攀西典型矿区优势木本植物对Pb的积累特性研究

黄伊嘉 张甫平 付卓锐

摘 要：本文调查了四川甘洛埃岱和赤普沟铅锌矿，分析了矿区土壤及自然生长的9种优势木本植物体内的铅含量，并对植物对铅的富集能力和转运特性作了初步探讨。研究表明，该地区土壤铅污染风险高，属于需要修复治理的重金属元素。矿区内西南粗糠、七叶树、杉木和青冈4种植物表现出了相对较强的从土壤和根系向地上吸收并富集铅元素的能力，可以作为原位修复甘洛矿区土壤铅污染的理想植物品种进行下一步修复效果研究和验证。

关键词：铅锌矿;木本植物;铅;植物修复

中图分类号：S719       文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200430025

为有效推动国民经济，攀西地区丰富的矿产资源得到大力开发。然而，由于开采带来的“三废”问题使矿区积累了大量的重金属，土壤质量和生态系统遭到破坏，对人体健康造成威胁[1，2]。将优势乡土植物应用于土壤重金属修复，如果其对污染物耐受性良好或能够在体内积累某种污染物，就可以成为比较理想的修复植物[3]。

本文通过对四川甘洛埃岱和赤普沟铅锌矿区的主要木本植物开展调查，采集优势植物和矿区土壤样品进行分析，讨论植物与其对应土壤之间的铅含量关系，研究了优势木本植物对铅的积累特性，初筛出具有积累能力的理想品种，为恢复矿区生态提供参考。

1 材料与方法

1.1 调查地点

调查地点位于四川省西南部的凉山州甘洛县境内。年均温16.2～18℃，>10℃积温5062～5393.7℃，年降水量730.8～879.5mm，年蒸发量1475.5～2107.2mm，年日照1238.9～1661.2h。土壤类型主要为残积砂页岩及灰岩发育而成的山地黄壤[4，5]。

1.2 试验点选择与样品采集

查阅文献资料，采用实地调查的方式，在甘洛县埃岱和赤普沟2大金属矿区周边分别选择面积较大、土壤类型单一的3个地块作为试验点。在选定的试验点中确定了9种优势木本植物，每个品种采集3株代表性植株（可代表该试验点整体植株的树龄和长势，生长健康）的树干、树叶、树根等部位样品及其植株下对应土壤[6]，使用5点取样采集混合土壤样品，采样深度均为0～20cm，混合均匀，分成4份，每份1kg，装袋贴上标签。

1.3 植物与土壤样品前处理及分析

土壤样品在室温下自然干燥，充分混匀后取部分风干土壤样品研磨，过0.2mm尼龙筛，贮于样品瓶中待分析用[7，8]。

将采集植株的树干、树叶和树根样品分开，用去离子水将附着于样品上的泥污洗净，在105℃下杀青30min，于70℃下烘干至恒重，再分别研磨过20目尼龙筛[4]。

参考标准《GB 5009.268-2016 食品安全国家标准 食品中多元素的测定》和《GB/T 17141-1997土壤质量 铅、镉的测定 石墨炉原子吸收分光光度法》，采用电感耦合等离子体质谱法和原子吸收分光光度法分别对采集的植物及土壤样品中铅（Pb）元素含量进行测定[9]。

2 结果与讨论

2.1 矿区土壤样品铅含量

对矿区土壤样品中铅元素的含量进行检测，结果见表1。

2个矿区土壤中铅元素含量范围为1838～13457mg/kg。与《GB 15618-2018 土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》中对铅污染风险规定的筛选值和管制值比对可知，6个试验点中所有土壤样品的铅元素含量均远高于风险管制值，表明食用农产品不符合质量安全标准等农用地土壤污染风险高，且难以通过安全利用措施降低。因此，研究植物对铅元素的积累特性，可便于今后开展原位修复[10]。

2.2 矿区周边优势木本植物铅含量

对矿区周边9种优势木本植物的树干、树叶、树根及对应土壤样品中Pb元素的含量进行检测，结果见表2。

测定结果表明，矿区优势木本植物的铅含量，地上部分（树干和叶）的铅含量普遍较高，树干的铅含量范围在30.1～516.8mg/kg，明显高于一般正常植物体内铅含量（5mg/kg左右）;叶片铅含量范围在0.82～201.8mg/kg，少部分高于树干的铅含量;根部的铅含量范围在9.0～91.4mg/kg，大部分低于地上部分的铅含量。所有植物体内铅含量均未达到重金属超富集植物的标准，这可能是由于木本植物的生物量较大且生长缓慢，造成体内富集浓度较草本植物偏低[11]。考虑到叶片富集的重金属会重新参与到污染循环，因此主要选择树干部分含量较高且高于树叶部分含量的植物品种。对不同种类植物树干铅含量均值进行显著性检验可知，七叶树的树干铅含量最高，其余各种类植物的树干铅含量也均具有显著差异。结合生物量数据，分析比较得到9种优势植物中富集铅元素含量较高的品种是七叶树、西南粗糠、杉木、青冈、光荚含羞草。

2.3 优势植物对铅的富集特性分析及筛选

为了进一步反映植物对重金属的富集能力和转运能力，使用以下2个公式计算了优势植物对重金属的富集系数与转运系数，富集系数与转运系数越高，表明植物对该种重金属的吸收和转运能力越强[1，12]。计算结果见表3。

富集系数（BCF）=植物体内各部位重金属积累量/土壤中重金属含量

转运系数（TF）=植株地上部分重金属积累量/根部重金属积累量

從树干部分的富集系数来看，所有优势植物的树干重金属富集系数均没有超过1，其中系数相对较高的品种是杉木、青冈、七叶树、松树。从叶片部分的富集系数来看，除松树的富集系数较高，高于其树干富集系数以外，其余种类的叶片富集系数都很小。因此结合树干和树叶部分的富集系数筛选出富集能力较强的植物品种是杉木、青冈、七叶树。

从转运系数来看，9个优势树种中有8个品种的转运系数大于1，说明绝大部分优势树种的转运能力很强，重金属耐性高。其中，西南粗糠的转运系数最高，其次是七叶树、杉木、青冈。

3 结论

通过对甘洛铅锌矿区周边土壤铅含量调查测定，得到该地区土壤中铅元素含量范围在1838～13457mg/kg，检测结果与国家标准的限量值进行比较分析，可知该地区土壤铅污染风险高，属于需要修复治理的重金属元素。

通过对矿区内9种优势木本植物及其对应土壤进行检测，比较植物体内铅元素含量、转运系数和富集系数，西南粗糠、七叶树、杉木和青冈4种植物表现出了相对较强的从土壤和根系向地上吸收并富集重金属铅元素的能力，可以作为原位修复甘洛矿区土壤铅污染的理想植物品种进行下一步修复效果研究和验证。

参考文献

[1] 刘月莉，伍钧，唐亚，杨刚，祝亮.四川甘洛铅锌矿区优势植物的重金属含量[J].生态学报，2009，29（04）：2020-2026.

[2]Norland M.R， Veith D.L. Revegetation of coarse t aconite iron ore tailing using municipal waste compost [J]. Journal of Hazardous materials ， 1995（41）：123-134.

[3]崔爽，周啟星，李萍，赵杉林，黄璐.几种观赏花卉对土壤铅的吸收特性和抗性能力研究[J].江西科学，2009，27（01）：157-160.

[4]杨刚，伍钧，唐亚，谢丽苹，谢晴.铅锌矿业废弃地草本植物重金属耐性研究[J].四川环境，2006（04）：18-21，38.

[5]杨刚.甘洛废弃铅锌矿区几种草本植物的重金属耐性研究[C].四川省环境科学学会环境监测专业委员会.四川省第十次环境监测学术交流会论文集.四川省环境科学学会环境监测专业委员会：四川省环境科学学会，2005：135-137.

[6]杨学兵，吴斌，罗雅川，杨凌，张思碧，解锦华，付卓锐.攀西核桃中Pb累积特性分析及食用健康风险评估[J].生物质化学工程，2017，51（03）：48-54.

[7]石元值，韩文炎，马立锋，阮建云，方丽.不同茶园土壤中外源铅的形态转化及其生物有效性[J].农业环境科学学报，2010，29（06）：1117-1124.

[8]付卓锐，张丽，黄伊嘉，罗雅川，莫开林.四川花椒主产地土壤Pb的化学形态分析及生物有效性评价[J].四川林业科技，2017，38（02）：72-78.

[9]GB 5009.268—2016，食品安全国家标准 食品中多元素的测定[S].

[10]GB 15168—2018，土壤环境质量 农用地土壤污染管控标准（试行）[S].

[11]赵磊.白音诺尔铅锌矿铅超富集植物筛选及其耐性研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2009.

[12]杨阳.重金属Cr废弃地调查及植物对Cr的富集特性[D].郑州：河南农业大学，2014.

（责任编辑 贾灿）