植物修复稀土矿区土壤中放射性元素的方法研究

魏光普

摘要 分析了稀土矿区污染特征，介绍了海绵植物、海绵植物及菌根的筛选方法以及菌根环保盆修复技术，最后对今后的研究方向进行了展望。

关键词 海绵植物；稀土矿区；放射性元素；菌根环保盆

中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）02-0049-02

Abstract The pollution characteristics of rare earth mining area were analyzed，the screening methods of sponge plants，sponge plants and mycorrhizal fungi，and the restoration technology of environmental protection basin of mycorrhiza were introduced.Finally，the future research directions were prospected.

Key words “sponge” plant；Rare earth mine；Radioactive element；Mycorrhizal environmental basin

稀土矿区位于阴山之北，地理坐标109°47′～110°04′ E，41°39′～41°53′ N，平均海拔1 605 m2。南距市区149 km，区域面积328.64 km2[1]。常年气候干燥，低温干旱，温差变化大，年平均风速5.5 m/s，年降水量248.5 mm，蒸发量2 732.5 mm。天然草场面积约16.43万hm2，野生植物50种左右，常见木本植物5种，草本植物13种[2]。矿区及周边受辐射性污染严重，水土流失，植被退化导致辐射面积加速扩大，威胁着南部的市区、东部草原生态环境[3]。

1 矿区污染特征

1.1 放射性元素的危害 稀土包含17种元素，Ce为含量最多的元素。Ce和Th均具有放射性，可通过水、大气、土壤等介质危害动植物的健康。

（1）Ce可以通过动物的口、呼吸道、皮肤等进入体内，其能与动物体内许多生物分子（如蛋白质、酶、核酸等）相互作用，不断在人体内富集，一定量时将严重危害人体健康。植物中各部位一般含量从大到小依次为根、叶、茎，当Ce浓度超过一定量时植物生长受到抑制，叶绿素下降，过氧化酶、细胞膜透性、脯氨酸含量下降。土壤中低浓度稀土元素对细菌和放线菌有刺激作用，高浓度稀土元素对细菌、放线菌和真菌都有抑制作用。因此，动、植物体内稀土含量均有安全浓度值[4]（表1）。

（2）露天开采改变了自然土壤中的放性核素成分，Th开采、选择工作导致周边居民受到较强的辐射，也破坏草场和动、植物。其不仅具有放射毒性还具有化学毒性。Th对植物的影响及其在植物体内含量与Ce类似[4]。

1.2 礦山特征

稀土矿区是一个包含71种元素的共生矿，以铁-稀土-铌-钍多金属共生矿世界闻名，目前已知稀土储量世界第一，Nb和Th储量分居世界第二。矿区由主矿、东矿、西矿、东介勒格勒矿、都拉哈拉铌-稀土矿5个共同组成。

主矿位于东矿西侧，矿体长1 250 m，宽415 m，稀土储量占全矿区总量的32.1%；东矿矿体长1 200 m，宽350 m，西窄东宽，稀土储量占全矿区总量的21.5%；西矿由16个大小不等矿体组成，矿体长100～1 900 m，宽10～170 m，稀土总量占全矿区总量14.3%；东介勒格勒矿东矿南1 km处，由21个小矿体组成；都拉哈拉铌-稀土矿，东矿以东，东西长5 700 m，南北宽1 060 m。加速开发西矿，有助于保护主、东矿稀土资源[4-6]。

5个矿体分布不均，主矿、东矿、东介勒格勒矿、都拉哈拉铌-稀土矿以及3个排土场集中在一起，西矿在西侧较远位置。W型植物隔离墙可以根据矿区实际污染量进行精细化植物配置，根据储量不同情况，可栽植不同的针对性植物，提高修复效果，降低造价[7]（图1）。

2 海绵植物修复土壤污染

2.1 海绵植物

海绵植物：海绵植物是指对稀土的吸收系数超过1以上的植物，能主动吸收环境中的稀土元素，如芒萁等。

稀土元素污染土壤问题出现较晚，随着我国稀土的开发及应用，稀土污染问题被逐渐认识。稀土对动植物有“低促高抑”的特点，在表层土壤中大量积聚，并在土壤-植物-动物体内进行价态的转移，危害成倍增加，先后出现植被退化、土地退耕、癌症村等事件的发生。海绵植物可以主动吸收土壤中稀土元素，并迁移至植物各器官中形成耐受机制[8]。

2.2 海绵植物及菌根的筛选方法

稀土矿区适生且常见的植物有臭柏、山榆、山樱桃、小叶忍冬、草麻黄、芨芨草、蒙古葱、刺沙蓬、狼毒、蒿草、梭梭、胡枝子、白刺、花棒等。目前发现的菌类植物有狗尿蘑菇、草塔塔蘑菇、马勃、发菜、地衣等。采集不同浓度土壤区域的植物，对其根、茎、叶中的稀土元素测定，分析其吸收系数（BAC）和转移系数（BTC），筛选吸收系数大于1的植物。

菌根是菌根真菌与植物根系形成的共生体。根据菌根的解剖学特征及菌根在植物根系中的着生部位，可将菌根分为内生菌根、外生菌根、内外生菌根。菌根可增加植物吸收磷的速度；改善植物根部生长环境；加快碳循环。根据不同矿体选择不同的植物与菌根进行修复[9-11]。

2.3 菌根环保盆修复技术

矿区放射性元素修复技术的发展是伴随着土壤中重金属修复技术的发展而发展起来的。一般矿山土壤重金属技术主要有物理化学方法和生物方法。

（1）植物提取（phytoextraction）。

植物提取是目前研究最多，且最具发展前景的一种利用植物去除放射元素的方法。它是利用耐受海绵植物吸收环境中的Ce和Th，并将其积累在地上部分，通过收获地上部分减少其在土壤中含量的一种处理方法。选取海绵植物是技术的关键，目前试验筛选出芒萁等植物。

（2）植物-菌根修复方法具有一定的局限性，修复速度慢，植物修复受到土壤类型、温度、湿度等多条件限制。选用的植物可能会导致植物入侵等问题。但是分析矿区污染源，选取当地植物及菌根环保盆修复是最环保且一劳永逸的方法（图2）。

（3）分析矿区不同矿体的特征，栽植不同的植物-菌根，解决一种植物通常只耐受或吸收一种或两种污染元素[12]，对土壤中其他浓度较高的污染元素修复效果差的难点。

3 展望

（1）截至目前，所有海绵植物-菌根的研究成果均在实验室环境下完成，而矿区自然环境恶劣，适用性有待继续研究。

（2）因矿山区域分布广，南北气候差异大，关于北方矿区土壤植物-菌根修复的研究比南方数量少，质量低，因此在研究水平上南北差异较大。

（3）植物-菌根修复矿山土壤的研究体现出单一性，即单一修复某一元素，而土壤污染具有复合性、复杂性的特点，因此海绵植物-菌根的综合研究是未来的发展思路。

（4）植物-菌根对Ce、Th修复机理尚未明确，因此了解植物-菌根修复Ce、Th机理具有重要意义。

参考文献

[1]TYLER G.Rare earth elements in soil and plant systems：A review[J].Plant and soil，2004，267（1/2）：191-206.

[2] ZHANG H，FENG J，ZHU W F，et al.Chronic toxicity of rareearth elements on human beings：Implications of blood biochemical indices in REEhigh regions，South Jiangxi[J].Biological trace element research，2000，73（1）：1-17.

[3] YANG T，ZHU Z Y，WU Y，et al.Concentrations of rare earth elements in topsoil from East China[J].Environmental geology，2008，56（2）：309-316.

[4] LARNER B L，SEEN A J，TOWNSEND A T.Comparative study of optimized BCR sequential extraction scheme and acid leaching of elements in the certified reference material NIST 2711[J].Analytica chimica acta，2006，556（2）：444-449.

[5] BOSSIO D A，SCOW K M.Impacts of carbon and flooding on soil microbial communities：Phospholipid fatty acid profiles and substrate utilization patterns[J].Microbial ecology，1998，35（3/4）：265-278.

[6] OLSEN G J，LANE D J，GIOVANNONIS J，et al.Microbial ecology and evolution：A ribosomal RNA approach [J].Ann Rev Microbiol，1986，40：337-365.

[7] ZHANG N L，GUO J X，WANG X Y，et al.Soil microbial feedbacks to climate warming and atmospheric N deposition [J].Joyrnal of plant ecology，2007，31（2）：252-261.

[8] 梁紅.矿区植被修复研究进展[J].仲恺农业工程学院学报，2009，22（4）：56-60.

[9] 王平，刘少峰.岭南稀土矿区土壤侵蚀状况分析[J].中国水土保持，2008（1）：44-46，56.

[10] 陈承利，廖敏，曾路生.污染土壤微生物群落结构多样性及功能多样性测定方法[J].生态学报，2006，26（10）：3404-3412.

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

[12] 包头概况[EB/OL].（2009-04-13）[2017-10-12].http：//www.China.com.cn/about China/zhuanti/pbfznmg/2009-04/13/content_17595490.htm.