商洛秦王山矿区铜元素富集植物的调查

李筱玲

(商洛学院生物医药与食品工程学院/陕西省尾矿资源综合利用重点实验室，陕西商洛726000)

商洛秦王山矿区铜元素富集植物的调查

李筱玲

(商洛学院生物医药与食品工程学院/陕西省尾矿资源综合利用重点实验室，陕西商洛726000)

为了调查商洛秦王山矿区铜（Cu）元素富集植物，采用原子吸收光谱法检测土壤和植物中Cu元素含量，计算富集系数（BF）及转移系数（TF）并以其为指标，筛选出对Cu元素具有富集作用的植物。结果表明：BF＞1的植物有长距堇菜，TF＞1的植物有密毛白莲蒿。初步确定长距堇菜为Cu元素富集植物。

植物修复；重金属富集植物；富集系数（BF）；转移系数（TF）

近年来，我国矿区及其周边地区土壤重金属污染日益严重，破坏了生态环境，威胁着人类健康。据统计，我国目前约有2 000 hm2耕地受到Cd、Hg、As、Pb、Cr等重金属污染[1]。将植物修复技术(Phytoremediation)用于治理重金属污染土壤受到越来越多的关注。植物修复技术是指以植物分解、忍耐以及超量积累某些化学元素的生理机能为基础，利用植物及其共存微生物体系来吸收、降解、挥发和富集环境中污染物的治理技术[2]。此方法的关键在于寻找合适的超富集植物或富集植物。超富集植物是指具有很强的吸收重金属并将其运输到地上部分的能力的植物，一般要求特定元素在植物体内的含量达到某一限值以上且BF、TF两值均大于1的植物才能称为该元素的超富集植物[3]。富集植物则是指某些本身不具有超量富集特性但通过特殊过程可以诱导出超量重金属的植物，一般要求BF值大于1[4]。目前已发现500多种超积累重金属植物[5]。其中忍冬(Lonicera japonica Thunb)是一种新发现的Cd超富集植物[6]，印度芥菜（Brassicajuncea）能够富集高度的Pb[7]，蜈蚣草(P.vittata L.)能够富集高浓度的As[8]，鸭跖草是一种Cu的超富集植物[9]。商洛市地处秦岭腹地，具有丰富的植物资源和矿产资源。在开发矿产资源获取经济效益的同时，会不可避免的带来重金属污染问题。据统计，商洛市尾矿堆存量已经超过4 430万吨，占用大量土地，而且污染环境[10]。秦王山是商洛市商州区的最高峰，落差近千米，主峰海拔2 078 m，蕴藏多种矿产资源，其中金矿为现主要开采矿产。经多年开采，多处堆积的矿渣对周围土壤造成污染，对农业生产产生了一定的影响。徐友宁等[11]通过对小秦岭某金矿区水土环境重金属污染及效应研究，结果表明重金属Cu是金矿区土壤主要污染物之一。采用植物修复技术对矿区重金属污染进行治理，能有效防止传统治理方式所带来的二次污染。本文旨在利用商洛区域内丰富的植物资源，筛选出适用于秦王山矿区的Cu元素富集植物，为采用植物修复技术治理矿区污染提供初步的理论依据。

1 实验材料

1.1 采样方法

土壤样品：采集植物根系及附近土壤。采样深度0-20 cm，每个采样点采集土壤1.5-2.0 kg，置通风处风干，研磨，过60目筛，即得供试土壤样品[12]。

植物样品：分别采集地上部分和地下部分，用自来水冲洗，去除粘附于表面的泥土及污物，再用去离子水冲洗，沥干水分，于105℃下杀青30 min，后在70℃下烘干至恒重，粉碎，过60目筛，即得供试植物样品[12]。

1.2 采样地点

所有实验样品均于2011年10月采集于商洛市商州区秦王山矿区，具体地点见表1。

表1 样品采集地点

1.3 备选植物

采集污染区相对生长良好的植物进行筛选，共采集备选植物17种（详见表2）。其中1号样地10种、2号样地4种、3号样地3种、4号样地1种。

表2 秦王山矿区优势草本植物物种

2 实验方法

2.1 样品前处理方法

精密称取供试样品适量，置聚四氟乙烯消解罐内，加入定量浓硝酸静置过夜，微波消解，取出，放冷，转移至25 mL容量瓶，以稀硝酸定容至刻度，即得供试品溶液[13]。同法同步制备空白溶液。

2.2 重金属含量检测方法

采用原子吸收光谱法，参照土壤环境质量标准中推荐方法GB/T17138-1997）[14]进行检测。

2.3 BF和TF的计算

富集系数（Bioconcentration Factors，BF）为植物体内某元素含量与土壤中该种元素含量的比值，它能反映该植物对某种重金属元素的富集能力[15]。BF越大，则富集能力越强。转移系数（Translocation Factor，TF）为植物地上部分某元素含量与其根中该元素的含量之比，它可反映该植物将某元素从根部向茎、叶转移的能力[15]。

BF=植物地上部元素含量／土壤中元素含量TF=植物地上部元素含量／地下部分元素含量

3 结果与分析

3.1 标准曲线绘制

分别精密量取Cu元素的单元素标准液适量，用2%硝酸溶液配制标准系列，测定吸光度，以吸光度为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线，得Cu元素标准曲线方程y=0.0001x+0.0353，R2=0.9991，见图1。

图1 Cu元素标准曲线

3.2 土壤样品铜的含量

将采回样品按前述方法处理后检测重金属含量，结果见表3。

表3 土壤样品中重金属含量

由表3可知，除2号样地外，各采样点土样均受到不同程度的污染。依据表4中国家土壤环境质量标准可知，1号样地污染较为严重，Cu元素含量超过国家土壤环境质量二级标准（以下简称二级标准），其原因是矿渣堆积时间较长所致；2号样地未检出Cu元素，在4个样地中污染最轻，其原因是该采矿点开采时间不到2年，且取样地经常有运输车辆进出，造成道路泥泞，不断有外部土壤带入所致；3号样地污染最为严重，其Cu元素含量均大幅超过三级标准，其原因是该地为矿区排污口，大量废水、污物在此聚集所致；4号样地污染较轻，其原因是其位于道路旁，离矿区相对较远且矿渣堆积时间较短所致。

表4 国家土壤环境质量标准

3.3 植物样品铜的含量

将所采样品分为地上、地下两部分，按前述方法处理后检测重金属含量。由于污染区植物生长稀少，采集到的样品量有限，部分物种只有1株，特别是须根系植物，地下部分干燥后重量达不到检测用量要求，因此只对部分样品地下部分进行了检测，结果见表5。

表5 植物样品中重金属Cu的含量

由表5可知，大部分样品中Cu元素主要集中在植物的地下部分，而地上部分几乎检测不到Cu元素。说明在这些植物根部可能存在某种规避机制来阻止有害元素向地上部分转移，以减少其对植物的危害，这种规避机制有利于植物在重金属污染区生长，它们对矿区土壤中的重金属元素具有一定的固定作用[5]。

地上部分样品中Cu元素含量较高有密毛白莲蒿、长距堇菜及早熟禾等，说明这几种植物具有较强的将有害物质转移至地上部分的能力。可考虑利用密毛莲蒿、长距长距堇菜及早熟禾3种植物根系吸收污染土壤中的有害物质并运移至植物地上部分，再通过收割植物地上部分以带走土壤中污染物[17]，从而达到对矿区污染土壤进行修复的目的。

由于部分样品无地下部分检测数据，因此只计数了BF，结果见表6。

表6 样品对Cu元素的富集

由表6可知，对Cu元素具有富集作用（BF＞1）的植物有长距堇菜，其已初步符合富集植物的基本特征。

4 结论与讨论

本研究所选样地土壤受到了Cu元素较为严重的污染。Cu作为高等植物体内多种酶的组成元素，参与了很多代谢过程，是高等植物生长、发育过程中必不可少的一种微量元素。但Cu元素在植物体内具有累积性，过量的Cu会导致植物Cu毒害，阻碍植物的生长[17]。

Cu元素污染不仅常见于矿区土壤。近年来多种工业企业的发展，如电镀、铝铜材、地砖、印染、化工等，使工业“三废”日益严重，再加上城市垃圾、农用化学品应用的日趋广泛，高Cu杀菌剂、杀虫剂、化肥等不合理的使用，高Cu饲料也使得高Cu畜粪等大量涌入农田，这些都造成土壤环境Cu污染问题越来越严重[18]。

本研究发现，出现在样地中的密毛白莲蒿、长距堇菜及早熟禾3种植物具有一定的将土壤中的Cu元素转移至植物地上部分的能力，可将它们作为Cu污染土壤植物修复的备选物种；其中长距堇菜已初步具备Cu元素富集植物的基本特征，可将其作为Cu元素污染土壤植物修复的优先物种。在后续研究中，将通过盆栽试验探究其富集特征，以此推算矿山生态型原植物对Cu元素的富集阈值，为采用植物修复技术治理Cu元素土壤污染进一步奠定基础。

[1]宋想斌,方向京,李贵祥,等.重金属污染土壤植物联合修复技术研究进展[J].广东农业科学,2014,50(24)：59-62.

[2]陈晓英,唐胜群.土壤污染治理中的植物修复技术[J].福建农业科技,2007,38(2)：75-77.

[3]梁娜.镉污染土壤的超积累植物研究[D].西安：陕西师范大学,2009.

[4]王学礼,马祥庆.重金属污染植物修复技术的研究进展[J].亚热带农业研究,2008,4(1)：44-49.

[5]孙乐妮.铜耐性植物内生和根际细菌的生物多样性及其强化植物富集铜的研究[D].南京：南京农业大学,2009.

[6]刘周莉,何兴元,陈玮.忍冬——一种新发现的镉超富集植物[J].生态环境学报,2013,22(4)：666-670.

[7]郭艳杰.印度芥菜富集土壤Cd、Pb的特性研究[D].保定：河北农业大学,2008.

[8]申红玲,何振艳,麻密.蜈蚣草砷超富集机制及其在砷污染修复中的应用[J].植物生理学报,2014,50(5)：591-598.

[9]何兰兰,角媛梅,王李鸿,等.Pb、Zn、Cu、Cd的超富集植物研究进展[J].环境科学与技术,2009,32(11)：120-123.

[10]张景书.商洛市尾矿资源综合利用现状及其对策[J].商洛学院学报,2013,27(4)：3-7.

[11]徐友宁,张江华,赵阿宁,等.小秦岭某金矿区水土环境重金属污染及其效应[J].水文地质工程地质,2009,53 (4)：131-138.

[12]梁爽.华北平原特定地区土壤和植物重金属状况研究[D].郑州：河南工业大学,2010.

[13]姜卫东,贺亚玲,杜刚.益母草注射液中铅、镉、砷、汞、铜残留量的测定[J].药物分析杂志,2008,28(9)：1540-1542.

[14]GB/T17138-1997土壤质量Cu、Zn的测定火焰原子吸收分光光度法[S].北京：中国环境科学出版社,1997.

[15]Yoon J,Cao X D,Zhou Q X,et al.Accumulation of Pb,Cu,and Zn in native plants growing on a c ontaminated Florida site[J].Sci Total Environ, 2006,368(2/3)：456-464.

[16]鲍桐,廉梅花,丽娜,等.重金属污染土壤植物修复研究进展[J].生态环境,2008,17(2)：858-865.

[17]林义章,徐磊.铜污染对高等植物的生理毒害作用研究[J].中国生态农业学报,2007,15(1)：201-204.

[18]陈贵英,李维,陈顺德,等.环境铜污染影响及修复的研究现状综述[J].绿色科技,2011(12)：125-128.

（责任编辑：李堆淑）

Screening of Cu-accumulating Plants Distributed over Qinwang Mountain Mine in Shangluo

LI Xiao-ling
(College of Biopharmaceutical and Food Engineering/Shaanxi Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Tailings Resources,Shangluo University，Shangluo726000,Shaanxi)

Investigation of mine copper(Cu)element enrichment plant in Qinwang mountain in Shangluo City is done with atomic absorption spectrometry to detect the contents of Cu element in soil and plant to calculate the enrichment factor(BF)and transfer factor(TF)which could be the index to screen for Cu element enrichment plant.The results showed that the BF value in Viola dolichoceras was higher than one,plants with dense hairs white lotus artemisia than one.Thus we could elementary make sure that the Viola dolichoceras was Cu-accumulating plant.

phytoremediation;heavy metals-accumulating plant;bioconcentration factor;transfer factor

S154.4

A

1674-0033（2015）02-0047-04

10.13440/j.slxy.1674-0033.2015.02.012

2015-02-27

收稿日期：商洛学院科研基金项目（10SKY021）

李筱玲，女，陕西华县人，硕士，讲师