铅锌矿区土壤重金属污染与优势植物累积特征.pdf

第3 6 卷第4 期 中国矿业大学学报 V 0 1 ．3 6N o ．4 2 0 0 7 年7 月J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g yJ u l y2 0 0 7 文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 W Z n W P b 仞 M n 仞 C r W C u X2 区的W C u 和 w C r 最大，分别为1 4 6 1 0 _ 6 和1 1 1 1 0 ～， w M n 最大的是4 区，为8 4 6X 1 0 ～，但均未超过 污染警戒值，因此，各区土壤基本未受C u ，C r 和 M n 污染．2 区土壤中叫 P b ，W Z n 明显高于其 他分区，分别是土壤质量二级标准值的7 3 和1 6 2 倍，其他区也都超过标准值6 ～1 6 倍，反映出矿区 土壤已受到P b ，Z n 的严重污染．2 区土壤中W F e 高于背景值且超过适中标准，由于F e 属大量 营养元素，对其极少有污染效应与污染评价的研 究，因此，难以判断是否对本区土壤造成污染． 喜孽‰喜霉3 0 帆善墓5 0 ‰ 0 0 0 8 0 0 6 0 0 4 0 0 2 0 0 0 a P b b Z n 池喜孽k l234567 分区 d M n l234567 分区 e C u 1 2 5 1 0 0 7 5 5 0 2 5 O c F e _ 曩⋯。 1234567 分区 DC r 图2泅顶铅锌矿1 ～7 分区土壤重金属元素含量 F i g ．2 S o i lh e a v ym e t a lc o n c e n t r a t i o n si nS i d i n gP b Z nm i n e1 ～7s u b a r e a s 3 ．2 优势植物体内重金属含量 该矿区1 6 种主要优势植物体内重金属含量见 表2 ．从表2 可知，重金属含量最高的是F e ，其次是 P b ，Z n ，这与土壤中重金属含量趋势相同．与植物 中金属元素正常含量比较，本矿区植物只有M n 含 量全部在正常范围内，3 区蜈蚣蕨中的C u 含量超 过了正常范围，大部分植物中的C r 和F e 含量也超 出了正常范围，所有植物中的P b ，Z n 含量都超过 了正常范围，金樱子的根部含P b 最高，蜈蚣蕨的 根部含Z n 最高，但两种植物茎叶中含量都没有达 到超富集植物的临界含量 W P b 为1 1 0 ～， 训 Z n 为1 0 1 0 _ 3 [ 7 j 标准． 万方数据 4 9 0 中国矿业大学学报 第3 6 卷 注N A 为未梭出． 3 ．3植物对重金属的富集转移特征 富集系数是指植物体内某种重金属含量与土 壤中同种重金属含量的比值[ 8 ] ，它反映了植物对土 壤重金属元素的富集能力．富集系数越大，其富集 能力越强．转移系数为植物地上部分重金属的量与 植物根中该重金属的量之比．它反映该植物将重金 属从根部向茎、叶转移的能力．泗顶矿区1 4 种优势 植物的富集系数与转移系数见表3 ．从表3 可看 出，矿区植物对6 种重金属元素的富集系数均小于 1 ，仅有蜈蚣蕨对C r 的富集系数高达2 ．2 7 ，表现出 较强的富集能力．总体而言，植物体内的重金属主 要积累于根部，地上部分的含量相对较低．同时，叶 子中的重金属含量一般高于茎，如酸枣和胜红蓟不 同部位中的P b 含量从高到底依次为根、叶、茎，这 与普通植物的富集规律一致，这可能是植物重金属 耐性的一种对策，因为植物可以通过落叶而将金属 排出体外．蜈蚣蕨、蒲公英和芦苇等植物中的P b 含量表现为硼叶 P b 叫根 P b W 茎 P b 的相 反规律，其转移系数分别为1 ．5 6 ，3 ．7 0 和3 ．8 9 ，说 明它们从根部向地上部运输P b 的能力较强，而且 蒲公英对多种重金属元素 Z n ，M n ，C u 和C r 的转 移能力均较强．若某金属元素的B A C 和B T C 均大 于1 ，说明该植物对金属元素具有超富集的潜力， 对重金属超富集植物的筛选更有意义．本矿区只有 万方数据 第4 期王英辉等铅锌矿区土壤重金属污染与优势植物累积特征4 9 1 蜈蚣蕨对c r 的富集系数和转移系数均大于l ，由属C r 的富集植物． 于本区土壤C r 的含量不高，因此蜈蚣蕨可能是金 表3矿区优势植物的富集系数和转移系数 T a b l e3T h eb i o - a c c u m u l a t i n gc o e f f i c i e n t B A C a n db i o l o g i c a lt r a n s f e rc o e f f i c i e n t B T C o ft h e d o m i n a n ts p e c i e si nt h em i n e l a n d 自茅 芦苇 蜈蚣蕨 金缨子 红背山麻杆 节节草 酸枣 蒲公英 地瓜榕 五节芒 胜红蓟 密蒙花 凤尾蕨 白菜 0 ．3 5 0 ．1 2 0 ．4 3 2 0 ．1 2 0 ．1 1 0 ．1 7 0 ．1 6 0 ．3 5 0 ．1 0 0 ．1 9 0 ．3 0 0 ．2 8 0 ．2 5 0 ．0 5 0 ．4 9 0 ．1 3 2 ．2 7 0 ．4 0 0 ．3 0 0 ．1 6 0 ．1 2 0 ．1 6 0 ．0 4 0 ．4 6 0 ．2 0 0 ．5 0 0 ．1 8 0 ．0 2 0 ．7 5 1 ．6 8 1 ．0 8 6 ．3 5 2 ．3 8 0 ．2 8 0 ．0 5 3 ．5 6 0 ．1 5 1 ．6 7 O ．6 7 2 ．3 2 0 ．1 0 O ．2 7 4讨论 4 ．1不同分区土壤重金属含量分析 泗顶铅锌矿区土壤受到P b ，Z n 污染较重，比 文献[ 9 1 0 3 报道的湖南和辽宁铅锌矿区土壤中 P b ，Z n 含量高很多．从整个矿区土壤污染程度来 看，从高到低依次为冶炼厂周围、坑口尾矿坝、拉 穷村排污口、尾矿坝、复垦区、自然恢复区．冶炼厂 周围土壤重金属污染最为严重，冶炼过程中的洗矿 渣和尾泥堆放、洗矿液从排污口进入河水是导致冶 炼厂周围及河岸土壤污染严重的直接原因，所以冶 炼厂周围是矿山恢复的重点和难点．尾矿坝的植物 长势好，污染程度较轻，说明尾矿坝的土壤经过多 年自然生长的植物修复后，环境质量能得到大大的 改善． 4 ．2 农业恢复风险性 在复垦区种植了较大面积的蔬菜和玉米等农 作物，经检测白菜可食部分中伽 P b ，Z U Z n 分 别超过国家食品卫生标准 蔬菜类 0 ．2 1 0 ，2 0 1 0 “的7 6 倍和5 倍之多，另外对本区种植的玉 米和花生等农作物进行了检测[ 1 1 。，玉米、花生可食 部分中的W P b 分别为1 ．2 l o ，4 ．4 1 0 一， 硼 Z n 为2 3 1 0，4 6 1 0，也全部超过食品限 量卫生标准．文献[ 1 2 ] 对广西其他矿区恢复区种植 的板栗、甘蔗和大白菜等食用作物进行了检测，板 栗果肉、甘蔗茎、大白菜叶的P b ，C d ，Z n ，C r 含量全 部超过食品限量卫生标准．因此，在矿区附近目前 不宜种植可食性蔬菜和农作物，以免重金属进入食 物链危害人类健康，在矿山恢复的初期应种植一些 经济林木、观赏花卉等为佳． 4 ．3 几种优势植物在生态恢复和土壤修复中的 应用前景 文献[ 8 ] 把植物叶片或地上部 干重 中 硼 C d 达到0 ．1 1 0，硼 C o ，硼 C u ，叫 N i ， W P b 分别达到1 1 0 ～，W M n ，砌 Z n 达到 1 0 1 0 - 3 以上，且叶片中重金属元素含量与根中含 量比值大于1 的植物称为超富集植物．一般认为超 富集植物应同时满足以下3 个标准1 植物地上 部富集的某种元素含量达到生长在同一介质非超 富集植物地上部含量的1 0 0 倍以上，其临界含量标 准 以干重计 P b ，C u ，N i ，M n 和C o 等多数金属的 质量分数为1 0 0 1 0 一，W Z n 为1 1 0， 叫 A u 为1 1 0，W C d 为1 0 0 1 0；2 地上 部重金属含量大于根部含量；3 植物的生长没有 出现明显的毒害症状．当然，理想的超富集植物还 应具有生长周期短、抗病虫能力强、地上部生物量 大、能同时富集2 种或2 种以上重金属的特点[ 1 ⋯． 目前已发现的P b 超富集植物有数l o 种，主要集 中在铅锌矿区和冶炼厂附近．国外报道的几种典型 P b 超积累植物有B r a s s i c a ．n i g u a ，B r a s s i c a ． p e k i n e n s i s ，B r a s s i c a ．j u n c e a ，T ．r o t u n g i f o l i u m ， A m e r i c am a r t i t i m a 。7 ．￡z r ．b a l l e r i ，M i n u a r i t i a ．馏r 行n 勰偈“n珀蛎的卯扑姐蟾蚰钉鸽 0 O O 0 O O 0 1 0 0 O 0 0 O 7 2 r 0 4 3 2 9 9 3 9 8 1 1 2 6 2 3 7 0 5 2 3 0 9 7 0 4 2 ● ■ ● ● ■ ● ● ● O 1 O 1 1 0 0 3 1 O O 1 O 0 6 3 9 7 5 3 2 2 7 5 6 2 7 2 1 O O O O 0 0 O 0 O O l l 0 ● ● ● ● ● ● ● O O O 0 O O O 0 O 0 O O 0 0 4 4 9 O O 7 1 8 5 2 5 7 1 O 2 8 2 0 5 8 1 8 O 7 9 2 1 9 ● ● ● ● ● ● ● ● 0 1 0 1 O 0 O O 0 O O 1 O O 9 5 9 3 2 0 3 1 1 2 4 5 8 1 l O 1 O O 5 O O 0 1 O 0 0 O ● ● ● ● ， ● ● ● ● ● ● O O 0 O 0 O O 0 0 O O O O O 8 8 2 4 4 6 3 0 1 4 8 2 6 2 3 3 1 0 0 4 1 0 3 9 3 5 1 3 ● ● ● ● ● ● ● O O O 0 1 O O 7 O 0 O O 0 O 2 8 4 5 3 7 0 6 2 7 5 O 3 4 O 1 0 0 1 0 1 O 1 1 O 1 0 ● ● ● ● ● ● ● ● O O O O 0 O O 0 O 0 O 0 O 0 5 9 6 O 3 8 2 0 5 9 7 9 3 8 2 8 5 1 4 6 1 7 2 4 4 3 9 2 ■ ● ● ● ● ● ● ● O 3 l 0 0 O O 3 O 1 O O 1 O 3 3 4 2 3 6 6 5 7 7 7 0 8 l 1 O 1 O 0 O O 0 0 1 3 2 O O ● ● ● ● ● ● O O O 0 0 O O 0 O O O O 0 O 万方数据 中国矿业大学学报 第3 6 卷 和T h l a s p i ．r o t u n d i f o l i u m 等，我国已发现的P b 超 积累植物有酸模 R u m e xa c e t o s a 、羽叶鬼针草 B i d e n sa x i m a w i c z i a m aO e t t 、土荆芥 C h e n o p o d i u ma m b r o s i o i d e s 、鲁白等口“，但目前 还存在着已发现的P b 超积累植物生长缓慢、生物 量很少、生态适应性较窄等问题，如何进一步加大 筛选范围、扩大其生物量等问题值得深入研究． 本文研究发现，蜈蚣蕨茎叶中硼 P b 很高，达 7 2 9 ．9 1 0 ～，茎叶／根值达到1 ．5 6 ，具备了P b 超 富集植物的某些特征，进一步研究的价值很大．另 外发现在本区所有优势植物中蜈蚣蕨对6 种重金 属元素吸收量都是最高的，蜈蚣蕨对重金属复合污 染有较强的抵抗能力．文献[ 1 5 ] 曾对蜈蚣草 别名 蜈蚣蕨 进行了研究，发现利用蜈蚣草修复萃取 P b Z n C u A s 等复合污染土壤有重要的意义，因 此，认为蜈蚣蕨可能是用于重金属复合污染土壤治 理的较理想的物种．此外，密蒙花也是一个值得关 注的物种．密蒙花茎叶中的P b 含量虽然低于蜈蚣 蕨，但远高于其他物种，更为重要的是它是一种小 乔木，生物量远远大于一般的草本植物．因此，它从 土壤中吸收的P b 绝对量应该远远大于蜈蚣蕨． P u l f o r d 等[ 1 6 1 认为乔木比草本植物有更大的生物 量，更为发达的根系，用乔木作为重金属污染土壤 的植物修复材料将更具潜力．本研究发现，密蒙花 能在P b 严重污染的土壤中良好地生长，叶片中能 积累较高质量分数的P b 3 0 5 ．3 1 0 叫 并与其他 草本植物形成良好的群落环境．所以，密蒙花可能 是一种可用于P b 污染土壤植物修复和铅锌矿废 弃地生态恢复的极具潜力的植物．调查中发现蜈蚣 蕨和密蒙花是几乎每个样地中都存在的物种，生物 量大，长势旺盛，说明它们有着很强的扩散能力和 适应能力，可以作为铅锌矿废弃地生态恢复中的先 锋物种，在矿山复垦的初期阶段应用，能迅速提高 植物的覆盖率，达到保持水土和减轻污染的作 用M ． 5结论 1 泗顶铅锌矿区土壤受到P b ，Z n 污染较重， 冶炼厂周围是矿山恢复的重点和难点，尾矿坝的污 染程度相对较轻． 2 经检测，复垦区种植的蔬菜和玉米等农作 物的P b ，Z n 含量超过国家食品卫生标准，因此在 矿区附近目前不宜种植可食性蔬菜和农作物，以免 重金属进入食物链危害人类健康． 3 蜈蚣蕨和密蒙花对P b 的富集质量分数虽 未达超富集植物的标准，但生物量高，富集总量大， 有很强的扩散能力和适应能力，在铅锌矿废弃地生 态恢复应用中具有一定的应用前景，可对之作进一 步的实验研究． 参考文献 [ 1 ] 李永庚，蒋高明．矿山废弃地生态重建研究进展[ J ] ． 生态学报，2 0 0 4 ，2 1 1 9 5 9 9 ． L IY o n g g e n g ，J I A N GG a o m i n g ．T h ee c o l o g yr e c o n s t r u c t i o nr e s e a r c hp r o g r e s so ft h em i n ea b a n d o n s [ J ] ．E c o l o g yJ o u r n a l ，2 0 0 4 ，2 1 1 9 5 9 9 ． [ 2 ] D U D K AS ，A D R I A N ODC ．E n v i r o n m e n t a li m p a c t s o fm e t a lOr em i n i n ga n dp r o c e s s i n g ar e v i e w [ J ] ． J o u r n a lo fE n v i r o n m e n t a lQ u a l i t y ，1 9 9 7 2 6 5 9 0 6 0 2 ． [ 3 ] L IMS ．E c o l o g i c a lr e s t o r a t i o no fm i n e l a n dw i t hp a r t i c u l a rr e f e r e n c et ot h em e t a l l i f e r o u sm i n ew a s t e l a n d i nC h i n a ar e v i e wo fr e s e a r c ha n dp r a c t i c e [ J ] ．S c i e n c eo ft h eT o t a lE n v i r o n m e n t ，2 0 0 5 3 1 - 4 3 ． [ 4 2E R N S TWHO ，S H A WAJ ．H e a v ym e t a lt o l e r a n c e i np l a n t s E v o l u t i o n a r ya s p e c t s [ M ] ．F l o r i d a C R C P r e s s ，1 9 8 9 2 1 - 3 8 ． [ 5 ]周启星，宋玉芳．污染土壤修复原理与方法[ M ] ．北 京科学出版社，2 0 0 4 5 6 6 8 ． r 6 ] K H A NAG ，K U E KC ，C H A U D H R YTM ，e ta 1 ． R o l eo fp l a n t s ，m y c o r r h i z a ea n dp h y t o c h e l a t o r sI n h e a v ym e t a l c o n t a m i n a t e dl a n dr e m e d i a t i o n [ J ] ． C h e m o s p h e r e ，2 0 0 0 ，4 1 1 1 9 7 2 0 7 ． [ 7 ]王敬国．植物营养元素的土壤化学[ M ] ．北京中国 农业大学出版社，1 9 9 5 1 8 3 1 8 6 ． [ 8 ]B A K E RAJM ．A c c u m u l a t o r sa n de x c l u d e r ss t r a t e g i e si nt h er e s p o n s eo fp l a n t st oh e a v ym e t a l s [ J ] ． J o u r n a lo fP l a n tN u t r i t i o n ，1 9 8 1 8 6 4 3 6 5 4 ． [ 9 ] S A L TED ，B L A Y I ．O C KMB ，K U M A RN ，e ta 1 ． P h y t o r e m e d i a t i o n an o v e ls t r a t e g yf o rt h er e m o v a li f t o x i c m e t a l sf r o mt h ee n v i r o n m e n tu s i n gp l a n t s [ J ] ． B i o t e c h n o l o g y ，1 9 9 5 1 3 4 6 8 4 7 4 ． [ 1 0 ] 孙健，铁柏清，秦普丰，等．铅锌矿区土壤和植物 重金属污染调查分析[ J ] ．植物资源与环境学报， 2 0 0 6 ，1 5 2 6 3 6 7 ． S U NJ i a n ，T I EB a i q i n g ，Q I NP u f e n g ，e ta 1 ．T h e h e a v ym e t a lp o l l u t i o no fs o i la n dp l a n ti n l e a d z i n c m i n ea r e am g ／k ga n a l y s i s [ J ] ．P l a n tR e s o u r c e sa n d E n v i r o n m e n tJ o u r n a l ，2 0 0 6 ，1 5 2 6 3 - 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h e ，Z H O UQ i - x i n g ，W A N GX i n ，e ta 1 ． R e s e a r c ho nt h ep l a n t sh a v i n gh e a v ym e t a lu l t r aa e c u m u l a t i o nc h a r a c t e ra r o u n dac e r t a i nl e a d z i n cm i n e p i tm o u t h [ J ] ．E n v i r o n m e n tP o l l u t i o nT r e a t m e n t T e c h n o l o g ya n dE q u i p m e n t ，2 0 0 4 ，5 3 3 3 3 9 ． [ 1 5 ] 王英辉，陈学军，赵艳林，等．铅污染土壤的植物修 复治理技术[ J ] ．土壤通报，2 0 0 6 ，6 5 3 4 4 0 ． W A N GY i n g h u i ，Z H A 0Y a n - l i n ，C H E NX u e - j u n ， e ta 1 ．T h ep l a n tr e p a i rg o v e r n m e n tt e c h n o l o g yo f l e a dp o l l u t i o ns o i l [ J ] ．S o i lN o t i f i c a t i o n ，2 0 0 6 ，6 5 3 4 4 0 ． [ 1 6 ] 安志装，陈同斌，雷梅，等．蜈蚣草耐铅、铜、锌毒 性和修复能力的研究[ J ] ．生态学报，2 0 0 3 ，2 3 1 2 2 5 9 4 2 5 9 8 ． A NZ h i z h u a n g ，C H E NT o n g b i n ，L E IM e i ，e ta 1 ． R e s e a r c ho nt h ec i l i a t ed e s e r t g r a s s ’Sa b i l i t yo fb e a r i n gt h el e a d ，c o p p e r ，z i n ct o x i c i t ya n dr e p a i r m e n t [ J ] ．E c o l o g yJ o u r n a l ，2 0 0 3 ，2 3 1 2 2 5 9 4 2 5 9 8 , [ 17 ] P U L F O R DLD ，W A T S O NC ．P h y t o r e m e d i a t i o n o f h e a v ym e t a l - 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