商洛秦王山礦區(qū)銅元素富集植物的調(diào)查

李筱玲

(商洛學(xué)院生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院/陜西省尾礦資源綜合利用重點實驗室，陜西商洛726000)

商洛秦王山礦區(qū)銅元素富集植物的調(diào)查

李筱玲

(商洛學(xué)院生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院/陜西省尾礦資源綜合利用重點實驗室，陜西商洛726000)

為了調(diào)查商洛秦王山礦區(qū)銅（Cu）元素富集植物，采用原子吸收光譜法檢測土壤和植物中Cu元素含量，計算富集系數(shù)（BF）及轉(zhuǎn)移系數(shù)（TF）并以其為指標，篩選出對Cu元素具有富集作用的植物。結(jié)果表明：BF＞1的植物有長距堇菜，TF＞1的植物有密毛白蓮蒿。初步確定長距堇菜為Cu元素富集植物。

植物修復(fù)；重金屬富集植物；富集系數(shù)（BF）；轉(zhuǎn)移系數(shù)（TF）

近年來，我國礦區(qū)及其周邊地區(qū)土壤重金屬污染日益嚴重，破壞了生態(tài)環(huán)境，威脅著人類健康。據(jù)統(tǒng)計，我國目前約有2 000 hm2耕地受到Cd、Hg、As、Pb、Cr等重金屬污染[1]。將植物修復(fù)技術(shù)(Phytoremediation)用于治理重金屬污染土壤受到越來越多的關(guān)注。植物修復(fù)技術(shù)是指以植物分解、忍耐以及超量積累某些化學(xué)元素的生理機能為基礎(chǔ)，利用植物及其共存微生物體系來吸收、降解、揮發(fā)和富集環(huán)境中污染物的治理技術(shù)[2]。此方法的關(guān)鍵在于尋找合適的超富集植物或富集植物。超富集植物是指具有很強的吸收重金屬并將其運輸?shù)降厣喜糠值哪芰Φ闹参铮话阋筇囟ㄔ卦谥参矬w內(nèi)的含量達到某一限值以上且BF、TF兩值均大于1的植物才能稱為該元素的超富集植物[3]。富集植物則是指某些本身不具有超量富集特性但通過特殊過程可以誘導(dǎo)出超量重金屬的植物，一般要求BF值大于1[4]。目前已發(fā)現(xiàn)500多種超積累重金屬植物[5]。其中忍冬(Lonicera japonica Thunb)是一種新發(fā)現(xiàn)的Cd超富集植物[6]，印度芥菜（Brassicajuncea）能夠富集高度的Pb[7]，蜈蚣草(P.vittata L.)能夠富集高濃度的As[8]，鴨跖草是一種Cu的超富集植物[9]。商洛市地處秦嶺腹地，具有豐富的植物資源和礦產(chǎn)資源。在開發(fā)礦產(chǎn)資源獲取經(jīng)濟效益的同時，會不可避免的帶來重金屬污染問題。據(jù)統(tǒng)計，商洛市尾礦堆存量已經(jīng)超過4 430萬噸，占用大量土地，而且污染環(huán)境[10]。秦王山是商洛市商州區(qū)的最高峰，落差近千米，主峰海拔2 078 m，蘊藏多種礦產(chǎn)資源，其中金礦為現(xiàn)主要開采礦產(chǎn)。經(jīng)多年開采，多處堆積的礦渣對周圍土壤造成污染，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生了一定的影響。徐友寧等[11]通過對小秦嶺某金礦區(qū)水土環(huán)境重金屬污染及效應(yīng)研究，結(jié)果表明重金屬Cu是金礦區(qū)土壤主要污染物之一。采用植物修復(fù)技術(shù)對礦區(qū)重金屬污染進行治理，能有效防止傳統(tǒng)治理方式所帶來的二次污染。本文旨在利用商洛區(qū)域內(nèi)豐富的植物資源，篩選出適用于秦王山礦區(qū)的Cu元素富集植物，為采用植物修復(fù)技術(shù)治理礦區(qū)污染提供初步的理論依據(jù)。

1 實驗材料

1.1 采樣方法

土壤樣品：采集植物根系及附近土壤。采樣深度0-20 cm，每個采樣點采集土壤1.5-2.0 kg，置通風(fēng)處風(fēng)干，研磨，過60目篩，即得供試土壤樣品[12]。

植物樣品：分別采集地上部分和地下部分，用自來水沖洗，去除粘附于表面的泥土及污物，再用去離子水沖洗，瀝干水分，于105℃下殺青30 min，后在70℃下烘干至恒重，粉碎，過60目篩，即得供試植物樣品[12]。

1.2 采樣地點

所有實驗樣品均于2011年10月采集于商洛市商州區(qū)秦王山礦區(qū)，具體地點見表1。

表1 樣品采集地點

1.3 備選植物

采集污染區(qū)相對生長良好的植物進行篩選，共采集備選植物17種（詳見表2）。其中1號樣地10種、2號樣地4種、3號樣地3種、4號樣地1種。

表2 秦王山礦區(qū)優(yōu)勢草本植物物種

2 實驗方法

2.1 樣品前處理方法

精密稱取供試樣品適量，置聚四氟乙烯消解罐內(nèi)，加入定量濃硝酸靜置過夜，微波消解，取出，放冷，轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶，以稀硝酸定容至刻度，即得供試品溶液[13]。同法同步制備空白溶液。

2.2 重金屬含量檢測方法

采用原子吸收光譜法，參照土壤環(huán)境質(zhì)量標準中推薦方法GB/T17138-1997）[14]進行檢測。

2.3 BF和TF的計算

富集系數(shù)（Bioconcentration Factors，BF）為植物體內(nèi)某元素含量與土壤中該種元素含量的比值，它能反映該植物對某種重金屬元素的富集能力[15]。BF越大，則富集能力越強。轉(zhuǎn)移系數(shù)（Translocation Factor，TF）為植物地上部分某元素含量與其根中該元素的含量之比，它可反映該植物將某元素從根部向莖、葉轉(zhuǎn)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 結(jié)果與分析

3.1 標準曲線繪制

分別精密量取Cu元素的單元素標準液適量，用2%硝酸溶液配制標準系列，測定吸光度，以吸光度為縱坐標，濃度為橫坐標，繪制標準曲線，得Cu元素標準曲線方程y=0.0001x+0.0353，R2=0.9991，見圖1。

圖1 Cu元素標準曲線

3.2 土壤樣品銅的含量

將采回樣品按前述方法處理后檢測重金屬含量，結(jié)果見表3。

表3 土壤樣品中重金屬含量

由表3可知，除2號樣地外，各采樣點土樣均受到不同程度的污染。依據(jù)表4中國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準可知，1號樣地污染較為嚴重，Cu元素含量超過國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準（以下簡稱二級標準），其原因是礦渣堆積時間較長所致；2號樣地未檢出Cu元素，在4個樣地中污染最輕，其原因是該采礦點開采時間不到2年，且取樣地經(jīng)常有運輸車輛進出，造成道路泥濘，不斷有外部土壤帶入所致；3號樣地污染最為嚴重，其Cu元素含量均大幅超過三級標準，其原因是該地為礦區(qū)排污口，大量廢水、污物在此聚集所致；4號樣地污染較輕，其原因是其位于道路旁，離礦區(qū)相對較遠且礦渣堆積時間較短所致。

表4 國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準

3.3 植物樣品銅的含量

將所采樣品分為地上、地下兩部分，按前述方法處理后檢測重金屬含量。由于污染區(qū)植物生長稀少，采集到的樣品量有限，部分物種只有1株，特別是須根系植物，地下部分干燥后重量達不到檢測用量要求，因此只對部分樣品地下部分進行了檢測，結(jié)果見表5。

表5 植物樣品中重金屬Cu的含量

由表5可知，大部分樣品中Cu元素主要集中在植物的地下部分，而地上部分幾乎檢測不到Cu元素。說明在這些植物根部可能存在某種規(guī)避機制來阻止有害元素向地上部分轉(zhuǎn)移，以減少其對植物的危害，這種規(guī)避機制有利于植物在重金屬污染區(qū)生長，它們對礦區(qū)土壤中的重金屬元素具有一定的固定作用[5]。

地上部分樣品中Cu元素含量較高有密毛白蓮蒿、長距堇菜及早熟禾等，說明這幾種植物具有較強的將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)移至地上部分的能力?？煽紤]利用密毛蓮蒿、長距長距堇菜及早熟禾3種植物根系吸收污染土壤中的有害物質(zhì)并運移至植物地上部分，再通過收割植物地上部分以帶走土壤中污染物[17]，從而達到對礦區(qū)污染土壤進行修復(fù)的目的。

由于部分樣品無地下部分檢測數(shù)據(jù)，因此只計數(shù)了BF，結(jié)果見表6。

表6 樣品對Cu元素的富集

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

4 結(jié)論與討論

本研究所選樣地土壤受到了Cu元素較為嚴重的污染。Cu作為高等植物體內(nèi)多種酶的組成元素，參與了很多代謝過程，是高等植物生長、發(fā)育過程中必不可少的一種微量元素。但Cu元素在植物體內(nèi)具有累積性，過量的Cu會導(dǎo)致植物Cu毒害，阻礙植物的生長[17]。

Cu元素污染不僅常見于礦區(qū)土壤。近年來多種工業(yè)企業(yè)的發(fā)展，如電鍍、鋁銅材、地磚、印染、化工等，使工業(yè)“三廢”日益嚴重，再加上城市垃圾、農(nóng)用化學(xué)品應(yīng)用的日趨廣泛，高Cu殺菌劑、殺蟲劑、化肥等不合理的使用，高Cu飼料也使得高Cu畜糞等大量涌入農(nóng)田，這些都造成土壤環(huán)境Cu污染問題越來越嚴重[18]。

本研究發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)在樣地中的密毛白蓮蒿、長距堇菜及早熟禾3種植物具有一定的將土壤中的Cu元素轉(zhuǎn)移至植物地上部分的能力，可將它們作為Cu污染土壤植物修復(fù)的備選物種；其中長距堇菜已初步具備Cu元素富集植物的基本特征，可將其作為Cu元素污染土壤植物修復(fù)的優(yōu)先物種。在后續(xù)研究中，將通過盆栽試驗探究其富集特征，以此推算礦山生態(tài)型原植物對Cu元素的富集閾值，為采用植物修復(fù)技術(shù)治理Cu元素土壤污染進一步奠定基礎(chǔ)。

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（責(zé)任編輯：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：商洛學(xué)院科研基金項目（10SKY021）

李筱玲，女，陜西華縣人，碩士，講師