礦區(qū)流域楊樹(shù)對(duì)污染土壤鎘的吸收和富集研究

鄭青雅，儲(chǔ) 茵，戎 恭，王 宇，劉盛全

（1. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源利用與環(huán)境學(xué)院，安徽 合肥 230036；2. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園林學(xué)院，安徽 合肥 230036）

隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，重金屬污染對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅，逐漸受到廣泛關(guān)注。2014 年發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》[1]顯示，土壤重金屬污染區(qū)域遍布全國(guó)各地，工礦廢棄地等土壤環(huán)境問(wèn)題尤其突出，是造成土壤重金屬含量超標(biāo)的主要原因。其中鎘（Cd）是土壤重金屬污染的主要元素之一，造成的危害已非常嚴(yán)重，對(duì)土壤重金屬Cd 污染的治理和修復(fù)是當(dāng)前環(huán)境污染治理的突出任務(wù)[2]。

目前，用于治理和修復(fù)重金屬污染土壤的方法有很多，如物理、化學(xué)和生物技術(shù)，但均具有一定的局限性，如費(fèi)用高、降低土壤活性及破壞土壤理化性質(zhì)等[3]。植物修復(fù)（Phytoremediation）是指利用超富集植物有選擇地去除并回收重金屬，于1983 年被CHANEY et al[4]首次提出，由于具有成本低、環(huán)保、可維持土壤活性和防止水土流失等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。目前已發(fā)現(xiàn)對(duì)Cd 具有超富集能力的植物多為草本植物（如東南景天、擬南芥等），這些草本植物由于個(gè)體矮小、生長(zhǎng)緩慢、生物量少、根系單一等缺點(diǎn)，且對(duì)重金屬遷移量不高，導(dǎo)致修復(fù)周期變長(zhǎng)，無(wú)法高效解決土壤污染問(wèn)題。樹(shù)木修復(fù)（Dendroremediation）由美國(guó)密歇根州立大學(xué)的學(xué)者在植物修復(fù)的基礎(chǔ)上于2001 年首次提出，指利用木本植物對(duì)污染環(huán)境進(jìn)行修復(fù)，樹(shù)木主要通過(guò)提?。‥xtraction ） 、 固 定（Stabilization ） 和 揮 發(fā)（Volatilization）等方式對(duì)土壤和污水中的重金屬、有機(jī)物等污染物進(jìn)行凈化[5]。其中，重金屬的樹(shù)木提取修復(fù)（Dendroextraction）是利用木本植物，特別是速生、具有較高累積性能的木本植物通過(guò)其根部從土壤和污水中吸收重金屬并將它們轉(zhuǎn)移、蓄積到樹(shù)木其他部位，以減弱乃至消除重金屬污染[6?7]。與草本植物相比，速生樹(shù)木具有生長(zhǎng)迅速、根系深、生物量大、壽命長(zhǎng)和管理方便等優(yōu)勢(shì)，因而具有更大的吸收總量以及更高的綜合效益[7]。樹(shù)木提取修復(fù)被認(rèn)為是低投資、可持續(xù)及生態(tài)安全的綠色高效治理技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景[8?9]。對(duì)于Cd 的樹(shù)木提取修復(fù)，國(guó)內(nèi)外研究的樹(shù)種主要集中在柳樹(shù)、楊樹(shù)、樺樹(shù)、松樹(shù)和槭樹(shù)等[7，9]。從應(yīng)用的角度來(lái)說(shuō)，選出適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境，又有較高富集能力的樹(shù)木品種，是推廣這項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，目前這方面的研究還比較缺乏[8，10]。

安徽省銅陵市位于長(zhǎng)江中下游，是南方重要的礦業(yè)型城市之一，以采礦和有色金屬冶煉而聞名，但也因礦區(qū)的開(kāi)采、冶煉，不僅使礦區(qū)和冶煉場(chǎng)地土壤受到重金屬?lài)?yán)重污染，而且由于洪水泛濫、污灌和大氣沉降等使更多的土壤受到不同程度的污染，嚴(yán)重影響土地耕作和植被生長(zhǎng)，同時(shí)也對(duì)附近居民及生態(tài)系統(tǒng)安全造成很大的威脅，因此急需具有實(shí)用性的各類(lèi)治理和修復(fù)技術(shù)。本文通過(guò)對(duì)銅陵某礦區(qū)及下游流域人工林楊樹(shù)及土壤進(jìn)行采樣，測(cè)定土壤和楊樹(shù)各部位的重金屬含量，研究楊樹(shù)提取修復(fù)實(shí)際污染土壤重金屬Cd 的性能，為該地及相似環(huán)境條件下土壤Cd 污染的楊樹(shù)提取修復(fù)設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 礦區(qū)流域及采樣點(diǎn)介紹

研究區(qū)位于安徽省銅陵市某硫鐵礦及其所在的小流域，見(jiàn)圖1，總面積為20 km2，平均海拔49.5 m，土壤類(lèi)型為黃棕壤，氣候?yàn)閬啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候，年均氣溫17 ℃，年均降水量1370 mm，目前生產(chǎn)活動(dòng)以農(nóng)業(yè)和林業(yè)為主。20 世紀(jì)80 年代中期開(kāi)始開(kāi)采，采礦、洗礦產(chǎn)生的廢水通過(guò)支流匯入下游河流。30 多年來(lái)，因洪水泛濫、污溉等導(dǎo)致沿河土壤重金屬污染。另外，在礦區(qū)開(kāi)采時(shí)期大氣沉降也可能是土壤污染的原因。雖目前該礦已停產(chǎn)近6 年，但礦區(qū)地面因長(zhǎng)期洗礦活動(dòng)，在降雨徑流的沖刷下仍有污染輸出。

圖1 某硫鐵礦區(qū)流域采樣點(diǎn)分布

本實(shí)驗(yàn)對(duì)流域內(nèi)共8 個(gè)采樣點(diǎn)的人工林美洲黑楊（PopulusdeltoidesW. Bartram ex Marshall）和立地土壤進(jìn)行了采樣。在礦區(qū)設(shè)立采樣點(diǎn)1 個(gè)（P1），沿河往下游設(shè)立6 個(gè)采樣點(diǎn)（P2～P7），其中P2、P5、P6 和P7 點(diǎn)在礦區(qū)下河流干流附近，而P3 和P4 點(diǎn)位在河流東邊2 個(gè)主要支流的沿岸，其中P3 點(diǎn)位所在的支流位于河流的中上游，而P4 點(diǎn)位所在支流位于河流的下游。此外，在河流源頭水庫(kù)附近設(shè)一個(gè)采樣點(diǎn)（P0）為對(duì)照。

1.2 楊樹(shù)樣品的采集、預(yù)處理和測(cè)定

在每個(gè)采樣點(diǎn)，隨機(jī)選取3～4 顆楊樹(shù)，分別采集楊樹(shù)的樹(shù)根、樹(shù)干、樹(shù)枝、樹(shù)皮和樹(shù)葉5 個(gè)部位的植株樣。其中樹(shù)根樣的獲取是在土壤取樣時(shí)同時(shí)獲得；采用生長(zhǎng)錐取大約在胸徑部位的樹(shù)干木材樣；用高枝剪截取樹(shù)的枝丫部分，獲取枝樣和葉樣；樹(shù)干和樹(shù)枝的樹(shù)皮混合為樹(shù)皮樣。樣品分別用自來(lái)水和去離子水沖洗干凈，去除雜物，將楊樹(shù)各部位樣品分別放入烘箱中于60 ℃烘干至恒重，用剪刀剪碎，研缽和球磨儀磨碎，過(guò)250 μm 篩，裝袋密封，注明樣品編號(hào)。楊樹(shù)各部位Cd 含量采用TAS990 GF 石墨爐原子吸收分光光度計(jì)（北京PERSEE 通用儀器有限公司）測(cè)定，參照標(biāo)準(zhǔn)《飼料中鎘的測(cè)定-石墨爐原子吸收光譜法：DB 34/T1037—2009》。

1.3 土壤樣品的采集、預(yù)處理和測(cè)定

人工林楊樹(shù)立地土壤采樣參照《土壤環(huán)境檢測(cè)技術(shù)規(guī)范：HJ 166—2004》，在楊樹(shù)周?chē)S機(jī)選取3～5 處，用土鉆獲取表層土（0 ～50 cm）和深層土(50～100 cm)等量混合，按四分法獲取約1 kg 土樣，裝袋帶回。樣品在室內(nèi)風(fēng)干，去除雜物，磨碎過(guò)150 μm 篩后裝入樣品袋，進(jìn)行編號(hào)。采用常規(guī)方法測(cè)量土壤基本理化性質(zhì)（pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀）[11]，土壤重金屬Cd 含量采用TAS990 GF石墨爐原子吸收分光光度計(jì)（北京PERSEE 通用儀器有限公司）測(cè)定，參照標(biāo)準(zhǔn)《土壤質(zhì)量 鉛、鎘的測(cè)定 石墨爐原子吸收分光光度法：GB/T 17141—1997》。

1.4 數(shù)據(jù)處理

生物富集系數(shù)（BCF）是植物體內(nèi)重金屬含量與相應(yīng)的土壤重金屬含量之比，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）指植物地上部分重金屬含量與地下樹(shù)根部重金屬含量之比，見(jiàn)式（1～2）[12]：

式中，C植株表示植株（地上或地下部分）中的Cd 含量，mg/kg；C土壤表示土壤中的Cd 含量，mg/kg；C地上部分表示植株地上部分的Cd 含量，mg/kg；C地下部分表示植株地下部分的Cd 含量，mg/kg。

利用Excel 2013 和Origin 2017 等進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、統(tǒng)計(jì)與繪圖，數(shù)據(jù)分析采用SPSS 軟件進(jìn)行雙因素方差分析，比較楊樹(shù)不同部位、不同土壤Cd 濃度之間差異的顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤中重金屬Cd 的含量及污染特征

采樣點(diǎn)土壤基本理化性質(zhì)和Cd 含量，見(jiàn)表1。各采樣點(diǎn)土壤pH 值介于4.84～6.66 之間，均值為5.79，整體呈弱酸性，土壤營(yíng)養(yǎng)成分可滿足楊樹(shù)生長(zhǎng)的需要。采樣點(diǎn)土壤Cd 含量范圍為0.32～33.87 mg/kg，平均含量為5.30 mg/kg，差異十分明顯，參照《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)：GB 15618—2018》可知，土壤Cd 含量均超過(guò)農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值(0.3 mg/kg)，超標(biāo)率達(dá)100%，土壤污染總體表現(xiàn)出較為嚴(yán)重。

表1 各采樣點(diǎn)土壤基本理化性質(zhì)和Cd 含量

表1 可知，Cd 含量最大值位于礦區(qū)P1 點(diǎn)位，達(dá)33.87 mg/kg，顯著高于其他點(diǎn)位，重金屬Cd 污染最為嚴(yán)重。從礦區(qū)至下游，即從P2 到P5、P6 和P7 點(diǎn)位，土壤Cd 含量逐漸增大。P2 點(diǎn)位距離礦區(qū)最近，但由于位于上游，坡度較大且支流的匯水面積小，水患較少，從而對(duì)附近土壤的污染并不明顯。但到了下游，隨著地勢(shì)變平緩，河流的水量增大，水患泛濫的頻次和程度增加，礦區(qū)暴露土層和運(yùn)行期間的洗礦廢水Cd 含量很高，且多以離子形態(tài)存在，易吸附在土壤顆粒上，隨河水遷移、泛濫[13?14]，導(dǎo)致下游附近土 壤Cd 含量逐漸增大。Cd 含量最小值位于不受河水泛濫和灌溉影響的源頭水庫(kù)附近的P0 點(diǎn)，其次為位于河流上游一小支流下游附近的P3 點(diǎn)，這2 處的Cd 含量略高于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值（0.3 mg/kg，GB 15618—2018）。河流下游一較大支流的P4 點(diǎn)，Cd 含量為0.77 mg/kg，由于該點(diǎn)位于下游，距離干流很近，加上地勢(shì)低，大洪水期間干流的水流會(huì)跨過(guò)子流域邊界淹沒(méi)東邊子流域的下游地區(qū)，造成該地區(qū)的土壤污染。總體來(lái)說(shuō)，8 個(gè)采樣點(diǎn)可分為Cd 含量很高的礦區(qū)（P1）、受污染河水泛濫和灌溉影響的區(qū)域（P2、P4、P5、P6 和P7）和可能受大氣沉降和人類(lèi)活動(dòng)影響的區(qū)域（P0 和P3）。

2.2 不同采樣點(diǎn)楊樹(shù)各部位Cd 含量

各采樣點(diǎn)楊樹(shù)不同部位Cd 含量值介于0.99～42.10 mg/kg 之間，相差較大，楊樹(shù)各部位Cd 含量的標(biāo)準(zhǔn)差范圍在10%～118%之間，表明同一采樣點(diǎn)不同楊樹(shù)相同部位對(duì)Cd 的吸收和富集有較大的個(gè)體差異，這可能與特定的立地條件，如光照或個(gè)體樹(shù)木的生長(zhǎng)情況有關(guān)，見(jiàn)表2。

表2 各采樣點(diǎn)楊樹(shù)不同部位Cd 含量 mg·kg?1

表2 可知，楊樹(shù)各部位Cd 含量在不同采樣點(diǎn)差別也很大，其最大值是最小值的3.1（樹(shù)枝）～27.5（樹(shù)根）倍，各點(diǎn)均值和中位數(shù)值差別較大。這首先是因?yàn)椴煌c(diǎn)土壤Cd 含量不同（見(jiàn)表1），土壤Cd 含量比較高的P1 和P7 點(diǎn)位的楊樹(shù)各部位Cd 吸收和富集的量也相對(duì)較大，但最大值不在P1 而在P7 點(diǎn)位，這可能是因?yàn)樵赑1 點(diǎn)位礦區(qū)土壤Cd 濃度過(guò)高，一定程度上抑制了楊樹(shù)的吸收作用[15]。P7 點(diǎn)位楊樹(shù)各部位對(duì)Cd 的吸收量在所有點(diǎn)中均為最高，這一方面可能是由于Cd 含量在該濃度范圍的土壤更有利于Cd 的吸收[16]，另一方面也可能與下游P7 點(diǎn)特定的立地條件有利于楊樹(shù)的生長(zhǎng)及Cd 的吸收和富集有關(guān)。另外，P1 點(diǎn)土壤污染非常嚴(yán)重，但楊樹(shù)依然可以生長(zhǎng)，且具有較高的Cd 吸收和富集量，說(shuō)明楊樹(shù)不僅對(duì)Cd 耐受性較強(qiáng)，同時(shí)也能較好地吸收和富集Cd。其他各點(diǎn)位土壤Cd 含量相對(duì)較低，楊樹(shù)各部位Cd 含量和土壤Cd 含量沒(méi)有確定的關(guān)系?？傮w來(lái)說(shuō)，楊樹(shù)對(duì)Cd的吸收量和土壤Cd 含量有關(guān)，但不完全成正比增加，這可能是野外條件下其他因素的影響所致，這和李金花等[17]對(duì)野外楊樹(shù)林地的研究結(jié)果相似。

從楊樹(shù)各部位Cd 含量均值來(lái)看，楊樹(shù)不同部位對(duì)Cd 的吸收量總趨勢(shì)為：樹(shù)根＞樹(shù)葉＞樹(shù)皮＞樹(shù)干＞樹(shù)枝，根部對(duì)Cd 的吸收能力最強(qiáng)，Cd 含量最高，達(dá)到了12.37 mg/kg，其次是樹(shù)葉，Cd 含量為11.21 mg/kg；從楊樹(shù)各部位Cd 含量中值來(lái)看，楊樹(shù)不同部位對(duì)Cd 的吸收量總趨勢(shì)為：樹(shù)葉＞樹(shù)皮＞樹(shù)根＞樹(shù)干＞樹(shù)枝，樹(shù)葉對(duì)Cd 的吸收能力最強(qiáng)，達(dá)到了8.26 mg/kg，而樹(shù)根為3.20 mg/kg?？傮w來(lái)看，樹(shù)根對(duì)Cd 吸收量差異大，而樹(shù)葉表現(xiàn)出相對(duì)較穩(wěn)定且很強(qiáng)的Cd 吸收和富集量，因此中值更能反應(yīng)楊樹(shù)對(duì)Cd 吸收富集的情況。Cd 首先進(jìn)入根部，并暫時(shí)累積在其中，進(jìn)入到楊樹(shù)體內(nèi)的Cd，在其強(qiáng)大的蒸騰作用下，隨著水分和所需的礦物質(zhì)元素一起通過(guò)樹(shù)木內(nèi)部的導(dǎo)管、紋孔和薄壁細(xì)胞等構(gòu)造分子運(yùn)輸?shù)綐?shù)木內(nèi)部、樹(shù)枝、樹(shù)皮和樹(shù)葉中[16?18]。樹(shù)葉處在蒸騰流上移的終端位置，加上樹(shù)葉中有較多的氨基酸等成分，這些化學(xué)物質(zhì)與Cd 離子能夠結(jié)合，生成穩(wěn)定的絡(luò)合物，導(dǎo)致樹(shù)葉中的Cd 含量不斷增加[18?19]。樹(shù)皮組織中富含有助于與二價(jià)離子結(jié)合的萜類(lèi)、軟木脂、脂肪酸酯和氨基酸等物質(zhì)，也能富集較多的Cd[16]。而樹(shù)干和樹(shù)枝中，主要為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，其他物質(zhì)的含量較少，相對(duì)不易與二價(jià)離子結(jié)合[17]。所以，樹(shù)根、樹(shù)皮和樹(shù)葉總體表現(xiàn)出較高的Cd 含量，而只有少部分累積在樹(shù)枝和樹(shù)干中。

2.3 不同采樣點(diǎn)楊樹(shù)各部位對(duì)Cd 的BCF 和TF

2.3.1 不同采樣點(diǎn)楊樹(shù)的BCF BCF 能夠反映楊樹(shù)從土壤中吸收、富集重金屬Cd 的能力，其值越大，則表明楊樹(shù)對(duì)Cd 的富集能力越強(qiáng)。不同采樣點(diǎn)楊樹(shù)不同部位BCF 介于0.06～19.39 之間，同一采樣點(diǎn)楊樹(shù)各部位BCF 的標(biāo)準(zhǔn)差范圍在10%～118%之間，雖然差異很大，但BCF＞1 的占比為75.83%，總體表現(xiàn)出較高的富集能力，見(jiàn)表3。

表3 楊樹(shù)各部位對(duì)Cd 的BCF

李金花等[17]在野外楊樹(shù)林試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在Cd 含量低于土壤背景值土壤上生長(zhǎng)的楊樹(shù)葉片對(duì)Cd 的BCF 在1.36～16.28 之間，葉片中Cd 吸收量與土壤中Cd 含量沒(méi)有顯著相關(guān)性。RONG et al[16]計(jì)算了盆栽試驗(yàn)中在0～100 mg/kg Cd 處理土壤中生長(zhǎng)的一年直立楊樹(shù)各部位的BCF 在0.08～1.05之間，楊樹(shù)不同個(gè)體、不同部位之間BCF 也表現(xiàn)出較大差異性，通過(guò)與本試驗(yàn)結(jié)果做比較，表明在實(shí)際污染土壤中，楊樹(shù)對(duì)Cd 總體表現(xiàn)出更強(qiáng)的富集能力，這可能是由于野外實(shí)際的立地條件更有利于樹(shù)木的生長(zhǎng)。本試驗(yàn)較高的富集能力可能也與土壤偏酸性有關(guān)，許多研究表明酸性土壤有利于植物吸收Cd，而堿性土壤會(huì)限制植物對(duì)Cd 的吸收[10，20]。在不同采樣點(diǎn)，楊樹(shù)各部位BCF 的最大值是其最小值的34.6（樹(shù)根）～84.7（樹(shù)枝）倍，表現(xiàn)出比Cd 含量更大的差異（表2 和表3）。楊樹(shù)各部位BCF 的最高值分別出現(xiàn)在土壤Cd 含量較低的3 個(gè)采樣點(diǎn)，即P0、P3 和P4，而最低值都在P1 點(diǎn)位，這是由于BCF 是楊樹(shù)不同部位Cd 含量與土壤Cd 含量的比值。雖然楊樹(shù)對(duì)重金屬Cd 的吸收總體與土壤中Cd 含量有關(guān)，但并不成比例增加。P7 點(diǎn)位樹(shù)干、樹(shù)皮和樹(shù)葉的BCF 基本反映了在該流域?qū)嶋H污染土壤下楊樹(shù)的吸收富集重金屬的能力見(jiàn)表3，但樹(shù)根的吸收累積能力更大，可能與楊樹(shù)特定的生長(zhǎng)時(shí)期有關(guān)，被吸收進(jìn)入根部的Cd，有待進(jìn)一步遷移至植物的不同部位累積。

表3 可知，由于各部位BCF 值差異較大，且受異常高值的影響，均值普遍略高于中值。但無(wú)論從均值還是中值來(lái)看，楊樹(shù)不同部位對(duì)Cd 的平均BCF 大小均為：樹(shù)葉＞樹(shù)皮＞樹(shù)根＞樹(shù)干＞樹(shù)枝，這與RONG et al[16]的研究結(jié)論一致。樹(shù)葉總體表現(xiàn)出很高的富集能力，達(dá)到8.55，其次是樹(shù)皮和樹(shù)根，而樹(shù)干和樹(shù)枝最低，但中值也分別達(dá)到2.42 和1.33，表明楊樹(shù)各部位對(duì)Cd 的富集能力總體較強(qiáng)。

2.3.2 不同采樣點(diǎn)楊樹(shù)的TF TF 用于評(píng)估植物從根部向地上部分遷移并積累重金屬的能力，TF 數(shù)值越高，表示重金屬?gòu)牡叵虏糠窒虻厣喜糠诌\(yùn)輸能力越強(qiáng)。不同采樣點(diǎn)楊樹(shù)不同部位TF 介于0.09～12.27 之間，TF＞1 的占比為53.6%。楊樹(shù)各部位TF 的標(biāo)準(zhǔn)差范圍在38%～127%之間，也表現(xiàn)出同一采樣點(diǎn)同一部位不同楊樹(shù)TF 值的個(gè)體差異，見(jiàn)表4。

表4 楊樹(shù)地上部分對(duì)Cd 的TF

在不同采樣點(diǎn)，楊樹(shù)各部位TF 的最大值是其最小值的6.4（樹(shù)干）～13.9（樹(shù)葉）倍，不同采樣點(diǎn)楊樹(shù)各部位TF 的差異均比BCF 的小見(jiàn)表3 和4。P7 和P4 點(diǎn)位樹(shù)根Cd 平均含量高，楊樹(shù)各部位TF 平均值＜1。P1 點(diǎn)位楊樹(shù)樹(shù)根Cd 含量差異很大見(jiàn)表2，導(dǎo)致不同楊樹(shù)各部位TF 的巨大差異，特別是樹(shù)皮和樹(shù)葉TF 見(jiàn)表4。不同采樣點(diǎn)楊樹(shù)TF隨土壤中Cd 濃度變化規(guī)律性不明顯，這與WU et al[12]對(duì)楊樹(shù)的研究中TF 隨土壤Cd 濃度變化趨勢(shì)類(lèi)似。

表4 可知，楊樹(shù)地上部分各部位TF 均值也普遍略高于中值，總體來(lái)看，楊樹(shù)地上不同部位TF 大小均為樹(shù)葉＞樹(shù)皮＞樹(shù)干＞樹(shù)枝。樹(shù)葉和樹(shù)皮的TF＞1，而樹(shù)干和樹(shù)枝的TF＜1。其中樹(shù)葉的轉(zhuǎn)運(yùn)能力遠(yuǎn)高于其他部位，最高值達(dá)到了12.27，這是由于進(jìn)入根部的Cd 在強(qiáng)大蒸騰作用下，往地上部分遷移，最終累積在葉片[6]。

3 討論

通過(guò)結(jié)果分析可知，即使在受到嚴(yán)重污染的土壤條件下，楊樹(shù)各部位對(duì)Cd 也表現(xiàn)出較高的吸收富集能力，這表明楊樹(shù)對(duì)重金屬Cd 具有強(qiáng)耐受性，在提取修復(fù)Cd 污染土壤上具有較大潛力。

為進(jìn)一步探討利用楊樹(shù)對(duì)污染土壤進(jìn)行提取修復(fù)的可能性，根據(jù)本研究中楊樹(shù)在實(shí)際污染土壤條件下對(duì)Cd 的吸收富集能力，參照楊樹(shù)生物量等信息計(jì)算通過(guò)楊樹(shù)吸收富集土壤中的Cd，并將其移出土壤植物系統(tǒng)，使其土壤Cd 含量達(dá)到土壤環(huán)境質(zhì)量相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)所需的年限。根據(jù)礦區(qū)流域土壤污染特征，選擇2 種污染程度的土壤，即以礦區(qū)為代表的高污染區(qū)，Cd 含量為33.87 mg/kg 和下游河岸帶土壤，Cd 含量為1.37 mg/kg，擬修復(fù)達(dá)到農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值0.3 mg/kg。由于楊樹(shù)生長(zhǎng)受重金屬影響不顯著[16]，參考相似環(huán)境條件下相同品系7 年楊樹(shù)成材時(shí)的總生物量1.32×105kg/hm2，樹(shù)根占14.3%、樹(shù)干55.2%、樹(shù)枝12.9%、樹(shù)皮5.7%和樹(shù)葉11.9%[21]。楊樹(shù)落葉每年收集并移出系統(tǒng)，參考趙英銘[22]對(duì)楊樹(shù)樹(shù)葉每年生物量的計(jì)算，統(tǒng)計(jì)7 年樹(shù)葉累計(jì)生物量。假設(shè)楊樹(shù)各部位吸收富集Cd 能力不變，計(jì)算出楊樹(shù)7 年中可吸收并移出系統(tǒng)Cd 總量，不斷循環(huán)種植修復(fù)。修復(fù)年限[23]=［（土壤當(dāng)前Cd 含量?土壤目標(biāo)Cd 含量）×1 hm2土壤重量］/1 hm2土壤可移除的Cd 含量。對(duì)上述2 種污染程度的土壤，計(jì)算得出最終修復(fù)時(shí)間分別約為389 年和16 年。假如只需將礦區(qū)重污染土壤修復(fù)到建設(shè)第一類(lèi)用地土壤污染篩選值標(biāo)準(zhǔn)（20 mg/kg）[24]，則所需的修復(fù)時(shí)間約為161 年。

土壤一旦被污染，通過(guò)植物提取修復(fù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的周期是相當(dāng)漫長(zhǎng)的[25]。雖然如此，利用楊樹(shù)進(jìn)行重金屬污染土壤的提取修復(fù)具有很好的生態(tài)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。首先，在樹(shù)木提取修復(fù)的過(guò)程中，不加任何化學(xué)藥劑，沒(méi)有二次污染和破壞土壤結(jié)構(gòu)和質(zhì)地的風(fēng)險(xiǎn)，在秋季落葉時(shí)只要及時(shí)對(duì)楊樹(shù)葉進(jìn)行收集和處理，就可避免Cd 再次回到土壤。其次，楊樹(shù)可增強(qiáng)楊樹(shù)根系與土壤間的凝聚力，提高土壤涵養(yǎng)水源能力，防止水土流失，利于穩(wěn)定土層的形成，楊樹(shù)還有很好的綠化、固碳等功能。在經(jīng)濟(jì)效益方面，楊樹(shù)是速生樹(shù)種，生長(zhǎng)快、成材早，屬于木材產(chǎn)量較高的樹(shù)種，可與林業(yè)木材生產(chǎn)相結(jié)合，將收獲的楊樹(shù)作為材料或能源資源，能帶來(lái)很好的經(jīng)濟(jì)效益。另外，確定楊樹(shù)最佳輪作周期對(duì)提升楊樹(shù)富集和轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬效率也有重要參考作用。

在未來(lái)的研究中，可通過(guò)不同的技術(shù)措施提高楊樹(shù)的提取修復(fù)能力，有效縮短修復(fù)年限。如利用不同楊樹(shù)樹(shù)種對(duì)重金屬吸收富集能力不同，篩選出重金屬富集能力強(qiáng)的楊樹(shù)品種；利用基因工程和激素調(diào)控提高楊樹(shù)提取修復(fù)重金屬能力等。此外，還可以利用楊樹(shù)和具有超累積能力的草本植物進(jìn)行復(fù)合種植來(lái)提高提取修復(fù)效率。

4 結(jié)論

(1) 礦區(qū)流域土壤Cd 污染程度不同，總體比較嚴(yán)重，其中礦區(qū)土壤Cd 含量最高，達(dá)到33.87 mg/kg，其下游各點(diǎn)主要受洪水泛濫或灌溉的影響，土壤Cd 含量介于0.75～3.62 mg/kg 之間，呈現(xiàn)出往下游加重的趨勢(shì)。而河流源頭和上游支流等不受礦區(qū)直接影響采樣點(diǎn)土壤Cd 含量最低，為0.32 mg/kg和0.34 mg/kg，說(shuō)明礦區(qū)流域土壤Cd 污染主要來(lái)源于礦區(qū)。

(2) 楊樹(shù)在Cd 含量很高的礦區(qū)和Cd 含量相對(duì)較低的其他地區(qū)都能很好地生長(zhǎng)，且總體表現(xiàn)出較高的Cd 吸收量，位于最下游的采樣點(diǎn)楊樹(shù)各部位吸收量都最高，其中地上部分Cd 最高含量在樹(shù)葉，達(dá)35.34 mg/kg。

(3) 不同采樣點(diǎn)楊樹(shù)不同部位對(duì)重金屬Cd 的BCF 介于0.06～19.39 之間，差異較大，BCF＞1 的占比為75.8%，楊樹(shù)各部位BCF 介于1.33～8.55（以中值計(jì)）之間，總體表現(xiàn)出較高的富集能力。不同部位對(duì)Cd 的吸收量和BCF 均表現(xiàn)為樹(shù)葉＞樹(shù)皮＞樹(shù)根＞樹(shù)干＞樹(shù)枝。對(duì)Cd 吸收量和富集能力最大且相對(duì)穩(wěn)定的是樹(shù)葉，BCF 為8.55，樹(shù)枝對(duì)Cd 的吸收最低，但BCF 總體水平也達(dá)到了1.33。在Cd 高污染的礦區(qū)，楊樹(shù)各部位的BCF 較低，但仍具有較大的吸收量。在土壤Cd 含量相對(duì)較低的采樣點(diǎn)，楊樹(shù)總體表現(xiàn)出較好的吸收量和富集能力。不同采樣點(diǎn)楊樹(shù)不同部位TF 范圍介于0.09～12.27 之間，表現(xiàn)為樹(shù)葉＞樹(shù)皮＞樹(shù)干＞樹(shù)枝。美洲黑楊適合于當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)且有較高的Cd 富集能力，可作為該地或相似地區(qū)污染土壤的提取修復(fù)樹(shù)種。