湖北铜绿山铜矿区土壤铜污染状况及优势植物对铜的吸收

缪诚远等

摘 要：矿区重金属污染十分严重，寻找并筛选适合当地生长的优势植物成为推广矿区植物修复技术的前提。铜绿山矿区土壤重金属铜含量高，在矿区发现4种优势植物。通过测定植物根际土壤及植物各器官铜含量，得出在此4种植物对铜的积累与迁移特点，评估其在矿区土地恢复与植被重建方面的作用与价值。

关键词：土壤；植物；矿区；重金属；铜

中图分类号：X173

Abstract：The mining area of heavy metal pollution is very serious， searching and selecting advantage plants which are suitable for the local area becomes the premise of phytoremediation technology to promote mining area. The content of heavy metal Cu is high in soil from Tonglushan copper mining area.There were four advantaged plants found in the mining area.Through the determination of the Cu content in plant rhizosphere and in different organs， it is concluded that accumulation and migration of Cu in the four plants，assessmenting their role and value in the mining areas land and vegetation recovery and rebuilding.

Key words：soil； plant； mining area；heavy metal； copper

矿区开采造成土壤重金属污染，使土地失去耕作价值。将重金属耐性植物和超富集植物用于矿区土地恢复和植被重建，已成为国际研究前沿。人们利用植物对重金属的耐性和超富集能力，并结合其共生的微生物体系可以实现对重金属污染环境的修复。

调查矿区土壤重金属污染状况，寻找并筛选适合当地生长的优势植物成为推广矿区植物修复技术的前提。这些优势植物可能是重金属的耐性植物甚至是超富集植物。本文通过对湖北省大冶市铜绿山矿区进行野外调查，发现当地优势植物，分析其根际土壤和植物体内的重金属含量，评价优势植物的土壤修复潜力。

1前言

铜绿山矿区是我国重要的铜矿所在地和有色金属冶炼基地。由于开采历史悠久以及大面积露天开采，造成矿区以及周边土地严重的土壤重金属铜污染。该矿区现基本处于停工状态[1]。10月中旬在铜绿山矿区共发现有4种优势植物，数量多，分布广，分别是海州香薷，狼把草，小飞蓬和白茅。

矿区从地面逐渐向底部延伸，大致呈螺旋状，有明显的三个开采层，分别称为内层、中层和外层。在每层东南西北4个方位各布置一个采样点，通过缩分法采集各样点1平方米内的0～20cm厚度的土壤。在每一开采层上，采集数量丰富、有群落结构的植物与其根部周围0～20cm的土壤。共采集17个植物样本（含根际土壤）和12个土壤样本。

2材料与方法

采用干灰化—原子吸收分光光度法测定植株根、茎、叶、花四部分（白茅分为根、茎、叶三部分）的重金属Cu含量（仪器GBC AVANTA M型）[2]。测定前先用自来水冲洗植株表面污物，再用去离子水洗净，晾干备用。采用原子吸收分光光度法测定土壤Cu总量（仪器Analytic Jena 型号ZEEmit700P）[3]。测定前土壤样本在室内风干，除去土壤中的石块、植物根系和凋落物等，充分研磨，过100目标准筛，用HNO3+HCl+HClO4消化，定容，保存备用。

3 结果与讨论

3.1 土壤重金属污染特征

表1列出了各样点的土壤重金属铜含量。有以下几个特点：一、总体铜含量高，与土壤环境质量国家3级标准值[4]相比，最高含量为国家3级标准的11.5倍。二、铜的变化范围较大，为285.8～4580.5mg/kg，平均含量为1711.9mg/kg，是国家三级标准的4.3倍，是湖北省红土壤背景值的65.3倍（26.2mg/kg）。（表1），三、内层到外层土壤铜含量逐渐增大。

3.2 植物体内重金属含量特征

地上部（干重）Cu大于1 000mg/kg， [6]地上部和根部铜含量之比大于1 [7]的植物称为铜的超富集植物。这批样品均不属于铜超富集植物。

已有文献表明，[8]高Cu污染区小飞蓬的耐受性要强于低Cu污染区，两者又均强于非污染区小飞蓬。不同生态型小飞蓬的耐受性呈现出了明显的种间差异。编号PW-6、编号PZ-3根际土壤铜含量分别高达4580.5 mg/kg、 612.8 mg/kg，可见高Cu污染区小飞蓬的耐受性强于相对较低的Cu污染区。

在植物地上部各部分中，铜含量高低依次是花>叶>茎。其中小飞蓬体内铜含量花>叶>根>茎。海州香薷体内铜含量根>花>叶>茎。狼把草体内铜含量根>花>叶>茎。这可能是植物重金属耐性的一种对策，可以通过落叶、落花而将金属排出体外[9，10]。在植物提取方式中[11]，仅将植物地上部的叶与花收获，保留茎，茎凋亡后留在土壤中可改善土壤状况，加快植被恢复的进程。

4 结论

矿区土壤污染严重，铜绿山矿区优势植物有海州香薷、狼把草、小飞蓬和白茅。在植物地上部各部分中，铜含量高低依次是花>叶>茎。茎内的铜含量在地上部中所占比例很小。这对土地恢复和植被重建中有实际意义，在收获地上部时保留茎，既维持植被大部的完整，又汲取了多数的铜元素，同时有利于植被恢复和土壤铜含量的降低。endprint

参考文献

[1] 柯文山，席红安，杨毅，王万贤，陈世俭.大冶铜绿山矿区海州香薷 （Elsholtzia hai-chowensis）植物地球化学特征分析.生态学报，2001，21（6）：907～912

[2] 李合生. 植物生理生化实验原理和技术[M]. 北京： 高等教育出版社，2000

[3] 鲁如坤. 土壤农业化学分析法[M]. 北京： 中国农业科技出版社，2000

[4] 土壤环境质量标准GB 15618-1995

[5] 曲向荣. 环境土壤学 . 北京：清华大学出版社，2010.11.

[6] Baker A J M， Brooks R R， Pease A J，et al. Studies on copper and cobalt tolerance in three closey related taxa within the genusSilenceL.（Caryophyllaceae） from Zaire.Plant and Soil. 1983，73： 377～385.

[7] 韦朝阳，陈同斌. 重金属超富集植物及植物修复技术研究进展.生态学报 2001.7

[8] 丁佳红，刘登义，李征，王广林.土壤不同浓度铜对小飞蓬毒害及耐受性研究 应用生态学报.2005.4

[9] Baker AJM， Walker PL. Ecophysiology of metal uptake by tole-rant plants. In： Shaw AJ ed. Heavy Metal Tolerance in Plants：Evolutionary Aspects. Boca Raton： CRC Press Inc. ， 1989. 155～ 178

[10] Dahmani MH， van Oort F， G?lie B， Balabane M. Strategies of heavy metal uptake by three plant species growing near a metal smelter. Environ Pollut. 2000， 109： 231～ 238

[11] Chaney R L， Minnie M， Li Y M， et al. Phytoremediation of soil metals[J]. Current Opinion in Biotechnology， 1997， 8：279-284.

基金项目：武汉理工大学国家级大学生创新创业训练计划资助（20141049708002）

作者简介：杨红刚（1971- ），男，湖南花垣县人，武汉理工大学副教授、硕士生导师。现为武汉理工大学环境科学与工程系主任。endprint