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 ·