貴州紅土型金礦苔蘚植物體內(nèi)重金屬富集規(guī)律研究

摘要：利用原子吸收光譜儀對(duì)黔西南紅土型金礦區(qū)土壤和5種苔蘚植物中Au、Ti、Hg、As、Cu、Zn、Ca、Mg、Pb等9種重金屬元素含量進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，金礦區(qū)土壤受到重金屬As、Hg的污染且含量較高；植物體中重金屬元素的平均含量為Ca>Mg>Hg>Zn>As>Pb>Cu>Au>Ti。經(jīng)體內(nèi)富集系數(shù)分析發(fā)現(xiàn)狹葉葫蘆蘚（Funaria attenuata）、土生對(duì)齒蘚（Didymodon vinealis）、東亞小金發(fā)蘚（Pogonatum inflexum）、卵蒴絲瓜蘚（Pohlia proligera）和硬葉小金發(fā)蘚（Pogonatum neesii）對(duì)Hg和As元素具有較強(qiáng)的富集能力。對(duì)5種苔蘚植物體內(nèi)重金屬元素相關(guān)分析，得到Ti-Hg在苔蘚植物對(duì)重金屬的吸收上具有協(xié)同作用，Cu-As則具有拮抗作用。這5種苔蘚植物對(duì)紅土型金礦上重金屬具有良好的耐受性和吸收富集能力，可作為重金屬污染區(qū)生態(tài)重建、綜合治理非常有前景的適宜物種。

關(guān)鍵詞：苔蘚植物；富集；紅土型金礦；貴州省

中圖分類(lèi)號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）17-4077-03

Heavy Metal Accumulation of 5 Bryophytes in Lateritic Gold Deposit Areas of Guizhou， China

JIANG hong1，ZHANG Zhao-hui2

（1.Department of Environment and Life Science，Bijie University，Bijie 551700，Guizhou， China；2.Key Laboratory for Information System of Mountainous Area and Protection of Ecological Environment of Guizhou Province， Guizhou Normal University，Guiyang 550001，China）

Abstract： The elements of Au、Ti、Hg、As、Cu、Zn、Ca、Mg and Pb of five bryophytes with Atomic Absorption Spectrophotometer were analyzed in lateritic gold deposit areas. The results showed that soils were contaminated by As and Hg. The average content of heavy metals in bryophytes was Ca>Mg>Hg>Zn>As>Pb>Cu>Au>Ti. The accumulation coefficient of heavy metals in bryophytes was analyzed. It was found that Funaria attenuata， Didymodon vinealis， Pogonatum inflexum，Pohlia proligera and Pogonatum neesii had a higher capability of accumulating Hg and As. It was found that Ti was coefficient with Hg， and Au was coefficient with As adversely with the correlation analysis of heavy metals in bryophytes. It was shown that the 5 kinds of bryophytes were tolerable on heavy metal pollution of the lateritic gold deposit. These plants would be useful to the appropriate species of potential ecological restoration and comprehensive management in these heavy metal polluted regions in the future.

Key words： bryophytes； enrichment； lateritic gold deposit； Guizhou

收稿時(shí)間：2012-12-04

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（30860025）；國(guó)家人力資源和社會(huì)保障部留學(xué)人員科技活動(dòng)優(yōu)秀項(xiàng)目（人社[2008]86 號(hào)）；貴州省中長(zhǎng)期

科技規(guī)劃重大專(zhuān)項(xiàng)和重點(diǎn)領(lǐng)域基礎(chǔ)培育項(xiàng)目（黔教科[2008]012 號(hào)）；貴州科技廳社會(huì)發(fā)展科技攻關(guān)項(xiàng)目（黔科合SY[2010]3020

號(hào)）；貴州師范大學(xué)博士科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)

作者介紹：江 洪（1980-），男，貴州遵義人，講師，從事恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究工作，（電話）18818275176（電子信箱） hongjll@126.com；

通訊作者，張朝暉（1963-），男，貴陽(yáng)人，教授，博士，從事生態(tài)學(xué)、植物學(xué)研究工作。

我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富，在開(kāi)發(fā)這些資源獲取經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也帶來(lái)嚴(yán)重的重金屬污染問(wèn)題。植物修復(fù)重金屬與植被重建被認(rèn)為是一種較為理想的治理礦區(qū)廢棄地的途徑，是當(dāng)前植物生態(tài)學(xué)的重要研究領(lǐng)域之一[1]；Grant等[2]在澳大利亞的新南威爾士對(duì)13個(gè)廢棄礦山鄉(xiāng)土植物種恢復(fù)適宜性進(jìn)行了研究。Mench等[3]研究了植被對(duì)重金屬理化性質(zhì)的改變和轉(zhuǎn)移，結(jié)果表明重金屬能夠被植被所吸收，反過(guò)來(lái)植被覆蓋的建立又能改變廢棄地的理化性質(zhì)，增加土壤中重金屬的流動(dòng)性。Martinez-Ruiz等[4]研究了坡向?qū)β短斓V廢棄地植被自然恢復(fù)的影響，認(rèn)為北坡的植被演替速度較快。Pamukcu[5]研究了巴西南部煤礦廢棄地植被對(duì)土壤的改良效應(yīng)，認(rèn)為植被能夠稀釋土壤中難以處理的有機(jī)物質(zhì)。魏樹(shù)和等[6]認(rèn)為贛南鎢礦區(qū)土壤污染最為嚴(yán)重的重金屬是Cd和Mo，部分植物如龍葵（Solanum nigrum L.）是重金屬Cd的超富集植物[7]。陳同斌等[8]在鎢礦尾砂庫(kù)區(qū)發(fā)現(xiàn)了蜈蚣草（Nephrolepis cordifolia Presl）等重金屬的超積累植物，袁林喜等[9]對(duì)北極新奧爾松地區(qū)苔蘚植物及土壤中10種重金屬（Hg、Pb、Cd、Cu、Zn、Ni、Fe、Mn、As、Se）及S、TOC的含量進(jìn)行研究，得出了3種苔蘚植物對(duì)重金屬元素具有較大的富集能力。 江洪、黃文琥以及張朝暉[10-12]曾對(duì)貴州豹子洞紅土型金礦、爛泥溝金礦苔蘚植物進(jìn)行研究，初步分析了苔蘚植物中某些品種具備生物探礦的潛力。

本研究通過(guò)采樣和實(shí)驗(yàn)分析貴州黔西南紅土型金礦土壤的污染狀況和植物富集重金屬特性，研究和探討了不同植物對(duì)環(huán)境污染物的富集能力，并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為紅土型金礦周邊及其他地區(qū)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 材料來(lái)源

苔蘚樣品于2006年7月采自黔西南——晴隆、安龍和盤(pán)縣等地， 當(dāng)?shù)胤植贾F州喀斯特山區(qū)的一種特殊的紅土型金礦，即金礦和石灰?guī)r的混生礦。黔西南地貌特征為高原山地， 地形起伏大、高原峽谷縱深， 屬于喀斯特中山、中高山區(qū)[13]；但植被覆蓋率極低，除了稀疏草叢和生長(zhǎng)較好的苔蘚植物之外，幾乎沒(méi)有別的植物在上面生長(zhǎng)。在該區(qū)域共選取了5種苔蘚植物（表1）。

1.2 樣品的制備

樣品前處理：用鑷子將苔蘚植物樣品從基質(zhì)上分開(kāi)，自來(lái)水洗凈后再用去離子水漂洗至苔蘚植物表面無(wú)其他雜物，同時(shí)取相應(yīng)的基質(zhì)適量，分別置于化學(xué)分析濾紙（定量用）上，于101A型干燥箱（上海躍進(jìn)醫(yī)療器械一廠）內(nèi)烘干48 h，溫度保持在60 ℃以下。烘干后分別研磨，過(guò)80目篩，存放于小樣品袋中備用。

苔蘚植物供試樣品制備（測(cè)Au、Ti、Hg、As、Cu、Zn、Ca、Mg、Pb）：取苔蘚樣品粉末0.2 g于消解罐中，加入5 mL HNO3和2 mL H2O2，密封后放入MWS-2微波消解儀（德國(guó)Berghof公司）進(jìn)行微波消解，使用程序見(jiàn)表2。消解完畢冷卻后取出，移入25 mL容量瓶中，用0.5% HNO3定容待測(cè)。

基質(zhì)供試樣品制備（測(cè)Hg、As）：取基質(zhì)0.5 g于消解罐中，加10 mL王水和0.2 mL 1% HCl，密封后放入MWS-2微波消解儀進(jìn)行微波消解，使用程序見(jiàn)表2。消解完畢冷卻后取出，移入50 mL容量瓶中，用5% HCl定容待測(cè)。

基質(zhì)供試樣品制備（測(cè)Au、Ti）：取基質(zhì)0.5 g于消解罐中，加5 mL HNO3、2 mL H2O2、1 mL HF，密封后放入MWS-2微波消解儀進(jìn)行微波消解，使用程序見(jiàn)表2。

2 結(jié)果與分析

2.1 黔西南紅土型金礦土壤中各元素之間的相關(guān)性

根據(jù)土壤中重金屬含量的相關(guān)性可以推測(cè)重金屬的來(lái)源是否相同。若重金屬間含量有顯著相關(guān)性，說(shuō)明來(lái)源可能相同，這一來(lái)源有可能源自天然，即地球化學(xué)來(lái)源；另一方面可能是人為活動(dòng)造成的復(fù)合污染[9]。黔西南紅土型金礦土壤9種重金屬平均值含量順序?yàn)椋篗g>Ca>Zn>Cu>Pb>As>Hg>Au>Ti。并利用SPSS 19.0軟件對(duì)金屬元素進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，Au-Ti、As-Ti之間相關(guān)性顯著，說(shuō)明這些金屬來(lái)自同一污染源的概率較大，具有較強(qiáng)的伴生關(guān)系。而其他各元素相關(guān)性較低，表明它們累積的獨(dú)特性。

2.2 紅土型金礦苔蘚體內(nèi)金屬元素分布特征

2.2.1 紅土型金礦苔蘚植物體中元素的相關(guān)分析 對(duì)黔西南紅土型金礦中苔蘚植物樣品植物體中元素含量分析得出平均含量順序?yàn)镃a>Mg>Hg>Zn>As>Pb>Cu>Au>Ti。對(duì)這些元素進(jìn)行相關(guān)分析，可以大體反映出元素之間是否存在交互作用。若兩元素之間呈顯著或極顯著正相關(guān)，則表明可能存在協(xié)同作用，若呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)則表明可能有拮抗作用[9-13]。對(duì)5種苔蘚植物體內(nèi)的金屬元素進(jìn)行相關(guān)分析，其結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可見(jiàn)，Ti-Hg這組數(shù)據(jù)在0.05水平上達(dá)到顯著正相關(guān)，這說(shuō)明它們?cè)谥参镂辗e累方面具有較好的協(xié)同作用，Cu-As在0.05水平上達(dá)到顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明了Cu-As元素在植物富集過(guò)程中存在拮抗作用。不同元素之間由于交互作用而相互促進(jìn)或降低植物對(duì)其的吸收量。

2.2.2 苔蘚植物對(duì)金屬元素的富集作用 不同種類(lèi)的植物對(duì)元素的吸收有不同的選擇性，因而一定的元素在不同種類(lèi)的植物體中有著不同的含量范圍，不同種類(lèi)的苔蘚植物體內(nèi)所富集的重金屬物質(zhì)含量也有一定區(qū)別，它們對(duì)地下礦化反映的敏感性和效果亦存在很大的差異[14]。植物對(duì)土壤元素的吸收富集能力可用植物體內(nèi)某元素的含量與植物生長(zhǎng)底質(zhì)中某元素背景值比率即富集系數(shù)（C）來(lái)表示：

C=■

當(dāng)C≥1.5時(shí)，弱富集；C>3時(shí)，強(qiáng)富集；0.5

植物對(duì)土壤元素的吸收富集能力見(jiàn)表5， 從表5可以看出，5種樣品對(duì)元素Hg、As均屬?gòu)?qiáng)度富集。此外，樣品1、5對(duì)金屬元素Au屬?gòu)?qiáng)富集，樣品3對(duì)金屬元素Ti為強(qiáng)富集，樣品4對(duì)Pb和Ca強(qiáng)富集，樣品2對(duì)金屬元素Zn、Ca和Mg屬?gòu)?qiáng)富集。

3 小結(jié)與討論

對(duì)黔西南紅土型金礦苔蘚植物及其基質(zhì)中Au、Ti、Pb、Cu、Zn、Ca、Mg、Hg、As 9種元素進(jìn)行含量分析，得出該地區(qū)基質(zhì)中9種元素的平均含量順序?yàn)镸g>Ca>Zn>Cu>Pb>As>Hg>Au>Ti，其植物體中元素的平均含量順序?yàn)镃a>Mg>Hg>Zn>As>Pb>Cu>Au>Ti。對(duì)苔蘚植物體內(nèi)9種元素進(jìn)行相關(guān)分析，得到Ti-Hg在植物吸收積累中具有較好的協(xié)同作用， Cu-As則為拮抗作用。苔蘚植物體內(nèi)元素富集系數(shù)分析結(jié)果表明，5種苔蘚植物對(duì)Hg和As都具有超強(qiáng)富集能力。此外，狹葉葫蘆蘚和土生對(duì)齒蘚對(duì)金屬元素Au屬?gòu)?qiáng)富集；東亞小金發(fā)蘚對(duì)金屬元素Ti為強(qiáng)富集；卵蒴絲瓜蘚對(duì) Pb和Ca強(qiáng)富集；硬葉小金發(fā)蘚對(duì)金屬元素Zn、Ca和Mg為強(qiáng)富集。

植物對(duì)金屬的富集主要取決于植物從土壤中吸取金屬以及向地上部運(yùn)輸金屬元素的能力，也取決于自由態(tài)離子活度?；诖?，許多螯合劑能誘導(dǎo)植物對(duì)重金屬的富集。金屬離子在液泡中的區(qū)域化分布是植物耐重金屬的主要原因，大多數(shù)元素都是以游離態(tài)的形式存在，只有與其他化學(xué)物質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的反應(yīng)形成絡(luò)合物時(shí)才會(huì)以離子的形式存在。本研究中大部分元素屬有毒元素，但對(duì)5種苔蘚植物并無(wú)毒害，表明這5種植物可能存在內(nèi)部脫毒機(jī)制[15]。

盡管超量積累植物在污染土壤修復(fù)方面有很好的應(yīng)用前景，但大多數(shù)植物生長(zhǎng)速度很慢，植株矮小，單株干物質(zhì)重量小，這為實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了很大困難。因此需要探索利用誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)高生物量的普通植物超量吸收和積累重金屬，將顯著提高非超量積累植物對(duì)重金屬的吸收和積累能力，從而為重金屬污染土壤的修復(fù)提供理想的植物材料。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐華偉. 某礦優(yōu)勢(shì)植物對(duì)重金屬的累積及耐性研究[D].蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.8-12.

[2] GRANT C D，CAMPBELL C J. CHARNOCK N R. Selection of species suitable for derelict mine site rehabilitation in New South Wales Australia[J].Water，Air， Soil Pollution，2002， 139（1-4）：215-235.

[3] MENCH M， BUSSI？魬RE S ， BOISSON J ，et al.Progress in remediation and revegetation of the barren Jales gold mine spoil after in situ treatments[J]. Plant and Soil，2003，249（1）：187-202.

[4] MART？魱NEZ-RUIZ C，F(xiàn)ERN？魣NDEZ-SANTOS B，G？魷MEZ-GUTI？魪RREZ J M. Effect of substrate coarseness and exposure on plant succession in uranium-mining waste[J]. Plant Ecology， 2001，155（1）：79-89.

[5] PAMUKCU C，SIMSIR F. Example of reclamation attempts at a set of quarries located in Izmir，Turkey[J]. Joumal of Mining Science，2006，42（3）：304-308.

[6] 魏樹(shù)和，周啟星，王 新. 一種新發(fā)現(xiàn)的鎘超積累植物龍葵（Solanum nigrum L）[J].科學(xué)通報(bào)，2004，49（24）：2568-2573.

[7] 段恒霞.重金屬超富集植物龍葵Solanum nigrum L.對(duì)Cd耐受和富集[D].青島：青島師范大學(xué)，2010.

[8] 陳同斌，韋朝陽(yáng)，黃澤春，等.砷超富集植物蜈蚣草及其對(duì)砷的富集特征[J].科學(xué)通報(bào)，2002，47（3）：207-210.

[9] 袁林喜，龍楠燁，謝周清，等.北極新奧爾松地區(qū)現(xiàn)代污染源及其指示植物研究[J]. 極地研究，2006，18（1）：9-19.

[10] 黃文琥，張朝暉.貴州爛泥溝金礦5種苔蘚植物的生物地球化學(xué)研究及生物探礦潛力分析[J].黃金，2006，27（12）：12-15.

[11] 江 洪，張朝暉.貴州豹子洞石灰?guī)r與紅土型金礦蘚類(lèi)植物比較研究[J].中國(guó)巖溶，2007，26（1）：31-36.

[12] 江 洪，張朝暉.黔西南紅土型金礦硬葉小金發(fā)蘚對(duì)幾種金屬元素的吸收、富集特征[J]，熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào)，2009，17（5）：483-488.

[13] 馮學(xué)仕，郭振春.黔西南地區(qū)金礦產(chǎn)出模式及找礦潛力[J].貴州地質(zhì)，2002，19（2）：109-111.

[14] 陳代演，鄒振西，任大銀.地質(zhì)植物法在黔西南濫木廠鉈（汞）礦床的初步應(yīng)用[J].貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2000， 29（5）：32-38.

[15] 曾曙才，謝正生，陳北光.幾種林木植物體及枯落物的微量元素分析[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002，23（2）：58-61.

（責(zé)任編輯 龔 艷）