铅锌矿区不同科属植物对重金属的吸附累积能力研究

张文博 王岳俊 余靖冉(河套学院，内蒙古 巴彦淖尔 015000)

0 引言

随着我国工业的日益发展，矿物的新需求也越来越大，对于矿山的开采也越来越多，重金属对环境的污染问题日益突出，大量有害重金属滞留土壤，破坏土壤构成，使土壤养分流失。在不破坏土壤的情况下，既要保留土壤的养分，还要有效的解决重金属的污染，超累积植物修复技术成为热门且最具效益的方案。利用植物对特定重金属的富集能力，吸收土壤中重金属，达到降低污染的目的。吸收的植物在经回收，可以冶炼金属。这种方法节约成本，还能实现循环经济，还比较完整的保存土壤物理构造及生物性能，在治理生态污染的同时，保持肥力，改善生态环境[1-4]。

位于巴彦淖尔市的东升庙矿区Cu、Pb、Zn等矿物资源丰富，因而形成了有色金属产业集群，当地土壤环境承受着巨大的压力，有潜在的污染风险。但是，目前国内外重金属富集植物的研究，主要集中在湿润多雨地区，作物大多为生长速度快、阔叶型物种，由于地理气候条件限制，驯化移植困难，不适宜修复本地污染矿区。

因此亟需对矿区所在地的针叶作物或低矮灌木进行重金属累积优势物种甄别，进行污染矿区植物修复研究。基于此，本研究将对该矿区生长的不同科属植物进行普查和重金属富集能力评价，探究植物科属对重金属的性能，为本地的植物修复土壤生态技术补充基础材料，初步完善本地重金属富集植物数据库，为后续巴彦淖尔市生态修复打良好的实验基础[5-7]。

1 材料与方法

1.1 采样区概况

采集植物样品的矿区位于巴彦淖尔市的乌拉特后旗东升庙镇东北，属于中温度干旱气候，年平均气温7.2℃,平均降水量134.6mm，矿区内岩石裸露程度高，植被稀疏，矿区Cu、Pb、Zn等矿物资源丰富。

1.2 实验方法

植物样品与土壤样品均采集于东升庙矿区，选取山坡、污水沟、矿区门口污水沟作为采样点的布设地。每一布设地分为上、中、下三段分别采集样品，每一段除了采集植物样品，还要采集2～3个土样，取样深度为不低于20cm。根据采样地大小、高度，采用蛇形型或对角线法布置采样点，将采集的植物样品分地上植株部分和地下根系部分开来进行编号，并记录植物样品的名称以及科属[8-9]。本研究共采集了18个科属的植物及土壤样品。

1.3 样品的处理与分析

植物样品分为地上植株部分和地下根系部分，分别用自来水和去离子水，清洗三遍，把表面的杂质初步清洗掉，再用蒸馏水清洗多遍。放置干净的滤纸上晾干。将晾干后的植物样品，干燥箱进行烘干，干燥箱温度控制在100～120℃。干燥时间不定，直至样品恒重。将烘干后的植物样品放入粉碎机进行粉碎，过60目筛，装袋标号待用。将土壤样品分别平铺在表面皿上，置于烘箱进行烘干，温度控制在100～120℃，直至恒重，将样品过100目筛，装入样品袋中标号。过筛后的植物样品与土壤样品采用HCl—HNO3—HClO4法消化，用原子吸收分光光度法测定样品中的重金属含量[10-11]。

2 结果与分析

2.1 各科植物体内重金属含量

分析可得植物中各重金属的含量及富集系数，分别列于表1～表11。总的来说，不同科属的植物对Cu、Cd、Zn、Ni的富集程度各不相同，植物体内Zn的含量最高，其次分别是Cu、Ni、Cd。该矿区所有植物体内Zn含量较高，这是因为该矿区土壤中Zn含量较高，植物的适宜性导致植物体内这两种重金属含量偏高。菊科(苦菜)植物的富集系数来看，地上植株对Cd的富集系数较高，达到0.3左右，远高于对其他金属元素的富集系数，说明相对其他重金属来说，苦菜对Cd重金属有一定的富集潜力。对禾本科(芦苇)植物而言，禾本科植物Cd的富集较强，根系部分达到0.3左右，地上植株部分达到0.17左右，这说明相对其他重金属来说，芦苇对Cd重金属相对更有富集潜力。藜科植物根系部分对Cd的富集系数较大，达到0.2左右，说明相对其他重金属来说，碱蓬对Cu重金属有一定的富集潜力。从旋花科(旋刺花)植物富集系数而言，该植物地上植株部分对重金属Cu的富集系数最大，为0.6左右，远高于其他重金属，说明相对其他重金属来说，旋刺花对Cu重金属有较强的富集潜力。鼠李科(鼠李)植物根系部分对重金属Ni的富集系数最大，为0.2左右，说明相对其他重金属来说，鼠李对重金属Ni有一定的富集潜力。天门冬(天门冬)科植物而言，该植物地上植株部分对重金属Ni的富集系数最大，为0.7左右，说明相对其他重金属来说，天门冬对重金属Ni有一定的富集潜力。从芸香科(枳)植物富集系数来说，该植物对重金属Cd的富集系数最大，富集系数为0.995，说明相对其他重金属来说，枳对重金属Cd有较大的富集潜力。杨柳科(白杨)植物对重金属Zn的富集系数最大，为0.4左右。说明相对其他重金属来说，白杨对重金属Zn有一定的富集潜力。车前科(车前)植物对各种重金属都表现的很平稳，富集系数在0.15左右。该植物对重金属Zn的富集系数最大，为0.5左右，说明相对其他重金属来说，车前对重金属Zn有一定的富集潜力。茄科(龙葵)植物富集系数而言，该植物地上植株部分对Cd重金属的富集系数最大，为0.4左右，说明相对其他重金属来说，龙葵对重金属Cd有良好的富集潜力。

表1 菊科(苦菜)植物中各元素含量

表2 禾本科(芦苇)植物中各元素含量

表3 藜科(碱硼)植物中各重金属含量

表4 旋花科(旋刺花)植物中各重金属含量

表5 鼠李科(鼠李)植物中各重金属含量

表6 天门冬(天门冬)科植物中各重金属含量

表7 芸香科(枳)植物中各重金属含量

表8 杨柳科(白杨)植物中各重金属含量

表9 车前科(车前)植物中各重金属含量

表10 茄科(龙葵)植物中各重金属含量

2.2 各科植物对重金属吸附能力分析

由表11可知，所研究矿区旋花科(旋刺花)植物和车前科(车前)植物的对Cu的植株富集系数分别为0.611、0.513，相对其他植物科，富集系数较大，旋花科(旋刺花)植物富集系数最高。因此，在研究该矿区植物科属对重金属Cu富集能力中，旋花科(旋刺花)植物富集能力最强，车前科(车前)次之，所以该矿区旋花科(旋刺花)植物与车前科(车前)植物是有较好富集重金属Cu的潜力。对于Zn的吸附来说，车前科(车前)植物和杨柳科(白杨)植物的地上植株富集系数分别为0.465、0.315，这两种植物对重金属Zn的富集系数较大，车前科(车前)植物富集系数最高。因此，在研究该矿区植物科属对重金属Zn富集能力中，车前科(车前)植物富集能力最强，杨柳科(白杨)次之，所以该矿区车前科(车前)植物与杨柳科(白杨)植物可能具有较好富集重金属Zn的潜力。天门冬科(天门冬)植物中Ni的富集系数最高，为0.761，远远超过其他植物。除天门(天门冬)冬科植物外，其他科属植物对重金属Ni的富集系数整体偏低。所以，相较之下，该矿区天门冬科(天门冬)植物对重金属Ni最具有富集能力。芸香科(枳)植物的地上植株对重金属Cd的富集系数最大，为0.995，有向富集植物发展的趋势。所以芸香科(枳)植物对重金属Cd有较大的富集潜力。

表11 各科植物对重金属的富集系数

3 结论

通过对矿区植物重金属富集能力测定比较，可知车前科植物(车前)对Zn的富集系数在所研究11种科属植物中最大。重金属Zn的富集系数分别为0.465远远超过其他植物，说明车前科植物(车前)有一定富集重金属Zn的潜力。芸香科植物(枳)中Cd的富集系数最大，为0.995。对Cd表现出良好的富集能力，在所研究植物中，最有最有富集重金属Cd的潜力，有很大的研究和利用空间，是最为突出的研究科属。天门冬科植物(天门冬)对重金属Ni的富集富集系数最大，为0.761，有很大富集重金属Ni的潜力。旋花科植物(旋刺花)对Cu的富集系数最大，为0.661，对重金属Cu有一定的富集潜力，有对于重金属Cu的富集植物研究有很深远的意义[12-15]。另外，土壤中Zn、Ni重金属的含量表较高，土壤中Zn的含量在291.33～778mg·kg-1，Ni的含量最低是113mg·kg-1，而在10种科属植物种累积量都不算高，植物对Zn和Ni可能有某种规避机制。

整体分析下来，通过不同科属植物对重金属能力比较，车前科植物(车前)在研究结果中具有很大比重，且富集系数较大，有很大的研究空间，而且车前科植物在已知的富集植物中也有很大的比重。说明车前科植物是一种有较强富集潜力的植物科属。而所研究植物科属中，芸香科植物(枳)是最有成为Cd富集植物的植物科属，有很大的研究价值。

通过此次实验，筛查出部分有富集潜力的植物，但其富集系数不高，综合目前文献关于重金属超累积植物的判据，仍未达到超富集植物标准。下一步研究可以移植有富集潜力的植物，进行实验室研究，探寻其最大富集能力[16]。