陈福春， 易心钰， 张路红

(1.湘南学院， 湖南 郴州 423000； 2.中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004)

资兴市铅锌尾矿库区植物资源调查及 耐性植物筛选

陈福春1， 易心钰2， 张路红2

(1.湘南学院， 湖南 郴州 423000； 2.中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004)

通过对资兴铅锌尾矿区植物季节变化的调查，以及对该区植物重金属含量与分布特征的分析，初步筛选了适合于Pb、Zn尾矿库复合重金属污染土壤生态修复的植物种质资源。该区共记录高等植物81种，分属 34科，其中自然定居62种，人工引种木本植物19种。重金属累积及转运特性分析表明，这些物种均对复合重金属污染具有较强的耐受性，其中，优势自然定居植物和人工栽种的木本植物对Pb、Zn富集能力均未达到超富集植物的临界阈值，一年蓬和青蒿对Cd的富集量分别达107 mg/kg和136 mg/kg，具有Cd超富集植物的基本特征，野菊花、酸模、青蒿、女贞和桂花树均具备超富集植物特征。研究结果为铅锌矿区及其污染场地生态修复提供了先锋植物和生态经济树种资源。

铅锌尾矿库； 重金属污染； 超富集植物； 转运系数； 资兴市

采用植物修复技术防治土壤重金属污染是目前研究的热点，其中，寻找、筛选自然界中存在的对重金属有较强富集作用的植物，是植物修复研究的一项重要内容，该技术的首要任务是筛选超富集植物或者适应性强、高生物量强富集植物。虽然目前已报道的超富集植物有400多种，但大多数是Ni超富集植物，且多数种类是生物量小，生长缓慢，抵抗力弱，生态适应幅度较小的草本植物，能够真正应用于植物修复技术的超富集植物种类极少[1]。近年来人们利用矿区植物对重金属的耐受性和富集能力均较未污染区域的植物高，通过在矿区大量调查采样和室内分析的方法，发现了部分富集和超富集植物[2-5]。但由于研究的时间较短，所以报道的具有修复潜力的植物种类并不多，此外，植物资源的分布具有区域性和时间性，因此，为植物修复技术筛选更多超富集植物和高生物强富集植物具有重要的现实意义。本文以资兴铅锌尾矿区为研究区域，通过对铅锌污染区植被的调查及分析，筛选出Pb、Zn耐受性或大生物量富集植物，为铅锌矿废弃区及其污染土壤的生态修复提供理论依据和先锋植物资源。

1 研究地概况

研究调查尾矿库位于资兴市东江上游，东江湖位于湖南省东南角郴州市境内，地理位置113°08′—113°44′E，25°34′—26°18′N，东江湖水源地主要溪水岸边，该溪水在距尾矿库下游2.5 km处汇入东江湖。该区属亚热带湿润性季风气候，雨量充沛，温度适宜。尾矿库现已废弃，库内无积水，其下部为尾砂，上部7年前经过覆土，覆土厚度为50 cm。地表春夏季杂草零乱丛生，晚秋和冬季表层裸露，水土流失严重。废弃地土壤结构差、养分贫瘠、矿质石砾多、偏碱性。

2 研究方法

2.1材料与方法

2014年3月—2015年10月对尾矿库位设置样地，进行了植被调查与取样。选取样地的总面积3.33 hm2，覆盖了整个尾矿库区(包括污染场地外周边临近区域)，未修复样地无乔木，全被灌草覆盖，铅锌尾矿库污染场地外周边临近区域自然生长生长乔木。乔木样地100 m2灌木样地为25 m2，草本样地为2 m2。共调查了乔木样地3个，其中含灌木样地10个，含草本样地30个。首先，记录大小样地自然生长或人工栽种的植物种类，并对其丰富度进行了统计。对植物(主要是草本)进行生物量测定；其次，对样地内植物分地上(茎叶)与地下部分(根)分别进行取样，且在对应的取样植物根部周围进行土壤取样，以获取土壤铅锌等重金属背景值，取样深度分别为0～40 cm，植物与土壤均取3次平行样。将样品带回实验室，植物样用水反复洗净，风干、杀青后，置80 ℃烘干至恒重，粉碎，过1 mm筛，再烘干，放于真空干燥器内备用。所采集土样在室内风干，剔除动植物残体，过1 mm筛，再烘干，用于测定Pb、Zn等重金属含量。植物及土壤Pb、Zn等重金属含量采用原子吸收光谱仪法进行测定。

2.2数据处理

采用统计分析软件SPSS 15.0对土壤、植物地上部位与地下部位重金属含量进行平均数与标准差处理，对转移系数与富集系数进行Duncan式多重比较，α=0.05。

3 结果与分析

3.1尾矿库区地区土壤重金属含量

表1为铅锌尾矿废弃地覆土土样各层土壤重金属含量，表中数据显示土壤中Cu、Cd、Cr、Pb、Zn、As等6种元素含量均远远高于我国和湖南省正常土壤的背景值。土壤中Cd、Pb元素含量达到严重污染等级，Cu、As元素含量为偏重污染级，Zn元素为偏中度污染，Cr元素污染属于轻度，总体上样地属于重金属重度复合污染。

表1 表层土壤重金属总量Tab1 Thetotalamountofheavymetalsinsurfacesoil(mg/kg)土层PbZnCdCuCrAs 0-10cm35177479610104204595252510-20cm17806486923095887407117220-30cm3361449281809141399293430-40cm335394936234527609371709平均300344882186835667331585湖南背景值29794901327364—国家背景值2674201022661112

3.2铅锌矿区自然生长植物资源

铅锌尾矿库废弃地为复合重金属污染土壤，土壤中自然生长的植物种类较少，且以耐贫瘠的草本植物为主，如斑茅、野菊、艾蒿、野大豆等。污染场地外周边临近区域自然生长和人工栽种的本土植物种类较丰富(见表2)。在调查的所有样地中共有植物34 科，81 种(分属蕨类植物、裸子植物和被子植物)为典型的亚热带植物类群，以菊科、禾本科、蔷薇科、蓼科居多，其中菊科为21种，占26.00%，禾本科为8种，约占总植物种的10.00%，蓼科、蔷薇、木犀科均为5 种，各占7%左右。81 种植物中，自然生长定居植物62 种，占76.5%，人工种植植物19 种，占23.5%，这其中又以乔木为主。实地调查的Pb、Zn耐受植物中，人工栽种为经济价值较高油料能源和观赏植物如光皮树、榉木、樟树、构树、栾树、乌桕、石楠、枇杷和苎麻，自然生长植物具有一定经济价值的有艾蒿、芦苇、野葛等。

表2 种类调查情况表Tab2 Theinvestigationofplantstype科植物名称丰富度生活类型凤尾蕨科凤尾蕨PterismultifidaPoirF蕨类多年生草本木贼科节节草EquisetumramosissimumF蕨类多年生草本伞形科水芹OenanthejavanicaF多年水生宿根草本野胡萝卜DaucuscarotaF二年生草本菊科鼠曲草GnaphaliumaffineF一年或二年生草本野菊ChrysanthemumindicumD多年生草本奇蒿ArtemisiaanomalaF生草本植物白蒿ArtimisiaeSieversianaeF一二年生草本野茼蒿CrassocephalumcrepidioidesF一年生直立草本一年蓬ErigeronannuusF一年生草本艾蒿ArtemisiaargyiD多年生草本黄鹌菜YoungiajaponicaF一年生草本滇苦荬菜IxerisdenticulataF一年或多年生草本白酒草ConyzajaponicaF一年生草本小飞蓬ConyzacanadensisD越年或一年生草本青蒿ArtemisiacarvifoliaD二年生草本魁蒿ArtemisiaprincepsPampF多年生草本紫菀AstertataricusO多年生草本加拿大蓬ErigeroncanadensisF二年或一年生草本霍香蓟AgeratumconyzoidesF一年生草本千里光SenecioscandensF多年生攀援草本香丝草ConyzabonariensisF一年生或二年草本白花鬼针草BidentispilosaF一年生或二年生草本赤茎羊耳菊InularubricaulisO多年生亚灌木苍耳XanthiumsibiricumF一年生草本马鞭草科牡荆VitexnegundoF灌木或小乔木景天科佛甲草SedumlineareF多年生肉质状草本荨麻科苎麻BoehmerianiveaF半灌木苋科牛牛膝AchyranthesbidentataF多年生草本皱果苋AmaranthusviridisO一年生草本水花生AlternantheraphiloxeroidesF一年生或多年生草本鸭跖草科鸭跖草CommelinacommunisF一年生草本蔷薇科山莓RubuscorchorifoliusLfF落叶小灌木石楠PhotiniaserrulataLindlO多年生常绿灌木或乔木，人工栽种枇杷EriobotryajaponicaO一年或二年生草本，人工栽种山莓RubuscorchorifoliusF落叶灌木湖北蔷薇RosahenryiF具匍匐小枝的灌木蓼科水蓼PolygonumhydropiperF一年生草本

续表2 种类调查情况表ContinuedTab2 Theinvestigationofplantstype科植物名称丰富度生活类型酸模RumexacetosaD多年生草本羊蹄RumexjaponicusF多年生草本红蓼PolygonumorientaleF一年生草本红足蒿ArtemisiarubripesO多年生高大直立草本茄科龙葵SolanumcarolinenseF一年生草本唇形科紫苏PerillafrutescensO一年生草本益母草LeonurusartemisiaO一年生草本风轮草ClinopodiumchinensisO一年生草本野薄荷MenthahaplocalyxO多年生草本商陆科商陆PhytolaccaacinosaF多年生粗壮草本植物葡萄科乌蔹莓CayratiajaponicaF多年生攀援藤本豆科野葛PuerarialobataD灌木状缠线藤本野大豆GlycinesojaD一年生緾绕藤本山槐AlbiziakalkoraO落叶小乔木或灌木牻牛儿苗科野老鹳草GeraniumcarolinianumF多年生草本禾本科芒MiscanthussinensisF多年生丛生大型草本狗尾草SetairaviridisF一年生草本冬茅MiscanthusfloridulusF草本球穗藨草ScirpusstrobilinusO多年生草本斑茅SaccharumarundinaceumD多年生草本芦苇PhragmitesaustralisF多年生草本新小竹NeomicrocalamusprainiiO小型攀援竹类箭竹FargesiaspathaceaO散生竹罂粟科博落回MacleayacordataF一年或两年生大型草本木通科三叶木通AkebiatrifoliataO多年生落叶藤本桑科构树BroussonetiapapyriferaD落叶灌木或小乔木鸡桑MorusaustralisO灌木或小乔木夹竹桃夹竹桃NeriumindicumF常绿灌木或小乔木，人工栽种山茶科山茶CamelliajaponicaF常绿乔木或灌木，人工栽种樟科樟树CinnamomumcamphoraF常绿大乔木，人工栽种木犀科白蜡FraxinuschinensisF落叶乔木，人工栽种四季桂OsmanthusfragransvarsemperflorensF常绿乔木或灌木，人工栽种桂花OsmanthusfragransF常绿小乔木，人工栽种小酒瓶花JasminumbeesianumF缠绕木质藤本小叶女贞LigustrumquihouiF落叶灌木，人工栽种楝科苦楝MeliaazedarachF落叶乔木，人工栽种山茱萸科光皮树SwidawilsonianaF落叶乔木，人工栽种杜英科杜英ElaeocarpussylvestrisF常绿乔木，人工栽种木兰科含笑MicheliafigoF常绿灌木，人工栽种无患子科栾树KoelreuteriapaniculataF落叶乔木或灌木，人工栽种大戟科乌桕SapiumsebiferumF落叶乔木，人工栽种榆科榉木ZelkovaserrataF落叶乔木，人工栽种松科马尾松PinusmassonianaF常绿乔木，人工栽种杉科杉木CunninghamialanceolataF常绿乔木，人工栽种 注：D为优势种；F为常见种；O为偶见种。

3.3自然生长优势种与人工栽种植物重金属富集特征

通过对自然生长的12种优势植物、人工栽种的10种木本植物进行重金属含量及富集特征分析，结果从表3可以看出：除桂花树外，优势自然定居植物和人工栽种的木本植物对Pb、Zn富集能力均未达到超富集植物的临界阈值(分别是1 000 mg/kg和10 000 mg/kg)，一年蓬和青蒿对Cd的富集量分别达107 mg/kg和136 mg/kg，超过其临界值(100 mg/kg)，具有Cd超富集植物的基本特征；野菊、酸模、野葛对Pb的迁移转运系数大于1，酸模、野大豆对Zn的迁移转运系数大于1，具备超富集植物的基本特征，其中野菊对Pb、Cd、Cu的转运系数大于1，对Zn的转移系数接近1，女贞对Pb、Zn、Cd的迁移转运系数大于1，表明这两种植物对多种复合重金属污染具有较好的修复潜力，是优良的矿区及污染场地修复先锋景观植物。

表3 铅锌矿区不同优势植物重金属富集特性(BCF：富集系数；TF：转运系数)Tab3 CharacteristicsofheavymetalaccumulationindifferentdominantplantsinPbZnMiningArea(BCF：enrich⁃mentfactor；TF：transportcoefficient)(mg/kg)植物种类部位PbZnCdCu植物种类部位PbZnCdCu节节草地上39233115122612335541地下8365330136827337142162BCF0028061701460399TF0469038202240250野菊地上20429239391420502 147770地下14256343574613668135073BCF0047089300730379TF1433090415001094一年蓬地上1530915121553604 0025地下6627321024301072090078BCF0221075804880004TF0231050005000318小飞蓬地上16095818502839865 3856地下6967893700568742212124BCF0232075804680034TF0231050004560318青蒿地上820636152 7288 2816地下19822966641367426317BCF007198073 074TF041037053011酸模地上308750284621429654952地下1201362587461868082018BCF0040053001000230TF2570110002300670野葛地上183728113170455637511地下97005402740911285447BCF0032082500490240TF1894028105000439野大豆地上21174080553117906285102地下45051073230132628438618BCF0150015007101230TF0470110008890650山莓地上50141815304685025117571地下45051022945495642111972BCF0150047005120314TF1113066708891050乌蔹莓地上226619400007199502108973地下626019772214405493396264BCF0208158221711111TF0362051804920275斑茅地上144151028661594644604地下23249960509345561207460BCF0077123902440582TF0062017003500215苎麻地上204233610249230266559地下240272248982113948231790BCF0080051006100650TF0085145000811150白檀地上1265633859706884729地下21023865419541724249BCF0070013400290068TF0602059001270195乌桕地上228484539955002774地下5376094735563517132BCF0179009700340020TF0425011408660389

续表3 铅锌矿区不同优势植物重金属富集特性(BCF：富集系数；TF：转运系数)Tab3 CharacteristicsofheavymetalaccumulationindifferentdominantplantsinPbZnMiningArea(BCF：enrichmentfactor；TF：transportcoefficient)(mg/kg)植物种类部位PbZnCdCu植物种类部位PbZnCdCu光皮树地上434226751421727108338地下96709515720012516138717BCF0322032200670389TF0449047801380781石楠地上2210501373796227297245地下6907821025226724896282BCF0230021003600270TF0320134009261010杜英地上2135457037605124123地下270306698131102139939BCF0090014300590112TF0079081705490604桂花地上4050841098012414665101地下623205512449142964199696BCF2075025502300560TF0065088205620326栾树地上1565612977526388849地下28832652237504413551BCF0096010700270038TF0543057005230653苦楝地上40216532233772226257地下390442888525118384158BCF0130018202740236TF0103059907370312夹竹桃地上2579023506252467434947地下9310549226983175628528BCF0310189001700080TF0277038007771225樟树地上418972014561089019114地下1351532196901868014264BCF0045045001000040TF0310091705831340含笑地上12042188262983426210地下405459493084053652420BCF0135010102170147TF0297017907360500女贞地上3824233307292255638187地下3213642846212148263118BCF0107058301150177TF1190116210500605马尾松地上73722337209497720地下22339910375101436760BCF0231006600810265TF0330032509360210杉木地上1180347870130088130地下3934452538613823101631BCF0131005200740285TF0300031009410080榉木地上996232853191693913422地下3213641235153381147428BCF0107025301810133TF0310231005010283构树地上22675762368338237258地下375425854351587884871BCF0125017500850238TF0604073002130439

4 结论与讨论

一般情况下矿区土壤中重金属含量很高，Kabata-Pendias[6]认为，土壤中Pb、Zn、Cd含量分别为100～400、70～400、3～8 mg/kg就会对植物产生毒性，该矿区土壤中Pb、Zn、Cd的平均含量分别为3 003.4、488.2、186.8 mg/kg，因此，铅锌废弃矿区土壤重金属污染已经影响到当地植物的正常生长。另外，Pb、Zn、Cu、Cd、Cr、As六种重金属平均含量均超过湖南省土壤背景值和国家土壤背景值。矿区土壤重金属含量高，有机质含量及植物必需的养分元素缺乏，很不利于植物生长。但植物种类多，各有不同的适应性，部分植物能够适应这种特殊的环境条件。唐文杰[7]等人研究了广西全州、板苏、下雷锰矿区优势植物，发现油茶表现出很强的Mn累积特征。路畅[8]等对广西泗顶铅锌矿区优势植物调查，发现蜈蚣、胜红蓟对重金属有较强的耐受能力。

在修复被重金属严重污染的土壤时，植物的耐性是一个关键因素[9]。所调查的自然定居生长的植物均能在尾矿库区Pb、Zn、Cd、Cu 等多种重金属复合污染的土壤上正常生长、发育，且有些成为优势植物，表明这些植物都具有对复合重金属污染的耐受性。综合分析优势植物体内的重金属含量可见，其中优势植物野菊对Pb、Cd、Cu的转运系数TF均大于1，且对Zn的转运接近1；酸模、野葛、野大豆Pb、Zn、Cu的迁移转运系数均大于，表明这几种植物对复合重金属污染具有超累积潜力，是复合重金属污染植物修复优良的先锋植物资源；其它植物虽然未达到超富集，但这些优势植物生物量大，耐重金属力强，对污染土壤应具有较好的生态修复效果。

人工种植的观赏、能源及工业原料植物均能在高浓度、复合重金属污染土壤上生长良好，且地上部分生物量较大，表现为对复合重金属具有一定的耐抗性。其中桂花树Pb的富集量高达6 000 mg/Kg以上，大于超富集植物的临界值(1 000 mg/kg)，女贞对Pb、Zn、Cd的迁移转运系数大于，具备了超累积植物的基本特征，对Pb、Zn等复合污染土壤景观生态修复具有较大潜力。

[1] 张杏锋.土壤重金属污染修复植物筛选方法研究进展[J].贵州农业科学，2013，41(2)：173-177.

[2] 胡学玉，孙宏发，陈德林.铜绿山矿冶废弃地优势植物重金属的积累与迁移[J].长江流域资源与环境，2008，17(3)：436-439.

[3] 李有志，罗佳，张灿明，等.湘潭锰矿区植物资源调查及超富集植物筛选[J].生态学杂志，2012，31(1)：16-22.

[4] 毛海立，龙成梅，陈贵春，等.铅锌矿区植物对重金属吸收和富集特征研究[J].环境科学与技术，2011，34(12)：114-118.

[5] 任秀娟，朱东海，吴大付，等.2014.湖南南部铅锌矿区铅锌富集植物筛选研究[J].生态环境学报，2014，23(4)：669-672.

[6] Kabata-Pendias A，Pendias H.Trace Elements in soils and plants[M].Florida：CRC Press，1984.

[7] 唐文杰，李明顺.广西锰矿去废弃地优势植物重金属含量及富集特征[J].农业环境科学学报，2008，27(5)：1757-1763.

[8] 路畅，王英辉，杨进文.广西铅锌矿区土壤重金属污染及优势植物筛选[J].土壤通报，2010(12)，6(41)：1471-1475.

[9] Chaney R L，Minnie M，Li Y M，et al.Phytoremediation of soil metals[J].Current opinion in Biotechnology，1997，8：279-284.

SurveyonplantsresourceandselectionoftolerantspeciesatPb-ZntailingspondareaofZixingCity

CHEN Fuchun1， YI Xinyu2， ZHANG Luhong2

(1.Xiangnan University， Chenzhou 423000， China； 2.Central South University of Forestry and Technology， Changsha 410004， China)

A batch of plants resources，which can tolerate Pb，Zn，Cd，Cu heavy metal pollutants in soil，has been primarily selected through a survey of plant resources in terms of their seasonal changes，heavy metal contents and distributions in plants at Pb-Zn tailings pond area of Zixing City.There are total of 81 species of advanced plants belonging to 34 different families，which had demonstrated relatively strong tolerance to complex heavy metal pollution，and there are 62 native dominant species and 19 introducing species.Moreover，accumulation and transfer index analysis indicated that dominant species mentioned above could not be used as hyperaccumulator，but Cd accumulated inErigeronannuusandArtemisiacarvifoliawas up to 107 mg/kg and 136mg/kg respectively，meanwhile，Hrysanthemumindicum，Rumexacetosa，Artemisiacarvifolia，LigustrumquihouiandOsmanthusfragranshave the potential of hyperaccumulator of heavy metals，and those can be used as pioneer and economic tress species for ecological restoration at Pb-Zn tailings pond area.

Pb-Zn Tailing pond； heavy metal pollution； hyperaccumulator； transfer coefficient； Zixing City

2016-01-04

校青年基金项目“郴州矿区土壤耐重金属植物的筛选”(2014XJ42)

陈福春(1973-)，男，湖南省郴州市人，讲师，广州中医学院中药免疫学硕士，主要从事病原生物学教学。

易心钰，博士研究生，E-mail：yixinyu1108@163.com

X 173

A

1003 — 5710(2016)02 — 0064 — 07

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2016. 02. 012

(文字编校：杨 骏)