土壤中镉元素植物有效性的确定方法及评价方法

本公开属于环境分析化学领域，具体涉及一种土壤中镉元素植物有效性的确定方法及评价方法。

背景技术：

1、土壤镉污染的直接影响是生长的农作物镉含量超标；人体长期食用含有高浓度镉的食物(如稻米、小麦等)会对身体器官产生毒性，并通过抑制体内dna修复机制诱发癌症。目前，土壤镉污染已成为全世界范围内重点关注的环境问题。

2、与其他非必需元素相比，土壤中镉的迁移性较高，易从土壤迁移到植物体中，进而累积在籽粒中。土壤镉污染已对粮食安全和普通民众健康构成了巨大威胁。

3、植物是与土壤相互作用最为密切的生物，植物中镉的累积量普遍认为取决于土壤中镉的植物有效性，而不是由土壤中的总镉含量决定的。目前已有多种化学提取方法用于评估土壤中镉的植物有效性及形态变化，如单一化学试剂提取法、顺序提取法和同位素稀释法等。上述方法的本质是基于镉在土壤中可能的存在形态及其结合强弱程度，通过选择合适的化学试剂将部分镉从土壤中提取分离，并将其定义为植物可利用组分。这一过程由人为操作定义，一方面并不能提供准确的植物有效性信息，可能会造成低估或高估镉的植物有效性；另一方面，这些提取方法的结果因土壤类型、土壤性质、提取剂种类等因素的影响存在巨大差异。

4、因此，提供一种能够准确表示或评价土壤中镉的植物有效性的方法具有深远意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，为解决相关技术中的以及其他方面的至少一种技术问题，本公开提出了一种土壤中镉元素植物有效性的确定方法，包括：

2、采集含镉元素的土壤，风干除杂后得到第一土壤样本，将第一土壤样本与目标植物生长肥料混合，得到第二土壤样本；

3、在不同模拟环境的条件下，以第二土壤样本培育目标植物；

4、分别对第二土壤样本中不同形态的镉元素以及目标植物的不同组织中的镉元素进行提取，通过质谱分析法测定镉元素含量；其中，第二土壤样本中不同形态的镉元素包括水溶态镉元素、酸溶态镉元素以及基于同位素稀释的硝酸钙提取态镉元素；

5、对第二土壤样本中不同形态的镉元素含量以及目标植物的不同组织中的镉元素含量进行线型拟合，得到相关性系数；

6、对比相关性系数的数值大小，确定水溶态镉元素为土壤中镉元素植物有效性的评价指标。

7、根据本公开的实施例，第二土壤样本中还包括以富集稳定同位素标记的镉溶液作为游离镉源。

8、根据本公开的实施例，水溶态镉元素的提取方法包括：在培育目标植物的过程中，采集第二土壤样本，冻干后加去离子水浸提，过滤酸化后得到水溶态样品。

9、根据本公开的实施例，酸溶态镉元素的提取方法包括：在培育目标植物的过程中，采集第二土壤样本，冻干后加弱酸浸提，后过滤得到酸溶态样品。

10、根据本公开的实施例，基于同位素稀释的硝酸钙提取态镉元素的提取方法包括：在培育目标植物的过程中，采集第二土壤样本，冻干后加入硝酸钙溶液和镉富集同位素溶液，振荡离心后，过滤得到基于同位素稀释的硝酸钙提取态样品。

11、根据本公开的实施例，对目标植物的不同组织中的镉元素进行提取的方法包括：在培育目标植物的过程中，采集目标植物的组织，清洗干燥后，经过消解处理后，得到目标植物的不同组织中的镉元素样品。

12、根据本公开的实施例，消解处理包括使用硝酸和双氧水对目标植物的组织进行浸泡。

13、根据本公开的实施例，不同模拟环境包括：酸雨环境组、碱性环境组、生物炭环境组。

14、根据本公开的实施例，目标植物包括小麦、水稻，目标植物的不同组织包括根、茎、叶、籽粒。

15、在本公开的另一方面还提出了一种土壤中镉元素植物有效性的评价方法，包括：

16、在培育目标植物的过程中，采集土壤样本，冻干后加入去离子水浸提，过滤酸化后得到水溶态样品；

17、通过质谱分析法对水溶态样品进行测定，得到土壤样本中水溶态镉元素含量；

18、以水溶态镉元素含量作为土壤中镉元素植物有效性的评价指标，得到土壤中镉元素植物有效性含量。

19、根据本公开的实施例，一方面，在保证植物生长环境的一致性的条件下，验证了土壤中不同形态存在的镉元素中，水溶态镉元素的含量与植物组织中的镉元素含量相关性最高；另一方面通过改变环境条件，观察不同形态的镉元素对环境变化的敏感程度，最终确定了以所述水溶态镉元素作为土壤中镉元素植物有效性的评价指标。这种确定方法是在评估不同修复措施对植物-镉污染土壤的修复研究中，在对不同化学可提取态镉浓度及相关植物组织镉含量分析的基础上，创建了一种可用于土壤中镉植物有效性评估的新方法，可准确高效的表征土壤中镉元素的植物有效性，并可用于预测污染土壤中镉元素植物有效性累积的潜力，评估土壤中镉元素真正的环境风险。

技术特征：

1.一种土壤中镉元素植物有效性的确定方法，包括：

2.根据权利要求1所述确定方法，其中，所述第二土壤样本中还包括以富集稳定同位素标记的镉溶液作为游离镉源。

3.根据权利要求1所述确定方法，其中，所述水溶态镉元素的提取方法包括：

4.根据权利要求1所述确定方法，其中，所述酸溶态镉元素的提取方法包括：

5.根据权利要求1所述确定方法，其中，所述基于同位素稀释的硝酸钙提取态镉元素的提取方法包括：

6.根据权利要求1所述确定方法，其中，对所述目标植物的不同组织中的镉元素进行提取的方法包括：

7.根据权利要求5所述确定方法，其中，所述消解处理包括使用硝酸和双氧水对所述目标植物的组织进行浸泡。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的确定方法，其中，所述不同模拟环境包括：酸雨环境组、碱性环境组、生物炭环境组。

9.根据权利要求1～6中任一项所述的确定方法，其中，所述目标植物包括小麦、水稻，所述目标植物的不同组织包括根、茎、叶、籽粒。

10.一种土壤中镉元素植物有效性的评价方法，包括：

技术总结
本公开提出了一种土壤中镉元素植物有效性的确定方法，包括：采集含镉元素的土壤，风干除杂后得到第一土壤样本，将第一土壤样本与目标植物生长肥料混合，得到第二土壤样本；在不同模拟环境的条件下，以第二土壤样本培育目标植物；分别对第二土壤样本中不同形态的镉元素以及目标植物的不同组织中的镉元素进行提取，通过质谱分析法测定镉元素含量；其中，第二土壤样本中不同形态的镉元素包括水溶态镉元素、酸溶态镉元素以及基于同位素稀释的硝酸钙提取态镉元素；对第二土壤样本中不同形态的镉元素含量以及目标植物的不同组织中的镉元素含量进行线型拟合，得到相关性系数；比较相关性系数，确定以水溶态镉元素为土壤中镉元素植物有效性的评价指标。

技术研发人员：阴永光,董强,刘艳伟,王子迪
受保护的技术使用者：中国科学院生态环境研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16