8种木本植物对铅锌矿渣中重金属的吸收与富集特征

8种木本植物对铅锌矿渣中重金属的吸收与富集特征

张富运?，陈永华，吴晓芙，梁希

（中南林业科技大学，环境科学与工程研究中心，湖南，长沙，410004）

摘要：研究以8种栽培在铅锌矿渣中的木本植物为材料，通过测定8种植物体内Pb、Zn、Cu、Cd的含量，比较其吸收、富集和转运4种重金属的能力。结果表明：Pb、Zn、Cu、Cd4种重金属主要积累在8种木本植物的根系，只有很少一部分重金属通过植物转移到地上部组织中，8种植物各组织的富集系数和转移系数均低1，体内重金属含量也未超出临界值，并非超富集植物，但对铅锌表现出一定耐性，具有一定的修复潜力；在实地植物修复中可选取光皮树、黧蒴栲、楠木以及杜鹃作为修复铅锌污染土壤潜力树种。 关键词：木本植物；植物修复；富集系数；转移系数

Heavy metals Uptake And Accumulation Characteristics Research Of 8 Species

Woody Plants In Lead/Zinc Mine Tailing Slag

ZHANG Fu-Yun,CHEN Yong-Hua,WU Xiao-Fu,LIANG Xi

(Environmental Science and Engineering Research Center,Central South University of Forestry & Technology,

Changsha 410004,Hunan,China)

Abstract: 8 kinds of woody plants that planted in lead/zinc mine tailing slag were selected as research materials, through the determination of heavy metals content of Pb, Zn, Cu and Cd in plants, capacity of plant uptake,accumulate and transport heavy metals were analyzed and compared.The results showed that heavy metals of Pb, Zn, Cu, Cd of 8 woody plants mainly accumulated in plant roots, only a small amount of heavy metal through the plant transferred to aboveground tissues ,all plant species biological concentration factor(BCF) and translocation factor (TF) were less than 1 and the contnet of heavy metals did not exceed the critical value, indicating that none of them are hyperaccumulators, however, these plants show some tolerance for lead/zinc mine tailings and having a bioremediation potential ,then we may choose Swida wilsoniana,Castanopsis fissa,Phoebe zhennan and Azalea as phytoremediation potential species in lead/ zinc contaminated soil restoration. Key words: woody plants; phytoremediation; biological concentration factor(BCF) ; translocation factor (TF)

尾矿废渣是指在矿山开采、选矿及加工冶炼过程中产生的固体废弃物。尾矿

基金项目：国家科技支撑计划项目(2012BAC09B03)；水污染控制与治理科技重大专项(2013ZX07504-001)；湖南省教育厅科学研究项目（13B147）；湖南省环境科学与工程重点学科建设项目。 作者简介：张富运（1988-），女，硕士研究生。研究方向为环境生态修复。 通讯联系人：陈永华

渣通常富集大量有毒重金属元素，进入土壤环境后，不仅直接毒害土壤生物、破坏土壤生态结构，造成大量耕地的破坏和闲置，还会间接造成水体污染，并通过食物链间接或直接的危害人体健康[1]。因此，科学有效的治理铅锌矿区土壤重金属污染和恢复当地生态植被是矿区周围人民最迫切的愿望，而这对铅锌矿业发展迅速的湖南显得更为重要。

近年来植物修复为土壤重金属污染治理提供了新途径[2]。植物修复技术是指利用自然生长或人工培育的超富集或耐重金属植物将土壤中的重金属转移到植物地上部分，并通过合理收获植物地上部分并集中处理、回收利用重金属的方法

[3]

。现今发现的超富集植物多为小生物量草本植物，为此，研究提出将木本植物

作为筛选对象，对8种常见的湖南本土木本植物中Pb、Zn、Cu、Cd的吸收与积累特征进行了分析和探讨，旨在选出其中耐铅锌效果较好的植物，以期为铅锌矿区的重金属污染治理、矿山植被恢复和景观重建提供参考。

1材料与方法 1.1 材料

以从湖南省郴州市资兴市带回的铅锌尾矿渣为对象，在我们前期研究基础上

[4,5]

，对矿渣进行了不同梯度改良处理并进行盆栽试验，生长期一年，本研究选

取了其中植物种类齐全长势较好的一组进行组内比较，种植植物前该组矿渣中4种重金属含量见表1。供试植物见表2。

表1 种植前盆栽矿渣重金属含量

重金属元素 含量(mg/kg)

Pb 1312.55

Zn 2025.73

表2 供试植物基本情况

植物名 光皮树 香樟 楠木 黧蒴栲

拉丁名 Swida wilsoniana Cinnamomum camphora Phoebe zhennan Castanopsis fissa

科 山茱萸科 樟科 樟科 壳斗科

生活型 多年生落叶乔木 多年生常绿乔木 多年生常绿乔木 多年生常绿乔木 多年生常绿灌木

夹竹桃

Nerium indicum

夹竹桃科

或小乔木

十大功劳

Mahonia bealei

小檗科

多年生常绿灌木

Cu 65.65

Cd 51.15

南天竺 杜鹃 Nandina domestica Rhododendron simsii Planch 小檗科 杜鹃花科 多年丛生常绿灌木 多年生落叶灌木 1.2方法

1.2.1 矿渣重金属元素含量测定：采用湿法消解法（王水-高氯酸）消解, 用火焰原子吸收分光光度计测定消解液中重金属含量[6]。

1.2.2 植物样品重金属元素含量测定：采用湿法消解法(硝酸-高氯酸) 消解, 用火焰原子吸收分光光度计测定消解液中重金属含量[7]。

1.2.3 富集系数(BCF) = 植物体内重金属含量/土壤中重金属含量；转运系数(TF) = 植物地上部分重金属含量/根部重金属含量[8]。

2 结果与分析

2.1 8种植物对Pb、Zn、Cu、Cd的积累差异

8种植物各组织中Pb、Zn、Cu、Cd含量见表3。相对于Cu和Cd，8种植物无论地上或地下部其Pb和Zn浓度明显偏高。其中，夹竹桃、光皮树、香樟地上部分4种重金属含量高低顺序呈现相同规律，为Zn﹥Pb﹥Cd﹥Cu，黧蒴栲、杜鹃、十大功劳、楠木地上部分则是Pb﹥ Zn﹥Cu ﹥Cd，而楠木地上部则为Pb﹥Zn﹥Cd﹥Cu；夹竹桃，光皮树、南天竺、十大功劳地下部重金属元素含量高低顺序为Zn﹥Pb﹥Cd﹥Cu，黧蒴栲为Pb﹥Zn﹥Cu﹥Cd，楠木、杜鹃为Pb﹥Zn﹥Cd﹥Cu，香樟为Zn﹥Pb﹥Cu﹥Cd。

植物地上部分重金属浓度均低于地下部分，重金属主要积累在了植物根部。楠木地上部Pb含量为189.06 mg/kg，是8种植物中最高，其余植物地上部Pb含量从高到低依次为黧蒴栲、十大功劳、杜鹃、南天竺、光皮树、夹竹桃、香樟；杜鹃地上部Zn含量为8种植物中最高，81.38mg/kg，其余植物体内Zn含量从高到低依次为楠木、黧蒴栲、香樟、十大功劳、光皮树、南天竺、夹竹桃；8种植物组织中Cu和Cd含量均较低，杜鹃地上部Cu和C的含量均为种植物中最高，分别为8.47 mg/kg和4.66 mg/kg，其余植物Cu含量从高到低依次为十大功劳、黧蒴栲、南天竺、夹竹桃、楠木、光皮树、香樟，Cd含量从高到低依次为光皮树、香樟、十大功劳、楠木、夹竹桃、黧蒴栲、南天竺。

与地上部分相似，楠木地下部分Pb含量亦为8种植物中最高， 418.14mg/kg，其余植物依次为光皮树、南天竺、黧蒴栲、杜鹃、十大功劳、夹竹桃、香樟；光

皮树地下部分Zn含量最高，611.90mg/kg，其余植物高低顺序为南天竺、夹竹桃、十大功劳、杜鹃、楠木、香樟、黧蒴栲；杜鹃地下部Cu含量为8种植物中最高，其余植物高低顺序为南天竺、十大功劳、光皮树、夹竹桃、香樟、楠木、黧蒴栲；光皮树地下部Cd含量最高，其余植物高低顺序为南天竺、夹竹桃、杜鹃、十大功劳、楠木、香樟、黧蒴栲。

由此可见，8种植物无论地上部还是地下部，其Pb、Zn、Cu、Cd的浓度均未达到超富集植物所规定的临界含量值[9]，且不同种类的植物对不同的重金属元素的吸收和积累存在较大差异，同一种植物不同组织对不同的重金属元素也存在一定差异。

表3 8种植物各组织中重金属含量（干重）

植物 夹竹桃

部位 地上部分 地下部分

光皮树

地上部分 地下部分

南天竺

地上部分 地下部分

十大功劳

地上部分 地下部分

黧蒴栲

地上部分 地下部分

杜鹃

地上部分 地下部分

楠木

地上部分 地下部分

香樟

地上部分 地下部分

Pb(mg/kg) 34.43±11.56 126.93±9.13 44.75 ±5.01

Zn(mg/kg) 39.17±1.13 245.20±16.37 52.07±1.17

Cu(mg/kg) 2.09±2.33 9.61±1.29 0.64±0.13 9.70±1.09 2.43±2.83 13.58±1.41 5.98±0.33 10.45±0.24 4.82±0.82 5.91±0.53 8.47±0.73 14.75±0.52 0.71±0.33 5.94±0.88 0.41±0.14 7.79±0.29

Cd(mg/kg) 2.21±0.16 19.54±0.55 4.06±0.23 26.32±0.40 0.59±0.26 24.16±1.55 2.49±1.35 12.46±2.88 2.19±0.56 3.88±0.48 4.66±0.43 18.72±0.47 2.26±0.46 10.43±2.23 3.40±1.78 6.29±0.48

305.22±5.56 611.90±31.51 83.10 ±24.35

46.04±1.63

245.85±62.29 265.67±3.35 158.70±51.72 185.71±1.72 184.46±2.07 244.11±4.56 156.27±7.36 238.61 ±3.86 189.06 ±0.51 418.14±154.69 28.44 ±0.72 67.54±2.42

57.24±5.39 231.37±57.66 69.99±3.03 77.23±11.56 81.38±2.33 126.89±1.56 77.43±4.72 106.16±21.12 51.19±1.43 83.12±6.68

2.3 8种植物对Pb、Zn、Cu、Cd的富集特点

富集系数和转移系数是衡量超富集植物或耐重金属植物的的两个重要指标。富集系数衡量植物对重金属积累能力大小，显然，富集系数越大，植物富集重金

属的能力越强，也越有利于植物提取修复。转移系数则能较好的反映植物向地上部器官迁移转运重金属的能力，转移系数越大，植物向地上部分转运重金属能力越强。表4和表5表示8种植物的富集系数和转移系数。

表4 8种植物对Pb、Zn、Cu、Cd的富集系数

植物种类

部位 茎叶 根 茎叶 根 茎叶 根 茎叶 根 茎叶 根 茎叶 根 茎叶 根 茎叶 根

富集系数（BCF）

Pb 0.15±0.01 0.19±0.01 0.04±0.00 0.25±0.01 0.15±0.00 0.33±0.12 0.03±0.01 0.11±0.01 0.14±0.00 0.16±0.01 0.07±0.02 0.20±0.03 0.02±0.00 0.06±0.00 0.12±0.00 0.18±0.00

Zn 0.04±0.00 0.05±0.01 0.03±0.00 0.35±0.03 0.04±0.00 0.06±0.01 0.02±0.00 0.15±0.02 0.04±0.00 0.14±0.02 0.03±0.00 0.16±0.00 0.03±0.00 0.04±0.00 0.04±0.00 0.07±0.00

Cu 0.08±0.01 0.10±0.01 0.01±0.00 0.16±0.02 0.01±0.01 0.10±0.01 0.03±0.04 0.16±0.02 0.12±0.01 0.21±0.00 0.04±0.02 0.24±0.02 0.01±0.00 0.18±0.05 0.14±0.01 0.24±0.02

Cd 0.07±0.01 0.12±0.01 0.10±0.00 0.62±0.03 0.05±0.01 0.22±0.02 0.07±0.00 0.63±0.01 0.06±0.03 0.31±0.05 0.02±0.01 0.62±0.05 0.07±0.00 0.13±0.01 0.10±0.00 0.41±0.04

黧蒴栲 光皮树 楠木 夹竹桃 十大功劳 南天竺 香樟 杜鹃

8种植物茎叶和根两个部分对4种重金属元素的富集系数普遍较低，大部分植物组织的富集系数在0.5以下，只有少数在0.5以上1以上。对Pb富集系数最高为楠木根，0.33，而最低为香樟地上部，为0.02；对Zn富集系数最高为光皮树根，为0.35，最低为夹竹桃地上部，为0.02；对Cu富集系数最高为杜鹃根和南天竺根，为0.24，最低为光皮树、楠木、香樟的地上部分，为0.01；对Cd富集系数最高为夹竹桃根，为0.63，最低为南天竺地上部，为0.02。

表5 8种植物对Pb、Zn、Cu、Cd的转移系数

植物种类 黧蒴栲 光皮树 楠木 夹竹桃 十大功劳 南天竺 香樟 杜鹃

转移系数（TF）

Pb 0.76±0.02 0.15±0.01 0.45±0.00 0.27±0.09 0.85±0.03 0.34±0.11 0.42±0.01 0.65±0.01

Zn 0.91±0.09 0.09±0.00 0.73±0.19 0.16±0.01 0.25±0.04 0.17±0.01 0.62±0.06 0.64±0.01

Cu 0.82±0.16 0.07±0.01 0.12±0.05 0.22±0.02 0.57±0.05 0.18±0.06 0.05±0.02 0.57±0.04

Cd 0.56±0.23 0.15±0.01 0.22±0.01 0.11±0.01 0.20±0.07 0.02±0.01 0.54±0.00 0.25±0.03

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