大青山周邊植物對土壤重金屬吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力研究

張瑋 羅春廣

摘要 礦產(chǎn)資源的開發(fā)對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要推動作用的同時也帶來了嚴(yán)峻的環(huán)境問題，因此篩選出適合當(dāng)?shù)氐V區(qū)生長且能夠富集重金屬的植物進(jìn)行生態(tài)修復(fù)尤為重要。通過選取生長在銀鉛礦區(qū)的植物，對其調(diào)查采樣分析，分別測定植物樣品中地上部分和地下部分的Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Cr含量，計(jì)算其轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)來初步分析對應(yīng)植物的重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)能力。結(jié)果表明：調(diào)查的多種植物中，羽衣甘藍(lán)、高羊茅、桔梗、黑沙蒿、絲路薊等對于Pb、Cd、Cu、Zn、Ni、Cr都具有一定的轉(zhuǎn)運(yùn)能力，可為篩選當(dāng)?shù)貪撛诘目筛患亟饘僦参锾峁﹨⒖肌?/p>

關(guān)鍵詞 土壤;重金屬;植物

中圖分類號 X 53? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A? 文章編號 0517-6611（2021）16-0090-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.16.024?? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Study on the Absorption and Transportation of Heavy Metals in Soil by the Plants in Daqingshan

ZHANG Wei， LUO Chun-guang

（The R&D Center of Inner Mongolia Sunture Environmental Technology Co.， Ltd.，Hohhot， Inner Mongolia 010000）

Abstract While the development of mineral resources plays an important role in promoting the development of the national economy， it also brings about severe environmental problems. Therefore， it is particularly important to select plants suitable for growth in local mining areas and capable of enriching heavy metals for ecological restoration. In this study， we selected plants that grow in the silver-lead mining area， surveyed， sampled and analyzed the heavy metal content of Cu， Zn， Pb， Cd， Ni， and Cr in the above-ground and underground parts of the plant samples， and calculated the transport coefficient for preliminary analysis. The results showed that among the plants investigated， ?Brassica oleracea ?var. acephala f.tricolor， Festuca elata ?Keng ex E. Alexeev， Platycodon grandiflorus ?（Jacq.） A. DC.， Artemisia ordosica ?Krasch.， Cirsium arvense ?and so on all have certain transfer ability to Pb， Cd， Cu， Zn， Ni， Cr， the results can be used as a reference for the screening of local potential heavy metal-accumulating plants.

Key words Soil;Heavy metals;Plant

礦產(chǎn)資源是人類生產(chǎn)和生活的基本源泉之一，但礦產(chǎn)資源的開發(fā)對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要的推動作用，與此同時也產(chǎn)生嚴(yán)峻的環(huán)境問題。礦山開采過程中，由于采礦廢水和選礦廢液中的重金屬進(jìn)入土壤，廢石和尾礦等固體廢棄物隨雨水淋濾進(jìn)入地下水系統(tǒng)，造成礦區(qū)周圍土壤重金屬污染。對重金屬產(chǎn)品的不當(dāng)處理、處置，已經(jīng)對人類的生產(chǎn)生活環(huán)境造成了嚴(yán)重影響[1]。重金屬可以通過空氣、水、土壤等途徑進(jìn)入動植物體，并經(jīng)由食物鏈放大富集進(jìn)入人體，損害人體健康。而最引起人們關(guān)注和擔(dān)憂的是其危害的隱蔽性、不可逆性和長期性[2-3]，對生態(tài)環(huán)境以及人類生存構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[4-5]。由于環(huán)境中的重金屬不能被自然降解，因此土壤一旦被重金屬污染，就很難徹底消除。

目前，用于治理重金屬污染土壤有傳統(tǒng)的理化法，如玻璃化、熱解吸及土壤沖洗等，近年來的研究熱點(diǎn)是植物修復(fù)法[6]。植物修復(fù)技術(shù)是直接利用綠色植物及與其共存的微生物系統(tǒng)來吸收、富集環(huán)境污染物的一項(xiàng)新技術(shù)[7]。重金屬對植物的毒害作用表現(xiàn)在影響植物的萌芽、生長發(fā)育、光合作用、生理代謝和植物體內(nèi)化學(xué)物質(zhì)含量的改變等方面[8]。近年來的研究表明，植物修復(fù)是一種更經(jīng)濟(jì)更易于操作的污染修復(fù)技術(shù)[8-10]。該研究的研究區(qū)域?yàn)閮?nèi)蒙古呼和浩特市大青山區(qū)域某銀鉛礦，通過研究礦區(qū)植物體內(nèi)重金屬含量和轉(zhuǎn)運(yùn)特征，初步篩選潛在的可富集重金屬的植物。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

該銀鉛礦區(qū)位于呼和浩特市武川縣，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，屬大陸性季風(fēng)氣候，氣候干燥，地理特點(diǎn)為丘陵構(gòu)成的山區(qū)，山地面積大，平均海拔1 700 m。礦山毗鄰大青山國家級自然保護(hù)區(qū)和呼和浩特市城區(qū)飲用水源地。銀鉛礦采選過程中含重金屬廢棄物的堆積、廢氣中重金屬的擴(kuò)散，對周圍環(huán)境產(chǎn)生潛在危害。

1.2 植物材料

于2019年8—10月在銀鉛礦區(qū)周邊野生植被區(qū)及農(nóng)田展開植物群落調(diào)查并采樣。采集有代表性、生長旺盛的主要優(yōu)勢植物為測試材料。將不同植物樣品編號后在內(nèi)蒙古新創(chuàng)環(huán)境科技有限公司進(jìn)行材料后期處理。

將采集的植物樣品用去離子水沖洗，擦拭水分，分裝。之后將樣品于105 ℃滅菌約10 min;再于75 ℃烘2 d，取出備用。

1.3 植物樣品分析與測定

將烘干后的植物樣品取出，用HNO 3-HClO 4消煮、定容。以試劑空白為空白對照。用原子吸收分光光度法測定植物中Cu、Zn、Pb和Cd含量，用二苯碳酰二肼分光光度法測定Cr含量[11]，3次重復(fù)。

1.4 評價方法

用轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)作為植物對重金屬的吸收轉(zhuǎn)移能力的評價標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)運(yùn)特征：植物地上部分的重金屬含量應(yīng)高于地下部分，其轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于1.00[12-14]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖;用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析;采用單因素方差分析、LSD、Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性多重比較，統(tǒng)計(jì) P 值為0.05水平上的差異。

轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)TF= C 1/C 2

式中， C ?1為植物地上部重金屬含量（mg/kg）; C ?2為植物地下部重金屬含量（mg/kg）。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物體重金屬的吸收特征

由表1可知，在大青山地區(qū)有色金屬礦山遺跡重金屬污染場地的植物對Pb積累最少的是沙蔥地上部分，僅0.38 mg/kg，對Pb吸收量最多的植物是桔梗地上部分，達(dá)67.63 mg/kg。

地上部分對Cd吸收量最大的是白刺4.60 mg/kg，地下部分對Cd吸收最大的是菊1.91 mg/kg。

地上部分對Cu吸收量最大的是沙蔥3.52 mg/kg，地下部分對Cu吸收量最大的是菊4.97 mg/kg。地上部分Zn吸收量最大的是白刺540.44 mg/kg，地下部分對Zn吸收量最大的是灰藜247.79 mg/kg，最小的是變異黃蓍 6.64 mg/kg。地上部分對Ni吸收量最大的是沙蔥8.15 mg/kg，最小的是黑麥草1.42 mg/kg;地下部分對Ni吸收量最大的是白刺8.00 mg/kg，最小的是黑麥草0.98 mg/kg。地上部分對Cr吸收量最大的是沙蔥9.35 mg/kg，最小的是 白刺1.66 mg/kg;地下部分對Cr吸收量最大的是白刺12.11 mg/kg，最小的是絲路薊2.33 mg/kg。

2.2 植物對重金屬元素的轉(zhuǎn)運(yùn)特征

通過利用植物對重金屬的吸收和在植株地上部積累，從而降低重金屬污染。由表2可知，地上部分與地下部分的比值越大，地上部分積累的重金屬含量越多，地下部分重金屬含量就越低，說明植物對重金屬的吸收能力越強(qiáng)。對Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于1.00的植物有黑麥草2.23，高羊茅1.94，羽衣甘藍(lán)6.57，沙旋覆花2.49，黑沙蒿7.12，刺葉柄棘豆3.15，絲路薊7.09。這些植物會把Pb向地上部分運(yùn)輸，這可為篩選Pb的超富集植物提供參考。對Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于1.00的植物有高羊茅6.39，黑麥草3.89，沙旋覆花3.56，黑沙蒿4.10，絲路薊4.49，刺葉柄棘豆3.54等。對重金屬Cu的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于1.00的有黑麥草1.83，沙蔥1.23，高羊茅2.35，羽衣甘藍(lán)1.46，桔梗3.29，沙旋覆花2.26，紊蒿1.32，黑沙蒿5.91，變異黃蓍2.30，刺葉柄棘豆1.58，絲路薊2.51等。對Zn的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于1.00的有黑麥草1.83，沙蔥2.00，高羊茅4.64，羽衣甘藍(lán)2.18，桔梗4.92，沙旋覆花3.24，紊蒿5.55，變異黃蓍20.76，黑沙蒿36.75，刺葉柄棘豆3.76，絲路薊6.17。對Ni的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于1.00的有黑麥草1.44，沙蔥3.14，高羊茅2.57，羽衣甘藍(lán)1.89，桔梗4.83，沙旋覆花1.30，紊蒿1.14，變異黃蓍2.63，黑沙蒿2.22，刺葉柄棘豆2.25，絲路薊4.08。對Cr的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于1.00的植物有黑麥草1.26，沙蔥2.52，高羊茅1.74，羽衣甘藍(lán)1.56，桔梗3.79，紊蒿1.07，變異黃蓍1.99，黑沙蒿1.84，刺葉柄棘豆2.12，絲路薊2.36。

3 討論與結(jié)論

該調(diào)查結(jié)果表明，羽衣甘藍(lán)、高羊茅、桔梗、黑沙蒿、絲路薊、桔梗等對Pb、Cd、Cu、Zn、Ni、Cr都具有一定的轉(zhuǎn)運(yùn)能力。近年來，有關(guān)植物富集重金屬已有多方面、多方向的研究，然而，針對不同地理位置自然環(huán)境下的植物修復(fù)效果和機(jī)制研究仍較缺乏，即使植物的生理生化系統(tǒng)基本相同，單一種類植物修復(fù)也不可能適用于所有土壤和自然立地條件[15-17]。該研究所選取采樣區(qū)域的植物能夠正常生存繁衍，說明其自身可以適應(yīng)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境，且具備一定的重金屬耐受性。因此，研究不同立地條件下的植物對于重金屬的吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)能力對于礦區(qū)重金屬污染植物修復(fù)有著重要意義。

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