湖北銅綠山銅礦區土壤銅污染狀況及優勢植物對銅的吸收

繆誠遠等

摘 要：礦區重金屬污染十分嚴重，尋找并篩選適合當地生長的優勢植物成為推廣礦區植物修復技術的前提。銅綠山礦區土壤重金屬銅含量高，在礦區發現4種優勢植物。通過測定植物根際土壤及植物各器官銅含量，得出在此4種植物對銅的積累與遷移特點，評估其在礦區土地恢復與植被重建方面的作用與價值。

關鍵詞：土壤；植物；礦區；重金屬；銅

中圖分類號：X173

Abstract：The mining area of heavy metal pollution is very serious， searching and selecting advantage plants which are suitable for the local area becomes the premise of phytoremediation technology to promote mining area. The content of heavy metal Cu is high in soil from Tonglushan copper mining area.There were four advantaged plants found in the mining area.Through the determination of the Cu content in plant rhizosphere and in different organs， it is concluded that accumulation and migration of Cu in the four plants，assessmenting their role and value in the mining areas land and vegetation recovery and rebuilding.

Key words：soil； plant； mining area；heavy metal； copper

礦區開采造成土壤重金屬污染，使土地失去耕作價值。將重金屬耐性植物和超富集植物用于礦區土地恢復和植被重建，已成為國際研究前沿。人們利用植物對重金屬的耐性和超富集能力，并結合其共生的微生物體系可以實現對重金屬污染環境的修復。

調查礦區土壤重金屬污染狀況，尋找并篩選適合當地生長的優勢植物成為推廣礦區植物修復技術的前提。這些優勢植物可能是重金屬的耐性植物甚至是超富集植物。本文通過對湖北省大冶市銅綠山礦區進行野外調查，發現當地優勢植物，分析其根際土壤和植物體內的重金屬含量，評價優勢植物的土壤修復潛力。

1前言

銅綠山礦區是我國重要的銅礦所在地和有色金屬冶煉基地。由于開采歷史悠久以及大面積露天開采，造成礦區以及周邊土地嚴重的土壤重金屬銅污染。該礦區現基本處于停工狀態[1]。10月中旬在銅綠山礦區共發現有4種優勢植物，數量多，分布廣，分別是海州香薷，狼把草，小飛蓬和白茅。

礦區從地面逐漸向底部延伸，大致呈螺旋狀，有明顯的三個開采層，分別稱為內層、中層和外層。在每層東南西北4個方位各布置一個采樣點，通過縮分法采集各樣點1平方米內的0～20cm厚度的土壤。在每一開采層上，采集數量豐富、有群落結構的植物與其根部周圍0～20cm的土壤。共采集17個植物樣本（含根際土壤）和12個土壤樣本。

2材料與方法

采用干灰化—原子吸收分光光度法測定植株根、莖、葉、花四部分（白茅分為根、莖、葉三部分）的重金屬Cu含量（儀器GBC AVANTA M型）[2]。測定前先用自來水沖洗植株表面污物，再用去離子水洗凈，晾干備用。采用原子吸收分光光度法測定土壤Cu總量（儀器Analytic Jena 型號ZEEmit700P）[3]。測定前土壤樣本在室內風干，除去土壤中的石塊、植物根系和凋落物等，充分研磨，過100目標準篩，用HNO3+HCl+HClO4消化，定容，保存備用。

3 結果與討論

3.1 土壤重金屬污染特征

表1列出了各樣點的土壤重金屬銅含量。有以下幾個特點：一、總體銅含量高，與土壤環境質量國家3級標準值[4]相比，最高含量為國家3級標準的11.5倍。二、銅的變化范圍較大，為285.8～4580.5mg/kg，平均含量為1711.9mg/kg，是國家三級標準的4.3倍，是湖北省紅土壤背景值的65.3倍（26.2mg/kg）。（表1），三、內層到外層土壤銅含量逐漸增大。

3.2 植物體內重金屬含量特征

地上部（干重）Cu大于1 000mg/kg， [6]地上部和根部銅含量之比大于1 [7]的植物稱為銅的超富集植物。這批樣品均不屬于銅超富集植物。

已有文獻表明，[8]高Cu污染區小飛蓬的耐受性要強于低Cu污染區，兩者又均強于非污染區小飛蓬。不同生態型小飛蓬的耐受性呈現出了明顯的種間差異。編號PW-6、編號PZ-3根際土壤銅含量分別高達4580.5 mg/kg、 612.8 mg/kg，可見高Cu污染區小飛蓬的耐受性強于相對較低的Cu污染區。

在植物地上部各部分中，銅含量高低依次是花>葉>莖。其中小飛蓬體內銅含量花>葉>根>莖。海州香薷體內銅含量根>花>葉>莖。狼把草體內銅含量根>花>葉>莖。這可能是植物重金屬耐性的一種對策，可以通過落葉、落花而將金屬排出體外[9，10]。在植物提取方式中[11]，僅將植物地上部的葉與花收獲，保留莖，莖凋亡后留在土壤中可改善土壤狀況，加快植被恢復的進程。

4 結論

礦區土壤污染嚴重，銅綠山礦區優勢植物有海州香薷、狼把草、小飛蓬和白茅。在植物地上部各部分中，銅含量高低依次是花>葉>莖。莖內的銅含量在地上部中所占比例很小。這對土地恢復和植被重建中有實際意義，在收獲地上部時保留莖，既維持植被大部的完整，又汲取了多數的銅元素，同時有利于植被恢復和土壤銅含量的降低。endprint

參考文獻

[1] 柯文山，席紅安，楊毅，王萬賢，陳世儉.大冶銅綠山礦區海州香薷 （Elsholtzia hai-chowensis）植物地球化學特征分析.生態學報，2001，21（6）：907～912

[2] 李合生. 植物生理生化實驗原理和技術[M]. 北京： 高等教育出版社，2000

[3] 魯如坤. 土壤農業化學分析法[M]. 北京： 中國農業科技出版社，2000

[4] 土壤環境質量標準GB 15618-1995

[5] 曲向榮. 環境土壤學 . 北京：清華大學出版社，2010.11.

[6] Baker A J M， Brooks R R， Pease A J，et al. Studies on copper and cobalt tolerance in three closey related taxa within the genusSilenceL.（Caryophyllaceae） from Zaire.Plant and Soil. 1983，73： 377～385.

[7] 韋朝陽，陳同斌. 重金屬超富集植物及植物修復技術研究進展.生態學報 2001.7

[8] 丁佳紅，劉登義，李征，王廣林.土壤不同濃度銅對小飛蓬毒害及耐受性研究 應用生態學報.2005.4

[9] Baker AJM， Walker PL. Ecophysiology of metal uptake by tole-rant plants. In： Shaw AJ ed. Heavy Metal Tolerance in Plants：Evolutionary Aspects. Boca Raton： CRC Press Inc. ， 1989. 155～ 178

[10] Dahmani MH， van Oort F， G?lie B， Balabane M. Strategies of heavy metal uptake by three plant species growing near a metal smelter. Environ Pollut. 2000， 109： 231～ 238

[11] Chaney R L， Minnie M， Li Y M， et al. Phytoremediation of soil metals[J]. Current Opinion in Biotechnology， 1997， 8：279-284.

基金項目：武漢理工大學國家級大學生創新創業訓練計劃資助（20141049708002）

作者簡介：楊紅剛（1971- ），男，湖南花垣縣人，武漢理工大學副教授、碩士生導師。現為武漢理工大學環境科學與工程系主任。endprint