工程科学学报.第42卷，第3期：302-312.2020年3月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.3:302-312,March 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.04.23.001;http://cje.ustb.edu.cn 典型钒矿冶炼厂区域土壤重金属污染及陆生植物富集 能力 邵慧琪，张又文)，曲琛，厉文辉，赵妍珺，刘凝，蔡寒梅， 吴传东”，刘杰民)☒ 1)北京科技大学化学与生物工程学院，北京1000832)北京市劳动保护科学研究所，北京100054 区通信作者，E-mail:liujm@ustb.edu.cn 摘要植物修复是土壤重金属污染修复的重要手段.为了探明南水北调工程中线水源地土壤污染状况并对其进行修复，本 研究以湖北省朝北河和典型钒矿冶炼厂为对象，按季节采集该区域土壤（样本量n=14)和当地优势陆生植物（样本量n= 113),使用微波消解-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定V、Cr、As和Cd重金属含量，根据内梅罗指数法综合评价了土 壤污染程度，评估了各种植物对四种重金属的富集能力.结果表明，朝北河采样点中排污口与河水交汇处土壤中重金属 Cd含量较高：钒矿治炼厂原矿堆放区V超标近83倍，Cr、As和Cd重金属超标两倍以上，土壤受到严重污染：其他采样点均 受到不同程度的重金属污染.植物重金属富集能力和耐受性评价结果表明，鼠麴草、密叶飞蓬、一年蓬对四种重金属耐受性 极强，小蓬草、白茅、少花龙葵、野菊、白车轴草、稗是V、Cr和Cd的超富集植物，蜈蚣草、构树对As的富集能力极强，野艾 蒿对C和Cd的富集能力较强.丁香萝和日本毛连菜分别对Cr和V具有较强的耐受性和富集特异性，委陵菜和垂序商陆 对Cd具有较强的富集能力和特异性。五种优势植物盆栽实验表明，苎麻在复合金属污染条件下耐受性最强，委陵菜富集能力 最强. 关键词土壤：重金属污染：超富集植物：富集能力：耐受性 分类号X53 Analysis of heavy metal contamination in the soil and enrichment capabilities of terrestrial plants around a typical vanadium smelter area SHAO Hui-gi,ZHANG You-wen,QU Chen,LI Wen-hui),ZHAO Yan-jun,LIU Ning?,CAl Han-mei,WU Chuan-dong,LIU Jie- min身母 1)School of Chemistry and Biological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Beijing Municipal Institute of Labor Protection,Beijing 100054,China Corresponding author,E-mail:liujm@ustb.edu.cn ABSTRACT Phytoremediation is an important means of soil heavy metal pollution remediation.In order to figure out the soil pollution status of the water source in the middle line of the South-to-North Water Transfer Project and repair it,soil samples(n=14) and local dominant terrestrial plants(n=113)were collected in typical areas around Chaobei River and the typical vanadium smelter in Hubei Province in four seasons.Microwave digestion-inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS)was applied to analyze the concentrations of vanadium(V),chromium (Cr),arsenic(As),and cadmium(Cd)in soils and plants.Soil pollution levels were 收稿日期：2019-04-23 基金项目：国家重点研发计划资助项目(2016YFC0700600,2016YFC0700603):国家水体污染控制与治理科技重大专项资助项目 (2015ZX07205-003):国家自然科学基金资助项目(21878018)：中央高校基本科研业务费专项资助项目(FRF-MP.19-012)
典型钒矿冶炼厂区域土壤重金属污染及陆生植物富集 能力 邵慧琪1)，张又文1)，曲 琛1)，厉文辉1)，赵妍珺1)，刘 凝2)，蔡寒梅1)， 吴传东1)，刘杰民1) 苣 1) 北京科技大学化学与生物工程学院，北京 100083 2) 北京市劳动保护科学研究所，北京 100054 苣通信作者，E-mail：liujm@ustb.edu.cn 摘 要 植物修复是土壤重金属污染修复的重要手段. 为了探明南水北调工程中线水源地土壤污染状况并对其进行修复，本 研究以湖北省朝北河和典型钒矿冶炼厂为对象，按季节采集该区域土壤（样本量 n = 14）和当地优势陆生植物（样本量 n = 113），使用微波消解‒电感耦合等离子体质谱 (ICP‒MS) 测定 V、Cr、As 和 Cd 重金属含量，根据内梅罗指数法综合评价了土 壤污染程度，评估了各种植物对四种重金属的富集能力. 结果表明，朝北河采样点中排污口与河水交汇处土壤中重金属 Cd 含量较高；钒矿冶炼厂原矿堆放区 V 超标近 83 倍，Cr、As 和 Cd 重金属超标两倍以上，土壤受到严重污染；其他采样点均 受到不同程度的重金属污染. 植物重金属富集能力和耐受性评价结果表明，鼠麴草、密叶飞蓬、一年蓬对四种重金属耐受性 极强，小蓬草、白茅、少花龙葵、野菊、白车轴草、稗是 V、Cr 和 Cd 的超富集植物，蜈蚣草、构树对 As 的富集能力极强，野艾 蒿对 Cr 和 Cd 的富集能力较强，丁香蓼和日本毛连菜分别对 Cr 和 V 具有较强的耐受性和富集特异性，委陵菜和垂序商陆 对 Cd 具有较强的富集能力和特异性. 五种优势植物盆栽实验表明，苎麻在复合金属污染条件下耐受性最强，委陵菜富集能力 最强. 关键词 土壤；重金属污染；超富集植物；富集能力；耐受性 分类号 X53 Analysis of heavy metal contamination in the soil and enrichment capabilities of terrestrial plants around a typical vanadium smelter area SHAO Hui-qi1) ，ZHANG You-wen1) ，QU Chen1) ，LI Wen-hui1) ，ZHAO Yan-jun1) ，LIU Ning2) ，CAI Han-mei1) ，WU Chuan-dong1) ，LIU Jiemin1) 苣 1) School of Chemistry and Biological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Beijing Municipal Institute of Labor Protection, Beijing 100054, China 苣 Corresponding author, E-mail: liujm@ustb.edu.cn ABSTRACT Phytoremediation is an important means of soil heavy metal pollution remediation. In order to figure out the soil pollution status of the water source in the middle line of the South-to-North Water Transfer Project and repair it, soil samples (n = 14) and local dominant terrestrial plants (n = 113) were collected in typical areas around Chaobei River and the typical vanadium smelter in Hubei Province in four seasons. Microwave digestion–inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP‒MS) was applied to analyze the concentrations of vanadium (V), chromium (Cr), arsenic (As), and cadmium (Cd) in soils and plants. Soil pollution levels were 收稿日期: 2019−04−23 基金项目 : 国家重点研发计划资助项目 （ 2016YFC0700600， 2016YFC0700603） ；国家水体污染控制与治理科技重大专项资助项目 （2015ZX07205-003）；国家自然科学基金资助项目（21878018）；中央高校基本科研业务费专项资助项目（FRF-MP-19-012） 工程科学学报，第 42 卷，第 3 期：302−312，2020 年 3 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 3: 302−312, March 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.04.23.001; http://cje.ustb.edu.cn
邵慧琪等：典型钒矿治炼厂区域土壤重金属污染及陆生植物富集能力 303· evaluated on the basis of the Nemerow index method.The enrichment capabilities of plants for the four heavy metals were also analyzed. Results show that the heavy metal content of soil around the junction of the sewage outfall and the river is the highest among the seven sampling sites around Chaobei River.The concentration of V in the raw ore stacking area exceeds the limit by approximately 83 times and the concentrations of Cr,As,and Cd exceed the limit by approximately 2 times,which make the soil in the raw ore stacking area heavily contaminated.The soils in the six other sampling sites in the smelter are polluted in different degrees.The results of the evaluation of the enrichment and tolerance capabilities indicate that Gnaphalium affine,Erigeron multifolius,and Erigeron annus have the highest tolerance capability for the four heavy metals.Conyza canadensis,Imperata cylindrica,Solamm photeinocarpum, Dendranthema indicum,Trifolium repens,and Echinochloa crusgalli are the hyperaccumulators for V,Cr,and Cd.The enrichment capabilities of Pteris vittata and Broussonetia papyrifera for As are extremely high.Moreover,Artemisia lavandulaefolia has a high enrichment capability for Cr and Cd,Ludwigia prostrata and Picris japonica have prominent tolerance and enrichment specificities for Cr and V,and Potentilla chinensis and Phytolacca americana have obvious enrichment capabilities for Cd specifically.The pot experiments of five local dominant terrestrial plants illustrate that,under the composite heavy metal contaminant conditions,Boehmeria nivea has the highest tolerance capability and Potentilla chinensis has the highest enrichment capability. KEY WORDS soil;heavy metal contaminant;hyperaccumulator;enrichment capability;tolerance capability 在矿产资源的开发、冶炼过程中，刊矿石中的大 到广泛关注1 量重金属元素会随着废水、废气、矿尘等进入矿 植物修复法已被广泛应用于铜矿、铅锌矿问 区，通过降雨、风化等作用向周边地区扩散，造成 铀矿)、煤矿山等矿区土壤重金属污染修复.国内 严重的土壤污染山重金属污染具有富集性，且无 外利用超富集植物修复土壤重金属污染的研究有 法在环境中降解，人体摄入后会对组织器官产生 很多，据报道，目前已发现Cu、Zn、Cr、As、Pb和 危害川进而影响人类健康.因此，土壤重金属污 Mn等重金属超富集植物400余种图如柳树对 染修复十分迫切， Zn、Cd和Pb具有富集能力，可以缓解土壤中的重 目前，土壤重金属污染治理措施和修复方法 金属污染？；宝山堇菜和构树可以修复土壤中 主要有物理法、化学法和生物学修复法.物理法 Cd污染-12商陆是一种Mn超富集植物：蜈蚣草 包括客土法、电修复法、热修复法等，物理修复所 对As具有很强的富集能力)然而，V的超富集 需工程量大，且大多技术难度高，适用性较差，受 植物相关研究相对较少.同时，不同植物适生环境 土壤的理化性质影响较大)化学法包括固化技术 不同.选取富集能力强且易于生长的本土植物对 和淋洗技术等，主要是向土壤中添加固定剂（如沸 土壤重金属污染修复十分重要， 石、生物炭等多孔结构物质，以及石灰、盐类化合 湖北省朝北河为南水北调中线工程的水源 物等)、淋洗剂（如螯合剂、酸碱、表面活性剂等）， 地，其河水及周围土壤的洁净程度对于整个南水 与重金属发生反应，进而达到重金属污染修复的 北调中线工程的水质影响较大.钒矿是当地的特 目的)化学修复法效率高、修复范围广，但成本 色矿产，冶炼厂排放的废水、废气导致周围土壤受 高，无法从根本上解决土壤重金属污染的问题，且 到重金属污染，因此，当地土壤重金属污染修复工 易造成二次污染.生物学修复法包括动物修复 作十分迫切.本研究选取朝北河和钒矿冶炼厂为 法、植物修复法、微生物修复法.动物修复法是向 对象，分析了冶炼厂以及朝北河排污口上下游近2km 土壤中引入蚯蚓等动物，通过动物自身活动减少 范围内土壤的重金属污染程度，并在春、夏、秋、 土壤中重金属含量，但动物自身富集重金属能力 冬四个季节对当地优势陆生植物进行采集，研究 有限，修复周期较长，适用性较差.微生物修复是 其对V、Cr、As和Cd四种重金属的富集能力和耐 通过链霉菌、芽孢杆菌、青霉菌等土壤微生物对 受性，筛选出富集能力强的植物进行盆栽实验研 重金属吸附、降解、转化，达到修复的目的，该方 究，为当地土壤重金属污染植物修复提供理论指 法仅适用于土壤中重金属含量较低的情况，对土 导和技术支持 壤的理化性质要求较高刊.植物修复法是通过植物 1实验材料及方法 对重金属的提取、转移、富集达到削减土壤中重 金属含量的技术，因其不破坏土壤结构、无二次污 1.1研究地区概况 染、成本低廉、易于实施、美化生态环境等特点受 研究地区位于湖北省西北部.属于“亚热带大
evaluated on the basis of the Nemerow index method. The enrichment capabilities of plants for the four heavy metals were also analyzed. Results show that the heavy metal content of soil around the junction of the sewage outfall and the river is the highest among the seven sampling sites around Chaobei River. The concentration of V in the raw ore stacking area exceeds the limit by approximately 83 times and the concentrations of Cr, As, and Cd exceed the limit by approximately 2 times, which make the soil in the raw ore stacking area heavily contaminated. The soils in the six other sampling sites in the smelter are polluted in different degrees. The results of the evaluation of the enrichment and tolerance capabilities indicate that Gnaphalium affine, Erigeron multifolius, and Erigeron annuus have the highest tolerance capability for the four heavy metals. Conyza canadensis, Imperata cylindrica, Solanum photeinocarpum, Dendranthema indicum, Trifolium repens, and Echinochloa crusgalli are the hyperaccumulators for V, Cr, and Cd. The enrichment capabilities of Pteris vittata and Broussonetia papyrifera for As are extremely high. Moreover, Artemisia lavandulaefolia has a high enrichment capability for Cr and Cd, Ludwigia prostrata and Picris japonica have prominent tolerance and enrichment specificities for Cr and V, and Potentilla chinensis and Phytolacca americana have obvious enrichment capabilities for Cd specifically. The pot experiments of five local dominant terrestrial plants illustrate that, under the composite heavy metal contaminant conditions, Boehmeria nivea has the highest tolerance capability and Potentilla chinensis has the highest enrichment capability. KEY WORDS soil；heavy metal contaminant；hyperaccumulator；enrichment capability；tolerance capability 在矿产资源的开发、冶炼过程中，矿石中的大 量重金属元素会随着废水、废气、矿尘等进入矿 区，通过降雨、风化等作用向周边地区扩散，造成 严重的土壤污染[1] . 重金属污染具有富集性，且无 法在环境中降解，人体摄入后会对组织器官产生 危害[1] ，进而影响人类健康. 因此，土壤重金属污 染修复十分迫切. 目前，土壤重金属污染治理措施和修复方法 主要有物理法、化学法和生物学修复法. 物理法 包括客土法、电修复法、热修复法等，物理修复所 需工程量大，且大多技术难度高，适用性较差，受 土壤的理化性质影响较大[2] . 化学法包括固化技术 和淋洗技术等，主要是向土壤中添加固定剂（如沸 石、生物炭等多孔结构物质，以及石灰、盐类化合 物等）、淋洗剂（如螯合剂、酸碱、表面活性剂等）， 与重金属发生反应，进而达到重金属污染修复的 目的[3] . 化学修复法效率高、修复范围广，但成本 高，无法从根本上解决土壤重金属污染的问题，且 易造成二次污染. 生物学修复法包括动物修复 法、植物修复法、微生物修复法. 动物修复法是向 土壤中引入蚯蚓等动物，通过动物自身活动减少 土壤中重金属含量，但动物自身富集重金属能力 有限，修复周期较长，适用性较差. 微生物修复是 通过链霉菌、芽孢杆菌、青霉菌等土壤微生物对 重金属吸附、降解、转化，达到修复的目的，该方 法仅适用于土壤中重金属含量较低的情况，对土 壤的理化性质要求较高[4] . 植物修复法是通过植物 对重金属的提取、转移、富集达到削减土壤中重 金属含量的技术，因其不破坏土壤结构、无二次污 染、成本低廉、易于实施、美化生态环境等特点受 到广泛关注[5] . 植物修复法已被广泛应用于铜矿[6]、铅锌矿[5]、 铀矿[7]、煤矿[1] 等矿区土壤重金属污染修复. 国内 外利用超富集植物修复土壤重金属污染的研究有 很多，据报道，目前已发现 Cu、Zn、Cr、As、Pb 和 Mn 等重金属超富集植物 400 余种[8] . 如柳树对 Zn、Cd 和 Pb 具有富集能力，可以缓解土壤中的重 金属污染[9‒ 10] ；宝山堇菜和构树可以修复土壤中 Cd 污染[11‒12] ；商陆是一种 Mn 超富集植物；蜈蚣草 对 As 具有很强的富集能力[13] . 然而，V 的超富集 植物相关研究相对较少. 同时，不同植物适生环境 不同，选取富集能力强且易于生长的本土植物对 土壤重金属污染修复十分重要[14] . 湖北省朝北河为南水北调中线工程的水源 地，其河水及周围土壤的洁净程度对于整个南水 北调中线工程的水质影响较大. 钒矿是当地的特 色矿产，冶炼厂排放的废水、废气导致周围土壤受 到重金属污染，因此，当地土壤重金属污染修复工 作十分迫切. 本研究选取朝北河和钒矿冶炼厂为 对象，分析了冶炼厂以及朝北河排污口上下游近 2 km 范围内土壤的重金属污染程度，并在春、夏、秋、 冬四个季节对当地优势陆生植物进行采集，研究 其对 V、Cr、As 和 Cd 四种重金属的富集能力和耐 受性，筛选出富集能力强的植物进行盆栽实验研 究，为当地土壤重金属污染植物修复提供理论指 导和技术支持. 1 实验材料及方法 1.1 研究地区概况 研究地区位于湖北省西北部，属于“亚热带大 邵慧琪等： 典型钒矿冶炼厂区域土壤重金属污染及陆生植物富集能力 · 303 ·
304 工程科学学报，第42卷，第3期 陆性季风气候”，四季分明，年总降雨量700~ C4).利用全球定位系统(GPS)定位，采样点间距 800mm,全年平均温度为15.4℃，年均日照时间 为200m,每个采样点采样面积为5m×5m;采用 为5.4h,阳光充足，气候温和.当地植物资源丰富， 梅花采样法采集表层土壤(0~20cm)样品阿对 为重金属富集能力研究提供了良好的条件 于冶炼厂，根据不同区域功能不同设置七个采样 12朝北河河道及冶炼厂土壤样品采集 点，分别为渗滤池S1、尾渣堆放区南侧S2、尾渣堆 对于朝北河，共设置七个采样点.采样点分布 放区北侧S3、废水池S4、原矿堆放区南侧S5、原 如图1所示，以排污口为起点(C5),上游设置两个 矿堆放区$6及办公区S7.每个采样点附近同时采 采样点(C6和C7),下游设置四个采样点(C1~ 集生长良好、生物量大的植物 C4 *7 图1采样点分布示意图.(a)朝北河：(b)治炼厂 Fig.1 Sampling site distribution:(a)Chaobei River;(b)smeltery 1.3土壤重金属含量及pH值测试 的pH值 将采集的土壤置于70℃烘箱内烘干至恒重， 1.4植物重金属含量测试 研磨粉碎混合均匀后过100目尼龙筛.准确称量 依次用清水、去离子水将植物洗涤干净，70℃ 过筛后的土壤样品0.1g置于溶样杯中，加入9mL 烘干至恒重，粉碎机粉碎混匀后过100目尼龙筛 逆王水（浓HNO3与浓HCI体积比为3：1），使用 称量过筛的植物样品02g置于溶样杯中，以体积 微波消解仪按照表1程序进行微波消解.消解完 比3：1的比例依次加入浓HNO3和质量分数为 成后，在130℃下赶酸30min,冷却后使用质量分 30%H2O2共8mL,然后按照表1设定程序进行微 数为1%HNO3定容至50mL,用微滤孔膜(0.45um) 波消解.消解完成后，在130℃下赶酸30min,冷 过滤，得到目标样品.对目标样品进行电感耦合等 却后用质量分数为1%HNO3定容至50mL,采用 离子体质谱仪(ICP-MS)测试.同时对空白样品进 微滤孔膜(0.45m)过滤后使用电感耦合等离子体 行测试 质谱仪(ICP-MS)测试重金属含量.同时对空白样 品进行测试 表1微波消解程序 Table 1 Operating conditions for samples in the microwave 2结果与讨论 digestion system Digestion Target Heating-up Holding Power/ 2.1土壤重金属含量及污染评价 steps temperature/℃ time/min time/min 2.1.1土壤pH值测试 120 5 800 按照1.3中方法，分别对朝北河及钒矿冶炼厂 150 J 800 内各个采样点的土壤pH值进行测试，结果如表2 3 180 35 800 所示 配制质量浓度分别为0、5、10、20、50、100、 表2采样点土壤pH值 200mgL-1的V、Cr、Cd和As混合金属标准溶液， Table 2 Soil pH values in the sampling sites 电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测试绘制各 Sampling sites Locations 重金属标准曲线 1 2 3 5 67 称量5g过筛土壤与10mL去离子水混合均 Chaobei River 8.188.168.278.468.058.058.01 匀，将干净的pH测量仪插入泥浆，测定土壤样品 Smeltery 8.43 7.648.188.058.518.128.24
陆性季风气候 ” ，四季分明 ，年总降雨 量 700～ 800 mm，全年平均温度为 15.4 ℃，年均日照时间 为 5.4 h，阳光充足，气候温和. 当地植物资源丰富， 为重金属富集能力研究提供了良好的条件. 1.2 朝北河河道及冶炼厂土壤样品采集 对于朝北河，共设置七个采样点. 采样点分布 如图 1 所示，以排污口为起点（C5），上游设置两个 采样点（C6 和 C7），下游设置四个采样点（C1 ～ C4）. 利用全球定位系统（GPS）定位，采样点间距 为 200 m，每个采样点采样面积为 5 m × 5 m；采用 梅花采样法采集表层土壤（0 ～ 20 cm）样品[15] . 对 于冶炼厂，根据不同区域功能不同设置七个采样 点，分别为渗滤池 S1、尾渣堆放区南侧 S2、尾渣堆 放区北侧 S3、废水池 S4、原矿堆放区南侧 S5、原 矿堆放区 S6 及办公区 S7. 每个采样点附近同时采 集生长良好、生物量大的植物. 1.3 土壤重金属含量及 pH 值测试 将采集的土壤置于 70 ℃ 烘箱内烘干至恒重， 研磨粉碎混合均匀后过 100 目尼龙筛. 准确称量 过筛后的土壤样品 0.1 g 置于溶样杯中，加入 9 mL 逆王水（浓 HNO3 与浓 HCl 体积比为 3∶1），使用 微波消解仪按照表 1 程序进行微波消解. 消解完 成后，在 130 ℃ 下赶酸 30 min，冷却后使用质量分 数为 1% HNO3 定容至 50 mL，用微滤孔膜（0.45 μm） 过滤，得到目标样品. 对目标样品进行电感耦合等 离子体质谱仪（ICP‒MS）测试. 同时对空白样品进 行测试. 配制质量浓度分别为 0、5、10、20、50、100、 200 mg·L‒1 的 V、Cr、Cd 和 As 混合金属标准溶液， 电感耦合等离子体质谱仪（ICP‒MS）测试绘制各 重金属标准曲线. 称量 5 g 过筛土壤与 10 mL 去离子水混合均 匀，将干净的 pH 测量仪插入泥浆，测定土壤样品 的 pH 值[16] . 1.4 植物重金属含量测试 依次用清水、去离子水将植物洗涤干净，70 ℃ 烘干至恒重，粉碎机粉碎混匀后过 100 目尼龙筛. 称量过筛的植物样品 0.2 g 置于溶样杯中，以体积 比 3∶1 的比例依次加入浓 HNO3 和质量分数为 30% H2O2 共 8 mL，然后按照表 1 设定程序进行微 波消解. 消解完成后，在 130 ℃ 下赶酸 30 min，冷 却后用质量分数为 1% HNO3 定容至 50 mL，采用 微滤孔膜（0.45 μm）过滤后使用电感耦合等离子体 质谱仪（ICP‒MS）测试重金属含量. 同时对空白样 品进行测试. 2 结果与讨论 2.1 土壤重金属含量及污染评价 2.1.1 土壤 pH 值测试 按照 1.3 中方法，分别对朝北河及钒矿冶炼厂 内各个采样点的土壤 pH 值进行测试，结果如表 2 所示. 表 1 微波消解程序 Table 1 Operating conditions for samples in the microwave digestion system Digestion steps Target temperature/℃ Heating-up time/min Holding time/min Power/ W 1 120 5 5 800 2 150 5 5 800 3 180 5 35 800 表 2 采样点土壤 pH 值 Table 2 Soil pH values in the sampling sites Locations Sampling sites 1 2 3 4 5 6 7 Chaobei River 8.18 8.16 8.27 8.46 8.05 8.05 8.01 Smeltery 8.43 7.64 8.18 8.05 8.51 8.12 8.24 (a) (b) Vanadium smelter Downstream Chaobei River Sewage channel Percolation tank Tailings stacking area Waste water pond Raw material processing workshop Office area Raw ore stacking area C2 C1 C3 C4 C5 Sewage outfall C6 C7 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 Upstream 图 1 采样点分布示意图. （a）朝北河；（b）冶炼厂 Fig.1 Sampling site distribution: (a) Chaobei River; (b) smeltery · 304 · 工程科学学报，第 42 卷，第 3 期
邵慧琪等：典型钒矿冶炼厂区域土壤重金属污染及陆生植物富集能力 305· 由表2可以看出，朝北河与冶炼厂采样点土壤 河下游土壤碱性偏高 整体呈弱碱性，碱性差别不大.朝北河排污口上游 2.1.2河道土壤重金属污染分布 土壤碱性略低于下游，下游200m附近碱性最强， 采集朝北河C1~C7各个采样点表层土壤，V、 随着距离的增大碱性降低，距离大于600m时，土 Cr、As和Cd四种重金属含量测试结果如图2(a)和 壤碱性基本不变，这可能是因为矾矿及冶炼后的 图2(b)所示 污水呈弱碱性，排到河道后随水流迁移，导致朝北 由图2(a)和图2(b)可以看出，C5采样点土壤 50 2 (a) (b) As Cd 40 30 20 C3 C4 C5 C6 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 Sampling site Sampling site ,9000 (c) As 8000 Cd 7000 6000 5000 地 30 25 20 4000 为 0 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S2 S3 S4 S5 S6 Sampling site Sampling site 图2采样点土壤重金属分布.(a)朝北河V和Cr:(b)朝北河As和Cd:(c)治炼厂V和Cr:(d)治炼厂As和Cd Fig.2 Heavy metal concentration distribution in soil samples:(a)V and Cr in Chaobei River,(a)As and Cd in Chaobei River.(c)V and Cr in smeltery. (d)Asand Cd in smeltery 中V含量最高；其次是C7和C4:C1、C2、C3和 金属含量接近，含量均较低 C6土壤中含量较低，且V含量比较接近，约为 2.1.3冶炼厂土壤重金属污染分布 C5采样点的三分之一，对于金属Cr,C4和C5采 采集钒矿冶炼厂S1~S7各个采样点表层土 样点含量较高，C4采样点土壤中含量略低于 壤，V、Cr、As和Cd四种重金属含量测试结果如 C5采样点，其他五个采样点含量比较接近.虽然 图2(c)和图2(d)所示.冶炼厂各采样点V含量顺 C5采样点中As含量最高，但整体来说差别不大 序为S6>S4>S5>S3>S7>S2>S1,且冶炼厂各个采 金属Cd在C5采样点的含量最高，其他六个采样 样点土壤中V含量远远高于朝北河各采样点.其 点含量差别不大，且C5土壤中Cd含量约是其他 中，S6采样点土壤V含量高达8150mgkg,S1采 六个采样点的4~5倍.整体来看，C5采样点土 样点V含量最低，为86mgkg,两个采样点V含 壤重金属含量最高，其次是C4,其他几个采样点重 量相差近100倍.对金属Cr,各采样点土壤中含量 金属含量比较接近.分析原因可能是C5为排污口 顺序为S6>S4>S3>S2>S5>S7>S1.对As而言，各 的位置，污水中重金属在排污口沉积，导致周围土 采样点土壤中含量顺序为S6>S4>S2>S1>S5>S7>S3, 壤重金属含量偏高；C4为排污口下游第一个采样 除$6外，其他六个采样点含量没有显著性差异.对 点，因此C4采样点处重金属含量相对较高；但因 于Cd,各采样点含量顺序为S6>>S4>S2>S5>S3>S7>S1, 土壤中重金属随距离迁移能力有限，因此下游采 除S6(7.89mgkg)外，其他六个采样点含量均较 样点C1、C2和C3与上游采样点C6和C7土壤重 低（小于1mgkg).这主要是S6采样点为原矿堆
由表 2 可以看出，朝北河与冶炼厂采样点土壤 整体呈弱碱性，碱性差别不大. 朝北河排污口上游 土壤碱性略低于下游，下游 200 m 附近碱性最强， 随着距离的增大碱性降低，距离大于 600 m 时，土 壤碱性基本不变，这可能是因为矾矿及冶炼后的 污水呈弱碱性，排到河道后随水流迁移，导致朝北 河下游土壤碱性偏高. 2.1.2 河道土壤重金属污染分布 采集朝北河 C1 ～ C7 各个采样点表层土壤，V、 Cr、As 和 Cd 四种重金属含量测试结果如图 2（a）和 图 2（b）所示. 由图 2（a）和图 2（b）可以看出，C5 采样点土壤 中 V 含量最高 ；其次是 C7 和 C4；C1、 C2、 C3 和 C6 土壤中含量较低 ，且 V 含量比较接近 ，约为 C5 采样点的三分之一. 对于金属 Cr，C4 和 C5 采 样点含量较高 ， C4 采样点土壤中含量略低 于 C5 采样点，其他五个采样点含量比较接近. 虽然 C5 采样点中 As 含量最高，但整体来说差别不大. 金属 Cd 在 C5 采样点的含量最高，其他六个采样 点含量差别不大，且 C5 土壤中 Cd 含量约是其他 六个采样点的 4 ～ 5 倍. 整体来看，C5 采样点土 壤重金属含量最高，其次是 C4，其他几个采样点重 金属含量比较接近. 分析原因可能是 C5 为排污口 的位置，污水中重金属在排污口沉积，导致周围土 壤重金属含量偏高；C4 为排污口下游第一个采样 点，因此 C4 采样点处重金属含量相对较高；但因 土壤中重金属随距离迁移能力有限，因此下游采 样点 C1、C2 和 C3 与上游采样点 C6 和 C7 土壤重 金属含量接近，含量均较低. 2.1.3 冶炼厂土壤重金属污染分布 采集钒矿冶炼厂 S1 ～ S7 各个采样点表层土 壤 ，V、Cr、As 和 Cd 四种重金属含量测试结果如 图 2（c）和图 2（d）所示. 冶炼厂各采样点 V 含量顺 序为 S6>>S4>S5>S3>S7>S2>S1，且冶炼厂各个采 样点土壤中 V 含量远远高于朝北河各采样点. 其 中，S6 采样点土壤 V 含量高达 8150 mg·kg‒1 ，S1 采 样点 V 含量最低，为 86 mg·kg‒1，两个采样点 V 含 量相差近 100 倍. 对金属 Cr，各采样点土壤中含量 顺序为 S6>S4>>S3>S2>S5>S7>S1. 对 As 而言，各 采样点土壤中含量顺序为 S6>S4>S2>S1>S5>S7>S3， 除 S6 外，其他六个采样点含量没有显著性差异. 对 于Cd，各采样点含量顺序为S6>>S4>S2>S5>S3>S7>S1， 除 S6(7.89 mg·kg‒1) 外，其他六个采样点含量均较 低（小于 1 mg·kg‒1）. 这主要是 S6 采样点为原矿堆 (a) (c) 50 40 30 20 10 0 Heavy metal concentration/(mg·kg−1 ) Heavy metal concentration/(mg·kg−1 ) Heavy metal concentration/(mg·kg−1 ) Heavy metal concentration/(mg·kg−1 ) (b) (d) 7 6 5 7 3 2 1 0 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 35 30 25 20 15 10 5 0 V Cr As Cd C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 Sampling site C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 Sampling site S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 Sampling site S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 Sampling site V Cr As Cd 图 2 采样点土壤重金属分布. （a）朝北河 V 和 Cr；（b）朝北河 As 和 Cd；（c）冶炼厂 V 和 Cr；（d）冶炼厂 As 和 Cd Fig.2 Heavy metal concentration distribution in soil samples: (a) V and Cr in Chaobei River; (a) As and Cd in Chaobei River; (c) V and Cr in smeltery; (d) As and Cd in smeltery 邵慧琪等： 典型钒矿冶炼厂区域土壤重金属污染及陆生植物富集能力 · 305 ·
306 工程科学学报，第42卷，第3期 放区，表层土壤中混合有大量钒矿颗粒，因此该采 金属迁移的影响，两个采样点重金属含量比较接 样点金属V含量极高，其他重金属元素含量也较 近；而S1和S7离原矿区和尾渣区均较远，这两个 高；S4离原矿区较近，且地势较低，雨水冲刷会导 采样点重金属含量均比较低 致原矿区中的重金属元素随之进行迁移，因此重 2.1.4采样点重金属污染程度评估 金属含量较高：S5采样点虽然离原矿区也比较近， 《土壤环境质量标准》中二级标准限定，pH值 但其地势较高，受地表径流造成的重金属迁移的 >7.5时，土壤中V、Cr、As和Cd限值分别为130、 影响较小，其土壤重金属污染主要来源于原矿颗 250、25和0.8mgkg.根据内梅罗指数法评价土 粒受风力和大气沉降作用产生的迁移叨，因此该 壤污染程度啊，计算方法如下式所示，评价标准如 采样点土壤重金属污染程度并不高：S2和S3采样 表3所示 点分别位于尾渣堆放区的南北两侧，受尾渣中重 Pi=Ci/Si (1) 表3内梅罗指数法污染等级划分标准 Table3 Grading standards of pollution using the Nemerow index method P 5 Grade Clean Slightly polluted Polluted Heavily polluted Severely polluted 式中：P,为污染物i的环境质量指数；C,为污染物 S3采样点土壤中四种重金属未超标，土壤比较清 i的实测含量，mgkg;S,为污染物i的评价标准， 洁.S4采样点土壤中V含量超标近3倍，为重污 mg kg 染，Cr和Cd含量超标1倍以内，为轻污染，As含 基于各采样点土壤重金属含量测试结果，土 量未超标.S5和S7土壤中V含量超标近2倍，土 壤重金属污染程度计算结果如表4所示 壤受到污染，Cr、As和Cd含量均未超标，S5和 由表4结果可知，朝北河C5采样点土壤中 S7虽然地势均高于原矿区，但还是受到V污染， Cd含量超标，有轻污染，V、Cr和As三种重金属 主要是原矿颗粒随风迁移所致 均未超标.其他六个采样点土壤重金属均未超标， 2.2当地优势陆生植物种类及富集能力 比较清洁.对于冶炼厂，S6为原矿区，V超标近 2.2.1当地优势陆生植物种类 83倍，Cr和Cd含量超标5~7倍，As超标近2倍， 朝北河为季节性河流，不同季节河水流量及 该地区土壤受到四种重金属严重污染.S1、S2和 河道周围植物生长情况也不相同，因此采集春、 表4采样点土壤重金属污染程度 Table 4 Heavy metal pollution levels of soils collected from the sampling sites 心 As Cd Sampling sites Pollution degree Pi Pollution degree Pollution degree P Pollution degree Ci 0.13 Clean 0.05 Clean 0.16 Clean 0.28 Clean C2 0.13 Clean 0.05 Clean 0.19 Clean 0.31 Clean G 0.13 Clean 0.04 Clean 0.19 Clean 0.23 Clean Chaobei C4 0.25 Clean 0.08 Clean 0.20 Clean 0.33 Clean River C5 0.36 Clean 0.10 Clean 0.22 Clean 1.17 Slightly polluted C6 0.12 Clean 0.04 Clean 0.20 Clean 0.26 Clean C7 0.32 Clean 0.06 Clean 0.19 Clean 022 Clean SI 0.49 Clean 0.12 Clean 0.56 Clean 0.44 Clean S2 0.86 Clean 0.50 Clean 047 Clean 0.57 Clean g3 0.75 Clean 0.18 Clean 0.61 Clean 0.57 Clean Smeltery S4 3.81 Heavily polluted 1.43 Slightly polluted 0.79 Clean 1.96 Slightly polluted S5 2.26 Polluted 0.33 Clean 0.46 Clean 0.83 Clean 哈 83.85 Severely polluted 6.02 Severely polluted 2.26 Polluted 7.67 Severely polluted S7 2.79 Polluted 0.41 Clean 0.41 Clean 0.95 Clean
放区，表层土壤中混合有大量钒矿颗粒，因此该采 样点金属 V 含量极高，其他重金属元素含量也较 高；S4 离原矿区较近，且地势较低，雨水冲刷会导 致原矿区中的重金属元素随之进行迁移，因此重 金属含量较高；S5 采样点虽然离原矿区也比较近， 但其地势较高，受地表径流造成的重金属迁移的 影响较小，其土壤重金属污染主要来源于原矿颗 粒受风力和大气沉降作用产生的迁移[17] ，因此该 采样点土壤重金属污染程度并不高；S2 和 S3 采样 点分别位于尾渣堆放区的南北两侧，受尾渣中重 金属迁移的影响，两个采样点重金属含量比较接 近；而 S1 和 S7 离原矿区和尾渣区均较远，这两个 采样点重金属含量均比较低. 2.1.4 采样点重金属污染程度评估 《土壤环境质量标准》中二级标准限定，pH 值 > 7.5 时，土壤中 V、Cr、As 和 Cd 限值分别为 130、 250、25 和 0.8 mg·kg‒1 . 根据内梅罗指数法评价土 壤污染程度[15] ，计算方法如下式所示，评价标准如 表 3 所示. Pi = Ci/S i （1） 式中：Pi 为污染物 i 的环境质量指数；Ci 为污染物 i 的实测含量，mg·kg-1 ；Si 为污染物 i 的评价标准， mg·kg‒1 . 基于各采样点土壤重金属含量测试结果，土 壤重金属污染程度计算结果如表 4 所示. 由表 4 结果可知 ，朝北河 C5 采样点土壤中 Cd 含量超标，有轻污染，V、Cr 和 As 三种重金属 均未超标. 其他六个采样点土壤重金属均未超标， 比较清洁. 对于冶炼厂，S6 为原矿区，V 超标近 83 倍，Cr 和 Cd 含量超标 5 ～ 7 倍，As 超标近 2 倍， 该地区土壤受到四种重金属严重污染. S1、S2 和 S3 采样点土壤中四种重金属未超标，土壤比较清 洁. S4 采样点土壤中 V 含量超标近 3 倍，为重污 染 ，Cr 和 Cd 含量超标 1 倍以内，为轻污染，As 含 量未超标. S5 和 S7 土壤中 V 含量超标近 2 倍，土 壤受到污染 ，Cr、 As 和 Cd 含量均未超标 ， S5 和 S7 虽然地势均高于原矿区，但还是受到 V 污染， 主要是原矿颗粒随风迁移所致. 2.2 当地优势陆生植物种类及富集能力 2.2.1 当地优势陆生植物种类 朝北河为季节性河流，不同季节河水流量及 河道周围植物生长情况也不相同，因此采集春、 表 3 内梅罗指数法污染等级划分标准 Table 3 Grading standards of pollution using the Nemerow index method P 5 Grade Clean Slightly polluted Polluted Heavily polluted Severely polluted 表 4 采样点土壤重金属污染程度 Table 4 Heavy metal pollution levels of soils collected from the sampling sites Sampling sites V Cr As Cd Pi Pollution degree Pi Pollution degree Pi Pollution degree Pi Pollution degree Chaobei River C1 0.13 Clean 0.05 Clean 0.16 Clean 0.28 Clean C2 0.13 Clean 0.05 Clean 0.19 Clean 0.31 Clean C3 0.13 Clean 0.04 Clean 0.19 Clean 0.23 Clean C4 0.25 Clean 0.08 Clean 0.20 Clean 0.33 Clean C5 0.36 Clean 0.10 Clean 0.22 Clean 1.17 Slightly polluted C6 0.12 Clean 0.04 Clean 0.20 Clean 0.26 Clean C7 0.32 Clean 0.06 Clean 0.19 Clean 0.22 Clean Smeltery S1 0.49 Clean 0.12 Clean 0.56 Clean 0.44 Clean S2 0.86 Clean 0.50 Clean 0.47 Clean 0.57 Clean S3 0.75 Clean 0.18 Clean 0.61 Clean 0.57 Clean S4 3.81 Heavily polluted 1.43 Slightly polluted 0.79 Clean 1.96 Slightly polluted S5 2.26 Polluted 0.33 Clean 0.46 Clean 0.83 Clean S6 83.85 Severely polluted 6.02 Severely polluted 2.26 Polluted 7.67 Severely polluted S7 2.79 Polluted 0.41 Clean 0.41 Clean 0.95 Clean · 306 · 工程科学学报，第 42 卷，第 3 期
邵慧琪等：典型钒矿冶炼厂区域土壤重金属污染及陆生植物富集能力 307· 夏、秋、冬四个季节当地生长良好、生物量大的优 由图4(a)可以看出，单次采样中依然是菊科 势陆生植物，并对植物种类进行识别，统计结果如 植物种类最多，其次是禾本科.气候条件对植物生 图3所示. 长影响很大，春季和夏季气候条件适宜，采集的植 共采集3门4纲18目28科56属64种共 物种类比较丰富，秋季采样植物种类明显减少，冬 113个植物样品，统计结果表明，菊科植物种类最 季仅采集到两种植物.从图4(b)可以看出，春季采 多，为18种，占所有植物种类的28.1%：其次是禾 集的多年生草本种类比夏季和秋季多近一倍，部 本科，共7种，占比10.9%；最后是豆科和蔷薇科， 分一年生草本植物在夏季长势较好，成为优势植 分别为5种和4种；桑科和杨柳科植物各3种，茄 物，因此采集的一年生草本种类最多，前两次采样 科和苦木科植物各2种，其他科的植物各1种.这 过程灌木和乔木种类差别不大.秋季采样时灌木 些植物中多年生草本最多，为22种，其次是一年 和乔木树叶凋落，采集到的种类较少，一年生草本 生草本，为17种，所有草本植物合计共占比61% 数量也大大减少，而多年生草本生长变化不大.冬 左右.乔木和灌木分别为13种和10种，此外还有 季大多数草本植物已经枯萎死亡，乔木也仅剩下 2种蕨类植物 枝干，因此仅采集到生命力较强的一种灌木和一 2.2.2不同季节当地优势植物种类 种蕨类植物 分别统计了不同季节不同采样时间植物的种 2.2.3当地陆生植物对重金属富集能力 类，结果如图4所示. 植物对重金属的富集系数(BCF)是其富集能 (a) (b) 量Compositae 。Poaceae ■Fabaceae Perennial herb"Annual herb Rosaceae ■oraceae Salicaceae ■Solanaceae Arbor Shrub Simarouba ceae ■Acanthaceae ■Boraginaceae Scrophulariaceae Urticaceae ■Others ■Rhamnaceae Vitaceae ■Tiliaceae ■Malvaceae Coriariaceae ■Anacardiaceae ■Phytolaccaceae Chenopodiaceae ■Polygonaceae ■Apiaceae ■Loganiaceae ■Onagraceae ■Juncaceae ■Taxodiaceae ■Pteridaceae Thelypteridaceae 图3当地优势陆生植物种类统计.(a)科目分类：(b)生活型分类 Fig.3 Classifications of the local dominant terrestrial plants based on:(a)family;(b)life form 30 18 (a) (b) Winter Spring Autumn 15 Summer Summer Autumn 20 Spring 12 Winter 9 10 6 e由 her Per Family Life form 图4不同采样季节植物种类统计.(a)科目分类：(b)生活型分类 Fig.4 Classifications of the local dominant terrestrial plants in four sampling seasons based on:(a)family;(b)life form
夏、秋、冬四个季节当地生长良好、生物量大的优 势陆生植物，并对植物种类进行识别，统计结果如 图 3 所示. 共 采 集 3 门 4 纲 18 目 28 科 56 属 64 种 共 113 个植物样品，统计结果表明，菊科植物种类最 多，为 18 种，占所有植物种类的 28.1%；其次是禾 本科，共 7 种，占比 10.9%；最后是豆科和蔷薇科， 分别为 5 种和 4 种；桑科和杨柳科植物各 3 种，茄 科和苦木科植物各 2 种，其他科的植物各 1 种. 这 些植物中多年生草本最多，为 22 种，其次是一年 生草本，为 17 种，所有草本植物合计共占比 61% 左右. 乔木和灌木分别为 13 种和 10 种，此外还有 2 种蕨类植物. 2.2.2 不同季节当地优势植物种类 分别统计了不同季节不同采样时间植物的种 类，结果如图 4 所示. 由图 4（a）可以看出，单次采样中依然是菊科 植物种类最多，其次是禾本科. 气候条件对植物生 长影响很大，春季和夏季气候条件适宜，采集的植 物种类比较丰富，秋季采样植物种类明显减少，冬 季仅采集到两种植物. 从图 4（b）可以看出，春季采 集的多年生草本种类比夏季和秋季多近一倍，部 分一年生草本植物在夏季长势较好，成为优势植 物，因此采集的一年生草本种类最多，前两次采样 过程灌木和乔木种类差别不大. 秋季采样时灌木 和乔木树叶凋落，采集到的种类较少，一年生草本 数量也大大减少，而多年生草本生长变化不大. 冬 季大多数草本植物已经枯萎死亡，乔木也仅剩下 枝干，因此仅采集到生命力较强的一种灌木和一 种蕨类植物. 2.2.3 当地陆生植物对重金属富集能力 植物对重金属的富集系数（BCF）是其富集能 (a) (b) Compositae Rosaceae Solanaceae Boraginaceae Rhamnaceae Malvaceae Phytolaccaceae Apiaceae Juncaceae Thelypteridaceae Poaceae Fabaceae Perennial herb Annual herb Arbor Shrub Others Salicaceae Acanthaceae Urticaceae Tiliaceae Anacardiaceae Polygonaceae Onagraceae Pteridaceae Moraceae Simaroubaceae Scrophulariaceae Vitaceae Coriariaceae Chenopodiaceae Loganiaceae Taxodiaceae 图 3 当地优势陆生植物种类统计. （a）科目分类；（b）生活型分类 Fig.3 Classifications of the local dominant terrestrial plants based on: (a) family; (b) life form (a) 30 25 20 15 10 5 0 Quantity Winter Autumn Summer Spring 18 15 12 9 6 3 0 (b) Winter Autumn Summer Spring Quantity Compositae Poaceae Fabaceae Rosaceae Moraceae Salicaceae Rhamnaceae Vitaceae Coriariaceae Apiaceae Loganiaceae Solanaceae Simaroubaceae Juncaceae Pteridaceae Urticaceae Polygonaceae Scrophulariaceae Thelypteridaceae Tiliaceae Malvaceae Onagraceae Anacardiaceae Phytolaccaccae Chenopodiaceae Acanthacene Boraginaceae Taxodiaceae Perennial herb Annual herb Arbor Shrub Others Life form Family 图 4 不同采样季节植物种类统计. （a）科目分类；（b）生活型分类 Fig.4 Classifications of the local dominant terrestrial plants in four sampling seasons based on: (a) family; (b) life form 邵慧琪等： 典型钒矿冶炼厂区域土壤重金属污染及陆生植物富集能力 · 307 ·
308 工程科学学报，第42卷，第3期 力的指标，也是修复土壤重金属污染时植物选择 综合所述，相对于灌木和乔木，草本植物整体 的重要参考依据之一.富集系数的计算方法如下 上对重金属的富集能力更强.其中，鼠麴草、密叶 式所示6o 飞蓬、一年蓬对V、Cr、As和Cd四种重金属耐受 BCF=Cplant/Csoil (2) 性比较强；小蓬草、白茅、少花龙葵、野菊、白车 式中：Cplant是植物中重金属含量，mgkg';Csoa是 轴草、稗等六种植物对V、Cr和Cd的富集能力均 土壤中重金属含量，mgkg 比较强，但对As的富集能力较弱：蜈蚣草、构树 分析不同季节采集的植物重金属含量，并计 对As的富集能力极强，对Cr也具有较强的富集 算各种植物对V、Cr、As和Cd四种重金属的富集 能力，但对V和Cd的富集能力较弱.研究表明， 构树生长过程中可以提高重金属污染土壤中细菌 系数，综合评价其富集能力.同种植物在不同采样 和真菌的多样性，促进根际微生物的代谢，从而促 点的体内最大含量和富集系数分别取最大值，结 果如表5所示 进构树对重金属的富集叫，这也是构树在乔木种 类中对重金富集能力比较突出的原因之一.此外， 研究认为富集系数大于1的植物为超富集植 物网由表5可知，不同植物对各个重金属呈现出 野艾蒿对Cr和Cd的富集能力较强，丁香蓼、日本 毛连菜分别对Cr和V具有较强的耐受性和富集 不同的富集能力，小蓬草、白茅、蒲公英、稗、少 特异性，委陵菜和垂序商陆对Cd具有较强的富集 花龙葵、野菊对金属V的富集系数大于1，是V的 能力和特异性 超富集植物.鼠麴草、密叶飞蓬、一年蓬等三种植 2.3陆生植物盆栽实验及富集能力 物体内V含量极高，达到1000mgkg以上，表明 2.3.1植物盆栽实验及耐受性 这三种植物对V具有极强的耐受性，可在V污染 根据本土陆生植物对重金属富集能力，结合 严重的区域正常生长，由于其采样地点为原矿区， 种子或幼苗在市场购买情况，选择对重金属富集 土壤中重金属含量非常高，这三种植物的富集系 能力强且易于购买的野艾蒿、委陵菜、白茅、白车 数计算结果比较小.V在日本毛连菜、白车轴草、 轴草以及苎麻五种植物作为研究对象进行盆栽实 委陵菜、猪毛蒿体内的最大含量较高，表明这几种 验，进一步研究各植物对重金属的富集能力和耐 植物对V具有相对较高的耐受性 受性 对于金属Cr,小蓬草、鼠麴草、密叶飞蓬、一 采用土培方法对植物进行培养，花盆直径约 年蓬、白茅、白车轴草、稗、少花龙葵、蜈蚣草、野 为20cm,深度约为16cm,分别装入300g土壤，将 艾蒿、狗尾草、丁香蓼等12种植物体内最大含量 土壤pH值调节到7.5~8.5之间，将植物移栽到 均超过100mgkg',表现出较强的耐受性.其中蜈 土壤中，12d后生长稳定.分别按照土壤中含量为 蚣草和小蓬草的富集系数接近于10，表现出很强 500、300、60和5mgkg配制V、Cr、As和Cd重 的富集能力.此外，白莲蒿、野菊、构树、矛叶荩 金属溶液，将溶液稀释2~5倍后，分2~5次对 草、刺儿菜、野胡萝卜、全叶马兰、苦树、艾、箭竹 实验组进行浇灌，每隔2d浇灌一次9，一种重金 等10种植物对Cr的富集系数也大于1，是重金属 属浇灌完成后依次以相同方法浇灌其他重金属溶 Cr的超富集植物 液，四种重金属加入顺序依次为Cd、V、Cr和As As对植物生长毒性较大，多数植物对As的富 每天测量株高并记录植株的生长状况，植株株高 集能力较弱，然而蜈蚣草和构树表现出了对As很 变化如图5所示.结果表明，五种植株株高均呈现 强的富集能力，体内最大含量分别达到了94.3mgkg1 出先升高后降低的趋势.加入As后（第21天），五 和78.3mgkg,富集系数高达10.8和6.96，对As 种植物株高均下降，其中，白茅、苎麻出现株高骤 的耐受性较高，是As的超富集植物，也是土壤 降的现象，结合植物生长状态，判定毒性过大致使 As污染修复比较合适的选择.此外，As在稗、白 植株死亡.五种植物中，苎麻在重金属污染条件下 车轴草、少花龙葵、一年蓬等四种植物体内最大 耐受性最强，其次是委陵菜：野艾蒿和白茅对重金 含量大于5mgkg',富集能力和耐受性相对较高. 属污染的耐受性较弱. 大部分植物对Cd的富集系数均大于1，结合 2.3.2植物对重金属富集能力测定 Cd在各个植物体内最大含量结果可知，鼠麴草、 按照1.2.4中方法测定五种植株中重金属含量， 密叶飞蓬、一年蓬、少花龙葵、委陵菜、垂序商 并计算植株对重金属的富集系数，结果如表6 陆、琉璃草Cd含量较高，富集能力较强 所示
力的指标，也是修复土壤重金属污染时植物选择 的重要参考依据之一. 富集系数的计算方法如下 式所示[5, 10] . BCF =Cplant/Csoil （2） 式中：Cplant 是植物中重金属含量，mg·kg‒1 ；Csoil 是 土壤中重金属含量，mg·kg‒1 . 分析不同季节采集的植物重金属含量，并计 算各种植物对 V、Cr、As 和 Cd 四种重金属的富集 系数，综合评价其富集能力. 同种植物在不同采样 点的体内最大含量和富集系数分别取最大值，结 果如表 5 所示. 研究认为富集系数大于 1 的植物为超富集植 物[9] . 由表 5 可知，不同植物对各个重金属呈现出 不同的富集能力，小蓬草、白茅、蒲公英、稗、少 花龙葵、野菊对金属 V 的富集系数大于 1，是 V 的 超富集植物. 鼠麴草、密叶飞蓬、一年蓬等三种植 物体内 V 含量极高，达到 1000 mg·kg−1 以上，表明 这三种植物对 V 具有极强的耐受性，可在 V 污染 严重的区域正常生长，由于其采样地点为原矿区， 土壤中重金属含量非常高，这三种植物的富集系 数计算结果比较小. V 在日本毛连菜、白车轴草、 委陵菜、猪毛蒿体内的最大含量较高，表明这几种 植物对 V 具有相对较高的耐受性. 对于金属 Cr，小蓬草、鼠麴草、密叶飞蓬、一 年蓬、白茅、白车轴草、稗、少花龙葵、蜈蚣草、野 艾蒿、狗尾草、丁香蓼等 12 种植物体内最大含量 均超过 100 mg·kg‒1，表现出较强的耐受性. 其中蜈 蚣草和小蓬草的富集系数接近于 10，表现出很强 的富集能力. 此外，白莲蒿、野菊、构树、矛叶荩 草、刺儿菜、野胡萝卜、全叶马兰、苦树、艾、箭竹 等 10 种植物对 Cr 的富集系数也大于 1，是重金属 Cr 的超富集植物. As 对植物生长毒性较大，多数植物对 As 的富 集能力较弱，然而蜈蚣草和构树表现出了对 As 很 强的富集能力，体内最大含量分别达到了 94.3 mg·kg‒1 和 78.3 mg·kg‒1，富集系数高达 10.8 和 6.96，对 As 的耐受性较高 ，是 As 的超富集植物 ，也是土壤 As 污染修复比较合适的选择. 此外，As 在稗、白 车轴草、少花龙葵、一年蓬等四种植物体内最大 含量大于 5 mg·kg‒1，富集能力和耐受性相对较高. 大部分植物对 Cd 的富集系数均大于 1，结合 Cd 在各个植物体内最大含量结果可知，鼠麴草、 密叶飞蓬、一年蓬、少花龙葵、委陵菜、垂序商 陆、琉璃草 Cd 含量较高，富集能力较强. 综合所述，相对于灌木和乔木，草本植物整体 上对重金属的富集能力更强. 其中，鼠麴草、密叶 飞蓬、一年蓬对 V、Cr、As 和 Cd 四种重金属耐受 性比较强；小蓬草、白茅、少花龙葵、野菊、白车 轴草、稗等六种植物对 V、Cr 和 Cd 的富集能力均 比较强，但对 As 的富集能力较弱；蜈蚣草、构树 对 As 的富集能力极强，对 Cr 也具有较强的富集 能力，但对 V 和 Cd 的富集能力较弱. 研究表明， 构树生长过程中可以提高重金属污染土壤中细菌 和真菌的多样性，促进根际微生物的代谢，从而促 进构树对重金属的富集[11] ，这也是构树在乔木种 类中对重金富集能力比较突出的原因之一. 此外， 野艾蒿对 Cr 和 Cd 的富集能力较强，丁香蓼、日本 毛连菜分别对 Cr 和 V 具有较强的耐受性和富集 特异性，委陵菜和垂序商陆对 Cd 具有较强的富集 能力和特异性. 2.3 陆生植物盆栽实验及富集能力 2.3.1 植物盆栽实验及耐受性 根据本土陆生植物对重金属富集能力，结合 种子或幼苗在市场购买情况，选择对重金属富集 能力强且易于购买的野艾蒿、委陵菜、白茅、白车 轴草以及苎麻五种植物作为研究对象进行盆栽实 验，进一步研究各植物对重金属的富集能力和耐 受性. 采用土培方法对植物进行培养，花盆直径约 为 20 cm，深度约为 16 cm，分别装入 300 g 土壤，将 土壤 pH 值调节到 7.5 ～ 8.5 之间，将植物移栽到 土壤中，12 d 后生长稳定. 分别按照土壤中含量为 500、300、60 和 5 mg·kg‒ 1 配制 V、Cr、As 和 Cd 重 金属溶液，将溶液稀释 2 ～ 5 倍后，分 2 ～ 5 次对 实验组进行浇灌，每隔 2 d 浇灌一次[9, 18] ，一种重金 属浇灌完成后依次以相同方法浇灌其他重金属溶 液，四种重金属加入顺序依次为 Cd、V、Cr 和 As. 每天测量株高并记录植株的生长状况，植株株高 变化如图 5 所示. 结果表明，五种植株株高均呈现 出先升高后降低的趋势. 加入 As 后（第 21 天），五 种植物株高均下降，其中，白茅、苎麻出现株高骤 降的现象，结合植物生长状态，判定毒性过大致使 植株死亡. 五种植物中，苎麻在重金属污染条件下 耐受性最强，其次是委陵菜；野艾蒿和白茅对重金 属污染的耐受性较弱. 2.3.2 植物对重金属富集能力测定 按照 1.2.4 中方法测定五种植株中重金属含量， 并计算植株对重金属的富集系数 ，结果如 表 6 所示. · 308 · 工程科学学报，第 42 卷，第 3 期
邵慧琪等： 典型钒矿治炼厂 「区域土壤重金属污染及陆生植物富集能力 309 wioj apT qniys 云 学 兰 号 三 三 芦 三 黑 石 的 蓝 爵 8 (y-wysuejd 562 295 6E'ES P90 兰 5 8 望 兰 s 号 总 图 墨 8 s 三 芭 洁 尽 兰 蓝 号 子 兰 吴 s 三 二 ⑧ 鸟 色 兽莒 号 号号 店台苦 后告 后 号 葛 喜 兽 草 兰 00 uI uonenuaouo wnwrxew (-w)/squeld 学 黑 ▣ 品 草 量 兰兰 高 g 园 岛 三 至 雪 分 5 兰 三 s E 三 苔 三 三 西 导 等 房 导 s 子 基 a 兰 兰 兰 三 兰 早 三 芒 8 8 S 5 古 61652 66善Ce 51262 91*t 44.101 08.500 女1201 2502 965 16.55 IE'8I 皇 后 壁 280c 三 骨 斧 海 普 兰 寻 于 g g 照 s 兰 兰 三 兽 云 吉 喜 落 2型0r2 895501 0O00I 10600 08.050 6595m 10-8l 16151 46:E1 88.91 溪 99'SI 科 4191 的 三 三 高 游 兰 系 28.64 poupuro pi.adu naf.fdpd pnauossno.rg sisuappupo x snmdod pyopopopnasd piuiqoy npAnp pfappng Dowodof pup.c sapionap sn.muag
表 5 当地优势陆生植物对 V、Cr、As 和 Cd 富集能力 Table 5 Enrichment capabilities of the local dominant terrestrial plants with respect to V、Cr、As and Cd Plants V Cr As Cd Life form Maximum concentration in plants/(mg·kg‒1) BCF Maximum concentration in plants/(mg·kg‒1) BCF Maximum concentration in plants/(mg·kg‒1) BCF Maximum concentration in plants/(mg·kg‒1) BCF Conyza canadensis 548.13 3.73 259.19 9.58 3.09 0.28 2.95 12.11 Annual herb Gnaphalium affine 2404.22 0.18 305.43 0.45 4.42 0.18 41.62 4.05 Annual herb Erigeron multifolius 1075.68 0.08 224.99 0.33 2.44 0.10 53.39 5.20 Perennial herb Erigeron annuus 1046.06 0.08 292.15 0.43 5.18 0.21 21.62 2.10 Annual herb Imperata cylindrica 449.01 3.05 142.73 6.54 2.62 0.28 2.28 6.72 Perennial herb Taraxacum mongolicum 580.80 3.95 62.53 0.65 0.89 0.07 1.03 1.15 Perennial herb Picris japonica 256.79 0.55 34.16 0.56 3.19 0.25 1.51 1.97 Perennial herb Trifolium repens 135.01 0.53 123.64 4.00 7.66 0.88 0.67 2.76 Perennial herb Echinochloa crusgalli 131.90 1.98 107.47 2.43 8.01 0.64 0.60 1.29 Annual herb Solanum photeinocarpum 121.63 2.40 352.61 3.69 7.04 0.26 10.23 11.44 Annual herb Pteris vittata 13.94 0.41 302.80 9.79 94.29 10.81 0.33 0.99 Others Artemisia lavandulaefolia 16.58 0.49 102.14 5.98 1.08 0.10 0.75 2.97 Perennial herb Setaria viridis 56.45 0.26 120.42 1.07 1.96 0.10 0.40 0.24 Annual herb Ludwigia prostrata 15.66 0.31 141.96 4.59 0.84 0.10 0.26 0.48 Annual herb Artemisia sacrorum 7.32 0.43 25.95 1.04 2.94 0.34 1.29 5.30 Perennial herb Dendranthema indicum 82.43 1.63 77.65 2.51 1.43 0.15 0.66 1.24 Perennial herb Broussonetia papyrifera 16.14 0.47 34.12 2.21 78.29 6.96 0.21 1.04 Arbor Arthraxon lanceolatus 5.19 0.15 15.67 1.02 0.36 0.03 0.19 0.97 Perennial herb Cirsium setosum 9.78 0.15 46.55 1.05 1.28 0.10 0.97 1.30 Perennial herb Daucus carota 5.95 0.17 17.40 1.13 1.19 0.11 0.49 2.42 Annual herb Kalimeris integrifolia 21.27 0.13 73.82 1.80 1.31 0.13 1.04 1.28 Perennial herb Picrasma quassioides 3.47 0.20 18.31 1.65 0.99 0.11 1.54 6.31 Arbor Artemisia argyi 6.15 0.26 34.77 1.40 1.37 0.16 1.20 2.23 Perennial herb Fargesia spathacea 3.44 0.20 55.12 1.78 0.37 0.04 0.08 0.30 Shrub Populus × canadensis 2.38 0.03 2.86 0.17 0.16 0.02 1.84 7.58 Arbor Robinia pseudoacacia 16.14 0.11 14.09 0.52 0.46 0.04 0.60 1.31 Arbor Potentilla chinensis 78.45 0.14 22.71 0.30 0.70 0.06 20.36 10.57 Perennial herb Buddleja davidii 1.45 0.04 16.62 0.17 0.20 0.02 0.29 1.09 Shrub Cayratia japonica 2.09 0.12 8.50 0.77 0.47 0.05 0.55 2.28 Perennial herb Artemisia scoparia 79.83 0.64 20.82 0.57 1.71 0.13 3.80 3.23 Perennial herb Synurus deltoides 12.02 0.71 8.72 0.79 0.35 0.04 0.28 1.16 Perennial herb 邵慧琪等： 典型钒矿冶炼厂区域土壤重金属污染及陆生植物富集能力 · 309 ·
310 工程科学学报，第42卷，第3期 的 三 兰 三 兰 至 尉 民 对 甚 三 三 感 6s.0 E-0 三 兰 。 8 兰 兰 3 g 爸 厨 浮 兰 G 咨 盏 是 S 爵 S 台 吉 g 三 三 云 三 兰 三 兰 笔 g 三 g 兽 号 兽 兽曾尝尊 含 喜 草 草 草 三 三 三 三 三 三 的 琴 兽 三 8 点 s 三 云 s 。 三 § 三 等 号 号 $ 兰 三 兰 母 三 三 喜 笑 邕 5 三 二 兰 云 等 三 兰 苔 s 三 三 兰 兰 二 三 (3y-w) 三 萨 器 26t1 爱 9 年 云 时 斧 星 金 第 空 等 警 兵 华 厨 年 冷 香 对 子 兰 草 葛 5 洁 。 喜 兽 兰 兽 兽 800.0 三 兰 喜 草 8 g g (w)y/ 杀 其 厨 06:85 1190 三 等 房 45-31 S 的 E 兰 兰 房 基 云 蓝 sueld 材DO Dimdoos piyaoy 材Da sisuapodau DLmLO pampp p=apadsa1 pupaBunq paafo3ipu
表 5(续) Tab.5(Continued) Plants V Cr As Cd Life form Maximum concentration in plants/(mg·kg‒1) BCF Maximum concentration in plants/(mg·kg‒1) BCF Maximum concentration in plants/(mg·kg‒1) BCF Maximum concentration in plants/(mg·kg‒1) BCF Salix babylonica 0.46 0.03 1.01 0.09 0.14 0.02 2.12 8.72 Arbor Grewia biloba 3.93 0.08 4.84 0.16 0.18 0.02 0.67 1.25 Shrub Conyza sumatrensis 20.86 0.12 25.48 0.27 0.70 0.03 0.99 1.11 Annual herb Senecio scandens 5.47 0.03 52.82 0.55 0.76 0.03 0.95 1.06 Perennial herb Phytolacca americana 5.99 0.04 13.92 0.15 0.32 0.01 8.90 9.95 Perennial herb Kochia scoparia 48.90 0.23 26.92 0.24 1.41 0.07 1.72 1.03 Annual herb Abutilon theophrasti 7.27 0.11 36.53 0.83 0.75 0.06 0.46 1.00 Annual herb Rostellularia procumbens 36.10 0.54 19.63 0.44 1.23 0.10 1.03 2.22 Annual herb Cynoglossum zeylanicum 7.07 0.01 7.91 0.02 0.27 0.02 5.37 2.79 Perennial herb Saussurea japonica 18.20 0.36 25.17 0.57 0.66 0.05 1.55 3.34 Annual herb Saccharum arundinaceum 20.70 0.04 5.61 0.09 0.19 0.02 0.06 0.08 Perennial herb Coriaria nepalensis 1.88 0.06 1.52 0.10 0.29 0.03 0.09 0.44 Shrub Rubus coreanus 5.59 0.16 2.75 0.18 0.62 0.06 0.09 0.43 Shrub Arthraxon hispidus 18.17 0.09 44.22 0.50 3.64 0.28 0.39 0.45 Annual herb Lespedeza daurica 10.41 0.01 22.40 0.23 0.73 0.06 0.27 0.27 Shrub Indigofera bungeana 12.30 0.06 18.79 0.17 0.79 0.04 0.28 0.24 Shrub Juncus effusus 1.58 0.05 5.62 0.36 0.17 0.01 0.12 0.59 Perennial herb Ziziphus jujuba 3.05 0.003 8.80 0.05 0.30 0.02 0.15 0.13 Arbor Physocarpus amurensis 17.21 0.12 14.54 0.54 0.73 0.07 0.14 0.42 Shrub Nicotiana tabacum 0.81 0.05 2.98 0.27 0.26 0.03 0.09 0.35 Annual herb Humulus scandens 1.88 0.04 16.88 0.55 0.36 0.04 0.12 0.22 Annual herb Humulus scandens 0.62 0.01 3.87 0.13 0.18 0.02 0.09 0.16 Arbor Boehmeria nivea 0.75 0.01 4.82 0.16 0.28 0.03 0.19 0.36 Shrub Cyclosorus acuminatus 2.30 0.05 12.30 0.40 0.42 0.05 0.19 0.36 Others Cunninghamia lanceolata 0.60 0.01 4.97 0.16 0.19 0.02 0.11 0.21 Arbor Rhus chinensis 1.04 0.02 7.35 0.24 0.28 0.03 0.12 0.23 Arbor Amygdalus persica 0.63 0.01 8.26 0.19 0.16 0.01 0.07 0.16 Arbor Rumex japonicus 1.70 0.03 9.91 0.32 0.16 0.02 0.15 0.29 Perennial herb Bidens frondosa 0.50 0.01 3.38 0.11 0.23 0.03 0.11 0.21 Annual herb Paulownia kawakamii 0.33 0.01 3.90 0.04 0.06 0.00 0.05 0.06 Arbor · 310 · 工程科学学报，第 42 卷，第 3 期
邵慧琪等：典型钒矿冶炼厂区域土壤重金属污染及陆生植物富集能力 311· 表6结果表明，对V和Cr富集能力最强的是 25 委陵菜，其次是白茅：对As和Cd富集能力最强的 20 是委陵菜，其次是些麻.综合条件下，委陵菜在重 15 金属复合污染条件下的富集能力最强 。-Trifolium repens .Potentilla chinensis 10 Artemisia lavandulaefolia 3结论 Imperata cylindrica Boehmeria nived... (1)潮北河排污口附近土壤重金属Cd含量较 高，冶炼厂原矿堆放区附近土壤V超标近83倍， 0 10 15 20 25 30 Time/d Cr、Cd和As超标两倍以上，土壤受到严重污染，由 图5五种植物株高随时间变化曲线图 于地表径流及原矿或尾渣颗粒随风迁移的影响导 Fig.5 Plant height variation of five plants the local dominant terrestrial 致冶炼厂其他采样点受到不同程度的重金属污染 表6五种植物富集系数测定结果 Table 6 Enrichment coefficients of the five local dominant terrestrial plants V Cr Cd Plants Concentration/ BCF Concentration/ BCF Concentration/ BCF Concentration/ BCF (mg-kg) (mg-kg") (mg-kg) (mg.kg) Trifolium repens 59.48 0.12 561.36 1.87 398.11 6.63 3.60 0.72 Potentilla chinensis 868.81 1.74 2743.44 9.15 3772.08 62.87 33.28 6.66 Artemisia lavandulaefolia 45.07 0.09 346.62 1.15 28.25 0.47 2.95 0.59 Imperata cylindrica 429.35 0.86 1046.52 3.49 246.37 4.11 1.86 0.37 Boehmeria nivea 65.59 0.13 180.71 0.61 1170.06 19.50 3.96 0.79 (2)当地优势陆生植物以菊科植物种类最多， [2] Yang Z Y,Zhang J Z,Li C Y,et al.Research of soil heavy metal 其次是禾本科植物、豆科、蔷薇科等，以多年生草 pollution and the remediation technology.J Green Sci Technol, 本和一年生草本种类为主.草本植物整体上比灌 2018(22):62 (杨志英，张建珠，李春苑，等.土壤重金属污染及其修复技术研 木和乔木对重金属的富集能力更强.其中，鼠麴 究现状.绿色科技，2018(22)：62) 草、密叶飞蓬、一年蓬对V、Cr、As和Cd耐受性 [3] Li X B.Dong HH,Ren L X.et al.Effects of chelating agent 比较强；小蓬草、白茅、少花龙葵、野菊、白车轴草、 combination technologies on soil contaminated by heavy metals. 稗对V、Cr和Cd的富集能力均比较强，对As的富 Res Environ Sci,http://kns.cnki.net/kems/detail/11.1827.X 集能力较弱：蜈蚣草、构树对As的富集能力极强， 20190423.1606.003.html 但对V和Cd的富集能力较弱：野艾蒿对Cr和 (李晓宝，董焕焕，任丽霞，等，整合剂修复重金属污染土壤联合 Cd的富集能力较强，丁香蓼和日本毛连菜分别对 技术研究进展.环境科学研究，http:lkns.cnki.net/cms/detail/ 11.1827.X.20190423.1606.003.html) Cr和V具有较强的耐受性和富集特异性，委陵菜 [4] Wang X,Guo B,Wang X.Research progress on remediation 和垂序商陆对Cd具有较强的富集能力和特异性. technology of heavy metal contaminated soil.Coal Chem Ind, (3)对白车轴草、委陵菜、野艾蒿、白茅、苎麻 2019.42(1):156 五种优势陆生植物进行盆栽实验表明，委陵菜在 (王星，郭斌，王欣.重金属污染土壤修复技术研究进展.煤炭与 重金属复合污染条件下的富集能力最强；苎麻在 化工，201942(1)：156) 复合金属污染条件下耐受性最强.苎麻和委陵菜 [5]Fu G Y,Qiu Y Q,Song B Y,et al.Heavy metals enrichment 适用于冶炼厂和朝北河周围区域土壤重金属污染 characteristics of the dominant plants in lead-zinc slag yard along Dongjiang lake reservoir.J Cent South Univ Forest Technol,2019, 修复 39(4):117 (付广义，邱亚群，宋博宇，等.东江湖铅锌矿渣堆场优势植物重 参考文献 金属富集特征.中南林业科技大学学报，2019,39(4)：117) [1]Ashraf S,Ali Q,Zahir Z A,et al.Phytoremediation: [6]Wang Z H,Liu X Y,Qin H Y.Bioconcentration and translocation Environmentally sustainable way for reclamation of heavy metal of heavy metals in the soil-plants system in Machangqing copper polluted soils.Ecotoxicol Environ Saf 2019,174:714 mine,Yunnan Province,China.Geochem Explor,2019,200:159
表 6 结果表明，对 V 和 Cr 富集能力最强的是 委陵菜，其次是白茅；对 As 和 Cd 富集能力最强的 是委陵菜，其次是苎麻. 综合条件下，委陵菜在重 金属复合污染条件下的富集能力最强. 3 结论 （1）朝北河排污口附近土壤重金属 Cd 含量较 高，冶炼厂原矿堆放区附近土壤 V 超标近 83 倍 ， Cr、Cd 和 As 超标两倍以上，土壤受到严重污染，由 于地表径流及原矿或尾渣颗粒随风迁移的影响导 致冶炼厂其他采样点受到不同程度的重金属污染. （2）当地优势陆生植物以菊科植物种类最多， 其次是禾本科植物、豆科、蔷薇科等，以多年生草 本和一年生草本种类为主. 草本植物整体上比灌 木和乔木对重金属的富集能力更强. 其中，鼠麴 草、密叶飞蓬、一年蓬对 V、Cr、As 和 Cd 耐受性 比较强；小蓬草、白茅、少花龙葵、野菊、白车轴草、 稗对 V、Cr 和 Cd 的富集能力均比较强，对 As 的富 集能力较弱；蜈蚣草、构树对 As 的富集能力极强， 但 对 V 和 Cd 的富集能力较弱 ；野艾蒿 对 Cr 和 Cd 的富集能力较强，丁香蓼和日本毛连菜分别对 Cr 和 V 具有较强的耐受性和富集特异性，委陵菜 和垂序商陆对 Cd 具有较强的富集能力和特异性. （3）对白车轴草、委陵菜、野艾蒿、白茅、苎麻 五种优势陆生植物进行盆栽实验表明，委陵菜在 重金属复合污染条件下的富集能力最强；苎麻在 复合金属污染条件下耐受性最强. 苎麻和委陵菜 适用于冶炼厂和朝北河周围区域土壤重金属污染 修复. 参 考 文 献 Ashraf S, Ali Q, Zahir Z A, et al. Phytoremediation: Environmentally sustainable way for reclamation of heavy metal polluted soils. Ecotoxicol Environ Saf, 2019, 174: 714 [1] Yang Z Y, Zhang J Z, Li C Y, et al. Research of soil heavy metal pollution and the remediation technology. J Green Sci Technol, 2018（22）: 62 （杨志英, 张建珠, 李春苑, 等. 土壤重金属污染及其修复技术研 究现状. 绿色科技, 2018（22）：62） [2] Li X B, Dong H H, Ren L X, et al. Effects of chelating agent combination technologies on soil contaminated by heavy metals. Res Environ Sci, http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1827.X. 20190423.1606.003.html （李晓宝, 董焕焕, 任丽霞, 等. 螯合剂修复重金属污染土壤联合 技术研究进展. 环境科学研究, http://kns.cnki.net/kcms/detail/ 11.1827.X.20190423.1606.003.html） [3] Wang X, Guo B, Wang X. Research progress on remediation technology of heavy metal contaminated soil. Coal Chem Ind, 2019, 42（1）: 156 （王星, 郭斌, 王欣. 重金属污染土壤修复技术研究进展. 煤炭与 化工, 2019, 42（1）：156） [4] Fu G Y, Qiu Y Q, Song B Y, et al. Heavy metals enrichment characteristics of the dominant plants in lead-zinc slag yard along Dongjiang lake reservoir. J Cent South Univ Forest Technol, 2019, 39（4）: 117 （付广义, 邱亚群, 宋博宇, 等. 东江湖铅锌矿渣堆场优势植物重 金属富集特征. 中南林业科技大学学报, 2019, 39（4）：117） [5] Wang Z H, Liu X Y, Qin H Y. Bioconcentration and translocation of heavy metals in the soil-plants system in Machangqing copper mine, Yunnan Province, China. J Geochem Explor, 2019, 200: 159 [6] 表 6 五种植物富集系数测定结果 Table 6 Enrichment coefficients of the five local dominant terrestrial plants Plants V Cr As Cd Concentration/ (mg·kg‒1) BCF Concentration/ (mg·kg‒1) BCF Concentration/ (mg·kg‒1) BCF Concentration/ (mg·kg‒1) BCF Trifolium repens 59.48 0.12 561.36 1.87 398.11 6.63 3.60 0.72 Potentilla chinensis 868.81 1.74 2743.44 9.15 3772.08 62.87 33.28 6.66 Artemisia lavandulaefolia 45.07 0.09 346.62 1.15 28.25 0.47 2.95 0.59 Imperata cylindrica 429.35 0.86 1046.52 3.49 246.37 4.11 1.86 0.37 Boehmeria nivea 65.59 0.13 180.71 0.61 1170.06 19.50 3.96 0.79 25 20 15 10 5 0 Average height of plant/cm Trifolium repens Potentilla chinensis Artemisia lavandulaefolia Imperata cylindrica Boehmeria nivea 0 5 10 15 20 25 30 Time/d 图 5 五种植物株高随时间变化曲线图 Fig.5 Plant height variation of five plants the local dominant terrestrial 邵慧琪等： 典型钒矿冶炼厂区域土壤重金属污染及陆生植物富集能力 · 311 ·
