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南丹部分尾矿区土壤及优势植物 重金属含量研究 摘要 目前，土壤受重金属污染程度越来越严重，土壤重金属污染治理研究 已经成为当前国内外的热点科学问题和前沿科研领域。近年来出现的植物 修复技术由于成本低、效果好、不破坏环境等优点，正成为农业和环境科 学领域研究和开发的热点，而植物修复的关键是找到重金属超富集植物。 本课题对广西南丹部分尾矿区的土壤及优势植物进行调查研究，分析土壤 及部分优势植物的重金属含量，从中筛选出胜红蓟、醉鱼草和野苎麻这三 种植物进行盆栽试验，进一步验证它们在植物修复实践中的应用前景。具 体研究结果如下： ( 1 ) 各尾矿区土壤以酸性为主，土壤多属于复合型污染，尤其是c d z n p b 复合型污染。在所有被调查的尾矿区土壤样点都有不同程度的镉污染， 尾矿区土壤以c d z n p b 复合污染型为主。各样点具体污染类型是1 、4 和9 号样点为c d 污染型；3 号样点为c d l n 复合污染型；2 、7 、8 和13 号样点为c d z n p b 复合污染型；5 、1 0 和11 号样点为c d z n p b 刈i 复合型污染；12 号样点为c u q d z n p b 复合型污染。由此可见12 个尾 矿区都有c d 污染；9 个尾矿区有z n 污染；8 个尾矿区有p b 污染；3 个尾矿 区有ni 污染；1 个尾矿区有c u 污染。其中5 号尾矿区样点的c d 、z n 和ni 污染最严重。 ( 2 ) 在所有被调查的样点上，共采集2 1 个科的3 3 种优势植物，其中以 菊科( c o m p o s o t a e ) 的优势植物最多，达6 种，其次是茄科( s o a n a c e a e ) ， 有3 种，荨麻科( u r ti c a c e a e ) ，蓼科( p o y g o n a c e a 曲，豆科( f a b a c e a e ) ， 禾本科( o r a m i n e a e ) 和杜鹃科( e r i c a c e a 曲各2 种，其余1 4 科各有1 种。野 外调查显示：植物地上部z n 和p b 含量最高的是苎麻( 2 9 7 4 2 5 m g k g 和 5 8 3 8 5m g k g ) ，ni 含量最高的是何首乌( 15 7 9 3 m g k g ) ，c d 含量最高的是 胜红蓟( 1 3 1 5 0 m g k g ) ，c u 含量最高的是商陆( 6 1 2 4 m g k g ) 。表明胜红蓟 对c d 表现较强的富集能力，具有植物修复前景的植物还有醉鱼草，商陆和 土荆芥。 ( 3 ) 胜红蓟对c d 有较强的富集能力。野外调查显示：胜红蓟叶部c d 的 含量最高可大13 1 5 0 m g k g ；在盆栽条件下其地上部c d 含量也达到 8 3 8 2 m g k g ，表现出对c d 的累积特性。有关胜红蓟吸收累积c d 的内在机 制还需要进一步研究。 ( 4 ) 醉鱼草对p b 有较大的富集能力。野外调查发现，在重金属p b 污染非 常严重的5 号样点，醉鱼草长势良好，而且形成优势植物，说明其耐胁迫能 力很强。调查同时发现醉鱼草地上部p b 含量达3 4 8 2 5 m g k g ，盆栽实验其地 上部p b 含量最高达2 8 9 9 4m g k g 。无论是野外调查还是盆栽试验均表明醉 鱼草是一种耐p b 胁迫并具有p b 富集能力的植物。 ( 5 ) 盆栽试验表明：在土壤2 条件下野苎麻对z n 幂g p b 有较强的吸收值。 关键词：重金属植物修复超富集植物 h e a v ym e t a lc o n c e n t r a t i o n so fs o i l s a n dd o m i n a n tp l a n t sa ts o m em i n et a i l i n g s a r e ao fn a n d a n a b s t r a c t a tp r e s e n t ，h e a v ym e t a lp o l l u t i o ni sm o r ea n dm o r es e r i o u s p h y t o r e m e d i a t i o nm a y o f f e ran e ws o l u t i o no ft h i sp r o b l e m f i n d i n go u tas e r i e so fi d e a lh y p e r a c c u m u l a t o r si s t h em a i ng r o u n d w o r ko fp h y t o r e m e d i a t i o n t h es o i l sa n dd o m i n a n tp l a n t sw e r e i n v e s t i g a t e da ts o m em i n et a i l i n ga r e ao fn a n d a nc o u n t yi ng u a n g x ip r o v i n c e t h e h e a v ym e t a lc o n c e n t r a t i o n so fd o m i n a n ts p e c i e sa n da s s o c i a t e ds o i l sw e r ea n a l y z e d a n d t h e na g e r a t u mc o n y z o i d e s ，b u d d l e j al i n d l e y a n aa n db o e h m e r i af r u t e s c e n s v a rv i r i d u l a w e r ei d e n t i f i e db ys o i lp o te x p e r i m e n t t h em a j o rr e s u l t sw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： ( 1 ) t h es o i l sw e r ei n v e s t i g a t e da ts o m em i n et a i l i n ga r e ao fn a n d a nc o u n t yi n g u a n g x ip r o v i n c e , t h er e s u l t ss h o w e dt h a ta c i ds o i ld o m i n a t e dm i n et a i l i n ga r e a a n d t h es o i l s m a i n l yb e l o n gt oc o m b i n e dp o l l u t i o n ，e s p e c i a l l yc d - z n - 一p bc o m b i n e d p o l l u t i o n c o n c r e t e l y ，1 吼、4 伯a n d9 曲s a m p l ep o i n t i sc dp o l l u t i o n ；3 r ds a m p l e p o i n t i s c d z nc o m b i n e dp o l l u t i o n ；2 加、7 恤、8 “a n d1 3 t hs a m p l ep o i n ti sc d _ z n - p b c o m b i n e dp o l l u t i o n ：5 恤、1 0 恤a n d1 1 恤s a m p l ep o i n ti sc d z n p b n ic o m b i n e d p o l l u t i o n ；1 2 恤s a m p l ep o i n ti sc u c d - z n p bc o m b i n e dp o l l u t i o n t h e5 t hs a m p l e p o i n tp o l l u t i o nb yc d 、z na n dn iw a st h em o s ts e r i o u s ( 2 ) t h e r ew e r e3 3s p e c i e so fd o m i n a n tp l a n t sb e l o n g i n gt o2 1f a m i l i e sw e r e i n v e s t i g a t e d a m o n gt h e m ，c o m p o s i t a ew a st h ef a m i l yw i t hm o s ts p e c i e s ，i t s6 ；a n d s o l a n a c e a eh a d3 ；u r t i c a c e a e ，p o l y g o n a c e a e ，f a b a c e a e ，c r a m i n e a ea n de r i c a c e a e f v h a d2r e s p e c t i v e l ya n dt h eo t h e r sh a do n l y1 t h e i n v e s t i g a t i o ns h o w e dt h a tt h ep l a n t o ft h eh i g h e s tz na n dp bi ns h o o t si sb o e h e m e r i an i v e a ( 2 9 7 4 2 5 m g k g 、5 8 3 8 5m g k g ) ，t h e p l a n to ft h eh i g h e s tc o n c e n t r a t i o n o fn ii ns h o o t sw a sp o l y g o n u mm u l t i f l o r m ( 1 5 7 9 3 m g k g ) ，t h ep l a n to ft h eh i g h e s tc o n c e n t r a t i o no fc di ns h o o t sw a sa g e r a t u m c o n y z o i d e s ( 1 3 1 5 0 m g k g ) ，t h ep l a n to ft h eh i g h e s tc o n c e n t r a t i o no fc ui sp h y t o l a c c a a c i n o s a ( 6 1 2 4 m g k g ) 。a n da l s os h o w e dt h a ta g e r a t u mc o n y z o i d e s ，p h y t o l a c c aa c i n o s a ， c h e n o p o d i u ma m b r o s i o i d e s ，a n db u d d l e j al i n d l e y a n af o r t , c o u l db e u s e f u li n p h y t o r e m e d i a t i o n ( 3 ) a g e r a t u mc o n y z o i d e sh a ds t r o n ga c c u m u l a t i o nc a p a b i l i t y o fc d t h ef i e l d i n v e s t i g a t i o ns h o w e dt h a tt h ec o n c e n t r a t i o no fc di nl e a fo fa g e r a t u mc o n y z o i d e sw a s 1 3 1 5 0 m g k g s o i lp o te x p e r i m e n ts h o w e dt h a ta g e r a t u mc o n y z o i d e s s h o o th a dh i g h c o n c e n t r a t i o nc d ( 8 3 8 2 m g k g ) g r o w i n gi nt h es o i l2 ( 4 ) b u d d l e j al i n d l e y a n af o r th a ds t r o n ga c c u m u l a t i o nc a p a b i l i t yo fp b ，e s p e c i a l l y g r o wi nt h es o i l2 t h er e s u l ta g r e e dw i t ht h ei n v e s t i g a t i n gc o n c l u s i o n ( 5 ) b o e h m e r i af r u t e s c e n s v a rv i r i d u l ah a ds t r o n ga c c u m u l a t i o nc a p a b i l i t yo fp ba n d z n w h e ng r o w i n gi nt h es o i l2 k e y w o r d s ：h e a v ym e t a l ；p h y t o r e m e d i a t i o n ；h y p e r a e c u m u l a t o r 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和 相关知识产权属广西大学所有，本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本 论文的研究内容。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究成果，也 不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个 人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名：是朋乏 矽7 年石月肜日 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 口即时发布囱解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名猢父 导师签名f 炒7 年l f f 月廖同 广西大掌硕士研究生掌位论文南丹音芦分足矿区土壤及优势植物。壁金属含量研究 静古 刖舌 “民以食为天，食以土为本 ，土壤是人类赖以生存与发展的宝贵资源。然而，随 着经济发展及人口的增加，工业“三废和生活污水的排放与同俱增以及军事用途等种 种原因，土壤重金属污染日益严重。重金属污染的土壤不仅对作物的生长发育及产量、 品质有影响，而且会通过食物链对人体健康造成危害。掘统计，我国约有3 万多h m 2 土地 受汞的污染，有1 万多1 1 i n 2 土地受镉的污染，每年仅生产“镉米 就达5 万t 以上，而每年 因污染而损失的粮食约1 2 0 0 万t ，严重影响了我国的粮食生产和食品安全【l 】，这对于已经 进入w t o 的我国的社会经济发展和对外贸易都是一个重大的障碍。因此，土壤重金属污 染的治理对于我国的农业可持续发展和环境质量的改善十分重要，同时，整顿受到重金 属污染的土地在经济和健康上都绝对必要。由于重金属污染物在土壤中难迁移，又不能 被微生物降解，价态变化复杂，使得其治理非常困难【2 1 。土壤重金属污染治理研究已经 成为当前国内外的热点科学问题和前沿科研领域。近年来出现的植物修复技术由于成本 低、效果好、不破坏环境等优点，正成为农业和环境科学领域研究和开发的热点【3 l 【4 1 。 土壤重金属污染的植物修复，其关键是要找到对重金属具有超富集能力的植物。 一、植物吸收重金属的情况 表1 是植物中部分重金属的最低值和最高值，后者代表在重金属含量超常的环境中 耐性植物的金属含量。除了重金属耐性植物外，天然的重金属污染环境中还存在一些非 常特殊的植物，它们对污染环境中某些重金属具有超常的富集能力，这就是超富集植物。 重金属超富集植物这一概念最初由b a k e r 和b r o o k s 提出的，当时用以定义地上部富集n i 超过1 0 0 0 m g l ( g 的植物【6 1 。现一般认为超富集植物应同时满足以下三个标准【7 。1 1 l ：( 1 ) 植物 地上部或叶部富集的某种元素含量达到生长在同一介质非超富集植物地上部含量的1 0 0 倍以上，其临界含量标准( 以干重计) 是c d 量达到1 0 0 m g k g ，含c o ，c u ，n i ，p b 达到 1 0 0 0 m g k g ，m n ，z n 达到1 0 0 0 0 m g k g ：( 2 ) s r i ( s 和r 相应代表植物地上部分与地下部 分的重金属含量) ，即植物应有较强的转运能力，而许多非超富集植物的s r 弋 l ，且地上部c d 含量大于根部c d 含量。魏树 和等研究发现【2 9 】狼把草、龙葵地上部c d 和z n 的富集系数均大于l ，且地上部c d 和z n 的 含量大于根部c d $ 1 ：l z n 的含量。经过进一步研究，魏树和等【3 0 1 还首次发现了龙葵是c d 超 富集植物。 砷超富集植物蜈蚣草的发现标志着植物修复在我国进入了一个新阶段。陈同斌等【3 1 】 发现砷超富集植物蜈蚣草，野外调查其羽片的含砷量超过1 0 0 0 m g k g ，在室内栽培 其羽片内的砷的含量可以达至l j 5 0 7 0 m g k g ，且可在含砷量高达2 3 4 0 0 m g k g 的含砷矿碴中 正常生长。韦朝阳等【3 2 】在湖南一些高砷区发现与蜈蚣草同属、生境相同的另一种风尾蕨 植物大叶井口边草对砷也具有明显的富集功能，其地上部平均含砷量可达 4 1 8 m g k g ( 干重) ，最大含砷量可达6 9 4 m g k g ，且大叶井1 2 1 边草明显符合超富集植物的特 征。 3 g - 西大掌硕士研究生掌位论文南丹部分尾矿区土壤及优势植物 金属含量研究 二、植物超常吸收重金属的相关机理 ( 一) 、植物对重金属的吸收转移 超富集植物根系能分泌特殊有机物，或其根毛直接从土壤颗粒上交换吸附重金属， 促进土壤重金属元素的溶解和吸收。吸附在根表或根毛皮层上的重金属离子可通过质外 体或共质体途径进入根细胞，大部分金属离子通过专一或通用的离子载体或通道蛋白进 入根细胞，该过程为一个消耗能量的主动过程，非必需的重金属可与必需金属竞争膜转 运蛋白，以离子形式或金属螯合态进入根细胞。l a s a t 等p 3 】发现，在超积累植物遏蓝菜 ( t c a e r u l e s c e n s ) 和非超积累植物败酱草( t a r v e n s e ) 两种植物中，z n 跨质膜运输受运输蛋 白的调控，两种植物的运输蛋白对z n 具有相同的亲和力；但遏蓝菜的单位鲜重根细胞 膜上具有更多的运输蛋白，从而其根系从土壤溶液中吸收z n 的能力更强。p i n e r o s 等【3 4 1 采用选择性微电极研究c d 在遏蓝菜和败酱草根中的迁移，发现对c d 吸收量的差异需 要较长时间才能表现出来，他们认为根细胞膜上可能存在某种c d 诱导的运输蛋白。此 外，超富集植物对重金属的吸收具有很强的选择性【3 5 1 ，解释这种选择性积累的可能机制 是：在金属跨根细胞膜进入根细胞共质体或木质部薄壁细胞的质膜装载进入木质部导管 时由专一性运输蛋白或通道蛋白调控。重金属一旦进入根细胞，可贮藏在根部或运输到 地上部，但由于内皮层上有凯氏带，离子只有转入共质体后才能进入木质部导管，进入 根细胞质后，游离离子过多，对细胞产生毒害，因而重金属可能与细胞质中的有机酸、 氨基酸、多肽和无机盐结合，通过液泡膜上的运输体或通道蛋白运入液泡中。植物从根 际吸收重金属并将其转移和积累到地上部，这个过程包括许多环节和调控位点：1 ) 跨根 细胞质膜运输；2 ) 根皮层细胞中横向运输；3 ) 从根系的中柱薄壁细胞装载到木质部导管： 4 ) 木质部中长距离运输；5 ) 从木质部卸载到叶细胞；6 ) 跨叶细胞膜运输。 ( 二) 、重金属在植物体内的分布和贮存 大多数重金属离子带有较高的正电性，易与植物组织中带负电的大分子化合物结 合。一般条件下，大多数植物吸收的重金属主要积累在根系而在地上部的含量较低。在 植物根系中，重金属主要分布在质外体，或形成磷酸盐、碳酸盐沉淀，或与细胞壁结合。 在植物地上部，各组织中的重金属含量一般比较低。但在一些植物中，如在称之为重金 属超量积累植物中，其地上部重金属含量是普通植物的1 0 0 倍甚至1 0 0 0 倍以上【3 6 】。从现 有的实验结果来看，植物积累重金属的可能机理是： 4 广西大掌硕士研究生掌位论文 南丹舌芦分尾矿区- - l 壤及优势植物e 金属含量研究 ( 1 ) 区域化分布在一些超量积累植物叶片中，叶片表皮组织细胞含有高水平的n i 、 z n 和c d 37 1 。在细胞水平上，许多证据显示液泡可能是重金属离子贮存的主要场所。 t c a e r u l e s c e n s 表皮细胞中z n 相对含量与细胞长度呈线性正相关，显示表皮细胞的液泡化 促进t z n 的积累 3 s 】。其地上部含2 z n 时，叶片表皮组织液泡汁液中的z n 浓度平均可达 3 8 5 m m o l l ，是叶肉细胞汁液中z n 浓度的5 到6 5 倍。l a s a t 等【3 3 j 认为t c a e r u l e s c e n s 能使z n 有效地分布在液泡中，从而使液泡成为z n 向地上部运输的贮存库。 ( 2 ) 有机化合物的螯合作用有机化合物在植物耐重金属毒害中具有重要作用。这 些有机化合物包括有机酸、氨基酸、肌醇六磷酸盐、多肽和蛋白质等。有机酸包括柠檬 酸、苹果酸和草酸等。s a l t 等发现，t c a e r u l e s c e n s 根系细胞z n 主要与组氨酸结合；在 地上部，z n 则主要与有机酸结合。组氨酸与植物n i 的积累有关【3 9 】。3 0 0 1 x m o l l n i 处理 增加超量积累植物a 1 e s b i a c u 木质部汁液的游离氨基酸含量，这几乎完全是组氨酸急剧 增加所致。外界供应组氨酸可以提高非超量积累植物a m o n t a n u m 耐n i 毒的能力。金属 结合蛋白有很高的结合重金属的能力。 三、植物修复的优缺点以及发展趋势 ( 一) 、植物修复的优点 重金属污染土壤的修复方法大体上可分为异位修复和原位修复。植物修复属于原位 修复的范畴，因此具有原位修复的许多优点。具体表现在以下几个方面1 9 , 4 0 - 4 2 1 ： ( 1 ) 植物修复成本低，可以在大面积污染土壤上使用： ( 2 ) 利用植物的提取、挥发作用可以永久地解决土壤污染问题； ( 3 ) 植物稳定技术能使地表长期稳定，有利于污染物的固定、生态环境的改善和野生 生物的繁衍，而且维持系统运行的成本低； ( 4 ) 植物修复重金属污染的过程也是土壤有机质含量和土壤肥力增加的过程，一般适 于农作物，符合可持续发展战略； ( 5 ) 从技术应用过程来看，植物修复是可靠的、环境相对安全的技术： ( 6 ) 植物修复的过程也是绿化环境的过程，易为社会接受； ( 7 ) 重金属超积累植物所积累的重金属在技术成熟时可进行回收，从而也能创造一些 经济效益； ( 8 ) 可以尽可能少得减少由于土壤清洁造成的场地破坏，对环境扰动少，减少来自 广西大掌硕士研究生掌位论文南丹音b 分足矿区土壤及优势植物 金属含量研究 公众的关注和担心； ( 9 ) 植物既可以从污染严重的土壤中萃取重金属也可以从轻度污染的土壤中吸取重 金属。这种特性对于修复因施用工业污泥而导致表层( 耕作层) 重金属轻度污染的农田来 说，效果更为理想。此外，植物吸收具有选择性，它能够直接针对目标污染物进行吸收。 ( 二) 、植物修复的缺点 事物总是一分为二的，植物修复技术也不例外，它也有自己的缺陷，主要表现在 1 9 ，4 0 , 4 1 , 4 2 ： ( 1 ) 植物生长缓慢，场地治理的时问较长： ( 2 ) 吸收污染物的植物器官需要进一步处理； ( 3 ) 植物的发育、生长受地理气候等因素控制，人们无法找到适应各种生境生长的 植物； ( 4 ) 绝大多数超积累植物只能积累一种，最多两种重金属，对于受到两种以上元素 污染的土壤来说，它们显得无能为力； ( 5 ) 成功修复污染土壤需要很多环境因子的配合，包括水分供给、土壤肥力、品种 选育与搭配等因素的最佳配合。 ( 三) 、植物修复的发展趋势【4 3 , 4 4 1 利用超积累植物净化土壤重金属污染尚有许多问题有待研究解决，该技术的发展趋 势大致有以下几方面： ( 1 ) 继续寻找、筛选出理想的超积累植物。我国有广袤的国土面积和丰富的物种资源， 是寻找超积累植物较理想的地区。在调查、收集到相当数量的超积累植物资源的基础上， 筛选出富集能力强、生长快，易于繁殖和培养的可用于植物修复的理想的植物，这是植物 修复技术走向产业化的前提条件； ( 2 ) 深入研究超积累植物对重金属富集的机理。目前，超积累植物对重金属的吸收、 转运和积累的机制仍然不清楚，研究超积累的机理，揭示出植物富集重金属的生理生态 过程，有利于提高植物对重金属的富集能力和筛选出低选择性的超积累植物； ( 3 ) 通过基因工程发展植物修复技术。应用基因技术培育出高产、高效和可富集多种 重金属的转基因植物，可以克服天然超积累植物生长慢、生物量低和适应环境能力差等 不足，是植物修复技术的一个很有价值的研究方向： ( 4 ) 通过物理、化学和生物方法强化植物修复技术。电流能有效地提高重金属在土 壤中的移动性，促进植物对重金属的吸附和吸收。许多真菌对重会属有很高的耐性和积 6 广西大学硕士研究生学位论文龠丹部分月0 矿区土壤及优势植物 金属含量研究 累性，真菌的活动能降低重金属对植物的毒性，提供对植物根系的保护，有利于修复植 物的生长。将适合某种污染的真菌接种在超累积植物的根部，有可能促进植物修复。化 学添加剂能改变土壤中重金属的形态，提高重金属的生物可利用性。寻找能够提高植物 蓄积量、对植物生长无害、对环境安全可靠的化学添加剂是今后化学诱导植物修复技术 的主要研究方向； ( 5 ) 深入研究植物体内低含量重金属元素的回收工艺，在低回收成本条件下，使修 复植物的生物量得到妥善处理，降低环境风险； ( 6 ) 建立更多的植物修复技术示范基地，获得经验后加以推广： ( 7 ) 植物系统发育特征与植物蓄积重金属的关系研究； ( 8 ) 植物对环境的适应方式即生态策略与植物累积重金属的关系研究。 植物修复近期的进展可能来自于可更有效地富集重金属的植物品种的选择、土壤条 件的改善等：但长远看来，植物修复技术的巨大进步将取决于新的可更好地抵抗重金属 或降解有机毒物的基因的鉴定和克隆，并通过转基因技术创造一批新的植物品种，如可 迅速大量富集重金属的高生物量的用作环境净化的植物，以及可排拒重金属吸收的粮 食、蔬菜和水果等作物。利用基因调控表达的方法，科学家们可针对不同用途的植物采 取相应的策略。毋庸置疑，这种通过绿色植物富集环境中的有害物质并经生物转化而解 毒的技术将成为植物生物学研究的新的前沿。 四、本研究的目的和意义 土壤重金属的最理想的治理方法是用植物修复，植物修复的关键是找到重金属的超 积累植物。目前，国外已发现近5 0 0 种金属超积累植物，而在我国发现的超积累植物寥 寥无几【2 0 ，4 5 1 。我们广西植物种类也非常丰富，达到8 3 5 4 种，仅次于云南( 约1 4 0 0 0 ) 和四 川( 约9 2 5 4 种) 居全国第三m j 。南丹地处广西西北部，属南中亚热带山地气候。南丹植 被和矿产资源非常丰富，铅锌矿含量丰富，开采的历史也很悠久。本课题希望通过对广 西南丹部分尾矿区土壤及植物的调查研究，分析尾矿区土壤的重金属( 镉、铅、锌、铜 和镍) 的含量及尾矿区主要优势植物种类和植物重金属含量；寻找到新的重金属的超积 累植物或具有修复前景的植物。这样我们不仅可以为研究植物对重金属的耐性和积累机 理创造新的平台，还可以为植物修复提供新的材料。 7 广西大掌硕士研究生掌位论文南丹部分尾矿区土壤及优势植物 金属含量研究 五、本研究的内容 ( 1 ) 调查部分尾矿区土壤的重金属污染情况，分析土壤样的理化性质及土壤样中的 重金属( 铅、锌、铜、镉和镍) 含量，并分析每个样点的污染类型及特点；采集优势植物 种类，分析各种植物吸收富集重金属的特点，筛选出一些具有修复土壤重金属污染的潜 在植物，并分析它们在植物修复中的潜在价值。 ( 2 ) 选出3 种重金属含量较高的植物，用矿区重金属含量高的土壤进行盐栽试验。 试图进一步验证这3 种植物对重金属的耐性和吸收特性。 g 广西大掌硕士研究生掌位论文南丹部分尾矿区土壤及优势植物重金属含量研究 1 1 调查方法 第一章材料与方法 1 1 1 研究地点 南丹位于广西壮族自治区西北部，地处东经1 0 7 0 l 1 0 7 0 5 5 ，北纬2 4 。4 2 2 5 0 3 7 之问，全县边界接壤5 0 8 公里，总面积3 9 1 6 平方公里。 南丹属南中亚热带山地气候，年均气温为1 6 9 0 c ，平均最高2 1 ，最低4 2 。年 可照时数为4 4 2 2 小时，年平均日照为1 2 2 3 5 小时，占年可照时数2 8 。年均降雨量1 4 7 6 3 毫米，平均无霜期3 5 5 7 天【4 7 1 。县境多吹东南风，春、夏盛行东南风，秋、冬盛行西北 风，平均风速1 5 米秒，年平均静风1 6 7 天左右。南丹地处云贵高原向桂西北丘陵过渡 的斜坡地带，由东北向西南方向倾斜，高山连绵起伏，峰峦叠嶂，海拔在6 0 0 - 9 0 0 米。 南丹植被和矿产资源非常丰富。植被既有大量的中亚热带植物，又有南亚热带植物 分布，还有温带植物共生。自然原生植被以天然常绿阔叶林和散生林为主，共4 0 科5 0 0 种，面积为8 9 2 万亩：自然次生林植被主要是生态常绿阔叶林下或荒坡上的各类蕨类 植物、藤本植物和草本植物共1 9 0 多种，面积1 7 1 3 万亩【4 8 】。据冶金2 1 5 地质队、广西 四- j k 等地质队4 0 多年的矿田勘察表明南丹境内锡储藏量1 3 5 万吨，铅储藏量5 0 4 2 万吨，锌储藏量4 8 4 8 3 万吨，锑储藏量8 0 7 4 万吨，煤储藏量4 1 1 9 4 万吨，石灰石储 藏量2 2 5 9 5 万吨1 4 3 】。全县矿产主要分布于大厂镇龙头山、高峰等地，面积3 6 平方公里： 芒场大山，面积4 8 平方公里。 1 1 2 野外调查与采样 本课题共调查了1 3 个样点，各样点地理位置如图1 1 和图1 2 所示。各样点海拔 在3 3 9 米 - 8 5 4 米之间，海拔最高为2 号样点，达到8 5 4 米，最低为3 3 9 米的8 号样点。 样品采集：应用g p s 定位仪确定样点的经纬度和海拔，各个尾矿区按梅花型采集 土样，重至少1 公斤，采集深度为0 - 2 0 厘米。在采集土壤样品同时，采集几种优势植 物样( 包括不同科属的优势植物) ，一般只采地上部位，植株较小的整株采集，同种植物 采混合样。 9 广西 掌砸士研竞生学位诗立南丹部骨丑矿区土壤丑优昔檀物t 童囊音量研究 图卜1 卜5 号样点的地理位置 f i gl i1 5 l i n gp o i n t sg e o g r a p h i c a l p o s i t i o n 囤i - 2 6 - 13 号样点的地理位王 f i g 卜2 6 - 1 3 s m p l i n gp o i n t 8g e o g r a p h i c a lp o s i t i o n 广西大掌硕士研究生掌位论文南丹鄙分豆矿区土壤及优势植物e 金匾含量研究 1 1 3 植物与土壤样品处理1 4 9 】 1 1 3 1 植物样品处理 ( 1 ) 植物样品预处理 植物样品先用自来水冲洗，再用去离子水浸泡1 分钟，先将鲜样放入9 0 。c 烘箱杀青 3 0 分钟，然后降温至6 0 烘至恒重，用植物粉碎机粉碎，过6 0 目尼龙筛，装入扎口袋放 入干燥器备用。 ( 2 ) 植物中重金属含量测定 采用微波消解原子吸收光度法测定植物的重金属( 铅、锌、镉、铜和镍) 含量。 称取样品0 2 0 0 0 - 0 3 0 0 0 克放入聚四氟乙烯消化罐中，加入5 毫升h n 0 3 ，l 毫升h c l 0 4 ， 盖上盖，将消化罐置于微波炉内转盘上，用9 0 火力消煮3 0 分钟。消煮结束后，取出消 化罐，自然冷却后开罐，将消化液转入到5 0 毫升容量瓶中，用超纯水定容。同时做空白 试验。用火焰原子吸收光谱法测定样品中重金属( 铅、锌、镉、铜和镍) 的含量。 1 1 3 2 土壤样品处理分析 ( 1 ) 土壤样品预处理 将采回来的土样放在塑料布上，摊成薄层，置于室内通风阴干后，拣去动植物残体， 如石子过多，将拣出的石子称重，记下所占的百分数。先过1 8 目尼龙筛，再取2 0 克左右 过1 0 0 目尼龙筛，装入扎口袋放入干燥器备用。 ( 2 ) 土壤样品测定方法 土壤全铅、锌、镉、铜和镍的测定：王水高氯酸消煮原子吸收光谱法 称取通过1 0 0 目尼龙筛的风干土5 0 0 0 9 ，置于1 5 0 m l - - - 角瓶中，用王水+ 高氯酸 ( 2 0 m l + 1 5 m l ) 消煮，定容至1 0 0 m l ，保存，采用火焰原子吸收光谱法测定土壤中全铅、 锌、镉、铜和镍的含量。 中性和石灰性土壤有效铅、锌。镉、铜和镍的测定：d t p a t e a 浸提a a s 法 d t p a 提取剂包括0 0 0 5 md t p a ( 二7 , 基三胺五乙酸) 、0 0 1 mc a c l 2 和0 1 mt e a ( - - 乙醇胺) - - 种成分，溶液p h i 7 3 0 。 称取通过1 8 目尼龙筛的风干土2 5 0 0 9 ，放入1 0 0 m l 塑料广口瓶中，j j i d t p a 提取剂 5 0 0 m l ，2 5 振荡2 h ，过滤。采用火焰原子吸收光谱法测定土壤中有效铅、锌、镉、 铜和镍的含量。 酸性土壤有效铅、锌、镉、铜和镍的测定：0 1 mh c i 浸提a a s 法 称取通过1 8 目尼龙筛的风干土1 0 0 0 9 ，放入1 0 0 m l 塑料广口瓶中，加0 1 mh c l 提取 l l 广西大学硕士研究生学位论文南丹铜5 分足矿区土壤及优势植物 金属含量研究 剂5 0 o r a l ，2 5 振荡1 5 h ，过滤。采用火焰原子吸收光谱法测定土壤中有效铅、锌、 镉、铜和镍的含量。 土壤p h 值测定：电位法 称取通过1 8 目尼龙筛的风干土l o o g 放a 5 0 m l 烧杯中，加入去离子水2 5 m l ，充分搅 拌，静止3 0 m i n ，用校正过的p h 计测定悬浮液的p h 值。 土壤有机质：重铬酸钾容量法夕l 、加热法 称取通过1 0 0 目筛的风干土0 1 0 0 0 - 1 0 0 0 0 9 放入一千的硬质试管中，然后加入 5 m l 0 8 0 0 0 m ( 1 6k 2 c r 2 0 7 ) 溶液，随后加入浓h 2 s 0 45 m l 充分摇匀，管口盖上弯颈小漏 斗，放入1 9 0 c 左右的磷酸浴锅中，让其煮沸5 r n i n ，取出冷却。将试管内容物用去离子 水洗入2 5 0 m l 三角瓶中，加邻啡罗琳2 - 3 滴，然后用0 2 mf e s 0 4 标准溶液滴定。溶液颜 色先由橙黄变蓝绿直至生成砖红色为止。 土壤水分测定 用角勺舀取通过1 8 目的风干土约5 0 0 0 9 均匀平铺在已称重的干燥铝盒中，盖好，称 重。将铝盒盖揭开，放在盒底下，置于烘箱于1 0 5 烘至恒重。取出，盖好，移入干燥 器内冷却2 0 m i n ，立即称重。 1 2 盆栽试验 1 2 1 供试植物 1 2 1 1 植物来源 供试植物有胜红蓟( a g e r a t u mc o n y z o i d e s ) 、醉鱼草( b u d d l e j a l i n d l e y a n a ) 和野苎麻 ( b o e h m e r i a f r u t e s c e n s v a rv i r i d u l a ) ，分别采于2 ，5 ，1 0 号样点。 1 2 1 2 植物特点及习性 胜红蓟( a g e r a t u mc o n y z o i d e s ) 胜红蓟又称藿香蓟、蓝翠球等，为菊科藿香蓟植物。 一年生草本，喜较湿润、温暖及阳光充足的环境，遇酷暑生长会受到抑制。对土壤要求 不严，适应性强。目前在我国，胜红蓟主要生长于西南以及华南的热带和亚热带地区， 是这些地区的重要杂草，在部分旱作地、桑田及橡胶幼木林造成较严重的危害，对秋熟 旱作物亦有较大的影响【5 0 l 。胜红蓟的生态竞争能力强，是常成为优势种群的重要原因之 o 醉鱼草( b u d d l e j al i n d l e y a n a )醉鱼草又名一枝红花，为马钱科醉鱼草属植物，半 常绿灌木。因其花、叶揉碎投入水中，可使鱼类麻醉，故有“醉鱼草之名。醉鱼草较 1 2 厂西大掌硕士研究生学位论文南丹部分思矿区土壤及优势植物重金属含量研究 耐寒，耐阴，耐早，根部萌芽力很强，常生于l lj 坡、溪边的滞从中，对土质要求不严， 喜阳光充足，在肥沃、排水良好处开花最为繁茂我国各地都有分布并以西南分布最多5 。 野苎麻( b o e h m e r i a f r u t e s c e n s v a rv i r i d u l a ) 亚灌木或灌木，产于我国长江流域至南部 各省，多生于沟谷草丛中，喜阴，耐寒，根部萌芽力很强。 1 2 2 试验方法 1 2 2 1 试验用土 用于盆栽的土壤有三类。土壤1 采自广西大学农场( 鲁班路附近处) ，土壤2 和土壤 3 分别采自被调查的5 号样点和7 号样点。各土壤的理化性质及重金属含量见表1 1 、 1 2 和1 3 。 表卜1 土壤的理化性质 t a b l el 一1 p h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so fs o i1 土壤类别p h 值 水分 有机质碱解氮速效磷速效钾 ( )( g k g ) ( m g l ( g )( m g i ( g )( m g k g ) - _ _ _ - _ _ - _ l _ _ _ _ _ _ _ - - _ l _ - _ - l _ _ _ l - _ _ _ l - _ _ i _ _ _ l - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - i - - _ _ _ _ - - _ _ - _ _ _ _ _ _ - l _ _ - - - _ _ l _ _ l _ - _ 一l - - l - _ _ _ _ l _ _ 一 土壤1 7 7 4 2 1 72 6 4 69 3 1 士1 4 74 9 2 2 8 0 8 1 0 3 8 + 0 土壤26 4 02 0 52 7 63 4 6 3 士o151 7 6 士o5 6 81 + 3 7 4 土壤3 6 6 31 1 03 1 2 31 2 3 3 士o 9 4 8 2 士4 3 14 4 3 + 1 8 7 _ - - _ l _ _ _ _ l _ _ - _ _ _ _ _ _ l _ l - _ _ _ _ _ - _ - l _ l _ - _ _ l l _ _ _ _ _ l _ _ _ _ l - l _ _ - l l _ - - _ _ _ _ l _ _ l _ _ _ l l i - _ _ _ - _ _ _ l - 表卜2 土壤中重金属全量含量( m k g ) t a b l e 卜2t h ec o n t e n to ft o t a lc d ，z na n dp b i n s o il ( m g k g ) i _ _ _ _ _ - i i _ - _ _ _ _ l l i _ l _ i l - l _ _ - - - ii l - _ _ - l _ l l l l _ _ l _ _ _ _ - _ _ - - _ i i _ l _ _ i 土壤全c d全z n 全p b 类别 土壤1i 4 8 士o 0 8 12 7 8 + 9 0 8 5 0 8 4 = t ：3 8 5 土壤2 2 9 6 7 士2 9 72 7 9 0 0 士1 0 0 9 1 0 1 9 士4 8 1 7 土壤3 1 3 3 7 士0 0 3 7 9 6 7 士1 4 6 31 2 1 0 - a ：9 6 3 _ - - - i _ - - _ _ l - _ _ _ - _ i11 1 i i - l _ _ _ i _ 1 3 广西大掌硕士研究生学位论文南丹部分思矿区土壤及优势植物重金属含量研究 表1 - 3 土壤中重金属有效态合量( m g l ( g ) t a b l e1 - 3t h ec o n t e n to fa v a il a b l e c d ，z na n dp bi ns o i1 ( m g k g ) 1 2 2 2 栽培与管理 本试验于2 0 0 6 年9 月开始，地点在广