留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

铅锌矿区周边土壤重金属污染及植物富集特征

杨宁 李东海 杨小波 左永令 田璐嘉 陈琳

杨宁,李东海,杨小波,等. 铅锌矿区周边土壤重金属污染及植物富集特征[J]. 热带生物学报,2021, 12(4):500−507. DOI:10.15886/j.cnki.rdswxb.2021.04.013 doi:  10.15886/j.cnki.rdswxb.2021.04.013
引用本文: 杨宁,李东海,杨小波,等. 铅锌矿区周边土壤重金属污染及植物富集特征[J]. 热带生物学报,2021, 12(4):500−507. DOI:10.15886/j.cnki.rdswxb.2021.04.013 doi:  10.15886/j.cnki.rdswxb.2021.04.013
YANG Ning, LI Donghai, YANG Xiaobo, ZUO Yongling, TIAN Lujia, CHEN Lin. Heavy Metal Contamination in the Soil and Enrichment Characteristics in the Plants around the Abandoned Lead-zinc Mine[J]. Journal of Tropical Biology, 2021, 12(4): 500-507. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2021.04.013
Citation: YANG Ning, LI Donghai, YANG Xiaobo, ZUO Yongling, TIAN Lujia, CHEN Lin. Heavy Metal Contamination in the Soil and Enrichment Characteristics in the Plants around the Abandoned Lead-zinc Mine[J]. Journal of Tropical Biology, 2021, 12(4): 500-507. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2021.04.013

铅锌矿区周边土壤重金属污染及植物富集特征

doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2021.04.013
基金项目: 华南镉铅污染农田一体化修复技术体系集成示范与管理模式构建(2018YFD0800706)
详细信息
    第一作者:

    杨宁(1993−),女,海南大学热带作物学院2018级硕士研究生. E-mail:972682271@qq.com

    通信作者:

    李东海(1971−),男,高级实验师. 研究方向:植物资源与生态. E-mail:dhlye@163.com

  • 中图分类号: X53

Heavy Metal Contamination in the Soil and Enrichment Characteristics in the Plants around the Abandoned Lead-zinc Mine

  • 摘要: 为了寻求适合矿区废弃地土壤修复的重金属耐性植物,对海南省昌江县昌化镇铅锌矿区废弃地及其周边植物进行调查。在调查区内设定3个采样点,对采样点内采集的13种植物的地上部分及其所在区域的土壤样品进行重金属含量检测。结果表明:(1)该矿区周边土壤普遍受到Pb、Cd、Zn和Cu的污染,矿区周边重金属综合污染指数为19.86,按照土壤综合评价分级标准可知该矿区周边土壤污染等级属于重度污染;(2)在海南昌化铅锌矿区周边生长的植物中,心叶黄花稔(Corchorus aestuans)表现出对重金属Cd的富集潜力,酒饼簕(Atalantia buxifolia)表现出对重金属Zn的富集潜力。
  • 图  2  13种植物体内Pb的含量与分布

    Fig.  2  The content and distribution of Pb in 13 species of plants

    图  3  13种植物体内Zn的含量与分布

    Fig.  3  The content and distribution of Zn in 13 species of plants

    图  4  13种植物体内Cd的含量与分布

    Fig.  4  The content and distribution of Cd in 13 species of plants

    图  5  13种植物体内Cu的含量与分布

    Fig.  5  The content and distribution of Cu in 13 species of plants

    表  1  土壤综合污染评价分级标准

    Table  1  Grading standards for comprehensive soil heavy metal contamination evaluation

    等级划分
    Grading
    PN污染等级
    Contamination
    level
    污染水平
    Contamination
    level
    1≤0.7安全清洁
    20.7<PN≤1.0禁戒线尚清洁
    31.0<PN≤2.0轻污染土壤轻污染,
    植物开始受污染
    42.0<PN≤3.0中污染土壤、植物均
    受中度污染
    5PN>3.0重污染土壤、植物均
    受严重污染
    下载: 导出CSV

    表  2  矿区周边土壤污染风险管控标准

    Table  2  Soil heavy metal contamination risk management and control standards around the lead-zinc mine

    Pb/
    (mg·kg−1
    Cd/
    (mg·kg−1
    Cu/
    (mg·kg−1
    Zn/
    (mg·kg−1
    土壤实测值A640.5013.5394.47448.54
    风险筛选值B90.00.350.0200.0
    风险管制值C5002400500
    A/C1.286.770.240.90
    下载: 导出CSV

    表  3  海南昌化铅锌矿区自然常见植物种类

    Table  3  Common natural plant species around the Changhua lead-zinc mine in Hainan

    植物名称 Plant科 Family属 Genus生活型 Biotype
    飞机草 Chromolaena odorata 菊科 Compositae 泽兰属 Eupatorium 草本 Herbal
    木麻黄 Casuarina equisetifolia 木麻黄科 Casuarinaceae 木麻黄属 Casuarina 乔木 Arbor
    窿缘桉 Eucalyptus exserta 桃金娘科 Myrtaceae 桉属 Eucalyptus 乔木 Arbor
    细基丸 Polyalthia cerasoides 番荔枝科 Annonaceae 暗罗属 Polyalthia 乔木 Arbor
    斑茅 Saccharum arundinaceum 禾本科 Poaceae(Gramineae) 甘蔗属 Saccharum 草本 Herbal
    仙人掌 Opuntia stricta 仙人掌科 Cactaceae 仙人掌属 Opuntia 灌木 Shrubs
    潺槁木姜子 Litsea glutinosa 樟科 Lauraceae 木姜子属 Litsea 乔木 Arbor
    心叶黄花稔 Corchorus aestuans 锦葵科 Malvaceae 黄花稔属 Sida 草本 Herbal
    山香 Hyptis suaveolens 唇形科 Labiatae 山香属 Hyptis 草本 Herbal
    赤才 Erioglossum rubiginosum 无患子科 Sapindaceae 鳞花木属 Lepisanthes 乔木 Arbor
    酒饼簕 Atalantia buxifolia 芸香科 Rutaceae 芸香属 Ruta 灌木 Shrubs
    破布叶 Microcos paniculata 椴树科 Tiliaceae 破布叶属 Microcos 乔木 Arbor
    细叶桉 Eucalyptus tereticornis 桃金娘科 Myrtaceae 桉属 Eucalyptus 乔木 Arbor
    下载: 导出CSV

    表  4  矿区周边植物中不同重金属间的相关性分析

    Table  4  Correlation analysis of different heavy metals in the plants around the lead-zinc mine

    指标
    Index
    不同植物
    Different plants
    Pb全量
    Pb Full amount
    Cd全量
    Cd Full amount
    Cu全量
    Cu Full amount
    Zn全量
    Zn Full amount
    不同植物 Pearson 相关性 1 0.262 0.590** 0.333* 0.583**
    显著性(双侧) - 0.107 0.000 0.038 0.000
    Pb全量 Pearson 相关性 1 0.333* 0.269 0.5078*
    显著性(双侧) - 0.038 0.097 0.001
    Cd全量 Pearson 相关性 1 0.363* 0.558**
    显著性(双侧) - 0.023 0.000
    Cu全量 Pearson 相关性 1 0.302
    显著性(双侧) - 0.061
    Zn全量 Pearson 相关性 1
    显著性(双侧) -
      注:* 差异显著P < 0.05,* *差异极显著P < 0.01。
      Note: *Significant difference at P < 0.05; ** Highly significant difference at P < 0.01.
    下载: 导出CSV

    表  5  昌化铅锌矿区植物对Pb、Cd、Cu、Zn重金属富集系数

    Table  5  The enrichment coefficients of Pb, Cd, Cu, and Zn in the plants around the Changhua lead-zinc mine

    植物名称 PlantCdPbZnCu
    飞机草 0.001±0.000 0.120±0.024 0.107±0.030 0.090±0.202
    木麻黄 0.001±0.000 0.236±0.061 0.183±0.050 0.079±0.017
    窿缘桉 0.002±0.001 0.206±0.038 0.345±0.096 0.138±0.034
    细基丸 0±0 0.501±0.100 0.405±0.122 0.186±0.039
    斑茅 0±0 0.161±0.043 0.413±0.177 0.044±0.101
    仙人掌 0.010±0.002 0.705±0.164 0.898±0.260 0.050±0.011
    潺槁木姜子 0.001±0.000 0.402±0.130 0.154±0.044 0.066±0.015
    心叶黄花稔 0.019±0.003 0.378±0.088 0.608±0.174 0.221±0.048
    山香 0.005±0.001 0.619±0.147 1.162±0.298 0.362±0.081
    赤才 0.012±0.002 0.539±0.128 1.238±0.342 0.087±0.019
    酒饼簕 0.016±0.004 0.486±0.121 2.679±0.756 0.181±0.044
    破布叶 0.014±0.003 0.220±0.074 0.631±0.184 0.260±0.063
    细叶桉 0.004±0.001 0.222±0.053 0.685±0.198 0.074±0.017
    下载: 导出CSV
  • [1] 张小俊. 土壤重金属污染及其危害[J]. 农业开发与装备, 2020(10): 109 − 110. doi:  10.3969/j.issn.1673-9205.2020.10.052
    [2] 李俊凯, 张丹, 周培, 等. 南京市铅锌矿采矿场土壤重金属污染评价及优势植物重金属富集特征[J]. 环境科学, 2018, 39(8): 3845 − 3853.
    [3] 肖乃川, 张云霞, 宋波, 等. 广东省典型富镉铅锌矿区中优势植物重金属富集特性与应用潜力[J]. 环境污染与防治, 2021, 43(3): 343 − 347.
    [4] 王娜. 矿区废弃地土壤生态恢复研究进展[J]. 南方农业, 2020, 14(13): 51 − 54.
    [5] 刘月莉, 伍钧, 唐亚, 等. 四川甘洛铅锌矿区优势植物的重金属含量[J]. 生态学报, 2009, 29(4): 2020 − 2026. doi:  10.3321/j.issn:1000-0933.2009.04.048
    [6] 江倩倩, 高洁, 黄鑫, 等. 昌化铅锌矿尾矿库区土壤重金属污染综合评价及重金属在自然生植物中的富集比较[J]. 海南师范大学学报(自然科学版), 2019, 32(1): 93 − 98.
    [7] 陆彬斌, 孟柱, 赵志忠, 等. 海南昌化铅锌矿区土壤重金属含量及优势植物富集特征[J]. 河南科技, 2013(1): 184 − 189. doi:  10.3969/j.issn.1003-5168.2013.01.151
    [8] 张振磊, 袁建平, 吴丹, 等. 海南昌化铅锌矿废弃地重金属污染评价及其空间分布特征[J]. 湖北农业科学, 2016, 55(12): 3031 − 3035.
    [9] 中国环境监测总站. GB/T 17141—1997 土壤质量 铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度法[S], 北京: 国家环境保护局, 1997.
    [10] 程睿. 金属矿山废弃地土壤质量综合评价指标体系初探[J]. 江西农业学报, 2021, 33(3): 106 − 112.
    [11] 国家卫生健康委, 国家市场监管总局. GB 2762—2017 食品安全国家标准 食品中污染物限量[J]. 中国食品卫生杂志, 2018, 30(3): 329 − 340.
    [12] 卢楠. 重金属Cd、Pb复合污染对植物生理生化和细胞结构影响的研究进展[J]. 现代农业科技, 2019(8): 176 − 177. doi:  10.3969/j.issn.1007-5739.2019.08.109
    [13] 陈世川. 土壤中铅污染的危害与治理[J]. 广西节能, 2020(4): 26 − 27. doi:  10.3969/j.issn.1004-1230.2020.04.016
    [14] 卢楠, 李刚, 朱代文, 等. 尾渣堆周边土壤重金属污染对植物影响研究[J]. 中国矿业, 2018, 27(5): 113 − 117.
    [15] 薛永, 王苑螈, 姚泉洪, 等. 植物对土壤重金属镉抗性的研究进展[J]. 生态环境学报, 2014, 23(3): 528 − 534. doi:  10.3969/j.issn.1674-5906.2014.03.024
    [16] 赵雅曼, 陈顺钰, 李宗勋, 等. 铅锌矿集区7种草本植物对重金属的富集效果[J]. 森林与环境学报, 2019, 39(3): 232 − 240.
    [17] GERBER G. B, LÉONARD A, HANTSON P H Carcinogenicity, mutagenicity and teratogenicity of manganese compounds [J]. Critical Reviews in Oncology and Hematology, 2002, 42(1): 25 − 34. doi:  10.1016/S1040-8428(01)00178-0
    [18] 徐伟健, 宋旭燕, 龚正君, 等. 西南某铅锌矿区土壤重金属污染现状与评价研究[J]. 四川环境, 2019, 38(5): 49 − 54.
    [19] WONG M H. Ecological restoration of mine degraded soils, with emphasis on metal contaminated soils [J]. Chemosphere, 2003, 50(6): 775 − 780. doi:  10.1016/S0045-6535(02)00232-1
    [20] 徐玉霞, 汪庆华, 王华斌, 等. 矿区周边土壤重金属污染治理的优势植物筛选——以关中西部某铅锌冶炼区为例[J]. 环境保护科学, 2016, 42(6): 61 − 67.
    [21] 张龙, 张云霞, 宋波, 等. 云南兰坪铅锌矿区优势植物重金属富集特性及应用潜力[J]. 环境科学, 2020, 41(9): 4210 − 4217.
    [22] 陈昌东, 张安宁, 腊明, 等. 平顶山矿区矸石山周边土壤重金属污染及优势植物富集特征[J]. 生态环境学报, 2019, 28(6): 1216 − 1223.
  • [1] 马超越, 彭世清, 郭冬, 朱家红, 王颖.  植物原生质体分离及其瞬时转化的应用 . 热带生物学报, 2024, 15(2): 241-250. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.20230026
    [2] 方发之, 吴二焕, 桂慧颖.  海南滨海盐生植物资源与多样性 . 热带生物学报, 2023, 14(4): 347-356. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2023.04.001
    [3] 赖军, 张越冉, 周海鸿, 王守创, 沈双欠, 杨君, 罗杰.  基于代谢组学的重要热带植物的研究进展 . 热带生物学报, 2023, 14(3): 248-258. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2023.03.002
    [4] 林小兵, 武琳, 周利军, 黄欠如, 陈燕, 刘少华, 陈绪龙, 张秋梅.  不同种植年限粉葛对农田土壤镉的富集特征 . 热带生物学报, 2023, 14(2): 153-158. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2023.02.003
    [5] 钟王月, 邹伟, 徐诗琴, 林积泉.  海南岛农用地土壤重金属的生态风险评价 . 热带生物学报, 2023, 14(6): 668-674. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.20220104
    [6] 黑儿平, 上官宇先, 喻华, 秦鱼生, 曾祥忠, 郭晶晶, 伍燕翔.  成都平原农田蔬菜重金属含量及污染评价 . 热带生物学报, 2023, 14(2): 145-152. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2023.02.002
    [7] 刘文娟, 陈新, 李建聪, 李思萍, 陈英洁, 唐敏.  海南红树林沉积中硫酸盐还原菌群落的特征 . 热带生物学报, 2023, 14(1): 120-128. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2023.01.011
    [8] 孙安俯, 潘帅, 肖娟, 黄海, 郭志强.  黄鳍金枪鱼重金属富集特征及食品安全评估 . 热带生物学报, 2023, 14(1): 25-31. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2023.01.002
    [9] 龚燕雄, 岩香甩, 陈国云, 田耀华.  云南山地橡胶园外来入侵植物的组成分析 . 热带生物学报, 2022, 13(1): 73-80. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2022.01.011
    [10] 孙亮, 柯宇航, 刘辉, 胡义钰, 冯成天, 刘文波, 王真辉, 张宇, 郑服从.  计算机视觉技术在植物病害识别上的研究进展 . 热带生物学报, 2022, 13(6): 651-658. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2022.06.016
    [11] 李明美, 兰国玉, 杨川, 吴志祥, 陈帮乾, 孙瑞, 周建南, 全飞.  缅甸橡胶林下植物物种的多样性分析 . 热带生物学报, 2022, 13(1): 64-72. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2022.01.010
    [12] 徐雪艳, 谢治, 凌少军, 郝杰威, 张莉娜.  海南树附生藓类植物新资料 . 热带生物学报, 2022, 13(2): 160-165. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2022.02.007
    [13] 符传博, 佟金鹤, 徐文帅, 刘丽君.  海南岛臭氧污染时空特征及其成因分析 . 热带生物学报, 2022, 13(4): 404-409. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2022.04.012
    [14] 曾茹, 李亚军, 何金曼, 黄晓晴, 邓晓东.  陵水湾春秋两季浮游植物群落结构及水质调查 . 热带生物学报, 2021, 12(2): 167-175. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2021.02.005
    [15] 程贤松, 李亚军, 李兴涵, 李江月, 黄晓晴, 邓晓东.  三亚湾春秋浮游植物分布及其与环境因子的关系 . 热带生物学报, 2021, 12(1): 15-24. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2021.01.003
    [16] 于婧, 李敏, 高兆银, 弓德强, 张绍刚, 洪小雨, 花静静, 胡美姣.  抑制火龙果果腐病病菌桃吉尔霉的植物精油筛选(简报) . 热带生物学报, 2021, 12(1): 72-74. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2021.01.010
    [17] 赵新勇, 王友霜, 王健康, 丁成伟, 胡婷婷, 吴玉玲, 李思梦, 赵轶鹏.  浮萍植物的应用价值及综合开发利用 . 热带生物学报, 2020, 11(2): 251-256. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2020.02.017
    [18] 肖定璇, 张毛宁, 于旭东, 蔡泽坪, 罗佳佳, 李陆冰, 张涵越, 曾晴.  海南大学儋州校区入侵植物格局分析 . 热带生物学报, 2020, 11(4): 492-506. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2020.04.013
    [19] 李思萍, 陈新, 刘文娟, 唐敏, 王丽婷, 陈亚楠.  红树林表层沉积物老化过程中铅的赋存形态 . 热带生物学报, 2020, 11(1): 92-99. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2020.01.014
    [20] 李国锋, 刘诗燕, 杨建春, 陈帅, 常逢彤, 周海龙.  纤毛纲动物在环境污染物毒性早期监测和评价中的应用 . 热带生物学报, 2020, 11(3): 361-367. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2020.03.015
  • 加载中
图(5) / 表 (5)
计量
  • 文章访问数:  606
  • HTML全文浏览量:  302
  • PDF下载量:  36
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-20
  • 修回日期:  2021-06-30
  • 网络出版日期:  2021-12-18
  • 刊出日期:  2021-12-25

铅锌矿区周边土壤重金属污染及植物富集特征

doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2021.04.013
    基金项目:  华南镉铅污染农田一体化修复技术体系集成示范与管理模式构建(2018YFD0800706)
    作者简介:

    杨宁(1993−),女,海南大学热带作物学院2018级硕士研究生. E-mail:972682271@qq.com

    通讯作者: 李东海(1971−),男,高级实验师. 研究方向:植物资源与生态. E-mail:dhlye@163.com
  • 中图分类号: X53

摘要: 为了寻求适合矿区废弃地土壤修复的重金属耐性植物,对海南省昌江县昌化镇铅锌矿区废弃地及其周边植物进行调查。在调查区内设定3个采样点,对采样点内采集的13种植物的地上部分及其所在区域的土壤样品进行重金属含量检测。结果表明:(1)该矿区周边土壤普遍受到Pb、Cd、Zn和Cu的污染,矿区周边重金属综合污染指数为19.86,按照土壤综合评价分级标准可知该矿区周边土壤污染等级属于重度污染;(2)在海南昌化铅锌矿区周边生长的植物中,心叶黄花稔(Corchorus aestuans)表现出对重金属Cd的富集潜力,酒饼簕(Atalantia buxifolia)表现出对重金属Zn的富集潜力。

English Abstract

杨宁,李东海,杨小波,等. 铅锌矿区周边土壤重金属污染及植物富集特征[J]. 热带生物学报,2021, 12(4):500−507. DOI:10.15886/j.cnki.rdswxb.2021.04.013 doi:  10.15886/j.cnki.rdswxb.2021.04.013
引用本文: 杨宁,李东海,杨小波,等. 铅锌矿区周边土壤重金属污染及植物富集特征[J]. 热带生物学报,2021, 12(4):500−507. DOI:10.15886/j.cnki.rdswxb.2021.04.013 doi:  10.15886/j.cnki.rdswxb.2021.04.013
YANG Ning, LI Donghai, YANG Xiaobo, ZUO Yongling, TIAN Lujia, CHEN Lin. Heavy Metal Contamination in the Soil and Enrichment Characteristics in the Plants around the Abandoned Lead-zinc Mine[J]. Journal of Tropical Biology, 2021, 12(4): 500-507. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2021.04.013
Citation: YANG Ning, LI Donghai, YANG Xiaobo, ZUO Yongling, TIAN Lujia, CHEN Lin. Heavy Metal Contamination in the Soil and Enrichment Characteristics in the Plants around the Abandoned Lead-zinc Mine[J]. Journal of Tropical Biology, 2021, 12(4): 500-507. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2021.04.013
  • 土壤重金属污染已经成为当今世界重要的环境问题之一,已经受到世界各国人们的关注。土壤污染不仅会带来生态环境问题,还会给人体健康造成伤害。矿山开采,带来经济效益的同时也带来了很多环境污染问题,排放的废水、乱堆放的废渣,空气中的污染物随着降雨沉降在周边的土壤中,造成土壤重金属污染,土壤中的重金属随着食物链进入人体,严重威胁人体健康,因此,土壤重金属污染修复问题亟待解决[1-2]。矿产资源开采是迄今为止人类最大规模破坏地表生态系统的有组织的人类活动[3]。据统计,全世界的矿区废弃地面积共有 6.7×106 hm2,我国现有国营矿山企业8 000多个,矿区破坏地面积达2.88×106 hm2,且每年以4.67×104 hm2的速度增长[4]。矿产资源的开发和利用引发了许多环境问题,比如水土流失、重金属污染、生态系统破坏等,这些问题使矿山废弃地的土壤结构发生改变,重金属含量偏高,土壤有机质含量偏少,植物所需的营养元素缺乏,严重影响植物的生长和其他生物的活动[5]。土壤污染会导致农产品中重金属含量超标且通过食物链进入人体,会对长期生活在矿区周围居民的身体健康产生严重的危害[6]。海南省昌江县昌化镇为滨海沙地平原地带,地势东高西低,是典型的热带季风气候区,光照充足,年平均降水为900~1200 mm,属严重干旱地区[7]。海南昌化铅锌矿由于在其开发利用过程中没有采取环境保护措施,造成了矿区生态环境的严重破坏,当地现已停止农业种植。对海南昌化铅锌矿区废弃地的土壤调查发现,重金属Cd、Pb、Zn、Cu含量严重超标,为重度污染土壤。虽然土壤重金属含量很高,但仍能生长出一些植物,这些植物种类较为单一,多以灌木和草本为主,乔木零星分布。本研究拟通过对海南昌化铅锌矿区废弃地污染土壤和植物现状进行分析,旨在找出适合矿区废弃地土壤修复的重金属耐性植物,为今后矿区污染治理提供科学依据。

    • 海南昌化铅锌矿区位于海南省昌江黎族自治县昌化镇附近,昌江黎族自治县位于海南岛西北偏西部,地理位置为18°53′~19°30′N,108°38′~109°17′E,西北部濒临北部湾。昌化铅锌矿区属热带海洋性季风气候,全年无冬,四季如春,年平均气温24.3 ℃,年降水量902~1 805 mm,冬春6个月降水量仅占年降雨量的15%,为海南省春旱最严重的地区之一[7]。金属矿物以方铅矿、闪锌矿为主,并含有少量Au、Ag、Cd 等贵金属。1958年前为个体开采,1963年由海南有色冶金处接管,1965年由广东冶金设计院选厂投产,1991年采完闭坑,目前为铅锌矿废弃地,周边土壤以沙地和裸地为主,植被覆盖以灌木和草本为主,乔木零星分布[8]

    • 采用间隔布点法分别在尾矿库周边3个区域(图1)采集窿缘桉(Eucalyptus exserta)、细基丸(Polyalthia cerasoides)、仙人掌(Opuntia stricta)、潺槁木姜子(Litsea glutinosa)、心叶黄花稔(Corchorus aestuans)、山香(Hyptis suaveolens)、破布叶(Microcos paniculata)、细叶桉(Eucalyptus tereticornis)、赤才(Erioglossum rubiginosum)、酒饼簕(Atalantia buxifolia)、飞机草(Chromolaena odorata)、木麻黄(Casuarina equisetifolia)、斑茅(Saccharum arundinaceum)等 11科13 种植物和相应区域的土壤(0~20 cm)进行重金属含量的测定。根据植物高度生长状况,每种植物随机采集3株,在相应植株所在区域随机采集土壤样品,采样深度为0~20 cm,每个采样点采集1 kg土壤,所有样品用聚乙烯塑料袋封装后运回实验室。

      图  1  海南昌化铅锌矿区采样点

      Figure 1.  Sampling sites around the Changhua lead-zinc mine in Hainan

    • 土壤样品:将采回的土壤样品置于室内自然风干,之后剔除样品中残根、石块等杂物。风干后样品先用细木棒碾碎,再置于研钵内研磨,过 0.15 mm尼龙筛网后,按4分法弃去多余的部分,保留 100 g装入自封袋密封保存。依据《土壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度法》(GB/T 17141—1997)和《土壤和沉积物铜、锌、铅、镍、铬的测定火焰原子吸收分光光度法》(HJ 491—2019)分别测定土壤中镉(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)、铜(Cu) 4种重金属元素质量分数(mg·kg−1[9]。Cd、Pb、Cu、Zn的检出限分别为0.01、10、1、1 mg·kg−1

      植物样品:用自来水冲洗掉植物地上部分表面的灰尘、泥土等,再用蒸馏水冲洗 3 次,最后用去离子水冲洗 3 次,放入纸质信封,置于烘箱中 105 ℃杀青 30 min 后,于鼓风箱中 60 ℃ 烘至恒重。样品用粉碎机粉碎后,0.15 mm尼龙筛,装入自封袋密封保存。依据《食品安全国家标 准食品中多元素的测定》(GB 5009.268—2016),使用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)(7800 ICP-MS) YQ-250-02测定各种样品中镉(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)、铜(Cu) 4种重金属元素质量分数(mg·kg−1)。Cd、Pb、Cu、Zn的检出限分别为0.002、0.02、0.05、0.5 mg·kg−1

    • 土壤重金属污染评价采用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法。其中,单因子污染指数法的计算公式为:

      $${I_i} = {{\rm{C}}_{\rm{i}}}/{S_i},$$

      式中:Ii表示第 i 种污染物单项指数; Ci表示第 i 种污染物的测定含量; Si表示第 i 种污染物的土壤环境质量标准值。

      内梅罗综合污染指数计算公式为:

      $${P_N} = \sqrt {\frac{{P_{i(ave)}^2 + P_{i(\max )}^2}}{2}}, $$

      式中:PN表示污染物综合污染指数; P i(ave)表示第 i 种污染物污染分指数平均值;P i(max)表示第 i 种污染物污染分指数最大值。

      试验使用Microsoft Excel 2016和SPSS 22.0软件进行数据整理和分析,使用Origin 2018 软件作图。

    • 矿区周边土壤pH为5.82,整体呈弱酸性,土壤中重金属Pb含量640.50 mg·kg−1、Cd含量13.53 mg·kg−1、Cu含量94.47 mg·kg−1、Zn含量448.54 mg·kg−1。参照《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB15618—2018),对矿区周边土壤污染水平进行评价,通过对矿区周边土壤中重金属元素含量的测定和分析,结合本研究重金属污染的特点,选择单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法对矿区周边重金属污染情况用单项污染指标和综合污染指数法进行评价[10],结果(表1)表明,该矿区周边土壤普遍受到Pb、Cd、Zn和Cu的污染,矿区周边土壤受Pb的轻度污染,单项污染指数为2.56;受到重金属Cd的重度污染,单项污染指数是45.12;Cu是轻微污染,单项污染指数1.89;Zn是轻度污染,其单项污染指数是2.24。矿区周边重金属综合污染指数为19.86,按照土壤综合评价分级标准可知该矿区周边土壤污染等级属于重度污染,污染水平为土壤、植物均受到严重污染。如表2所示,矿区周边土壤污染情况为Cd污染最严重,Pb的污染指数次之,然后是Zn污染,Cu污染最低。矿区周边土壤中Pb含量高于风险管制值(500 mg·kg−1)1.28倍,土壤中Cd含量高于风险管制值(2 mg·kg−1)的6.77倍,土壤中Cu含量高于风险筛选值(50 mg·kg−1)的0.90倍,土壤中Zn含量高于风险筛选值(200 mg·kg−1)的0.24倍,土壤污染风险极高,应当采取严格管控措施。

      表 1  土壤综合污染评价分级标准

      Table 1.  Grading standards for comprehensive soil heavy metal contamination evaluation

      等级划分
      Grading
      PN污染等级
      Contamination
      level
      污染水平
      Contamination
      level
      1≤0.7安全清洁
      20.7<PN≤1.0禁戒线尚清洁
      31.0<PN≤2.0轻污染土壤轻污染,
      植物开始受污染
      42.0<PN≤3.0中污染土壤、植物均
      受中度污染
      5PN>3.0重污染土壤、植物均
      受严重污染

      表 2  矿区周边土壤污染风险管控标准

      Table 2.  Soil heavy metal contamination risk management and control standards around the lead-zinc mine

      Pb/
      (mg·kg−1
      Cd/
      (mg·kg−1
      Cu/
      (mg·kg−1
      Zn/
      (mg·kg−1
      土壤实测值A640.5013.5394.47448.54
      风险筛选值B90.00.350.0200.0
      风险管制值C5002400500
      A/C1.286.770.240.90
    • 本次调查共采集矿区周边常见植物13种,分属12科,12属。其中桃金娘科(占16.67%);菊科、木麻黄科、番荔枝科、禾本科、樟科、唇形科、无患子科、锦葵科、芸香科和仙人掌科各一种,分别占7.69%。海南昌化铅锌矿区自然常见植物种类见表3。由表3可知,乔木7种,占比53.85%,草本4种,占比30.77%,说明在海南昌化铅锌矿区的复杂生存条件下,乔木和草本植物都具有很强的抗性。

      表 3  海南昌化铅锌矿区自然常见植物种类

      Table 3.  Common natural plant species around the Changhua lead-zinc mine in Hainan

      植物名称 Plant科 Family属 Genus生活型 Biotype
      飞机草 Chromolaena odorata 菊科 Compositae 泽兰属 Eupatorium 草本 Herbal
      木麻黄 Casuarina equisetifolia 木麻黄科 Casuarinaceae 木麻黄属 Casuarina 乔木 Arbor
      窿缘桉 Eucalyptus exserta 桃金娘科 Myrtaceae 桉属 Eucalyptus 乔木 Arbor
      细基丸 Polyalthia cerasoides 番荔枝科 Annonaceae 暗罗属 Polyalthia 乔木 Arbor
      斑茅 Saccharum arundinaceum 禾本科 Poaceae(Gramineae) 甘蔗属 Saccharum 草本 Herbal
      仙人掌 Opuntia stricta 仙人掌科 Cactaceae 仙人掌属 Opuntia 灌木 Shrubs
      潺槁木姜子 Litsea glutinosa 樟科 Lauraceae 木姜子属 Litsea 乔木 Arbor
      心叶黄花稔 Corchorus aestuans 锦葵科 Malvaceae 黄花稔属 Sida 草本 Herbal
      山香 Hyptis suaveolens 唇形科 Labiatae 山香属 Hyptis 草本 Herbal
      赤才 Erioglossum rubiginosum 无患子科 Sapindaceae 鳞花木属 Lepisanthes 乔木 Arbor
      酒饼簕 Atalantia buxifolia 芸香科 Rutaceae 芸香属 Ruta 灌木 Shrubs
      破布叶 Microcos paniculata 椴树科 Tiliaceae 破布叶属 Microcos 乔木 Arbor
      细叶桉 Eucalyptus tereticornis 桃金娘科 Myrtaceae 桉属 Eucalyptus 乔木 Arbor
    • 在矿区周边采集的自然生长植物体内重金属Pb含量如图2所示,植物地上部分重金属Pb含量从大到小依次仙人掌9.20 mg·kg−1>山香8.09 mg·kg−1>赤才7.04 mg·kg−1>细基丸6.57 mg·kg−1>酒饼簕6.33 mg·kg−1>潺槁木姜子5.17 mg·kg−1>心叶黄花稔4.93 mg·kg−1>木麻黄3.07 mg·kg−1>细叶桉2.89 mg·kg−1>破布叶2.83 mg·kg−1>窿缘桉2.71 mg·kg−1>斑茅2.09 mg·kg−1>飞机草1.57 mg·kg−1,一般植物体内重金属的正常含量参照GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》[11]为: Pb 0.10~41.70 mg·kg−1,所有植物地上部分重金属Pb含量均在正常范围值内[12-13]

      图  2  13种植物体内Pb的含量与分布

      Figure 2.  The content and distribution of Pb in 13 species of plants

      图3得出,植物地上部分重金属Zn含量从大到小依次是酒饼簕1053.81 mg·kg−1>赤才530.42 mg·kg−1>山香499.00 mg·kg−1>仙人掌383.00 mg·kg−1>细叶桉292.83 mg·kg−1>破布叶269.00 mg·kg−1>心叶黄花稔260.00 mg·kg−1>斑茅176.65 mg·kg−1>细基丸173.53 mg·kg−1>窿缘桉147.82 mg·kg−1>木麻黄78.63 mg·kg−1>潺槁木姜子65.87 mg·kg−1>飞机草45.73 mg·kg−1。非污染区植物中 Zn 含量一般在 20~150 mg·kg−1范围内[14],植物地上部分重金属 Zn 积累量最高的是酒饼簕,其地上部分含量超出普通植物范围最大值7倍。

      图  3  13种植物体内Zn的含量与分布

      Figure 3.  The content and distribution of Zn in 13 species of plants

      Cd是矿区重金属污染治理的重点,普通植物中Cd含量范围是 0.05~0.2 mg·kg−1[15]。从图4得出,植物地上部分重金属Cd含量从大到小依次是心叶黄花稔10.02 mg·kg−1>酒饼簕7.32 mg·kg−1>破布叶7.19 mg·kg−1>赤才6.08 mg·kg−1>仙人掌5.27 mg·kg−1>山香2.49 mg·kg−1>细叶桉2.14 mg·kg−1>窿缘桉1.48 mg·kg−1>木麻黄0.67 mg·kg−1>潺槁木姜子0.63 mg·kg−1>飞机草0.57 mg·kg−1>斑茅0.29 mg·kg−1>细基丸0.21 mg·kg−1,所有植物地上部分重金属Cd含量均超出正常范围,心叶黄花稔地上部分重金属Cd含量超出普通植物范围最大值50倍。Cu在植物体内的含量一般为 5~30 mg·kg−1[16],从图5得出,植物地上部分重金属Cu的含量依次是山香33.10 mg·kg−1>破布叶23.71 mg·kg−1>心叶黄花稔20.22 mg·kg−1>细基丸17.05 mg·kg−1>酒饼簕16.52 mg·kg−1>窿缘桉12.54 mg·kg−1>飞机草8.22 mg·kg−1>赤才8.00 mg·kg−1>木麻黄7.23 mg·kg−1>细叶桉6.80 mg·kg−1>潺槁木姜子5.99 mg·kg−1>仙人掌4.58 mg·kg−1>斑茅4.00 mg·kg−1,植物体内Cu的含量均在正常范围内,没有超标。

      图  4  13种植物体内Cd的含量与分布

      Figure 4.  The content and distribution of Cd in 13 species of plants

      图  5  13种植物体内Cu的含量与分布

      Figure 5.  The content and distribution of Cu in 13 species of plants

      为探究矿区周边不同自然植物地上部分不同重金属间的相关性的内在联系,利用SPSS软件进行相关性检验得到,如表4 所示,不同植物与Cd含量、不同植物与Cu含量、不同植物与Zn含量、Pb含量与Cd含量、Pb含量与Zn含量、Cd含量与Cu含量、Cd含量与Zn含量呈显著正相关(P<0.05)。

      表 4  矿区周边植物中不同重金属间的相关性分析

      Table 4.  Correlation analysis of different heavy metals in the plants around the lead-zinc mine

      指标
      Index
      不同植物
      Different plants
      Pb全量
      Pb Full amount
      Cd全量
      Cd Full amount
      Cu全量
      Cu Full amount
      Zn全量
      Zn Full amount
      不同植物 Pearson 相关性 1 0.262 0.590** 0.333* 0.583**
      显著性(双侧) - 0.107 0.000 0.038 0.000
      Pb全量 Pearson 相关性 1 0.333* 0.269 0.5078*
      显著性(双侧) - 0.038 0.097 0.001
      Cd全量 Pearson 相关性 1 0.363* 0.558**
      显著性(双侧) - 0.023 0.000
      Cu全量 Pearson 相关性 1 0.302
      显著性(双侧) - 0.061
      Zn全量 Pearson 相关性 1
      显著性(双侧) -
        注:* 差异显著P < 0.05,* *差异极显著P < 0.01。
        Note: *Significant difference at P < 0.05; ** Highly significant difference at P < 0.01.
    • 富集系数是指植物地上部分从土壤中富集重金属的系数,当植物地上部分的富集系数大于1时,说明植物地上部分重金属含量大于土壤中相应有效态重金属含量,且富集系数越大,表明植物修复、提取土壤中重金属的能力越强[17]。从表5 可知,13 种植物对重金属Cd富集系数均小于1,Cd富集能力表现为心叶黄花稔>酒饼簕>破布叶>赤才;13 种植物对重金属Pb富集系数均小于1,Pb富集能力表现为仙人掌>山香>赤才>细基丸>酒饼簕;Zn富集能力表现为酒饼簕>赤才>山香>仙人掌>细叶桉>破布叶,其中酒饼簕、赤才、山香对重金属Zn富集系数大于1;13 种植物对重金属Cu富集系数均小于1,Cu富集能力表现为山香>破布叶>心叶黄花稔>细基丸>酒饼簕>窿缘桉。由此可知,酒饼簕、赤才对重金属Cd、Pb、Zn有较好的富集能力,破布叶对重金属Cd、Zn、Cu有富集能力,山香对重金属Pb、Zn、Cu有富集能力。

      表 5  昌化铅锌矿区植物对Pb、Cd、Cu、Zn重金属富集系数

      Table 5.  The enrichment coefficients of Pb, Cd, Cu, and Zn in the plants around the Changhua lead-zinc mine

      植物名称 PlantCdPbZnCu
      飞机草 0.001±0.000 0.120±0.024 0.107±0.030 0.090±0.202
      木麻黄 0.001±0.000 0.236±0.061 0.183±0.050 0.079±0.017
      窿缘桉 0.002±0.001 0.206±0.038 0.345±0.096 0.138±0.034
      细基丸 0±0 0.501±0.100 0.405±0.122 0.186±0.039
      斑茅 0±0 0.161±0.043 0.413±0.177 0.044±0.101
      仙人掌 0.010±0.002 0.705±0.164 0.898±0.260 0.050±0.011
      潺槁木姜子 0.001±0.000 0.402±0.130 0.154±0.044 0.066±0.015
      心叶黄花稔 0.019±0.003 0.378±0.088 0.608±0.174 0.221±0.048
      山香 0.005±0.001 0.619±0.147 1.162±0.298 0.362±0.081
      赤才 0.012±0.002 0.539±0.128 1.238±0.342 0.087±0.019
      酒饼簕 0.016±0.004 0.486±0.121 2.679±0.756 0.181±0.044
      破布叶 0.014±0.003 0.220±0.074 0.631±0.184 0.260±0.063
      细叶桉 0.004±0.001 0.222±0.053 0.685±0.198 0.074±0.017
    • 在本次研究中可知该矿区周边土壤污染等级属于重度污染,污染水平为土壤、植物均受到严重污染。在4种重金属中Cd污染最严重,Pb的污染指数次之,然后是Zn污染,Cu污染最低,这同江倩倩等研究一致[6]。徐伟健对湖南湘西李梅铅锌矿区的矿业废弃地的污染状况及植被组成进行调查,发现由于大量尾矿砂的堆砌及矿毒水污染,矿区土壤极度贫瘠,且Cd、Pb、Zn 3 种重金属元素总量超过国家土壤环境质量标准,严重影响植物在其上的定居和生长[18]。说明铅锌矿区污染主要残留的重金属元素为Cd、Pb、Zn,且污染修复已经是亟需解决的问题,不仅影响人体健康还会影响植物的生长。

      植被的重建被公认是固定矿业废弃物,减少污染物对周边环境的污染及美化环境的最好方法[19],考虑到引种可能会带来的生态问题,且当地自然生长的植物能适应当地的气候条件,因此,筛选出适合当地的重金属耐性植物十分必要,对矿山绿植恢复尤为重要[20]。张龙等对云南兰坪铅锌矿区优势植物进行研究,发现 13 种植物对矿区重金属污染有着较好的耐性,可以用作矿区植被修复[21]。陈昌东通过测定河南省平顶山市某煤矿废弃地8种优势植物对重金属的富集,发现平顶山矿区矸石山周边优势植物苍耳(Xanthium strumarium)、猪毛蒿(Artemisia scoparia)、蒙古蒿(Artemisia mongolica)和狗尾草(Setaria faberi)具有较强的富集重金属的能力,可作为治理该地区环境污染的目标植物[22]。当植物地上部分重金属含量达到或超过临界值一半及以上,就被认定为具备良好修复潜力的植物。在海南昌化铅锌矿区周边生长的自然植物,心叶黄花稔表现出对重金属Cd的富集潜力,仙人掌表现出对重金属Pb富集的潜力,酒饼簕对重金属Zn表现出富集的潜力,所有植物地上部分对重金属Cu的富集均在植物正常含量范围内,不同植物对重金属Pb、Cd、Zn的富集呈正相关。所以心叶黄花稔、仙人掌、酒饼簕都可以作为铅锌矿区污染修复和植被恢复的目标植物。

      本研究结果表明:海南昌化铅锌矿区周边土壤污染等级属于重度污染,污染水平为土壤、植物均受到严重污染。在4种重金属中Cd污染最严重,Pb的污染指数次之,然后是Zn污染,Cu污染最低,昌化铅锌矿区周边环境污染问题亟需解决。在海南昌化铅锌矿区周边生长的植物中,心叶黄花稔地上部分重金属Cd含量为10.02 mg·kg−1,超出普通植物范围最大值50倍,对重金属Cd表现出富集潜力;酒饼簕地上部分重金属 Zn含量达1053.81 mg·kg−1,超出普通植物范围最大值7.03倍,对重金属Zn表现出富集的潜力。本研究结果对海南昌化铅锌矿区废弃地土壤重金属污染的治理具有参考意义。

参考文献 (22)

目录

    /

    返回文章
    返回