內(nèi)蒙古錢家店鈾礦區(qū)土壤-植物中重金屬元素遷移富集特征

肖蓓，王正海*，申晉利，周聰

（1.中山大學地球科學與工程學院，廣東 珠海519082；2.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083）

重金屬污染因其長期性、隱蔽性、不可逆性等特點，成為礦區(qū)土壤中普遍存在的極具潛在生態(tài)風險的環(huán)境問題[1-2]。有毒有害重金屬元素長期存在于土壤中，極易改變土壤理化性質(zhì)，使土壤肥力降低，可利用土地面積減少。在影響土壤中動植物正常生長發(fā)育的同時，有毒有害重金屬元素還可能經(jīng)農(nóng)作物吸收而最終進入人體并累積，威脅人類健康乃至生命安全[3]。此外，礦區(qū)開采后形成的礦渣、堆積的尾砂還可能使重金屬元素伴隨大氣揚塵、雨水沖刷、地表水下滲等途徑擴散至周邊地區(qū)，造成農(nóng)田土壤、地下水及大氣污染，成為制約生態(tài)環(huán)境保護和社會經(jīng)濟發(fā)展的不利因素。

土壤中重金屬元素的含量反映了區(qū)域地球化學背景，而土壤是植物賴以生存的必要介質(zhì)。植物所需營養(yǎng)元素的豐缺程度及有毒有害元素的濃度范圍均對植物的質(zhì)量和產(chǎn)量具有直接影響，利用植物地球化學方法分析植株內(nèi)元素累積量，進而可獲取土壤中的元素信息。鈣（Ca）、鎂（Mg）、鉀（K）、磷（P）等是植物生長所需的大量營養(yǎng)元素；銅（Cu）、鋅（Zn）、錳（Mn）、鉬（Mo）等為植物生長所需的微量營養(yǎng)元素，若其濃度超過一定限度則會對植物生長產(chǎn)生不利影響；而砷（As）、鉛（Pb）、鎘（Cd）、鉻（Cr）等有毒有害元素含量過高，一方面會直接導致植物細胞結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，另一方面會抑制植物吸收生長所必需的營養(yǎng)元素，影響植物正常生長發(fā)育，但植物對其具有一定的耐受性。有毒有害重金屬元素進入土壤會改變土壤理化性質(zhì)，進而導致植物根際環(huán)境的變化，并間接通過富集吸收等過程進入植物體并遷移轉(zhuǎn)化，改變植物的細胞結(jié)構(gòu)、含水量、酶活性、葉綠素含量等；同時，抑制植物對其生長所需營養(yǎng)元素的吸收，可導致植物外觀色澤異常、植株矮小畸形、生長發(fā)育遲緩、產(chǎn)量下降甚至死亡，對區(qū)域植被生長產(chǎn)生不可逆影響[4]。然而，植物株高、外觀色澤等生長狀況及其產(chǎn)量也可反映礦區(qū)周圍土壤理化性質(zhì)，并可進一步揭示區(qū)域生態(tài)環(huán)境的概況，是礦區(qū)環(huán)境污染調(diào)查和綜合評價研究的重要指示因子[5-6]。因此，調(diào)查植物體內(nèi)重金屬元素濃度水平以及礦區(qū)重金屬在土壤-植被間的遷移富集特征，對于維系植物正常生長、土壤污染控制修復以及礦區(qū)土地資源監(jiān)測管理和區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護具有重要的理論和實踐意義。

利用植物地球化學方法就礦區(qū)不同種類植物對重金屬元素富集效應(yīng)的相關(guān)研究結(jié)果表明：印度芥菜對土壤中Cd的富集能力較強，主要與其絡(luò)合素在根系中的快速積累有關(guān)[7]，同時，印度芥菜可以將Pb 從有效態(tài)轉(zhuǎn)化為殘渣態(tài)，降低土壤中Pb 的濃度[8]；龍葵、東南景天、兩面針和鵝掌楸可以富集Cd[9-11]，且鵝掌楸可有效富集鈷（Co）、Mn、Zn等重金屬元素[11]；蜈蚣草可以大量富集As[12]，黃芪也可在其莖葉中大量累積As[13]；小麥對土壤中汞（Hg）的累積系數(shù)較高[14]，酢漿草同樣對Hg 有很強的耐受性，且轉(zhuǎn)移率較高，種植酢漿草60 d可吸收土壤中近20%的Hg[15]；水馬齒、浮葉眼子菜、篦齒眼子菜對水體中鈾（U）的凈化效果顯著[16]；甘藍型油菜、芥菜等蕓薹屬植物對土壤中Zn、Cd等元素的提取效果顯著，可達苔蘚類植物的10 倍以上[17]。植物對重金屬元素的富集和耐受性及其對土壤中重金屬元素形態(tài)和有效性的轉(zhuǎn)化，也進一步使植物修復成為環(huán)境污染治理的有效手段，并初見成效。

錢家店鈾礦區(qū)于20世紀90年代在遼河油田油氣勘探中被發(fā)現(xiàn)，是我國松遼盆地第1個通過油-鈾兼探工作開發(fā)探明的砂巖型鈾礦區(qū)。區(qū)內(nèi)土壤多為風沙土，以細砂顆粒組成為主，土質(zhì)松散、團粒結(jié)構(gòu)差、透水性強，雖土層較厚易于耕作，但因缺乏淀積層，有機質(zhì)和有效養(yǎng)分含量低，對農(nóng)作物的養(yǎng)分供給和保水保肥能力差，且易受風蝕作用影響[18]。經(jīng)過近30年勘探，諸多研究人員對錢家店特大型砂巖鈾礦床進行了地質(zhì)構(gòu)造、成礦鈾源、成礦模式、礦床地化特征等方面的研究[19-23]，但已有的研究就后期礦產(chǎn)開采及冶煉過程對周邊環(huán)境可能產(chǎn)生的影響關(guān)注度較低。本課題組周聰?shù)萚24]對該研究區(qū)土壤中重金屬污染特征及其潛在生態(tài)風險進行了較系統(tǒng)的分析與評價。結(jié)果表明：錢家店鈾礦區(qū)土壤中的U、Cr、Mo、Pb 4種元素含量高于相鄰的大林鎮(zhèn)非礦區(qū)土壤的平均水平，其中U 達輕度污染水平；土壤重金屬元素綜合污染程度為輕度，潛在生態(tài)風險低。整體上，已有研究成果對于重金屬元素在風沙土這一特殊土壤類型及植物體內(nèi)的富集遷移規(guī)律仍不明確，且未對礦區(qū)周邊可能存在的重金屬污染現(xiàn)象及后續(xù)治理修復進行科學分析。

本研究在錢家店鈾礦北部農(nóng)作物種植區(qū)風沙土土壤中采集結(jié)縷草、高粱、花生、玉米、柳樹和楊樹6種植物的根、莖、葉樣品及其對應(yīng)的根際土壤樣品，測試分析了U、As、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Mo、Zn、Pb、銻（Sb）、釷（Th）、鎳（Ni）共13種元素的濃度特征，在周聰?shù)萚24]前期對該區(qū)內(nèi)土壤中重金屬元素污染評價的基礎(chǔ)上，進一步利用生物富集系數(shù)及轉(zhuǎn)運系數(shù)探討了重金屬元素在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移規(guī)律，并對比了不同植物類型對土壤中重金屬元素的吸收和富集差異，旨在厘清土壤中各重金屬元素向不同植物的遷移轉(zhuǎn)化機制，篩選出對重金屬元素富集效力最佳的優(yōu)勢植物種類，為當?shù)剞r(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整及后期礦區(qū)開采過程中可能產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境問題的治理與修復提供科學的參考依據(jù)，并為當?shù)仫L沙土覆蓋區(qū)利用植物地球化學方法找礦提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

錢家店鎮(zhèn)隸屬內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科爾沁區(qū)，地處西遼河、清河沖積平原區(qū)，地勢平坦，屬溫帶半干旱大陸性氣候區(qū)，冬季寒冷漫長，春季干旱多風，夏季降雨集中，秋季短暫涼爽、氣溫下降快。區(qū)內(nèi)土壤類型多為風沙土，以固定沙坨風沙土、沙沼風沙土和栗鈣土型風沙土為主，土地利用類型以耕地為主，其次為林業(yè)用地、草地和建設(shè)用地。其中耕地均為水澆地，農(nóng)作物類型以玉米為主，兼有花生、高粱等，經(jīng)濟作物主要為蔬菜，林業(yè)用地樹種以楊樹為主，草地多為畜牧業(yè)用地。錢家店鈾礦區(qū)位于錢家店鎮(zhèn)駐地東北部，是我國松遼盆地第1 個已探明的砂巖型鈾礦區(qū)。

1.2 樣品采集與預處理

于2017 年8 月對錢家店鈾礦區(qū)布設(shè)的26 處采樣點進行植物根際土壤樣品和結(jié)縷草、高粱、花生、柳樹、楊樹、玉米6 種植物樣品采集，共采集土壤樣品78 個（每處采樣點3 次重復），植物樣品84 個（含6 種植物根系、莖稈、葉片等不同器官樣品，同一植物的同一器官采集自不同地點，以保證所測結(jié)果的科學性），采樣區(qū)位于43.86°—43.88° N，122.63°—122.65° E。土壤樣品采集深度為10～20 cm，將采集的土壤樣品置于聚乙烯袋中密封保存，并記錄樣品編號和經(jīng)緯度等采樣信息。植物樣品采集后將其根系、莖稈、葉片等不同器官分別置于不同聚乙烯袋中密封保存，并標注樣品編號和地理信息。

將樣品帶回實驗室后，土壤樣品直接置于60 ℃烘箱中進行干燥處理，烘干后利用瑪瑙研缽研磨成粉末狀，過孔徑80 目篩后存儲于樣品袋中，備測。植物樣品先利用清潔自來水和去離子水清洗以除去植株根、莖、葉等處附著的土壤及表面灰塵，避免空氣及土壤中重金屬成分的干擾，以保證所測結(jié)果的準確性和科學性。待水漬自然風干后，將植物樣品置于烘箱中以105 ℃高溫殺青30 min，后于60 ℃恒溫下烘干48 h，待樣品完全干燥至恒量后，碾碎、研磨，并過孔徑80目篩后存儲于樣品袋中，備測。

1.3 樣品測試

所采樣品經(jīng)預處理后送至澳實分析檢測（廣州）有限公司進行各重金屬元素的分析測定工作，其中，土壤樣品中的微量元素利用M61-MS81型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國賽默飛世爾科技公司）進行測定，各元素測試精度范圍為0.01～5.00 mg/kg，植物樣品中的痕量元素利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry,ICP-AES）和電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-mass spectrometry, ICP-MS）進行檢測，測試精度為0.000 5～0.100 0 mg/kg。

1.4 數(shù)據(jù)分析

濃集系數(shù)（concentration coefficient,CC）常用于表征元素的富集成礦能力，是某元素在某一地質(zhì)體中的平均濃度與某元素克拉克值的比值，其值大于1 表明該元素在某地質(zhì)體中比在地殼中更為集中，反之則更為分散。

生物富集系數(shù)（bioconcentration factor,BCF）是描述生物體內(nèi)化學物質(zhì)積累的重要指標，可有效評估植物從基質(zhì)中積累元素的能力，并直觀反映植物對某一重金屬元素的富集作用，以植株中重金屬元素質(zhì)量分數(shù)（Cplant，mg/kg）與其所在土壤中相應(yīng)重金屬元素全量（Csoil，mg/kg）的比值來表示，BCF 越大，富集程度越強。其表達式為：

轉(zhuǎn)運系數(shù)（translocation factor,TF）用以指示植物各部位間重金屬元素的遷移轉(zhuǎn)運能力，是調(diào)查植物中重金屬元素脅迫程度的重要指標，其中，莖部轉(zhuǎn)運系數(shù)（TFshoot）表示為莖部重金屬元素質(zhì)量分數(shù)（Cshoot，mg/kg）與根部重金屬元素質(zhì)量分數(shù)（Croot，mg/kg）的比值，葉片轉(zhuǎn)運系數(shù)（TFleaf）表示為葉片重金屬元素質(zhì)量分數(shù)（Cleaf，mg/kg）與莖部重金屬元素質(zhì)量分數(shù)（Cshoot，mg/kg）的比值。兩者的表達式為：

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤中重金屬元素含量分析

錢家店鈾礦區(qū)周邊地區(qū)的土壤受礦床高濃度重金屬元素遷移及采礦活動影響可能含有高濃度的重金屬元素。對該礦區(qū)北部農(nóng)田土壤中重金屬元素分布特征（表1）調(diào)查顯示：10～20 cm 土層中Mn 含量最高，達232.29 mg/kg，Cr、Zn、Pb 含量也相對較高，分別為28.36、18.61、14.31 mg/kg，其他元素質(zhì)量分數(shù)均低于10 mg/kg，各重金屬元素含量由高到低依次為Mn、Cr、Zn、Pb、Ni、Cu、Th、As、Co、U、Sb、Mo、Cd。與地殼中各類重金屬元素豐度值[25]對比發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)As、Pb、Sb 3種元素的濃集系數(shù)高于1，表明土壤中這幾種元素可能存在一定程度的富集傾向，需加以控制和修復以免引起土壤污染。相對于當?shù)厣皫r鈾礦床層間氧化帶中所測得的重金屬元素含量[23]，農(nóng)田土壤中的Cu、Mo、Pb、Th、U元素含量相對較低。

各類植物根際土中重金屬元素的含量同樣以Mn居高，Cr、Zn、Pb質(zhì)量分數(shù)均達10 mg/kg以上，但不同植物根際土間具有一定的差異（表1）。柳樹根際土中Co、Ni、Th、U等元素含量高于其他植物根際土，除此之外，各元素含量在結(jié)縷草根際土中較高；Cr和U在高粱根際土中含量最低，其他元素均以花生根際土中含量最低。整體而言，植物根際土中重金屬元素含量表現(xiàn)為：結(jié)縷草根際土＞柳樹根際土＞玉米根際土＞楊樹根際土＞花生根際土和高粱根際土。

表1 10～20 cm土層及植物根際土中重金屬元素含量Table 1 Contents of heavy metal elements in 10-20 cm soil layer and rhizosphere soils of different plants

對研究區(qū)土壤中各重金屬元素的相關(guān)性進行分析，結(jié)果（表2）表明：U與其他各元素均呈顯著或較顯著的正相關(guān)，除As外，U與Co、Mo、Ni、Zn等伴生元素及其他重金屬元素的相關(guān)性均達到0.01 置信水平，而且U 與Co、Mn、Th、Zn 等元素的相關(guān)系數(shù)達0.89，表明該區(qū)域土壤中的U 與各重金屬元素可能存在同一或相似的物質(zhì)來源；其他各重金屬元素間同樣呈正相關(guān)關(guān)系，且多顯著相關(guān)。上述研究結(jié)果可為后期在該鈾礦區(qū)已探明礦床外圍找礦與深部探礦工作提供科學依據(jù)。

表2 土壤中重金屬元素相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficients of heavy metal elements in the soil

2.2 植物中重金屬元素含量分析

錢家店鈾礦區(qū)各植物體內(nèi)重金屬元素的平均含量同樣為Mn最高，達36.93 mg/kg以上，其次為Zn，各植物均高于14.97 mg/kg，但與土壤中各元素豐度值不同，植物體內(nèi)Cu和Ni的平均含量高于Cr和Pb，各元素含量由高到低依次為Mn、Zn、Cu、Ni、Pb、Cr、As、Co、Mo、Cd、Th、Sb、U（圖1）。植物對重金屬元素的吸收具有選擇性，因而不同種類植物的重金屬元素含量差異明顯。結(jié)縷草植株內(nèi)As、Co、Cr、Mo、Mn、Ni、Pb、Sb、Th、U 的含量明顯高于其他種類植物，Zn、Cu、Cd 3 種元素含量則以柳樹植株中居高。結(jié)縷草中的Mn含量分別可達花生、玉米、高粱、楊樹和柳樹的2.23倍、3.21倍、4.23倍、4.37倍和6.44倍，而柳樹中的Zn 含量分別可達高粱、楊樹、結(jié)縷草、玉米和花生的1.84 倍、1.98 倍、2.88 倍、4.50 倍和5.05倍。就同一植物內(nèi)不同元素含量來看，結(jié)縷草、花生、玉米等植物中Mn占絕對優(yōu)勢（在所測元素含量總和中占比高于71%），高粱和楊樹中的Mn與Zn含量差異相對較?。ú钪稻陀?6.1 mg/kg），而柳樹中的Zn含量可達Mn的2倍以上。植物重金屬元素含量整體表現(xiàn)為結(jié)縷草＞花生＞柳樹＞高粱＞楊樹＞玉米。

圖1 不同植物及其器官的重金屬元素含量Fig.1 Contents of heavy metal elements in different plants and their organs

同種植物的不同器官對重金屬元素的吸收程度也不一樣，總體表現(xiàn)為葉片＞根系＞莖稈，但各元素在不同類型植物器官間的分布存在差異（圖1）。結(jié)縷草葉片中重金屬元素總含量低于根系；花生、高粱、玉米3 種農(nóng)作物整體呈現(xiàn)地上部重金屬元素含量高于地下部的特征；而柳樹和楊樹2 種喬木則呈現(xiàn)葉片重金屬元素含量高于根系、莖稈的特征。具體到各元素則表現(xiàn)為：結(jié)縷草葉片中As、Cr、Mo、Th、Zn等元素含量均高于根部；高粱植株內(nèi)As、Cr、Cu、Mo、Sb等元素含量同樣以葉片居高，Cd、Mn、Zn元素含量則以莖稈較高；花生葉片中Cu、Mn、Th、Zn含量高于根系和莖稈，其中Mn 含量可達根系和莖稈的3.87 倍和3.44 倍；玉米葉片中As、Cu、Mn、Mo 4 種元素含量明顯高于莖稈和根系，而Cd、Co、Cr、Ni、Pb等元素含量則以根系居高；柳樹和楊樹2種喬木葉片中Co、Cu、Mn、Mo、Ni 等重金屬元素含量較根系和莖稈高，而As、Th、U 元素含量則以根系居高；柳樹根系中Zn質(zhì)量分數(shù)達96.80 mg/kg，是其根際土含Zn量（23.00 mg/kg）的4.21倍，其莖稈和葉片中Zn 質(zhì)量分數(shù)也達64.40 mg/kg 以上，高于其他植物各器官中的含量；此外，柳樹葉片中Ni 質(zhì)量分數(shù)為7.21 mg/kg，分別是其根系和莖稈中的7.59 倍和8.90倍，高于其他植物各器官中的含量。

2.3 植物各器官中重金屬元素的富集與轉(zhuǎn)運分析

由圖2可見：研究區(qū)內(nèi)各植物對Cd的吸收富集能力均較強，其中，楊樹的生物富集系數(shù)達21.71，柳樹為14.06，花生和高粱的生物富集系數(shù)也均高于10。各植物對Zn 的富集能力也較強，其中，柳樹的生物富集系數(shù)最高，達4.21，高粱和楊樹分別為2.40和2.08，而玉米的生物富集系數(shù)低于1。不同植物對Cu、Mn、Mo 的富集能力差異較大，其中，結(jié)縷草對這3種重金屬元素的生物富集系數(shù)均高于1，高粱和楊樹對Cu的富集能力次于結(jié)縷草，但優(yōu)于其他植物，花生對Mo的富集能力顯著強于其他各植物，生物富集系數(shù)達6.30，玉米對Mo 的生物富集系數(shù)也高于1，但玉米對除Cd 和Mo 以外的其他元素富集能力均較弱，其中對Zn的生物富集系數(shù)低于其他各植物。研究區(qū)內(nèi)各植物對As、Co、Cr等其余重金屬元素的富集能力均較弱。

圖2 不同植物根系中重金屬元素的生物富集系數(shù)Fig.2 Bioconcentration factor(BCF)of heavy metal elements in the roots of different plants

不同植物莖稈對各重金屬元素的轉(zhuǎn)運系數(shù)為0.16～2.63（圖3）。高粱莖稈對其根系中Cd、Cu、Mn、Mo、Zn的轉(zhuǎn)運能力較強，其中對Cd、Mn、Mo的轉(zhuǎn)運系數(shù)均高于2，且對Mn 和Mo 的轉(zhuǎn)運系數(shù)高于其他植物；花生莖稈對Mn、Sb、Th、U 的轉(zhuǎn)運能力較強，其中對Sb、Th、U的轉(zhuǎn)運系數(shù)明顯高于其他植物；柳樹莖稈中Cd、Co、Cr、Pb等元素的轉(zhuǎn)運能力相比其他植物均較強，其對Sb的轉(zhuǎn)運系數(shù)也高于2；楊樹莖稈對Cu和Ni的轉(zhuǎn)運能力強于其他植物，其對Sb、U、Zn 的轉(zhuǎn)運系數(shù)也較高；玉米對Mo 的轉(zhuǎn)運能力僅次于高粱，對Sb的轉(zhuǎn)運能力僅次于花生，對Zn的轉(zhuǎn)運能力優(yōu)于其他各植物，對Cu 和Mn 的轉(zhuǎn)運系數(shù)也高于1。

圖3 植物莖稈中重金屬元素的轉(zhuǎn)運系數(shù)Fig.3 Translocation factor (TF) of heavy metal elements in the plant stems

不同植物葉片對各重金屬元素的轉(zhuǎn)運系數(shù)為0.14～7.59（圖4），大多數(shù)元素在葉片中的轉(zhuǎn)運系數(shù)高于其對應(yīng)的莖稈中的轉(zhuǎn)運系數(shù)。結(jié)縷草葉片對其根系中Th和Cr的轉(zhuǎn)運能力強于其他植物，對As、Mo、Zn 的轉(zhuǎn)運系數(shù)也較高。高粱葉片對Mo 和Sb的轉(zhuǎn)運能力優(yōu)于其他植物，轉(zhuǎn)運系數(shù)分別為7.00和2.64。花生葉片對Mn的轉(zhuǎn)運能力極強，轉(zhuǎn)運系數(shù)為5.01，對U的轉(zhuǎn)運系數(shù)也高于其他植物，為1.64。柳樹和楊樹2種喬木葉片對其莖部Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni等重金屬元素的轉(zhuǎn)運能力均較強，其中柳樹葉片對Cd、Cu、Ni、Pb的轉(zhuǎn)運系數(shù)均高于其他植物，而楊樹葉片對Co和Mo的轉(zhuǎn)運能力在各植物中均占有明顯優(yōu)勢。玉米葉片對As和Zn的轉(zhuǎn)運系數(shù)高于其他植物，對Cu、Mo、Pb等的轉(zhuǎn)運系數(shù)也相對較高。

圖4 植物葉片中重金屬元素的轉(zhuǎn)運系數(shù)Fig.4 Translocation factor (TF) of heavy metal elements in the plant leaves

3 討論

錢家店鈾礦區(qū)北部農(nóng)田土壤中Cu、Mo、Pb、Th、U 5種重金屬元素的含量相對于該區(qū)域砂巖鈾礦床層間氧化帶中所測得的同類重金屬元素偏低[23]，原因在于絕大部分U 及其伴生元素以吸附態(tài)賦存于含水硅酸鹽或鋁硅酸鹽等黏土礦物中[24]，而風沙土土壤質(zhì)地疏松、粒度較粗、透水性強、黏土礦物含量低，砂巖鈾礦中的成礦元素較難在此類土壤中富集。研究區(qū)內(nèi)土壤中各重金屬元素間均呈正相關(guān)，可能其物質(zhì)來源較為一致或相似。相對而言，As與其他各重金屬元素間的相關(guān)性較弱，原因在于研究區(qū)內(nèi)As主要來源于除草劑、殺蟲劑等農(nóng)藥的外源輸入，與鈾礦區(qū)成礦元素間的交互作用弱。

研究區(qū)內(nèi)植物對土壤中重金屬元素的富集作用具有選擇性。整體上，各植物對Cd 和Zn 都有較好的吸收能力，且多種植物對Cu和Mo的吸收能力也相對較強，但均未達到超富集植物（富集系數(shù)達100）的標準。結(jié)縷草和高粱、花生、玉米等農(nóng)作物對土壤中Mo的吸收作用較強，同時，結(jié)縷草和花生等植株相對較矮的植物可有效吸收土壤中的Mn，因此，可針對以上各種植物利用固定和提取等方法去除研究區(qū)內(nèi)土壤中的Mn和Mo。柳樹、楊樹等喬木的各器官均可相對高效地吸收土壤中的Cd 和Zn，可利用植物固定、提取、揮發(fā)等手段降低土壤中Cd和Zn含量；同時，柳樹和高粱葉片對其根際土中Cu 的吸收能力較強。已有的研究結(jié)果同樣證明楊樹和柳樹對Cd 和Zn 具有較強的富集能力和修復潛能[26-28]。METWAIL 等[29]對高粱、小麥和玉米3 種農(nóng)作物的重金屬毒性作用研究發(fā)現(xiàn)，高粱對Cd 和Cu 的富集能力強于玉米。趙明等[30]在山東省青島地區(qū)大田種植試驗中測得花生根系對重金屬的富集能力表現(xiàn)為Zn＞Cu＞Cr＞Pb。說明通過回收處理區(qū)內(nèi)對重金屬富集能力較強的植物體，可有效降低土壤重金屬污染及區(qū)域生態(tài)風險。

周聰?shù)萚24]以30 cm為間隔取樣研究錢家店鈾礦區(qū)土壤中重金屬元素在垂直剖面上的含量變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，多種重金屬元素的含量在0.1～0.4 m深度區(qū)間內(nèi)呈上升趨勢，在＞0.4～1.3 m 深度區(qū)間內(nèi)變化趨于平穩(wěn)，在＞1.3～1.6 m 深度區(qū)間內(nèi)顯著上升，在1.6 m 以下仍呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢。出現(xiàn)該現(xiàn)象主要與研究區(qū)內(nèi)土壤粒級變化相關(guān)。一方面，表層風沙土受風蝕作用影響風化嚴重，多為細砂粒，深層土壤則以粗粉粒為主，含Al3+的黏土礦物改善了U及相關(guān)元素的賦存狀態(tài)，因而重金屬元素含量增加；另一方面，淺層土壤中植物根系發(fā)達，尤其是花生、高粱、玉米等農(nóng)作物以及結(jié)縷草根系較淺，可有效富集0.1 m 深度上下土壤中的重金屬元素，伴隨深度增加，土壤中結(jié)縷草、花生等植物的根系數(shù)量減少、直徑變細，對重金屬元素的富集作用隨之減弱，故而使0.4 m 及以下土壤中重金屬元素的含量上升且趨于平穩(wěn)。楊樹、柳樹2 種喬木根系橫向拓展距離和縱向延伸深度均強于結(jié)縷草、高粱等草本植物，因此可對1.3 m 以下深度土壤中的重金屬元素有較強的吸收富集作用。隨土壤深度的持續(xù)加深，根系數(shù)量和粗度進一步減小，楊樹和柳樹根系對土壤中重金屬元素的吸收作用也逐漸衰減，重金屬元素含量上升，尤其是Cd 和Zn 等在楊樹和柳樹中生物富集系數(shù)較高的元素，在＞1.3～1.6 m深度區(qū)間內(nèi)含量大幅增加，在1.6 m 以下植物根圍環(huán)境對土壤元素的干擾逐漸減弱，U、As、Co、Pb 等生物富集系數(shù)較低的元素變化趨于平穩(wěn)，而Cd、Cu、Zn 等生物富集系數(shù)較高的元素仍呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢。

整體上，研究區(qū)內(nèi)植物對土壤重金屬元素污染的修復能力較弱，但可以適應(yīng)重金屬元素含量相對較高的土壤環(huán)境，并能夠少量吸收重金屬元素，將其鈍化在植物根部，減少其向莖、葉、果實等地上部的轉(zhuǎn)移量；另外，植物根系的分泌物可以提高水溶性有機質(zhì)含量并黏附固定根際土中的污染物質(zhì)，降低有毒有害重金屬元素的生物有效性以減輕其毒害作用，并縮小重金屬元素在土壤中垂向和橫向遷移范圍，降低對地下水和周邊環(huán)境的污染程度，因此，可用于礦區(qū)周邊植被重建。為提高研究區(qū)內(nèi)植物對土壤重金屬元素污染的修復能力，可引入其他富集植物間作或配合以物理化學修復手段。對于研究區(qū)內(nèi)花生、玉米等可食用農(nóng)作物可通過間作其他富集植物以改變重金屬的賦存狀態(tài)，分散吸收土壤中的重金屬元素，進而降低農(nóng)作物植株中重金屬元素的含量[9]及其生態(tài)毒性風險，減少人體對重金屬元素的攝入。此外，降低土壤pH值、添加腐殖酸（可通過影響氮素代謝及介導作用等降低土壤中重金屬元素的有效性），以及施加磷肥（可提高植物對重金屬元素的富集能力，進而提升土壤重金屬元素的去除效率）、秸稈生物炭（可有效降低污染農(nóng)田土壤中重金屬元素的生物有效態(tài)含量）[31-33]等物理和化學措施，也可有效減輕各種重金屬元素對植物的毒害作用，輔助修復污染土壤。

4 結(jié)論

1）錢家店鈾礦區(qū)風沙質(zhì)農(nóng)田土壤中重金屬元素質(zhì)量分數(shù)多低于10 mg/kg；濃集系數(shù)多低于1，僅As、Pb、Sb存在微弱的富集傾向；U與其他元素呈顯著正相關(guān)，可能存在同一物質(zhì)來源。

2）不同植物及其器官對重金屬元素的吸收均具有選擇性，各植物體內(nèi)重金屬元素含量以Mn、Zn、Cu 居高，結(jié)縷草植株內(nèi)重金屬元素總含量高于其他植物；不同植物的各器官中重金屬元素含量差異明顯，大致表現(xiàn)為葉片＞根系＞莖稈。

3）研究區(qū)內(nèi)各植物均可富集土壤中的Cd，其中楊樹的生物富集系數(shù)達21.71；花生、柳樹分別可有效富集Mo和Zn，楊樹、柳樹等根系的富集作用可使1.6 m 深度以下土壤中重金屬元素含量保持在較低水平；葉片對重金屬元素的轉(zhuǎn)運能力強于莖稈。

綜上所述，錢家店鈾礦區(qū)土壤中重金屬元素的污染程度較輕，區(qū)內(nèi)植物對土壤中的重金屬元素具有選擇吸收性和較強的耐受性。其中，結(jié)縷草、高粱和花生可作為礦區(qū)開發(fā)后土壤重金屬元素污染修復的備選植物。