豫靈冶煉廠周邊土壤重金屬污染及植物重金屬累積特征研究

王小國(guó) 劉明娣 吳素婉

（三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 食品園林學(xué)院，河南 三門(mén)峽 472000）

技術(shù)與應(yīng)用

豫靈冶煉廠周邊土壤重金屬污染及植物重金屬累積特征研究

王小國(guó) 劉明娣 吳素婉

（三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 食品園林學(xué)院，河南 三門(mén)峽 472000）

了解豫靈土壤污染現(xiàn)狀和篩選重金屬富集植物對(duì)污染土壤進(jìn)行修復(fù)，采用火焰原子吸收光度法對(duì)豫靈冶煉廠周邊土壤中重金屬含量進(jìn)行了測(cè)定，并對(duì) 7 種植物鉛、鎘的吸收和富集能力進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：豫靈冶煉廠 周 邊 土 壤 中 Pb、Cd 的 含 量 嚴(yán) 重 超 標(biāo) ，分 別 為 821.574mg/kg 和 62.207mg/kg。 采 集 的 7 種 植 物 樣 品 對(duì) Pb、Cd 的 吸 收能 力 存 在 明 顯 差 異 ， 苦 荬 菜 、 茵 陳 蒿 和 播 娘 蒿 對(duì) Pb、Cd 的 吸 收 能 力 均 較 強(qiáng) ，植 物 體 內(nèi) Pb 的 含 量 分 別 為 423.95、358.275 和 303.5mg/kg，Cd 的 含 量 分 別 為 54.60、49.425、55.175mg/kg。 茵 陳 蒿 和 播 娘 蒿 屬 于 雜 草 ， 適 應(yīng) 性 強(qiáng) ，利 用 其 對(duì)礦區(qū)土壤進(jìn)行修復(fù)，不經(jīng)人工干預(yù)即可正常生長(zhǎng)，成本較低，因此可作為該污染區(qū)土壤修復(fù)的選擇物種。

豫靈；冶煉廠；重金屬；富集

土地質(zhì)量的好壞與食品安全、人類(lèi)生存環(huán)境關(guān)系密切。隨著工礦企業(yè)的發(fā)展，我國(guó)土壤重金屬污染越來(lái)越嚴(yán)重。在礦產(chǎn)資源采選、冶煉過(guò)程中產(chǎn)生廢液的直接排放， 以及礦山開(kāi)發(fā)過(guò)程中的尾礦、廢石、冶煉廢渣堆的堆放和淋洗，會(huì)導(dǎo)致礦區(qū)土壤重金屬的累積，對(duì)土壤環(huán)境造成污染，從而通過(guò)各種食 物 鏈 ，對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。[1]因此，采用 經(jīng) 濟(jì) 有效的修復(fù)技術(shù)來(lái)恢復(fù)污染土壤質(zhì)量已勢(shì)在必行。

近年來(lái)，許多研究者開(kāi)展了礦區(qū)污染狀況調(diào)查和土壤修復(fù)工作。修復(fù)的方法主要有客土及深翻等工程治理措施、物理化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)。 其中，植物對(duì)重金屬吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、積累及植物生物學(xué)特征使其 成 為 修 復(fù) 重 金 屬 污 染 土 壤 的重要手段之一[2][3][4]和熱 點(diǎn) 研 究 問(wèn) 題 。[5][6]豫靈鎮(zhèn)地 處 河 南 靈 寶 西 部 ，總面積 183.6 平方公里，是小秦嶺礦產(chǎn)資源富集帶，金、銀、銅等有色金屬礦產(chǎn)資源豐富。 有色金屬冶煉和加工一直以來(lái)是豫靈經(jīng)濟(jì)的重要支撐。為了解豫靈土壤污染現(xiàn)狀和篩選重金屬富集植物對(duì)污染土壤進(jìn)行修復(fù)，筆者測(cè)定了豫靈冶煉廠周邊土壤中重金屬鉛、鎘含量，并對(duì)污染地區(qū)上生長(zhǎng)的 7 種植物鉛、鎘的吸收和富集能力進(jìn)行了研究，以期為該地區(qū)污染土壤修復(fù)和環(huán)境治理提供參考。

1 材料與方法

1.1 土壤和植物樣品的采集與制備

采用蛇形法對(duì)豫靈冶煉廠周邊土壤多點(diǎn)采樣，采樣深度 0～20cm，混合后置于臺(tái)面上自然風(fēng)干，四分法分取后過(guò) 100 目篩，于廣口瓶中室溫保存。 在該調(diào)查區(qū)內(nèi)采集的植物樣品有：苦荬菜、臭椿嫩芽、枸杞葉片、花椒嫩芽、小麥苗（帶根系）、茵陳蒿、播娘蒿 ，野草鑒別參考 《河南農(nóng)田雜 草 志》。[7]自 來(lái)水清洗干凈后蒸餾水沖洗，105℃殺青后，70℃烘干至恒重，粉碎后過(guò) 100 目篩，室溫下保存。

1.2 試驗(yàn)方法

稱(chēng)取 0.2007g 土壤樣品置于聚四氟乙烯坩堝中，用蒸餾水潤(rùn)濕后加入 10mL 鹽酸，于通風(fēng)櫥內(nèi)電熱板上加熱，蒸發(fā)至約 3mL 后，加入硝酸、氫氟酸和高氯酸進(jìn)行消解，具體方法參照土壤鉛、鎘的測(cè)定（GB/T17140-1997）和環(huán)境工程手冊(cè)[8]，同時(shí)測(cè)定土壤酸堿度。 另準(zhǔn)確稱(chēng)取 1.0000g 植物樣品（小麥地下和地上部分分開(kāi)測(cè)定），放入蒸餾水洗凈并烘干的錐形瓶?jī)?nèi)，加入 數(shù)粒玻璃珠，再 加 入 10mLHNO3 和5mLHClO4 浸泡 1d～2d 后，于電熱板上加熱消解，逐

漸升溫，待紅棕色煙霧消失后，再補(bǔ)加 5mLHNO3，反復(fù)消煮直至溶液完全透明，過(guò)濾并將濾液用蒸餾水定容至 25mL（同時(shí)做一空白對(duì)照），搖勻后火焰原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定其重金屬含量。[9]

1.3 數(shù)據(jù)處理

土壤樣品中 Pb、Cd 含量的計(jì)算公式為：

式中：W 為 Pb、Cd 的含量，mg/kg；C 為根據(jù)工作 曲 線 查 得 的 Pb、Cd 的 含 量 ，mg/L；V 為 有 機(jī) 相MIBK 的體積，mL；m 為土樣質(zhì)量，g；f為土樣中水分含量，%。

圖1 鉛的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

2.2 土壤樣品中 Pb、Cd 的含量

經(jīng)測(cè)定， 豫靈冶煉廠周邊土壤中 Pb的含量為821.574mg/kg，Cd 的含量為 62.207mg/kg。 根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB15618-1995），Ⅲ類(lèi)土壤環(huán)境質(zhì)量執(zhí)行三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，由于該區(qū)土壤呈石灰性，Pb 的含量 應(yīng) ≤500mg/kg，Cd 的 含 量 應(yīng) ≤1.0mg/kg （ 見(jiàn) 下表）， 所以該冶煉廠周邊土壤中 Pb 和 Cd 的含量均嚴(yán)重超標(biāo)。

植物對(duì)重金屬的吸收和轉(zhuǎn)移能力用富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算公式如下：

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)用 Excel和 SPSS17.0(Analysis-ANOVA)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，制作工作曲線，Pb、Cd 的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線分別如圖 1，圖 2 所示。

圖2 鎘的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值表mg/kg

2.3 植物內(nèi)重金屬 Pb、Cd 的含量

該冶煉廠周邊采集到的7種植物樣品對(duì)重金屬 Pb 和 Cd 的吸收能力存在明顯差異。測(cè)定結(jié)果如圖 3，圖 4 所示。

從圖中可看出， 植物吸收 Pb的能力由強(qiáng)到弱依次為：苦荬菜〉茵陳蒿〉播娘蒿〉枸杞葉片〉臭椿嫩芽〉花椒嫩芽〉小麥地上部分〉小麥地下部分。 苦荬菜中 Pb 的含量最高，為 423.95mg/kg，說(shuō)明其 對(duì) 重金屬 Pb 的吸收能力最強(qiáng)；茵陳蒿和播娘蒿中 Pb 的含 量 較 高 ， 分 別 為 358.275mg/kg 和 303.5mg/kg； 而小麥中 Pb 的含量最低，地上部分和地下部分接近，分別為 30.975mg/kg 和 29.675mg/kg。

植物中 Cd 的含量由高到低依次為：播娘蒿〉苦荬菜〉茵陳蒿〉臭椿嫩芽〉小麥地下部分〉小麥地上部分〉花椒嫩芽〉枸杞葉片。 播娘蒿中 Cd 的含量最高 ， 為 55.175mg/kg， 苦 荬 菜 中 Cd 的 含 量 為 54.60 mg/kg，茵陳蒿中 Cd 的含量為 49.425mg/kg，這三種植物對(duì) Cd 的吸收能力都較強(qiáng)。枸杞葉片中 Cd 的含量最低，為 12.10mg/kg。 方差分析和多重比較結(jié)果表明， 這幾種植物中 Pb 和 Cd 的含量存在 0.05 水平顯著性差異。

圖3 植物樣品中 Pb的含量

圖4 植物樣品中Cd的含量

2.4 重金屬 Pb、Cd 超富集植物的選擇

一般超富集植物應(yīng)同時(shí)具備以下四個(gè)基本特征：（1） 植物葉片或地上部中含 Cd 達(dá)到 100mg/kg，含 Co、Cu、Ni、Pb、Cr 達(dá)到 1000mg/kg 以上的植物稱(chēng)為超富集植物；（2） 植物地上部重金屬含量高于土壤中重金屬含量，即富集系數(shù)大于 1；（3）植物地上部重金屬含量應(yīng)高于地下部， 即轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于 1；（4） 該植物在采樣點(diǎn)未表現(xiàn)出明顯的受害癥狀，能正常 完成其生活史 。[10]

從本試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果來(lái)看，苦荬菜、茵陳蒿和播娘蒿對(duì) Pb、Cd 的吸收能力均較強(qiáng)，在采樣點(diǎn)生長(zhǎng)正常，耐性較強(qiáng)，但植物體內(nèi)的 Pb、Cd 含量均未達(dá)到超富集植物所要求的值，而且富集系數(shù)均小于 1，所以該區(qū)采集到的 7 種植物均不是重金屬 Pb、Cd 的超富集植物。 其中，茵陳蒿和播娘蒿雖未達(dá)到超富集植物篩選的標(biāo)準(zhǔn)，但二者屬于雜草，與作物相比，適應(yīng)性強(qiáng)，具有較強(qiáng)的抗干旱、耐貧瘠等逆境能力，因此，利用雜草對(duì)礦區(qū)土壤進(jìn)行修復(fù)，不經(jīng)人工干預(yù)即可正常生長(zhǎng)，成本較低。 這類(lèi)植物在重金屬污染 土 壤的 修 復(fù) 中 具 有巨 大的 應(yīng) 用 潛 力[11]，可 作 為該區(qū)污染土壤植物修復(fù)的選擇物種。

3 小結(jié)

該區(qū)土壤中重金屬 Pb、Cd 含量是超標(biāo)的，雖然可通過(guò)種植超富集植物或富集植物經(jīng)過(guò)若干年進(jìn)行 修 復(fù)[12][13][14]，但 土 壤 重金 屬 治 理工 作 任 重 道 遠(yuǎn) ，歸

根結(jié)底應(yīng)從源頭抓起，控制重金屬污染物源源不斷地進(jìn)入土壤。 其次，修復(fù)植物在重金屬富集后，如果這些重金屬富集植物生物質(zhì)一旦處置不當(dāng)，重金屬元素很可能重新釋放到環(huán)境中形成“二次污染”[15][16]，因此，如何妥善、安全地處置重金屬富集植物生物質(zhì)也是今后亟須解決的重要科學(xué)問(wèn)題之一。

[1]孔曉樂(lè),吳重陽(yáng),曹靖,等.干旱地區(qū)設(shè)施土壤和蔬菜重金屬含 量 及 人體健 康 風(fēng) 險(xiǎn) ——以 白 銀 市 為 例[J].干 旱 區(qū)資源 與環(huán) 境,2014（1）：92～97.

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（責(zé)任編輯 梁紅艷）

Soil Heavy Metal Contents and Accumulation Characteristics Research around the Yuling Smeltery

WANG Xiao-guo LIU Ming-di LIANG Hong-yan WU Su-wan
（College of Food and Landscape Architecture,Sanmenxia Polytechnic，Sanmenxia 472000，China）

To understand the present situation of soil pollution and select hyperaccumulator to repair the soil,the heavy metal content in contaminated soils around the Yuling smeltery was determined by atomic absorption spectrophotometry,and Pb,Cd absorption and enrichment capability of seven plants were studied,the results showed that the contents of heavy metals in soils around the smeltery exceeded bid badly,the content of Pb,Cd in soil were 821.574 mg/kg and 62.207 mg/kg.The Pb,Cd absorption capacity of seven plant samples collected existed obvious difference, the Pb, Cd absorbing ability of Sonchus oleraceus,Artemisia argyi H.Lév. Vaniot and D. sophia （L.）Webb is stronger,the content of Pb in plants were 423.95,358.275 and 303.5 mg/kg and the content of Cd were 54.60,49.425 and 55.175 mg/kg respectively.They belong to weeds and can adapt to enviroment strongly and can grow normally without human intervention,thus can be chosen as the hyperaccumulator ofcontaminated soil.

Yuling; Smeltery;Heavy metals;Hyperaccumulator

X53

：B

：1671-9123（2014）04-0102-04

2014-11-05

河南省科技廳科技攻關(guān)項(xiàng)目（132102110193）

王小國(guó)（1977-），男，山西長(zhǎng)治人，三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品園林學(xué)院講師。