福建金属矿区植物对重金属的富集效果研究

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重金属污染不仅引起土壤质量退化,降低农产品品质和产量,而且还通过食物链等途径危及人类健康,由于重金属污染具有隐蔽性、长期性、累积性、不可逆性的特点,导致重金属污染治理困难,因此重金属污染的治理已成为当前环境科学界急需解决的重大课题。目前传统的重金属污染治理方法存在着修复成本高、需要打扰土壤结构、只能小面积污染治理等不足。在这种背景下对环境扰动少、修复成本低且能大面积推广的重金属污染植物修复技术应运而生,为重金属污染治理提供了新途径,具有广阔的应用前景。但植物修复技术应用的前提是要筛选出重金属超富集植物,由于目前缺乏这方面的研究,国内发现的重金属超富集植物比较少,极大地限制了重金属污染植物修复技术的应用。有鉴于此,本研究为筛选出供植物修复技术应用的重金属富集植物,在对福建金属矿区进行全面踏查基础上,选取福建主要金属矿区的大田铅锌矿、龙岩铁锰矿、连城铅锌矿、连城锰矿、尤溪铅锌矿、尤溪铅锌冶炼厂为调查对象,通过对这些矿区的全面调查,掌握福建主要金属矿区的重金属污染状况,采集在重金属污染严重的尾矿库、生产车间附近、污水排水沟及其矿区周围地区生长的植物,带回室内进行重金属分析,由此比较福建金属矿区植物对不同重金属的富集效果,进而筛选出重金属超富集植物。同时测定不同矿区土壤重金属浸提剂提取有效态量的差异,揭示植物地上部分重金属富集量与浸提剂提取有效态量的相关性,为重金属污染植物修复技术的应用及矿区环境风险评估提供科学依据。研究的主要结论如下:1.福建金属矿区土壤中均存在严重的的重金属污染,不同金属矿区土壤中Mn、Zn、Pb和Cd已经达到很高的含量,最高含量分别达到200004.56 mg·kg-1。、24717.05 mg·kg-1、30431.86 mg·kg-1和438.28 mg·kg-1。土壤中重金属含量均是当地对照土壤的几十倍甚至上百倍。2.N.L.Nemerow综合污染指数评价福建金属矿区的污染现状,结果表明:被调查的六个金属矿区Zn、Pb和Cd的单项污染指数均远超过了1,受到单项重金属污染;N.L.Nemerow综合污染指数超过了3,表明福建不同矿区土壤遭到严重的Mn、Zn、Pb和Cd污染,其污染程度表现为:尤溪铅锌冶炼厂>大田铅锌矿>连城铅锌矿>尤溪铅锌矿>连城锰矿>龙岩铁锰矿。3.潜在生态风险指数法评价福建金属矿区重金属污染的生态风险,结果表明:单个重金属的潜在生态富集系数Cif均大于6,Cd、Zn、Pb的单个重金属污染均已达到极强程度,其中Cd污染最为严重;以福建金属矿区土壤单个重金属的潜在生态危害参数来评价重金属污染物的生态风险影响程度,结果为:Cd>Pb>Zn,其中Cd属于极强污染。4.在重金属含量较高的采矿点、生产车间、尾矿库、沉淀池及其附近共采集植物23科58种。植物地上部分Pb绝对含量超过重金属超富集植物临界值1000 mg·kg-1的植物有笔管草(Equisetum ramosissimum Desf.subsp.debile)、五节芒(Miscanthus sinensis)、柳叶箬(Isachne globosa(Thunb.)Kuntze),柳叶箬属于Pb重金属超富集植物。一年蓬(Erigeronannuus(Linn.)Pers.)的地上部分Cd含量达到了119.51 mg·kg-1,且转运系数为1.3,符合重金属超富集植物的筛选标准,可以用来修复Cd污染严重的土壤。5.对植物的聚类分析表明:葛藤(Radix Puerariae)、短叶水蜈蚣(Kyllinga brevitolia)、笔管草、五节芒、柳叶箬、一年蓬、白背叶(Mallotus apelta(Lour.)Muell.-Arg.)、乌蕨(Stenoloma chusanum)、千金子(Bochloe dactyloides)、二歧飘拂草(Eimbristylisdichotoma)、狗娃花(Heteropappus hispidus)等可归为一类,具有较强的重金属富集积累能力;其中五节芒和笔管草虽然达不到超富集植物的筛选标准,由于其生物量较大,仍可以用于污染较重的土壤的修复。细柄草(Capillipedium Parriflorum)、红尾翎(CapillipediumParriflorum)、马松子(Melochia corchrifolia)、龙葵(Solanum americanum)、柔枝莠竹(Microctegium Vimineum)、肖梵天花(Urna lobaxa)可各自归为一类,可考虑用于重金属污染较轻土壤的修复。白背叶对Mn、Cd、Zn、Pb均有较大的地上部分富集量,地上部分Pb含量达到了935.24 mg·kg-1,接近了超富集植物的临界值,Cd含量为73.17 mg·kg-1,按照Wenzel等提出的Cd超富集植物的新标准,这一含量超过了临界值标准,由于白背叶的生物量很大,因此可以用来修复受重金属复合污染的土壤。6.用HCl、DTPA两种浸提剂提取土壤中重金属有效态结果表明:不同浸提剂提取出的有效态量间存在明显差异。HCl浸提剂比DTPA浸提剂更适合福建金属矿区土壤重金属有效态的提取,这两种浸提剂提取出的Pb的有效态量与土壤中的全量均呈显著相关;HCl浸提剂提取出Zn的有效态量与土壤中全量呈显著相关;DTPA提取出的有效态量则与土壤Zn全量的相关性不明显。两种浸提剂提取出的Mn有效态量并不与土壤中Mn全量相关。HCl提取态Pb与土壤Pb全量相关性最好,Zn次之,Mn最差。HCl提取出的Zn、Mn有效态量呈极显著相关,其余重金属间的有效态量无显著相关性。7.大部分植物地上部分重金属含量与HCl提取的土壤有效态量之间存在显著相关性,而与土壤重金属全量之间不存在相关性。只有笔管草、葛藤、千金子、白背叶4种植物地上部分Pb富集量与土壤中Pb全量之间存在显著相关;只有白背叶地上部分Zn与土壤的Zn全量之间存在显著相关,其余均不相关;17种植物地上部分Mn的富集量与土壤的Mn全量不存在相关性。
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