集量、地上部富集系数、地下部富集系数、贮藏部富集系数、地下部向贮藏部转运系数、贮藏部向地上部转运系数；所述关于植物吸收转运富集铀的主成分包括植物铀吸收能力、植物铀转运能力、植物铀富集能力和生物量；所述关于植物吸收转运富集镉的主成分包括植物镉吸收能力、植物镉转运能力、植物镉富集能力、植物镉提取能力和生物量；

8)根据综合得分筛选出修复铀镉复合污染根茎类植物，具体为通过植物U富集综合得分和镉富集综合得分的合计得分进行筛选。

2.根据权利要求1所述的修复土壤铀镉复合污染的根茎类植物的筛选方法，其特征在于，所述根茎类植物包括罐罐菜、红萝卜、白萝卜、凉薯、菊芋、榨菜、藠头、瓣蒜和紫薯。

3.根据权利要求1所述的修复土壤铀镉复合污染的根茎类植物的筛选方法，其特征在于，所述主成分分析运用spss stastic.22进行。

4.根据权利要求1所述的修复土壤铀镉复合污染的根茎类植物的筛选方法得到的根茎类植物在修复土壤铀镉复合污染中的应用，其特征在于，所述根茎类植物为紫薯和菊芋。