CN1825114A - 一种土壤中植物有效态金属元素检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种土壤中植物有效态金属元素检测方法，主要步骤为：1)按摩尔比为乙酸∶乳酸∶柠檬酸∶苹果酸＝4∶2∶1∶1制备提取液；2)按1克根际土/10毫升提取液的比例混合10－20小时，取上清液，测定上清液中各种金属元素浓度，该浓度为土壤可提取态重金属元素浓度；3)采集的植物去除吸附在根部表面的金属离子，将植物根消解后测定植物茎和根部中各种金属元素的含量，此值为植物吸收金属元素的含量；4)用步骤2和3测得的各种金属元素的含量做线性相关分析，根据两者之间的相关系数评估土壤提取态溶液中的重金属元素浓度与植物积累之间的关系。
Description
技术领域
本发明涉及土壤中金属元素的检测方法，具体地说涉及土壤中植物有效态金属元素生物可给性评价的方法，包括提取剂的选择、根际土的获得和去除植物根表皮吸附离子的方法。
背景技术
以往预测土壤中金属元素生物可给性的方法学有：游离金属离子活性模型、同位素稀释、薄层梯度扩散土壤溶液中重金属浓度与植物中重金属积累量之间的相关分析等。这些方法是基于土壤中金属元素的物理化学性质，但忽略了植物吸收过程对生物可给性的决定性影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种土壤中植物有效态金属元素检测方法。本发明的方法是基于根际过程，具有普遍适用性的评价土壤中重金属生物可给性的特点。本发明反映土壤中发生的复杂的物理化学反应和生物过程对植物吸收金属元素的整体综合作用，具有操作简单、适用于不同性质土壤的特点。
本发明提出的原则是：生物可利用性研究要接近植物在土壤中生长的实际环境条件，要能反映土壤中发生的复杂的物理化学反应和生物过程对植物吸收金属元素的整体综合作用。其关键是强调植物根际微环境的特点。提出了应用植物根分泌的低分子量有机酸做萃取剂，用根际土壤中获取的“可移动性根际湿土壤溶液级分”预测生物可利用性。应用根际土壤可以避免金属元素形态的变化和不搅动根际土的环境。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
(1)制备提取剂，本发明的提取剂为低分子量有机酸混合溶液，其组成按摩尔比为乙酸∶乳酸∶柠檬酸∶苹果酸＝4∶2∶1∶1。
(2)按1克根际土/10毫升提取液的比例混合10-20小时，取上清液，测定上清液中各种金属元素浓度，该浓度为土壤可提取态重金属元素浓度。
需要说明的是，本发明定义的根际土是指距植物根部20mm范围内的土壤。
(3)采集的植物去除吸附在根部表面的金属离子，将植物根消解后测定植物茎和根部中各种金属元素的含量，此值为植物吸收金属元素的含量。
(4)将步骤2和3测得的各种金属元素的含量做线性相关分析，根据两者之间的相关系数评估土壤提取态溶液中的重金属元素浓度与植物积累之间的关系。
附图说明
图1、本发明的根际箱示意图；
图2、本发明根表皮吸附离子洗脱条件。
具体实施方式
为了验证基于根际过程的生物可给性方法学的普适性，本发明采用图1所示的盆栽实验种植小麦或大麦，用简单线性相关、多元回归分析评估土壤溶液组分中的重金属浓度与植物积累之间的关系。并与其它萃取方法包括乙二胺四乙酸(EDTA)、二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)、CaCl2、和NaNO3方法进行比较。所有这些数据处理方法均显示本发明提出的基于根际过程的生物可给性评价方法优于其它文献报道的提取方法，具有普遍适用性。
图1为本发明的一个根际箱，以植物根部为中心，在植物两侧纵向各设置有三层300目的尼龙网，将根际箱内分为四个区：根际区S1、近根际区S2、远近根际区S3和非根际区S4。根际区的宽度为20mm，其它三个区的宽度均为16mm。
测试例1：植物根用1.0mmol/L CaCl2洗涤可以解吸吸附在根细胞表面的重金属元素，在洗涤20分钟后吸附在根表面的金属离子可以完全被解吸，如图2所示。经过CaCl2洗涤后的重金属元素可以被认为是跨膜吸收的部分。此部分金属离子是不为植物所吸收的。
测试例2：选取15种具有不同性质且具有代表性的中国土壤，分别用本发明建立的土壤有效态金属元素的提取方法和文献报道的DTPA、EDTA、CaCl2和NaNO3提取根际区湿土壤，测得提取液中各金属元素的含量，与植物根、茎中金属元素的累积量做线性回归，结果见表1。通过比较相关系数证明本发明建立的基于根际过程的方法优于其它现有的提取方法。
测试例3：分别用本发明建立的土壤提取方法和文献报道的DTPA、EDTA、CaCl2和NaNO3提取剂提取大田土壤，测得提取液中各金属元素的含量，与植物根中金属元素的累积量做线性回归，结果见表2。证明混合低分子量有机酸提取态更能代表可为植物吸收的金属有效态。
测试例4：将15种土壤分为酸性和中性与弱碱性两类土壤，分别用本发明建立的土壤有效态金属元素的提取方法和文献报道的DTPA、EDTA、CaCl2和NaNO3提取根际区湿土壤，分两类土壤将测得提取液中各金属元素的含量与植物根中金属元素的累积量做线性回归，结果见表1。表明本发明建立的基于根际过程的提取方法可适用于不同性质的土壤，而其它方法对不同性质的土壤都有一定的局限性。
测试例5：将植物根中重金属元素含量与土壤不同提取方法的金属元素提取态含量、土壤性质做多元回归，结果见表4。可以看出本发明建立的基于根际过程的评价生物可给性的方法只需土壤可提取态元素含量来预测植物累积金属元素，而其它所有方法均需加入一个或两个土壤性质作为参数。证明本发明所提取的金属元素能代表植物可利用的有效态。
表1、不同提取方法根际土中金属元素提取量与大麦根、茎中金属元素富集量线性回归相关系数(n＝15).
| 元素 | 提取方法 | |||||
| RHIZOa | DTPA | EDTA | CaCl2 | NaNO3 | ||
| 茎 | Cr | 0.787*** | -0.164 | -0.027 | 0.395 | 0.267 |
| Cu | -0.041 | 0.213 | 0.309 | -0.085 | 0.191 | |
| Zn | 0.203 | 0.793*** | 0.760*** | 0.421 | 0.107 | |
| Cd | 0.853*** | 0.451 | -0.052 | -0.200 | 0.098 | |
| Ni | 0.180 | -0.142 | -0.464 | -0.365 | -0.010 | |
| Pb | 0.022 | 0.206 | 0.658** | 0.179 | 0.173 | |
| 根 | Cr | 0.745*** | 0.008 | 0.144 | 0.533** | 0.329 |
| Cu | 0.709*** | 0.726*** | 0.250 | -0.016 | 0.301 | |
| Zn | 0.719*** | 0.717*** | 0.544** | 0.573** | -0.271 | |
| Cd | 0.732*** | 0.362 | 0.092 | -0.230 | -0.038 | |
| Ni | 0.094 | -0.026 | 0.149 | -0.175 | -0.423 | |
| Pb | -0.447* | 0.077 | -0.006 | -0.220 | 0.143 | |
*，**和***分别表示p＜0.1，p＜0.05和P＜0.01；aRHIZO＝代表基于根际过程的提取方法.
表2、不同提取方法本田土中金属元素提取量与大麦根中金属元素富集量线性回归相关系数(n＝15)
| 元素 | 提取方法 | ||||
| RHIZOa | DTPA | EDTA | CaCl2 | NaNO3 | |
| Cr | 0.535** | 0.128 | -0.087 | 0.068 | 0.417 |
| Cu | 0.691*** | 0.687*** | 0.166 | -0.139 | 0.026 |
| Zn | 0.638** | 0.661*** | 0.269 | 0.333 | 0.012 |
| Cd | 0.606** | 0.379 | 0.316 | 0.093 | 0.227 |
| Ni | -0.313 | -0.379 | 0.032 | -0.150 | -0.284 |
| Pb | 0.070 | -0.034 | 0.397 | -0.197 | -0.064 |
*，**和***分别表示p＜0.1，p＜0.05和P＜0.01
aRHIZO＝代表基于根际过程的提取方法.
表3、酸性土壤、中性和弱碱性土壤中金属元素提取量与大麦根中金属元素富集量线性回归相关系数
| 元素 | 提取方法 | |||||||||
| RHIZOa | DTPA | EDTA | CaCl2 | NaNO3 | ||||||
| 酸性土壤 | 中性或弱碱性土壤 | 酸性土壤 | 中性或弱碱性土壤 | 酸性土壤 | 中性或弱碱性土壤 | 酸性土壤 | 中性或弱碱性土壤 | 酸性土壤 | 中性或弱碱性土壤 | |
| Cr | 0.725* | 0.732** | -0.005 | 0.019 | 0.195 | 0.104 | 0.739* | -0.581 | 0.454 | -0.257 |
| Cu | 0.818** | 0.789** | 0.453 | 0.794** | 0.723* | -0.364 | 0.196 | -0.138 | 0.191 | 0.386 |
| Zn | 0.687* | 0.727** | -0.694* | 0.885*** | 0.836*** | 0.597 | 0.431 | 0.346 | -0.111 | -0.381 |
| Cd | 0.798** | 0.880*** | -0.501 | 0.958*** | -0.350 | 0.005 | -0.298 | -0.150 | 0.268 | -0.893*** |
| Ni | 0.283 | -0.146 | 0.024 | 0.095 | -0.101 | 0.306 | -0.743* | -0.094 | -0.565 | -0.112 |
| Pb | -0.532 | -0.385 | 0.203 | 0.437 | 0.253 | -0.323 | -0.031 | -0.371 | -0.190 | 0.286 |
*，**和***分别表示p＜0.1，p＜0.05和P＜0.01
aRHIZO＝代表基于根际过程的提取方法.
表4、植物根中重金属元素含量与土壤提取态含量、土壤性质的多元回归结果
| 提取方法 | 回归步骤 | Crroot | Cdroot | Curoot | Znroot | ||||
| 变量 | 相关系数r | 变量 | 相关系数r | 变量 | 相关系数r | 变量 | 相关系数r | ||
| RHIZOa | 12 | Cr | 0.745*** | Cd | 0.732*** | Cu | 0.709** | ZnOM | 0.719***0.805*** |
| DTPA | 123 | Cr×OMCry-FeAmor-Fe | 0.540**0.650**0.730** | Cd×Amor-FeCdAmor-Fe | 0.646***0.760***0.826*** | (-)Cu×pHAmor-Fe | 0.777***0.866*** | ZnAmor-Fe(-)MnO2 | 0.717***0.825***0.860*** |
| EDTA | 12 | Cry-FeCr×OM | 0.467*0.671** | Cry-Fe | 0.653*** | Cu×Cry-Fe(-)Cu×pH | 0.478*0.580* | (-)Zn×Cry-FeZn | 0.680***0.909*** |
| NaNO3 | 12 | Cr×OM | 0.760*** | (-)Cd×pHCry-Fe | 0.673**0.871** | Cu×Cry-Fe | 0.642** | Amor-FeOM | 0.612**0.711** |
| CaCl2 | 123 | Cr×OM(-)CEC | 0.815***0.880*** | Cry-Fe(-)Cd×Cry-FeAmor-Fe | 0.653***0.727***0.796*** | Amor-Fe | 0.453* | Amor-FeZn×OM(-)CEC | 0.612**0.716***0.780*** |
*，**和***分别表示p＜0.1，p＜0.05和P＜0.01
aRHIZO＝代表基于根际过程的提取方法.
Claims (4)
1.一种土壤中植物有效态金属元素检测方法，主要步骤为：
a)制备提取剂，按摩尔比为乙酸∶乳酸∶柠檬酸∶苹果酸＝4∶2∶1∶1；
b)按1克根际土/10毫升提取液的比例混合10-20小时，取上清液，测定上清液中各种金属元素浓度；
c)采集的植物洗涤去除吸附在根部表面的金属离子，将植物根消解后测定植物茎和根部中各种金属元素的含量；
d)将步骤b和c测得的含量做线性相关分析，根据两者之间的相关系数评估土壤提取态溶液中的重金属元素浓度与植物积累之间的关系；
所述根际土是采集距植物根部20mm范围内的土壤。
2.权利要求1的方法，其特征在于，步骤b中根际土与提取液震荡混合10-20小时，离心后取上清液.
3.权利要求1的方法，其特征在于，根际土为湿根际土。
4.权利要求1的方法，其特征在于，步骤c的洗涤液是1毫摩尔的CaCl2洗涤20分钟。
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