冷水江锑矿废弃地乡土树种重金属富集能力研究.pdf

7 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s r l _ b g r i m m ．c n 2 0 2 1 年第3 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 2 1 ．0 3 ．0 1 3 冷水江锑矿废弃地乡土树种重金属富集能力研究 童琪1 ，王陈1 ，黄凤燕1 ，李贵2 ，陈瑞2 ，童方平2 1 ．贵州省植物园，贵阳5 5 0 0 0 4 ；2 ．湖南省林业科学院，长沙4 1 0 0 0 4 摘要采集并分析了冷水江锑矿区废弃地乡土树种及其根际土壤重金属含量，研究了树种对重金属的富 集和转运特征。结果表明矿区废弃地土壤中C d 含量超出国家土壤污染风险筛选值 G B1 5 6 1 8 2 0 1 8 ，s b 含量是全国土壤背景值的1 0 4 ～2 2 6 倍，以c d 、s b 重污染为主，伴有A s 、H g 、P b 复合污染。采 集的8 种乡土树种均对重金属元素表现出一定的耐受性，柏木、楸树对H g 、C d 和s b 的富集与运转能力 较强；构树对P b 、H g 、c d 和S b 的富集与运转能力较强；南酸枣对H g 、C d 和s b 富集能力强，C d 、s b 运转 能力较弱；七里香、梓树、棕榈和大叶女贞对H g 、C d 富集与运转能力强。根据废弃地重金属污染情况与 树种对重金属的富集系数、运转系数，得出柏木、楸树、南酸枣和构树适合作为锑矿区废弃地植物修复的 优选树种。 关键词乡土树种；锑矿区；重金属；富集特征 中图分类号X 5 3文献标志码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 2 1 0 3 一0 0 7 8 一0 6 S t u d yo nH e a v yM e t a l sE n r i c h m e n tC h a r a c t e r i s t i c so fN a t i V e T r e eS p e c i e sa tA n t i m o n yM i n eA r e ai nL e n g s h u i ji a n g T O N GQ i l ，W A N GC h e n l ，H U A N GF e n g y a n l ， L IG u i 2 ，C H E NR u i 2 ，T O N GF a n g p i n 9 2 1 ．G u i z h o uF o r e s tB o t a n i c a lG a r d e n ，G u i y a n g5 5 0 0 0 4 ，C h i n a ； 2 ．H u n a nA c a d e m yo fF o r e s t r y ，C h a n g s h a4 1 0 0 0 4 ， C h i n a A b s t r a c t C o n t e n t so fh e a v ym e t a l si nn a t i v et r e es p e c i e sa n dt h e i rr h i z o s p h e r es o i l sa ta n t i m o n ym i n i n g a r e aw a s t e l a n di nL e n g s h u i j i a n gw e r ec o l l e c t e da n da n a l y z e d ．P l a n t ’sa b i h t yt oe n r i c ha n dt r a n s p o r th e a V y m e t a l sw a si n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a ts o i l si nm i n i n ga r e aw a s t e l a n da r eh i g h l yc o n t a m i n a t e db y C da n dS ba c c o m p a n i e dw i t hc o m b i n e dp o l l u t i o no fA s ， H ga n dP b ．C dc o n c e n t r a t i o ns u r p a s s e sn a t i o n a l s o i lp o l l u t i o nr i s ks c r e e n i n gv a l u e G B1 5 6 1 8 2 0 1 8 ， w h i l eS bc o n c e n t r a t i o ni s1 0 4 2 2 6t i m e so fs o i l b a c k g r o u n dv a l u eo fh e a v ym e t a l si nC h i n a ．E i g h tn a t i v ep l a n t ss h o wt 0 1 e r a n c et oc o n t a m i n a t i o n ．C 口≠口Z p 口 6 甜，2 9 P ia n dC “声r g s 5 “s 厂“，2 P 6 r i sh a v eh i g h e s tp l a n t ’sa b i l i t yt oe n r i c ha n dt r a n s p o r th e a V ym e t a l so fH g ， C d a n dS b ．B r o M 5 s o 咒P ￡i 口户口p y r i ／0 ，．nh a sh i g hp l a n t ’sa b i l i t yt oe n r i c ha n dt r a n s p o r th e a V ym e t a l so fP b ， H g ， C da n dS b ．C o P r o s 声。竹d i n 5 口z i Z 厶z r i sh a sh i g hp l a n t ’sa b 订i t yt oe n r i c hh e a v ym e t a l so fH g ，C da n dS b ， a n dl o w e rp l a n t ’sa b i l i t yt ot r a n s p o r th e a v ym e t a l so fC d ，S b ．M “r r 口y n 夕口行i f “Z 口￡口， k f 口Z 户口。可口￡n ， T r 口c y c 以r 户甜5 ／b r ￡“，2 P ia n dL i g “s ￡r “，挖Z “c i d 甜7 ”h a v eh i g h e rp l a n t ’sa b i l i t yt oe n r i c ha n dt r a n s p o r th e a V y m e t a l so fH g ， C d ．A c c o r d i n gt op o l l u t i o no fh e a v ym e t a l si nw a s t e l a n d ， a n de n r i c h m e n ta n dt r a n s p o r t 收稿日期2 0 2 0 一0 4 2 0 基金项目中央财政林业科技推广标准化示范区项目 [ 2 0 1 6 ] x T B l 8 号 ；贵州省科技厅项目 黔科合基础[ 2 0 2 0 ] 1 Y 0 6 5 作者简介童琪 1 9 8 9 一 ，女，湖南桃源人，硕士；通信作者童方平 1 9 6 4 一 ，男，研究员，博士生导师 万方数据 2 0 2 1 年第3 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 7 9 c o e f f i c i e n to fh e a V ym e t a l sb yp l a n t ， C “户，．P s s “s 厂“行P 6 r i s ，C 口￡口Z 户口6 “咒g P i ，C J I l o P r 0 5 p 0 7 2 d i n s 口．r f ￡Z 口r i sa n d B r o “s s D 竹P 芒i 口户口p y r i ／0 ，‘口a r es e l l e c t e da sp r e f e r e n t i a ls p e c i e so fp h y t o r e m e d i a t i o no fa n t i m o n ym i n i n ga r e a w a s t e l a n d ． K e yw o r d s n a t i V et r e es p e c i e s ；a n t i m o n ym i n i n ga r e a ；h e a v ym e t a l ；e n r i c h m e n tc h a r a c t e r i s t i c s 矿区资源的开发利用常常伴随着生态环境的破 坏与污染[ 1 ] ，矿石开采过程中大量的重金属元素会 随着废石、尾矿、废水等进入矿区土地，对土壤、水流 等产生污染[ 2 ] 。另外，人体通过接触、呼吸、食物链 等方式摄人重金属元素，对身体健康产生危害[ 3 ] 。 不少学者研究发现，湘西铅锌矿区土壤主要受到 P b 、Z n 、C d 三种重金属污染，其中C d 污染最为严 重[ 4 ] 。赣南某钨矿区主要特征为重金属元素的复合 污染，其中C r 、A s 、C d 、P b 严重超标[ 5 ] 。贵州独山东 峰锑矿区土壤S b 污染严重[ 6 ] 。因此，必须对矿区 土壤重金属污染进行修复[ 7 ] 。 植物修复技术因其成本低、易于推广、对环境无 二次污染等优点，近年来成为国内普遍采用的技术 之一，为治理土壤重金属污染提供了新的途径[ 8 10 。。 植物修复法被广泛应用于锑矿[ ] 、铅锌矿m ] 、铀 矿[ 13 。、钨矿[ 1 妇等矿区土壤重金属污染修复，目的是 寻找或筛选出适应当地气候与土壤条件的、重金属 富集能力强且生物量大的本地植物[ 15 。。本研究选 取冷水江锑矿区废弃地8 种乡土树种为研究对象， 分析根际土壤与树种体内的A s 、H g 、P b 、C d 和S b 五种重金属元素含量，探明矿区废弃地土壤重金属 污染程度，以及不同乡土树种对重金属的富集和运 转能力，初步筛选出适应当地环境条件的重金属耐 性树种，以期为该地区的土壤重金属污染植物修复 实际应用提供理论依据与技术支持。 1 材料与方法 1 ．1 样品采集 植物和土壤样品于2 0 1 8 年3 月2 0 日取自湖南 省冷水江市七里江 经度1 1 1 ．4 9 1 0 5 。、纬度 2 7 ．7 5 6 6 9 6 。、海拔5 1 9m 。从锑矿区废弃地生长状 况良好的人工林中选取七里香 M “r r 口y 口加行i c 一 “Z 口￡口 、梓树 C 口￡口z 户口。抛f 口 、棕榈 T ，‘口f y f 口r p “s 如以“行“ 、南酸枣 C o P r o s 户。咒d i 口s 口z i z 如以s 、构树 B r o 托s ∞以e ￡施加p y r i r 口 、楸树 ＆抛Z 加6 “挖g 西 、柏 木 C “户r P s s “s 厂“挖P 6 以s 、大叶女贞 L i g “s ￡，．“m Z ”c 谢“，，z 8 种乡土树种。对每种乡土树种进行每木 检尺，记录其胸径、树高与冠幅，计算样地内平均树 高和平均胸径，样木为样地调查后选取的平均木 表1 ，每种乡土树种选取3 株重复样本。样木叶 片随机选取2 0 ～3 0 片树冠中层及上层东西南北四 个方位无病虫害的健康叶片，然后混合装袋；样木茎 干使用生长锥在平均木上的胸径处钻取树心；样木根 系使用挖掘法采集，并挑选出粗根样 直径 5m m 和细根样 直径 1 时，反映出植物对重金属元素的富集 能力强，可以作为土壤重金属修复植物。而o ．5 B C F l 的树种有南酸枣 3 ．2 2 、楸树 1 ．5 4 、柏木 2 ．1 3 、构 树 1 ．1 6 ；0 ．5 B C F 1 的树种有七里香 0 ．9 8 、棕 榈 0 ．6 8 、大叶女贞 0 ．5 1 。8 种乡土树种对A s 的 B C F 均小于1 ，0 ．5 1 时，说明植物能把吸收的大部分重金 属元素迁移到地上部分，有利于重金属的回收利用； 当T F 1 的有梓树 3 ．2 1 、楸树 2 ．1 6 、大叶女贞 1 ．4 2 、构树 2 ．2 2 。 除七里香 0 ．7 1 和南酸枣 0 ．1 6 外，其余6 种乡土 树种对S b 的T F 均大于1 。总体而言，8 种乡土树 种对重金属元素A s 、H g 、P b 、S b 的运转能力强，只 有七里香、棕榈、南酸枣、柏木对C d 的T F 小于1 ， 七里香、南酸枣对S b 的T F 小于1 ，七里香对P b 的 T F 小于1 。 3讨论 湖南省冷水江市为中国超大型锑矿区，而矿区 废弃地生态修复一直为国内外技术攻关难点[ 1 引，通 常情况下，矿区废弃地土壤中的重金属含量常常超 标，所造成的生态破坏与土壤污染给当地居民的生 产、生活带来了严重影响，如何保障农林业生产和植 物正常生长一直是研究的焦点[ 19 。。对冷水江锑矿 区废弃地8 种乡土树种及其根际土壤的重金属含量 综合分析可知，根际土壤中都含有A s 、H g 、P b 、C d 、 S b 五种重金属元素，且某些元素的含量超标，这主 要是锑矿资源的开发利用所致。表2 中树种根际土 壤的重金属含量特征显示，污染最严重的是S b 、C d ， 同时辅以H g 、A s 、P b 的复合污染，但P b 污染未超 过国家土壤污染风险筛选值；而8 种乡土树种根际 土壤C d 含量均超过国家土壤污染风险筛选值和全 国土壤背景值，S b 含量远远超过全国土壤背景值。 原因可能是锑废石和尾矿等固体废弃物中的大量重 金属元素通过降雨、风化等作用进入土壤，污染了矿 区废弃地。 P b 在植物体内的含量一般为o ．1 ～4 1 ．7m 鲥奴， 本研究表明8 个乡土树种体内铅含量均在正常范围 内 表3 ，这是由于废弃地土壤中铅含量很低，根际 土壤铅含量均未超过国家土壤污染风险筛选值。8 个树种的C d 含量 表3 全超过植物体内正常值，大 叶女贞的C d 含量最高，超过正常值的3 5 ．4 倍，这 与根际土壤C d 污染最为严重有关，所有树种长期 受到镉胁迫因此体内C d 元素含量极高。s b 不是植 物所必须元素，因此在土壤中的迁移性很低，何孟常 等[ 2 们研究表明，植物体内的锑浓度达到1 5 0m 刮k g 时 会对植物产生毒害作用。本研究中所有树种体内的锑 万方数据 8 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 1 年第3 期 含量 表3 均超标，其中柏木s b 含量达到4 3 3 ．4 2m g ／k g ， 南酸枣S b 含量达到5 8 5 ．2 2m g ／k g ，锑元素对2 个 树种产生了毒害作用。 “J 雷梅等[ 2 1 ] 将植物对重金属的吸收机制分为3 种类型，即富集型、根部囤积型和规避型。本研究表 明，柏木、楸树、构树属于富集型树种，柏木、楸树对 ，．、 H g 、C d 和S b 的富集系数均大于1 ，构树对P b 、H g 、 C d 和S b 的富集系数均大于1 。构树、楸树对五种 重金属元素的转移系数大于1 ，柏木对A s 、H g 、P b 、 S b 的转移系数大于1 ，能主动吸收土壤中的重金属 元素，向地上部分转移能力较强。南酸枣属于根部 囤积型树种，它对H g 、C d 和S b 的富集系数都大于 1 ，但对C d 和S b 的转移系数小于1 ，重金属元素主 L 4 J 要累积在根部，向地上部分转移的能力较弱。七里 香、梓树、棕榈和大叶女贞对H g 、C d 两种重金属元 素富集系数大于1 ，表现出一定的重金属吸收能力， 但吸收重金属元素种类较少，对土壤污染最严重的 S b 元素富集能力较弱。 4结论 [ 5 ] 1 湖南省冷水江七里江锑矿区废弃地受到不同 程度的重金属元素污染，其中锑、镉污染最为严重， 汞、砷污染严重，铅污染较轻。 2 柏木、楸树对H g 、C d 和S b 表现出较强的富 集能力，构树对P b 、H g 、C d 和S b 表现出较强的富 ，， 集能力，构树与楸树对A s 、H g 、P b 、C d 、S b 存在较强 ⋯ 转移能力，柏木对A s 、H g 、P b 、S b 存在较强转移能 力，均为富集型树种；南酸枣对H g 、C d 、S b 表现出 较强的富集能力，但对C d 、S b 的转移能力较弱，属 于根部囤积型树种；七里香、梓树、棕榈和大叶女贞 对H g 、C d 表现出较强的富集能力，具有一定的重金 属吸收能力。 3 结合锑矿区废弃地重金属污染情况和树种对 L 7 J 重金属的吸收特征，南酸枣属于根部囤积型植物，柏 木、楸树和构树属于富集型植物，均可以作为生态修 复锑矿区的优选树种。七里香、梓树、棕榈和大叶女 贞适合作为伴生树种，配置混交林以增加该地区生 物多样性和增强土壤重金属修复能力。 r 。] LVJ 参考文献 [ 1 ] 王星，郭斌，王欣．重金属污染土壤修复技术研究进 展[ J ] ．煤炭与化工，2 0 1 9 ，4 2 1 1 5 6 1 6 0 ． w A N GX ，G U OB ，W A N GX ．R e s e a r c hp r o g r e s so n [ 9 ] r e m e d i a t i o nt e c h n o l o g yo fh e a v ym e t a lc o n t a m i n a t e d s o i l [ J ] ．c o a la n dC h e m i c a lI n d u s t r y ，2 0 1 9 ，4 2 1 1 5 6 1 6 0 ． A S H R A FS ，A L I Q ， Z A H I RZ A ， e ta 1 ． P h ”o r e m e d i a t i o n E n v i r o n m e n t a l l ys u s t a i n a b l ew a yf o r r e c l a m a t i o no fh e a v ym e t a lp o l l u t e dS o i l s [ J ] ．E c o t o 妇c o l o g y a n dE n v i r o n m e n t a lS a f e t y ，2 0 1 9 ，1 7 4 7 1 4 7 2 7 ． 杨仲玮，朱晓霞，尤全刚．张掖绿洲农田土壤重金属污 染潜在风险评价[ J ] ．甘肃农业大学学报，2 0 1 5 ，5 0 3 1 3 5 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ea n d a c c u m u l a t i o no fh e a v ym e t a lb yr a m i e B o 如m P r 妇 超i z 肥n g r o w i n go na n t i m o n yr n j n i n ga r e ai nL e n g s h u 巧i a n g c i t yo fH u n a np r O v i n c e [ J ] ．J o u m a lo fA g r o _ E n v i r o n m e n t S c i e n c e ，2 0 1 0 ，2 9 1 9 1 9 6 ． [ 1 2 ] 付广义，邱亚群，宋博宇，等．东江湖铅锌矿渣堆场优势 植物重金属富集特征[ J ] ．中南林业科技大学学报， 2 0 1 9 ，3 9 4 1 1 7 1 2 2 ． F UGY ，Q I UYQ ，S o N GBY ，e ta 1 ．H e a v ym e t a l s e n r i c h m e n tc h a r a c t e r i s t i c so ft h ed o m i n a n tp l a n t si n l e a d z i n cs l a gy a r da l o n gD o n g j i a n g1 a k er e s e r v o i r [ J ] ． J o u r n a lo fC e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t yo fF o r e s t r y T e c h n 0 1 0 9 y ，2 0 1 9 ，3 9 4 1 1 7 1 2 2 ． [ 1 3 ] 朱业安，黄德超，廖晓峰，等．铀矿区污染土壤上植物资 源调研[ J ] ．江西科学，2 0 1 2 ，3 0 5 6 2 0 一6 2 4 ． Z H UYA ，H U A N GDC ，L I A oXF ，e ta 1 ．As u r v e yo f p l a n tresourcesi nt h ec o n t a m i n a t e ds o i lo fu r a n i u m m i n e [ J ] ．J i a n g x is c i e n c e ，2 0 1 2 ，3 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t a t u so fP ba n dC da n dh e a l t hr i s ka s s e s s m e n ton v e g e t a b l e si nam i n i n ga r e ai ns o u t h e r nH u n a n [ J ] ．A c t a E c o l o g i c aS i n i c a ，2 0 1 4 ，3 4 8 2 1 4 6 2 1 5 4 ． 成杭新，李括，李敏，等．中国城市土壤化学元素的背景 值与基准值[ J ] ．地学前缘，2 0 1 4 ，2 1 3 2 6 5 3 0 6 ． C H E N GHX ，L I K ，L IM ，e ta 1 ．G e o c h e m i c a l b a c k g r o u n da n db a s e l i n ev a l u eo fc h e m i c a le l e m e n t si n u r b a ns o i li nc h i n a [ J ] ．E ar t hS c i e n c eF r o n t i e r s ，2 0 1 4 ， 2 1 3 2 6 5 3 0 6 ． 沈乾杰，刘品桢，杜启露，等．废弃铅锌矿区复耕后土 壤一作物重金属污染特征及修复措施[ J ] ．水土保持通 报，2 0 1 9 ，3 9 5 2 2 3 2 3 0 ． S H E NQJ ，L I UPZ ，D UQL ，e ta l - C h a r a c t e r i s t i c s a n dr e s t o r a t i o nm e a s u r e sf o rh e a v v m e t a lp o l l u t e ds o i l c r o ps y s t e m sa f t e rr e c u l t i v a t i o ni na b a n d o n e dl e a da n d z i n cm i n i n ga r e a s [ J ] ．B u l l e t i no fs o i la n dw a t e r C o n s e r v a t i o n ，2 0 1 9 ，3 9 5 2 2 3 2 3 0 ． 胡鹏杰，李柱，钟道旭，等．我国土壤重金属污染植物吸 取修复研究进展[ J ] ．植物生理学报，2 0 1 4 ，5 0 5 5 7 7 5 8 4 ． H UPJ ，L IZ ，Z H O N GDX ，e ta 1 ．R e s e a r c hp r o g r e s s ont h ep h y t o e x t r a c t i o no fh e a v ym e t a lc o n t a m i n