鉛鋅礦區(qū)不同科屬植物對重金屬的吸附累積能力研究

張文博 王岳俊 余靖冉(河套學院，內蒙古 巴彥淖爾 015000)

0 引言

隨著我國工業(yè)的日益發(fā)展，礦物的新需求也越來越大，對于礦山的開采也越來越多，重金屬對環(huán)境的污染問題日益突出，大量有害重金屬滯留土壤，破壞土壤構成，使土壤養(yǎng)分流失。在不破壞土壤的情況下，既要保留土壤的養(yǎng)分，還要有效的解決重金屬的污染，超累積植物修復技術成為熱門且最具效益的方案。利用植物對特定重金屬的富集能力，吸收土壤中重金屬，達到降低污染的目的。吸收的植物在經回收，可以冶煉金屬。這種方法節(jié)約成本，還能實現(xiàn)循環(huán)經濟，還比較完整的保存土壤物理構造及生物性能，在治理生態(tài)污染的同時，保持肥力，改善生態(tài)環(huán)境[1-4]。

位于巴彥淖爾市的東升廟礦區(qū)Cu、Pb、Zn等礦物資源豐富，因而形成了有色金屬產業(yè)集群，當?shù)赝寥拉h(huán)境承受著巨大的壓力，有潛在的污染風險。但是，目前國內外重金屬富集植物的研究，主要集中在濕潤多雨地區(qū)，作物大多為生長速度快、闊葉型物種，由于地理氣候條件限制，馴化移植困難，不適宜修復本地污染礦區(qū)。

因此亟需對礦區(qū)所在地的針葉作物或低矮灌木進行重金屬累積優(yōu)勢物種甄別，進行污染礦區(qū)植物修復研究?；诖耍狙芯繉υ摰V區(qū)生長的不同科屬植物進行普查和重金屬富集能力評價，探究植物科屬對重金屬的性能，為本地的植物修復土壤生態(tài)技術補充基礎材料，初步完善本地重金屬富集植物數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)巴彥淖爾市生態(tài)修復打良好的實驗基礎[5-7]。

1 材料與方法

1.1 采樣區(qū)概況

采集植物樣品的礦區(qū)位于巴彥淖爾市的烏拉特后旗東升廟鎮(zhèn)東北，屬于中溫度干旱氣候，年平均氣溫7.2℃,平均降水量134.6mm，礦區(qū)內巖石裸露程度高，植被稀疏，礦區(qū)Cu、Pb、Zn等礦物資源豐富。

1.2 實驗方法

植物樣品與土壤樣品均采集于東升廟礦區(qū)，選取山坡、污水溝、礦區(qū)門口污水溝作為采樣點的布設地。每一布設地分為上、中、下三段分別采集樣品，每一段除了采集植物樣品，還要采集2～3個土樣，取樣深度為不低于20cm。根據(jù)采樣地大小、高度，采用蛇形型或對角線法布置采樣點，將采集的植物樣品分地上植株部分和地下根系部分開來進行編號，并記錄植物樣品的名稱以及科屬[8-9]。本研究共采集了18個科屬的植物及土壤樣品。

1.3 樣品的處理與分析

植物樣品分為地上植株部分和地下根系部分，分別用自來水和去離子水，清洗三遍，把表面的雜質初步清洗掉，再用蒸餾水清洗多遍。放置干凈的濾紙上晾干。將晾干后的植物樣品，干燥箱進行烘干，干燥箱溫度控制在100～120℃。干燥時間不定，直至樣品恒重。將烘干后的植物樣品放入粉碎機進行粉碎，過60目篩，裝袋標號待用。將土壤樣品分別平鋪在表面皿上，置于烘箱進行烘干，溫度控制在100～120℃，直至恒重，將樣品過100目篩，裝入樣品袋中標號。過篩后的植物樣品與土壤樣品采用HCl—HNO3—HClO4法消化，用原子吸收分光光度法測定樣品中的重金屬含量[10-11]。

2 結果與分析

2.1 各科植物體內重金屬含量

分析可得植物中各重金屬的含量及富集系數(shù)，分別列于表1～表11。總的來說，不同科屬的植物對Cu、Cd、Zn、Ni的富集程度各不相同，植物體內Zn的含量最高，其次分別是Cu、Ni、Cd。該礦區(qū)所有植物體內Zn含量較高，這是因為該礦區(qū)土壤中Zn含量較高，植物的適宜性導致植物體內這兩種重金屬含量偏高。菊科(苦菜)植物的富集系數(shù)來看，地上植株對Cd的富集系數(shù)較高，達到0.3左右，遠高于對其他金屬元素的富集系數(shù)，說明相對其他重金屬來說，苦菜對Cd重金屬有一定的富集潛力。對禾本科(蘆葦)植物而言，禾本科植物Cd的富集較強，根系部分達到0.3左右，地上植株部分達到0.17左右，這說明相對其他重金屬來說，蘆葦對Cd重金屬相對更有富集潛力。藜科植物根系部分對Cd的富集系數(shù)較大，達到0.2左右，說明相對其他重金屬來說，堿蓬對Cu重金屬有一定的富集潛力。從旋花科(旋刺花)植物富集系數(shù)而言，該植物地上植株部分對重金屬Cu的富集系數(shù)最大，為0.6左右，遠高于其他重金屬，說明相對其他重金屬來說，旋刺花對Cu重金屬有較強的富集潛力。鼠李科(鼠李)植物根系部分對重金屬Ni的富集系數(shù)最大，為0.2左右，說明相對其他重金屬來說，鼠李對重金屬Ni有一定的富集潛力。天門冬(天門冬)科植物而言，該植物地上植株部分對重金屬Ni的富集系數(shù)最大，為0.7左右，說明相對其他重金屬來說，天門冬對重金屬Ni有一定的富集潛力。從蕓香科(枳)植物富集系數(shù)來說，該植物對重金屬Cd的富集系數(shù)最大，富集系數(shù)為0.995，說明相對其他重金屬來說，枳對重金屬Cd有較大的富集潛力。楊柳科(白楊)植物對重金屬Zn的富集系數(shù)最大，為0.4左右。說明相對其他重金屬來說，白楊對重金屬Zn有一定的富集潛力。車前科(車前)植物對各種重金屬都表現(xiàn)的很平穩(wěn)，富集系數(shù)在0.15左右。該植物對重金屬Zn的富集系數(shù)最大，為0.5左右，說明相對其他重金屬來說，車前對重金屬Zn有一定的富集潛力。茄科(龍葵)植物富集系數(shù)而言，該植物地上植株部分對Cd重金屬的富集系數(shù)最大，為0.4左右，說明相對其他重金屬來說，龍葵對重金屬Cd有良好的富集潛力。

表1 菊科(苦菜)植物中各元素含量

表2 禾本科(蘆葦)植物中各元素含量

表3 藜科(堿硼)植物中各重金屬含量

表4 旋花科(旋刺花)植物中各重金屬含量

表5 鼠李科(鼠李)植物中各重金屬含量

表6 天門冬(天門冬)科植物中各重金屬含量

表7 蕓香科(枳)植物中各重金屬含量

表8 楊柳科(白楊)植物中各重金屬含量

表9 車前科(車前)植物中各重金屬含量

表10 茄科(龍葵)植物中各重金屬含量

2.2 各科植物對重金屬吸附能力分析

由表11可知，所研究礦區(qū)旋花科(旋刺花)植物和車前科(車前)植物的對Cu的植株富集系數(shù)分別為0.611、0.513，相對其他植物科，富集系數(shù)較大，旋花科(旋刺花)植物富集系數(shù)最高。因此，在研究該礦區(qū)植物科屬對重金屬Cu富集能力中，旋花科(旋刺花)植物富集能力最強，車前科(車前)次之，所以該礦區(qū)旋花科(旋刺花)植物與車前科(車前)植物是有較好富集重金屬Cu的潛力。對于Zn的吸附來說，車前科(車前)植物和楊柳科(白楊)植物的地上植株富集系數(shù)分別為0.465、0.315，這兩種植物對重金屬Zn的富集系數(shù)較大，車前科(車前)植物富集系數(shù)最高。因此，在研究該礦區(qū)植物科屬對重金屬Zn富集能力中，車前科(車前)植物富集能力最強，楊柳科(白楊)次之，所以該礦區(qū)車前科(車前)植物與楊柳科(白楊)植物可能具有較好富集重金屬Zn的潛力。天門冬科(天門冬)植物中Ni的富集系數(shù)最高，為0.761，遠遠超過其他植物。除天門(天門冬)冬科植物外，其他科屬植物對重金屬Ni的富集系數(shù)整體偏低。所以，相較之下，該礦區(qū)天門冬科(天門冬)植物對重金屬Ni最具有富集能力。蕓香科(枳)植物的地上植株對重金屬Cd的富集系數(shù)最大，為0.995，有向富集植物發(fā)展的趨勢。所以蕓香科(枳)植物對重金屬Cd有較大的富集潛力。

表11 各科植物對重金屬的富集系數(shù)

3 結論

通過對礦區(qū)植物重金屬富集能力測定比較，可知車前科植物(車前)對Zn的富集系數(shù)在所研究11種科屬植物中最大。重金屬Zn的富集系數(shù)分別為0.465遠遠超過其他植物，說明車前科植物(車前)有一定富集重金屬Zn的潛力。蕓香科植物(枳)中Cd的富集系數(shù)最大，為0.995。對Cd表現(xiàn)出良好的富集能力，在所研究植物中，最有最有富集重金屬Cd的潛力，有很大的研究和利用空間，是最為突出的研究科屬。天門冬科植物(天門冬)對重金屬Ni的富集富集系數(shù)最大，為0.761，有很大富集重金屬Ni的潛力。旋花科植物(旋刺花)對Cu的富集系數(shù)最大，為0.661，對重金屬Cu有一定的富集潛力，有對于重金屬Cu的富集植物研究有很深遠的意義[12-15]。另外，土壤中Zn、Ni重金屬的含量表較高，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種科屬植物種累積量都不算高，植物對Zn和Ni可能有某種規(guī)避機制。

整體分析下來，通過不同科屬植物對重金屬能力比較，車前科植物(車前)在研究結果中具有很大比重，且富集系數(shù)較大，有很大的研究空間，而且車前科植物在已知的富集植物中也有很大的比重。說明車前科植物是一種有較強富集潛力的植物科屬。而所研究植物科屬中，蕓香科植物(枳)是最有成為Cd富集植物的植物科屬，有很大的研究價值。

通過此次實驗，篩查出部分有富集潛力的植物，但其富集系數(shù)不高，綜合目前文獻關于重金屬超累積植物的判據(jù)，仍未達到超富集植物標準。下一步研究可以移植有富集潛力的植物，進行實驗室研究，探尋其最大富集能力[16]。