湖北銅綠山銅礦區(qū)土壤銅污染狀況及優(yōu)勢植物對銅的吸收

繆誠遠(yuǎn)等

摘 要：礦區(qū)重金屬污染十分嚴(yán)重，尋找并篩選適合當(dāng)?shù)厣L的優(yōu)勢植物成為推廣礦區(qū)植物修復(fù)技術(shù)的前提。銅綠山礦區(qū)土壤重金屬銅含量高，在礦區(qū)發(fā)現(xiàn)4種優(yōu)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(diǎn)，評估其在礦區(qū)土地恢復(fù)與植被重建方面的作用與價(jià)值。

關(guān)鍵詞：土壤；植物；礦區(qū)；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(qū)開采造成土壤重金屬污染，使土地失去耕作價(jià)值。將重金屬耐性植物和超富集植物用于礦區(qū)土地恢復(fù)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(jié)合其共生的微生物體系可以實(shí)現(xiàn)對重金屬污染環(huán)境的修復(fù)。

調(diào)查礦區(qū)土壤重金屬污染狀況，尋找并篩選適合當(dāng)?shù)厣L的優(yōu)勢植物成為推廣礦區(qū)植物修復(fù)技術(shù)的前提。這些優(yōu)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(qū)進(jìn)行野外調(diào)查，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)貎?yōu)勢植物，分析其根際土壤和植物體內(nèi)的重金屬含量，評價(jià)優(yōu)勢植物的土壤修復(fù)潛力。

1前言

銅綠山礦區(qū)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(qū)以及周邊土地嚴(yán)重的土壤重金屬銅污染。該礦區(qū)現(xiàn)基本處于停工狀態(tài)[1]。10月中旬在銅綠山礦區(qū)共發(fā)現(xiàn)有4種優(yōu)勢植物，數(shù)量多，分布廣，分別是海州香薷，狼把草，小飛蓬和白茅。

礦區(qū)從地面逐漸向底部延伸，大致呈螺旋狀，有明顯的三個(gè)開采層，分別稱為內(nèi)層、中層和外層。在每層?xùn)|南西北4個(gè)方位各布置一個(gè)采樣點(diǎn)，通過縮分法采集各樣點(diǎn)1平方米內(nèi)的0～20cm厚度的土壤。在每一開采層上，采集數(shù)量豐富、有群落結(jié)構(gòu)的植物與其根部周圍0～20cm的土壤。共采集17個(gè)植物樣本（含根際土壤）和12個(gè)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(nèi)風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)篩，用HNO3+HCl+HClO4消化，定容，保存?zhèn)溆谩?/p>

3 結(jié)果與討論

3.1 土壤重金屬污染特征

表1列出了各樣點(diǎn)的土壤重金屬銅含量。有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一、總體銅含量高，與土壤環(huán)境質(zhì)量國家3級標(biāo)準(zhǔn)值[4]相比，最高含量為國家3級標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(nèi)層到外層土壤銅含量逐漸增大。

3.2 植物體內(nèi)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(xiàn)表明，[8]高Cu污染區(qū)小飛蓬的耐受性要強(qiáng)于低Cu污染區(qū)，兩者又均強(qiáng)于非污染區(qū)小飛蓬。不同生態(tài)型小飛蓬的耐受性呈現(xiàn)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(dá)4580.5 mg/kg、 612.8 mg/kg，可見高Cu污染區(qū)小飛蓬的耐受性強(qiáng)于相對較低的Cu污染區(qū)。

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(nèi)銅含量花>葉>根>莖。海州香薷體內(nèi)銅含量根>花>葉>莖。狼把草體內(nèi)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(fù)的進(jìn)程。

4 結(jié)論

礦區(qū)土壤污染嚴(yán)重，銅綠山礦區(qū)優(yōu)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(nèi)的銅含量在地上部中所占比例很小。這對土地恢復(fù)和植被重建中有實(shí)際意義，在收獲地上部時(shí)保留莖，既維持植被大部的完整，又汲取了多數(shù)的銅元素，同時(shí)有利于植被恢復(fù)和土壤銅含量的降低。endprint

參考文獻(xiàn)

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

[2] 李合生. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M]. 北京： 高等教育出版社，2000

[3] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析法[M]. 北京： 中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2000

[4] 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 15618-1995

[5] 曲向榮. 環(huán)境土壤學(xué) . 北京：清華大學(xué)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(fù)技術(shù)研究進(jìn)展.生態(tài)學(xué)報(bào) 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(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào).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(xiàng)目：武漢理工大學(xué)國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)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(xué)副教授、碩士生導(dǎo)師。現(xiàn)為武漢理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系主任。endprint