北京典型礦區(qū)重金屬污染土壤的植物修復(fù)能力研究

姜昱聰 趙云峰 張濤 田志君 韓娟娟

摘要 為尋找適用于北京周邊礦區(qū)土壤重金屬污染積累能力較強(qiáng)的植物，在北京周邊典型金礦、鐵礦、銅礦采集重金屬污染土壤后，選用12種各礦區(qū)常見的草本植物和4種常見蔬菜進(jìn)行室外模擬種植，分析其中長勢(shì)較好的6種草本植物和4種蔬菜，結(jié)果表明，銅礦以Cu、As、Cd污染為主；金礦污染以Cd、Pb污染為主；鐵礦以Cu污染為主。植物修復(fù)后，3類礦區(qū)土壤中重金屬Cd、Hg、Cu、Pb、Cr、Zn、As的含量分別降低了8.31%、7.72%、7.28%、4.87%、4.55%、4.21%、3.31%。印度芥菜、黑麥草、龍葵和蒼耳等草本植物及番茄、小白菜、辣椒和小蔥4種蔬菜均能夠適應(yīng)金礦、鐵礦和銅礦3類礦山土壤環(huán)境。印度芥菜和龍葵屬于富集型植物，對(duì)多種重金屬的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均大于1，可作為優(yōu)勢(shì)植物分別用于北京周邊金礦和鐵礦污染土壤修復(fù)；黑麥草、地膚和蒼耳屬于根部囤積型植物，對(duì)部分重金屬的富集系數(shù)大于1，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)小于1，可根據(jù)需要作為北京周邊金礦和銅礦污染土壤植物修復(fù)備選物種；番茄、小白菜、辣椒、小蔥4類蔬菜對(duì)礦山土壤重金屬的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力較強(qiáng)，礦山恢復(fù)早期不宜種植，以免礦物重金屬通過食物鏈累積并危害人體健康。

關(guān)鍵詞 重金屬；植物修復(fù)；富集；轉(zhuǎn)運(yùn)；北京礦區(qū)

中圖分類號(hào) X 53? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2023）07-0056-08

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.07.015

Study on Phytoremediation Ability of Heavy Metal Contaminated Soils in Beijing Typical Mining Areas

JIANG Yu-cong， ZHAO Yun-feng， ZHANG Tao et al

（Beijing Institute of Mineral Resources and Geology， Beijing 101520）

Abstract In order to search for plants suitable for remediation of heavy metal pollution in soils of mining areas around Beijing，soils which contaminated? by heavy metal were collected from typical gold mines，iron mines and copper mines around Beijing，and selected 12 kinds of common herbaceous plants and 4 kinds of common vegetables in mining areas for outdoor simulated planting， and 6 kinds of herbs and 4 kinds of vegetables with good growth were analyzed.The results showed that copper mine was mainly polluted by Cu，As and Cd; gold mine was mainly polluted by Cd and Pb;iron mine was mainly polluted by Cu.The contents of heavy metals Cd，Hg，Cu，Pb，Cr，Zn and As in the soil of the three types of mining areas after phytoremediation were decreased by 8.31%，7.72%，7.28%，4.87%，4.55%，4.21% and 3.31%.Brassica juncea， Lolium perenne， Solanum nigrum and Xanthium sibiricum and other herbs as well as Lycopersicon esculenyum，Brassica chinensis，Capsicum spp. and Allium ascalonicum could adapt to the soil environment of gold mine，iron mine and copper mine.Brassica juncea and Solanum nigrum were enrichment plants with enrichment and transport coefficients of heavy metals greater than 1，which could be used as the dominant plant species for remediation of contaminated soil of gold mine and iron mine，respectively.Lolium perenne， Kochia scoparia and Xanthium sibiricum were root-hoarding plants with enrichment coefficient greater than 1 and transport coefficient less than 1 for some heavy metals，which could be used as candidate plants for remediation of contaminated soil of gold and copper mines around Beijing.Lycopersicon esculenyum，Brassica chinensis，Capsicum spp. and Allium ascalonicum had a strong ability to enrich and transport heavy metals in the soil of the mine，so they were not suitable to be planted in the early stage of mine recovery to avoid the accumulation of mineral heavy metals through the food chain and endangering human health.

Key words Heavy metals;Phytoremediation;Enrichment;Transport;Beijing mining area

基金項(xiàng)目 北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)（PXM2020_158303_000003）。

作者簡(jiǎn)介 姜昱聰（1995—），女，山東德州人，助理工程師，碩士，從事礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)與修復(fù)研究。通信作者，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事水工環(huán)地質(zhì)研究。

收稿日期 2022-06-06

北京市礦產(chǎn)資源開采歷史悠久，長期開采使得北京礦山地質(zhì)環(huán)境問題日益嚴(yán)重［1］。過度采礦及尾礦隨意堆放不僅損毀土地資源，造成地形地貌景觀破壞，還會(huì)使得礦渣中的重金屬向礦山及其周邊土壤中擴(kuò)散和遷移，對(duì)環(huán)境造成不可逆的污染［2-4］。

針對(duì)礦山土壤環(huán)境存在的重金屬污染問題，植物修復(fù)具有土壤綠化和凈化的雙重效果，在礦山土壤修復(fù)治理過程中應(yīng)用頗多［5-8］。近年來，國內(nèi)外學(xué)者致力于研究適用于礦區(qū)重金屬污染土壤植物修復(fù)的優(yōu)勢(shì)物種，以尋找環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益最佳的植物修復(fù)技術(shù)。Salt等［9］研究表明，印度芥菜是礦山土壤中長勢(shì)較好的Cd富集植物。肖乃川等［10］研究表明，苧麻和鬼針草對(duì)Cd和Zn轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)較強(qiáng)，可作為優(yōu)勢(shì)物種用于礦區(qū)污染土壤植物修復(fù)。程俊偉等［11］通過對(duì)13種植物修復(fù)效果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，蒼耳和苧麻對(duì)礦山土壤中多類重金屬（如Cd、Pb等）的積累能力較強(qiáng)。溫麗等［12］研究表明，黑麥草對(duì)Cd、Pb和Zn復(fù)合污染土壤植物修復(fù)效果顯著，是修復(fù)Cd、Pb和Zn污染土壤的理想植物。Vaculík等［13］和Antiochia等［14］研究表明，蒼耳和香根草對(duì)Pb的富集系數(shù)高，可累積礦山土壤中大量的Pb。鄧小鵬等［15］研究表明，礦山污染土壤環(huán)境下龍葵的根、莖、葉中Cd的質(zhì)量濃度最高，分別達(dá)177.0、197.0、187.0 mg/kg，分別是國際Cd超積累植物標(biāo)準(zhǔn)（100 mg/kg）的1.77、1.97和1.87倍，證明龍葵可作為Cd污染土壤的有效修復(fù)植物。陳碧華等［16］利用地膚對(duì)土壤中Zn、Pb、Cu、Cd等重金屬進(jìn)行植物修復(fù)，修復(fù)效率分別為25.66%、25.64%、21.11%、9.78%。因此，研究礦區(qū)重金屬污染土壤環(huán)境中植物修復(fù)的優(yōu)勢(shì)物種對(duì)植物修復(fù)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。

除具有富集能力的草本植物外，蔬菜作物也對(duì)土壤中重金屬具有一定的積累作用。重金屬進(jìn)入蔬菜體內(nèi)，會(huì)對(duì)蔬菜自身產(chǎn)生毒害作用而影響產(chǎn)量，也會(huì)通過食物鏈進(jìn)入人體從而對(duì)人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重的影響［17］。顧燕青等［18］ 和王玉潔等［19］研究了杭州市重金屬污染土壤中30多種蔬菜富集特征，結(jié)果表明番茄、辣椒、小蔥和白菜對(duì)Cu、Zn、Cd、Cr、Pb的富集能力較強(qiáng)，不宜種植在重金屬污染較為嚴(yán)重的土壤中。因此，開展礦區(qū)周邊常見蔬菜對(duì)土壤中重金屬的富集和抗污染能力的研究也尤為重要。

目前關(guān)于礦山重金屬污染土壤的植物修復(fù)和蔬菜積累能力的研究多針對(duì)鞍山鐵礦、湘潭錳礦等礦區(qū)，對(duì)北京礦山的研究也多集中于地形整治和植被修復(fù)等方面，而針對(duì)北京周邊重點(diǎn)礦山重金屬污染土壤植物修復(fù)和蔬菜抗污染能力的研究較少。因此，為篩選出適宜北京市氣候條件和土壤環(huán)境的優(yōu)勢(shì)富集植物，也為給礦山周邊蔬菜種植品種的選擇提供依據(jù)，該研究最終以長勢(shì)較好的6種草本植物和4種蔬菜以及3類礦區(qū)土壤為研究對(duì)象，通過對(duì)比植物種植前后土壤中重金屬含量、植物生長量和植物體內(nèi)重金屬含量的變化情況，分析礦區(qū)土壤污染狀況，探究植物對(duì)重金屬的富集和積累能力，初步篩選出適用于北京不同典型礦區(qū)土壤重金屬污染修復(fù)的草本植物種類和不宜種植的蔬菜品種，以期為北京典型礦區(qū)重金屬污染土壤植物修復(fù)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和礦山周邊環(huán)境蔬菜種植物種優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)用土的選取

供試土壤分別取自北京北部的金礦、鐵礦和銅礦3個(gè)典型礦區(qū)，土壤類型為粉質(zhì)黏土，礦區(qū)分別位于密云區(qū)、密云區(qū)和延慶區(qū)，重金屬冶煉和開采活動(dòng)歷史悠久，重金屬在礦山及其周邊土壤累積嚴(yán)重。根據(jù)前期礦山環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果，選擇污染較為嚴(yán)重區(qū)域土壤為研究對(duì)象。

礦區(qū)土壤樣品的采集、保存及運(yùn)輸均按照《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 土壤環(huán)境》（HJ 694—2018）［20］中相關(guān)要求進(jìn)行。將各礦區(qū)運(yùn)回的樣品去除石塊和植物根系等雜質(zhì)，初步研磨過2.00 mm PVC塑料尼龍篩。取少量樣品二次研磨過0.60 mm PVC塑料尼龍篩用以測(cè)試礦山土壤初始理化性質(zhì)，其余樣品保存至聚氯乙烯袋備用。3類礦區(qū)土壤理化性質(zhì)如表1所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

如表2所示，設(shè)計(jì)針對(duì)北京金礦、鐵礦和銅礦三大典型廢棄礦區(qū)表層土壤環(huán)境分別選擇12種優(yōu)勢(shì)草本植物及北京礦區(qū)周邊較為常見的4種蔬菜作物，對(duì)3類典型礦山重金屬污染土壤進(jìn)行針對(duì)性植物修復(fù)研究。于2020年5月上旬將預(yù)處理的各類礦山土壤攪拌均勻后分別鋪陳于24個(gè)65 cm×48 cm×30 cm的聚氯乙烯樣品箱內(nèi)，每箱裝土約75 kg，對(duì)土壤澆水并靜置7 d。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將預(yù)培養(yǎng)好的幼苗種植于各處理，保證每個(gè)樣品箱有3株植物。試驗(yàn)期間，除必要養(yǎng)護(hù)管理措施確保植物正常生長外，盡量減少對(duì)植物擾動(dòng)。試驗(yàn)過程中，每3 d觀察植物生長情況，并進(jìn)行文字和影像記錄。60 d后可陸續(xù)獲取成熟植株及土壤，測(cè)試相關(guān)指標(biāo)。

1.3 樣品采集和測(cè)試

8月份開始，陸續(xù)對(duì)長勢(shì)較好且可用于分析的6種本地常見植物和4種蔬菜作物進(jìn)行樣本采集，主要采集植物的地下部、地上部（包括果實(shí)）等部位，用于植物生長情況、各部位生物量、體內(nèi)重金屬含量的測(cè)試。同時(shí)對(duì)植物種植前后的土壤進(jìn)行采集，測(cè)試土壤理化性質(zhì)及土壤重金屬含量。

參考第四版《巖石礦物分析》［21］，土壤樣品中的重金屬含量采用NexION300Q型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國珀金埃爾默股份有限公司）和AFS-680型原子熒光光譜儀進(jìn)行測(cè)試；植物樣品中的重金屬含量在經(jīng)過MD8H型微波消解儀前處理后，使用NexION300Q型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行測(cè)試。土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量分別采用PXSJ-216F型離子計(jì)和CS-902型高頻紅外碳硫儀測(cè)定；土壤中全氮含量經(jīng)過分析純硫酸溶解后，采用UPT-K1600型凱氏定氮管測(cè)定；土壤中全磷、全鉀的含量采用NexION300Q型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)試；采用碳酸氫鈉-鉬銻抗比色法和乙酸銨浸提-火焰光度法分別測(cè)定有效磷和速效鉀，分別使用pH為8.5的0.5 mol/L碳酸氫鈉溶液和1 mol/L的中性乙酸銨溶液提取土壤樣品后，再使用NexION300Q型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)試［22］。

1.4 土壤污染評(píng)價(jià)方法

單因子污染指數(shù)（Pi）和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)（Pcom）的計(jì)算公式如下：

Pi=Ci/Si（1）

Pcom=P2max+P2avg2（2）

式中，Pi為土壤中重金屬i的單因子污染指數(shù)；Pcom為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)。Ci為土壤中重金屬i的含量（mg/kg）；Si為標(biāo)準(zhǔn)值，采用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）［23］中的3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；Pmax為單因子污染指數(shù)最大值；Pave為單因子污染指數(shù)平均值。

兩類指數(shù)皆將土壤重金屬污染分為5個(gè)等級(jí)：安全級(jí)（P≤0.7）、警戒級(jí)（0.7＜P≤1.0）、輕度污染級(jí)（1.0＜P≤2.0）、中度污染級(jí)（2.0＜P≤3.0）和重度污染級(jí)（P＞3.0）。

1.5 生物積累能力評(píng)價(jià)方法

生物的積累能力主要與生物富集系數(shù)（BCF）和生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（BTF）息息相關(guān)，兩者分別反映了植物從土壤中吸收重金屬的能力以及吸收后將重金屬由根部轉(zhuǎn)移至地上部的能力［24］，其計(jì)算公式如下：

BCF=C植物/C土壤（3）

BTF=C地上部/C地下部（4）

式中，C植物表示植物各部位的重金屬含量（mg/kg）；C土壤表示土壤中重金屬含量（mg/kg）；C地上部表示植物地上部（包括果實(shí)）的重金屬含量（mg/kg）；C地下部表示植物地下部的重金屬含量（mg/kg）。

1.6 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2013進(jìn)行初步整理和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，使用 Origin Pro 9.5進(jìn)行圖形及模型的制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 礦區(qū)土壤重金屬污染評(píng)價(jià) 從各礦區(qū)土壤中重金屬含量（表3）可以看出，金礦土壤中重金屬含量由高到低依次為Pb>Zn>Cr>Cu>As>Hg>Cd；鐵礦土壤中重金屬含量由高到低依次Zn>Cu>Cr>Pb>As>Cd>Hg；銅礦土壤中重金屬含量由高到低依次Cu>Pb>As>Zn>Cr>Cd>Hg。

金礦污染土壤中7種重金屬的單因子污染指數(shù)由高到低依次為Cd>Pb>Hg>Zn>Cu>Cr>As，其中Cd的單因子污染指數(shù)為3.42，達(dá)到了重度污染級(jí)別；Pb為中度污染級(jí)別；Hg和Zn為輕度污染級(jí)別；Cu和Cr為警戒線級(jí)別；As的污染指數(shù)為0.54，為安全級(jí)。鐵礦污染土壤中7種重金屬的單因子污染指數(shù)由高到低依次為Cu>Cd>Zn>Cr>As>Pb>Hg，其中Cu為輕度污染級(jí)別，其余重金屬污染指數(shù)均小于0.7，為安全級(jí)。銅礦污染土壤中7種重金屬的單因子污染指數(shù)由高到低依次為Cu>As>Cd>Pb>Zn>Hg>Cr，其中Cu、As、Cd和Pb的單因子指數(shù)均大于3.0，為重度污染；Zn為輕度污染級(jí)別;Cr和Hg均小于0.7，為安全級(jí)。

金礦、鐵礦和銅礦3類礦區(qū)土壤的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分別為2.45、0.72、35.61，其中銅礦污染最為嚴(yán)重，為重度污染級(jí)別，以Cu、As、Cd污染為主；金礦污染為中度污染級(jí)別，以Cd、Pb污染為主；鐵礦污染程度相對(duì)較輕，為警戒線污染級(jí)別，以Cu污染為主。

2.2 植物修復(fù)前后土壤重金屬含量變化

從試驗(yàn)前后3類礦區(qū)土壤中重金屬含量變化（表4）可以看出，在種植植物和蔬菜進(jìn)行植物修復(fù)后，3類礦區(qū)土壤中重金屬含量均有所下降，下降幅度分別為Cd 0.49%～20.98%、Hg 2.70%～17.86%、Cu 0.31%～18.47%、Pb 0.08%～16.72%、Cr 0.20%～17.61%、Zn 0.32%～16.35%、As 0.30%～11.90%。計(jì)算平均值可知，植物修復(fù)后3類礦區(qū)土壤中重金屬Cd、Hg、Cu、Pb、Cr、Zn、As的含量均有所降低，分別下降了8.31%、7.72%、7.28%、4.87%、4.55%、4.21%、3.31%。

植物修復(fù)前后金礦土壤中Cd、Cu、Pb和Hg含量變化較為顯著，尤其在種植印度芥菜、黑麥草、小白菜和番茄后，Cd、Cu、Pb和Hg含量明顯降低，分別降低了11.71%～20.98%、8.38%～18.47%、6.98%～16.72%和6.59%～17.86%；As、Cr、Zn的變化程度較小，分別降低了0.74%～6.67%、6.18%～8.92%、0.65%～2.90%。鐵礦土壤中As、Cd、Cu、Zn和Hg含量變化較為顯著，尤其在種植龍葵、辣椒、小蔥和番茄后As、Cd、Cu、Zn和Hg含量明顯降低，分別降低了4.29%～11.90%、8.00%～16.00%、9.94%～16.44%、10.47%～16.35%和3.50%～12.50%；其次為Pb和Cr。銅礦土壤中Cd、Cr和Hg含量變化較為顯著，尤其在種植蒼耳后Cd和Hg含量分別降低了16.49%和13.51%，種植地膚后Cr含量降低了17.61%；As、Cu、Pb和Zn含量變化程度相對(duì)較小。

2.3 植物生物量 3類礦區(qū)土壤環(huán)境下存活的10種植物生物量如表5和圖1所示。通過與正常土壤環(huán)境下植物生長量對(duì)比發(fā)現(xiàn)，礦山土壤環(huán)境對(duì)10類植物的生長及其生物量有不同程度的影響。金礦污染土壤環(huán)境下，番茄、小白菜、黑麥草和印度芥菜長勢(shì)相對(duì)較好，從圖1a可以看出，總生物量最大的植物為小白菜，其次為番茄、黑麥草、苧麻、印度芥菜，小蔥、辣椒總生物量較??；與正常土壤環(huán)境各類植物生物量相比，金礦土壤環(huán)境下的番茄生物量與正常環(huán)境下植物生物量較為接近，其次是印度芥菜、黑麥草、小白菜、小蔥，辣椒和苧麻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常環(huán)境下植物生物量，這表明番茄、小白菜、印度芥菜、黑麥草和小蔥在金礦污染土壤條件下生長趨勢(shì)優(yōu)于辣椒和苧麻。其中，番茄和印度芥菜的地上部（包括果實(shí)）生物量遠(yuǎn)大于地下部，其地上部生物量分別是地

下部11.85和5.21倍，與Baker等［7］和劉衛(wèi)敏［33］的研究結(jié)果一致。鐵礦污染土壤環(huán)境下，番茄和小白菜的總生物量與正常土壤環(huán)境下的植物生物量較為接近；小蔥、辣椒、龍葵總生物量較小，低于正常環(huán)境下植物生物量的50%，這表明番茄、小白菜在鐵礦污染土壤條件下生長趨勢(shì)優(yōu)于小蔥、辣椒和龍葵，其中，番茄地上部（包括果實(shí)）生物量是地下部的1.83倍。銅礦污染土壤環(huán)境下（圖1c），蒼耳總生物量最大，與正常土壤環(huán)境下的植物生物量較為接近；其次為番茄，地膚的總生物量最?。?.33 g），遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常環(huán)境下植物生物量，這表明番茄、蒼耳在銅礦污染土壤條件下生長趨勢(shì)優(yōu)于地膚。其中，番茄和蒼耳的地上部和地下部生物量較為接近，地膚的地上部生物量是地下部的6.38倍。

綜上所述，印度芥菜和黑麥草能夠較好地適應(yīng)金礦土壤環(huán)境；龍葵能夠較好地適應(yīng)鐵礦土壤環(huán)境；蒼耳能夠較好地適應(yīng)銅礦土壤環(huán)境，在礦山土壤中長勢(shì)總體不錯(cuò)。番茄、小白菜、辣椒和小蔥4種蔬菜也能夠較好地適應(yīng)礦山土壤環(huán)境，番茄在金礦、鐵礦和銅礦土壤環(huán)境中生長狀況良好，以鐵礦最佳；小白菜在金礦和鐵礦土壤環(huán)境下生長狀況良好；小蔥和辣椒也可在金礦和鐵礦土壤環(huán)境下正常生長。因此，上述4種草本植物和4種蔬菜均能夠較好地適應(yīng)礦山土壤環(huán)境，印度芥菜、黑麥草、龍葵和蒼耳可作為北京金礦、鐵礦和銅礦3類礦山土壤重金屬污染的植物修復(fù)材料，用于礦山土壤的初步修復(fù)和二次治理，與已有研究結(jié)果一致［33-34］。

2.4 植物體內(nèi)重金屬含量

從表6可以看出，不同種類植物對(duì)重金屬的吸收各有不同，其地上部重金屬含量分別為As 0.08～17.40 mg/kg、Cd 0.08～3.23 mg/kg、Cr 1.12～29.50 mg/kg、Cu 3.96～90.00 mg/kg、Hg 0.01～0.26 mg/kg、Pb 0.36～10.30 mg/kg、Zn 21.50～75.30 mg/kg，地下部重金屬含量分別為As 0.11～94.00 mg/kg、Cd? 0.15～3.99 mg/kg、Cr 1.05～247.00 mg/kg、Cu 3.29～1 219.00 mg/kg、Hg 0.02～

8.01 mg/kg、Pb 0.27～104.00 mg/kg、Zn 23.50～210.00 mg/kg。其中植物體內(nèi)Cu、Cr、Hg、Pb、Zn、As含量變化相對(duì)較大，Cd含量變化相對(duì)較小。植物體內(nèi)含量最高的是Zn，然后依次為Cu、Pb、Cr、Cd、Hg和As，相同礦種污染土壤中所種植的各植物體內(nèi)重金屬含量特征大體一致。印度芥菜、龍葵、紫花苜蓿等植物地上部各類重金屬含量幾乎均高于地下部，這是重金屬富集植物的重要特征之一，部分相關(guān)研究也得出了類似的結(jié)論［19，36-37］。

該研究種植的6種草本植物和4種蔬菜作物，大部分植物體內(nèi)的重金屬含量高于植物體內(nèi)重金屬的正常含量，但均未達(dá)到超富集植物的臨界標(biāo)準(zhǔn)。其中雖然鐵礦處于臨界污染狀態(tài)，污染情況較輕，但植物體內(nèi)部分重金屬含量仍存在增加的情況，表明植物對(duì)土壤中重金屬可能仍然具有吸收作用，土壤中的重金屬會(huì)通過生物富集和生物轉(zhuǎn)運(yùn)作用轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)［33］。對(duì)比植物體內(nèi)及對(duì)應(yīng)土壤環(huán)境中重金屬含量可知，3種礦山土壤環(huán)境下，土壤中Pb、Cr、Hg、Cd的含量與植物體內(nèi)Pb、Cr、Hg、Cd的含量特征基本一致，而土壤中Zn、As、Cu和植物體內(nèi)Zn、As、Cu的特征不同，表明植物體內(nèi)重金屬含量不僅與土壤中重金屬含量相關(guān)［38］，還受其他因素的影響，如植物自身的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)特征、土壤中重金屬的形態(tài)和理化性質(zhì)等［39］。

2.5 植物對(duì)重金屬的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力

生物富集系數(shù)用來反映重金屬由土壤遷移至植物體內(nèi)的能力和植物吸收重金屬的能力［15，40］。由表7可知，10種植物對(duì)7種重金屬的生物富集系數(shù)總體表現(xiàn)為Cd>Zn>Hg>Cu>Cr>As>Pb，且地下部富集系數(shù)大于地上部，這與李俊凱等［24］的研究結(jié)果基本一致。金礦土壤環(huán)境下種植的辣椒、黑麥草和印度芥菜對(duì)Cd表現(xiàn)出超強(qiáng)的富集能力，總生物富集系數(shù)分別為2.487、2.117和1.257，辣椒和黑麥草地下部分生物富集系數(shù)分別為1.624和1.946，印度芥菜的地上部分生物富集系數(shù)為1.017；辣椒對(duì)Hg也有較強(qiáng)的富集能力，總生物富集系數(shù)為2.272，地下部分生物富集系數(shù)為2.201。鐵礦土壤環(huán)境下種植的小白菜、番茄、小蔥、辣椒和龍葵5種植物均對(duì)Cd和Hg具有較強(qiáng)的富集能力，對(duì)Cd的總生物富集系數(shù)分別為2.766、2.686、1.041、2.918、2.523，對(duì)Hg的總生物富集系數(shù)分別為2.365、4.533、3.945、4.872、4.228；其中，辣椒地上部和地下部對(duì)Hg的生物富集系數(shù)均大于2.000，分別為2.089、2.783。銅礦土壤環(huán)境下，僅蒼耳對(duì)Cr有富集能力，總生物富集系數(shù)為3.475，地下部生物富集系數(shù)為3.298。

生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)用于表征重金屬在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)能力［41］。從表7可以看出，10種植物對(duì)7種重金屬的轉(zhuǎn)運(yùn)能力存在一定的差異，總體表現(xiàn)為Cd>Cr>Zn>Cu>As>Pb>Hg，與已有結(jié)論基本一致［24］。其中印度芥菜、龍葵等草本植物及番茄、小白菜等蔬菜對(duì)多種重金屬的生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)超過1，具有較強(qiáng)的生物轉(zhuǎn)運(yùn)能力。金礦土壤中，印度芥菜對(duì)As、Cd、Cr、Zn和Cu的生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均大于1，其中，印度芥菜對(duì)Cr和Cd的生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于2，分別為2.699和2.009；番茄對(duì)Cd、Cu的生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)分別為1.300和1.047；小白菜對(duì)Cr的生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為1.187。鐵礦土壤中所種植的植物對(duì)大部分重金屬存在轉(zhuǎn)運(yùn)能力，其中，番茄對(duì)7種重金屬均存在著較強(qiáng)的轉(zhuǎn)運(yùn)能力，尤其對(duì)Cr、As和Hg的生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)分別達(dá)到6.745、3.234和2.904；小白菜對(duì)Cd、Cr、Pb和Zn的生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為1.025、1.986、1.354、1.000；龍葵對(duì)As、Cd、Cu、Hg和Pb 5種重金屬的生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)分別為1.250、2.679、1.008、1.728和1.640；辣椒和小蔥對(duì)Pb和Zn的生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均大于1。銅礦土壤環(huán)境下，地膚對(duì)Cd、Cr和Zn的生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)分別為1.149、1.181和1.035，蒼耳對(duì)Zn的生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為1.185，均大于1，具有較好的轉(zhuǎn)運(yùn)能力。

植物的修復(fù)潛力與其富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力息息相關(guān)，生物富集和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)越大，植物主動(dòng)吸收土壤重金屬，并將其由地下部分轉(zhuǎn)移至地上的能力越強(qiáng)，修復(fù)潛力越大。不同植物對(duì)重金屬的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力不同［42］，根據(jù)Punz等［43］和李俊凱等［24］研究中對(duì)重金屬耐性植物的種類劃分，可將該研究的6種優(yōu)勢(shì)草本植物分為富集型、根部囤積型和規(guī)避型進(jìn)行探討。

該研究中，龍葵、印度芥菜等草本植物體內(nèi)重金屬的相對(duì)含量較高，能夠主動(dòng)吸收并富集重金屬，并將其轉(zhuǎn)移至地上部分，具有富集型植物的特征。其中，印度芥菜對(duì)Cd的生物富集系數(shù)和生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于1，龍葵對(duì)Cd、Hg的生物富集系數(shù)和生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于1，因此，印度芥菜和龍葵可作為礦山土壤修復(fù)的優(yōu)勢(shì)植物品種，用于北京周邊金礦和鐵礦污染土壤修復(fù)。Pérez-Esteban等［44］和陳友媛等［45］研究表明龍葵對(duì)Cd、Cu和Pb均具有較好的富集能力和耐受能力，且龍葵和印度芥菜對(duì) Cd和Zn的生物富集系數(shù)和生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)皆大于1。龍葵對(duì)土壤重金屬提取效果主要發(fā)生在植物生長階段，可在植物生長期配合微生物活化等方法進(jìn)行礦區(qū)重金屬修復(fù)［46-47］。

某些植物自身對(duì)重金屬存在著一定的排斥能力，阻止其由地下部向地上部轉(zhuǎn)移，生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)小于1［48］。該研究中，黑麥草、地膚和蒼耳3種草本植物體內(nèi)As、Cd、Cr、Hg、Pb、Zn 7種重金屬含量均較高，但其對(duì)大部分重金屬的生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均小于1，重金屬主要集中于地下部，與已有研究結(jié)果一致［49］。這表明黑麥草、地膚和蒼耳對(duì)土壤的重金屬吸收后，將重金屬大量囤積在地下部，屬于根部囤積型植物。黑麥草、地膚和蒼耳可種植在礦區(qū)周邊靠近人口活動(dòng)區(qū)域，以此來減少土壤重金屬進(jìn)入食物鏈而對(duì)人體健康造成危害［50］。

另外某些植物能夠正常生長在重金屬含量非常高的土壤中，但對(duì)重金屬的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)較少，可能是植物體內(nèi)某些機(jī)制能夠減輕重金屬的毒害或?qū)Ⅲw內(nèi)過量的重金屬排出體外。如生長于礦山土壤環(huán)境下的苧麻等植物體內(nèi)的重金屬含量較低，且對(duì)重金屬的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力較差， 但能夠在重金屬含量很高的土壤中正常生長，屬于規(guī)避型植物［24，29］。茍?bào)w忠等［51］對(duì)丹寨汞（金） 礦區(qū)11種重金屬富集特征分析得出苧麻屬于規(guī)避型植物。

該研究中，番茄、小白菜、辣椒和小蔥4種蔬菜對(duì)礦山污染土壤中的重金屬也有一定的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力，對(duì)各類礦山土壤中主要重金屬的富集能力較強(qiáng)。番茄和小白菜對(duì)礦山土壤中Cd、Cr的生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)較大，且其地上部重金屬含量遠(yuǎn)大于地下部，表明這2類蔬菜富集和轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬能力較強(qiáng)；辣椒和小蔥對(duì)Pb、Cd和Hg等重金屬具有一定的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力，富集和轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬污染能力較強(qiáng)。宋波等［52］研究北京市菜地土壤和蔬菜體內(nèi)的Cd、Cr含量發(fā)現(xiàn)，小白菜對(duì)Cd、Cr的富集系數(shù)高，富集和轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬Cd、Cr能力較強(qiáng)。李斌［53］研究發(fā)現(xiàn)，番茄對(duì)8類重金屬的吸收能力由大到小依次為Pb、Zn、Cu、Ni、Cr、As、Cd、Hg，對(duì)Pb的富集系數(shù)最大，為1.6。高陳璽等［54］對(duì)湘南東湘礦山重金屬富集植物篩選試驗(yàn)結(jié)果表明，辣椒對(duì)Pb、Cd和Cr的富集能力很強(qiáng)，其果實(shí)中3種重金屬含量分別為14.70、0.80和 2.10 mg/kg。王玉潔等［19］研究表明，小蔥對(duì)Cu、Zn、Pb均有較強(qiáng)的富集能力，其富集順序?yàn)镻b>Cu>Zn。因此，番茄、小白菜、辣椒、小蔥4類蔬菜對(duì)礦山土壤重金屬的積累和轉(zhuǎn)運(yùn)能力較強(qiáng)，礦山恢復(fù)早期不宜種植，以免重金屬通過食物鏈累積并危害人體健康。

3 結(jié)論

（1）銅礦污染最為嚴(yán)重，以Cu、As、Cd污染為主；金礦污染以Cd、Pb污染為主；鐵礦以Cu污染為主。

（2）植物修復(fù)后3類礦區(qū)土壤中重金屬Cd、Hg、Cu、Pb、Cr、Zn、As的含量均有所降低，分別降低了8.31%、7.72%、7.28%、4.87%、4.55%、4.21%、3.31%。

（3）印度芥菜、黑麥草、龍葵和蒼耳等草本植物均能夠適應(yīng)金礦、鐵礦和銅礦3類礦山土壤環(huán)境，印度芥菜和龍葵屬于重金屬富集型植物，對(duì)礦區(qū)污染土壤中的Cd、Hg、Cu和Cr富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力較強(qiáng)，可作為優(yōu)勢(shì)植物品種分別用于金礦和鐵礦污染土壤修復(fù)；黑麥草、地膚和蒼耳屬于根部囤積型植物，對(duì)部分重金屬的富集系數(shù)大于1，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)小于1，可根據(jù)需要作為北京周邊金礦和銅礦污染土壤修復(fù)備選植物；苧麻屬于規(guī)避型植物。

（4）番茄、小白菜、辣椒和小蔥4種蔬菜均能夠適應(yīng)金礦、鐵礦和銅礦3類礦山土壤環(huán)境，且對(duì)礦山土壤重金屬的積累和轉(zhuǎn)運(yùn)能力較強(qiáng)，在北京礦山恢復(fù)早期不宜種植，以免礦物重金屬通過食物鏈累積并危害人體健康。

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