苎麻对矿区土壤的去除效应

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本文作者：王冶张兴揭雨成佘玮邢虎成朱守晶作者单位：湖南农业大学苎麻研究所

材料与方法

1研究地概况

七宝山乡位于我国湖南省浏阳市东部，距浏阳城区42km，因历史上盛产铅、铁、硼砂、青矾、胆矾、土黄、碱石“七宝”而得名。资料显示，在以往的开产过程中对“三废”没有采取足够措施，从而产生了较严重的环境问题［6］。长期以来对这“七宝”的无序、掠夺式开采，使得七宝山乡村民们的饮用水水源、良田遭受了严重的有毒重金属污染。2008年11月，七宝山乡开展的污染普查数据表明，七宝山乡存在严重的重金属复合污染和生态破坏退化环境问题，宝山河水域、稻田及土壤等普遍受到以铝、镉等为主的多种重金属复合污染，危害水域、农田土壤以及居民生活生产环境，因而开展该地环境污染综合治理势在必行。

2供试材料

苎麻选用“湘苎三号”(湘三)和“中苎一号”(中一)2个品种。

3试验设计与样品采集

试验田抛荒多年，同时由于长期开矿，局部发生沉降，导致种麻地土壤保水能力很差，杂草较难生长。设置试验田A(533．6m2)和试验田B(800.0m2)2个试验田，共分3个试验区。试验田A为1区，种植中苎一号2400株。试验田B分为2个区域，一个面积733．3m2，种植中苎一号3300株;一个面积66．7m2，种植湘苎三号300株。苎麻地厢宽3m，沟宽33cm，每厢栽5行，行距67cm，穴距33cm，种植密度45000株/hm2。A、B2个试验田的Cu、Pb、Cd、Zn平均含量均超过了中华人民共和国国家标准土壤环境质量三级标准，其中Cd污染平均超过三级标准(1．0mg/kg)8．1倍，污染严重，伴有轻度Cu(1．48倍)、Pb(1．65倍)、Zn(1．4倍)污染(表1)。在都种植中苎一号的2个试验区中，B田的4种重金属含量都显著大于A田。栽植前:春季整地，松土灭草。深耕深度0．3～0．5m。按苎麻种植需求给苎麻施统一标准底肥(复合肥450kg/hm2、磷肥450kg/hm2)。在此基础上，看苗追肥，再追施尿素450kg/hm2、复合肥300kg/hm2。冬培施复合肥450kg/hm2的基础上，头麻和二、三麻追肥比例为2∶1∶1，头麻追施复合肥300kg/hm2、尿素225kg/hm2、过磷酸钙150kg/hm2、氯化钾225kg/hm2。种植时间2009年5月3日，分别于2010年6月6日、8月15日、10月15日从3个试验区随机取样调查。采用五点取样法分别在3个试验区用不锈钢铲子采集苎麻相应生长土壤表层10～20cm处的土样。

4测定与分析方法

（1）生物产量的测定方法。使用皮尺测量苎麻株高，使用游标卡尺测量皮厚和茎粗，用电子天平称量干重。

（2）样品处理和分析测定。土壤样品自然风干后碾碎、过筛。植物样品洗净后，地上部(叶、皮、骨、麻)和地下部(根)分开处理，先经105℃杀青30min，后65℃烘干至恒重，研磨，过筛。土壤样品用王水-高氯酸法消化，植物样品用硝酸-高氯酸法消化［7］。使用SOLAARM6型原子吸收光谱仪分别测定样品重金属Cu、Pb、Cd、Zn含量。富集系数=植株中重金属含量/土壤中重金属含量;转运系数=地上部重金属含量/地下部重金属含量;重金属迁移总量=植株地上部重金属含量×植株地上部生物量，修复年限t=－(lnM/M初始)/K［2］。

结果与分析

1苎麻的生物产量

从表2可以看出，中苎一号长势要好于湘三，株高、茎粗、皮厚、干物质量各指标都表现出明显优势，就种植在A田和B田的中一而言，A田中一生物产量大于B田。由此可见，在重金属含量相对越低区域生长的中一受重金属污染影响越小，生物产量越大。从表3可以看出，就3季材料总体而言，各处理间差异显著，干物质总重量表现为中一A＞中一B＞湘三B;就单种处理不同收获期而言，总体生长情况为第3季＞第2季＞第1季。

2苎麻体内重金属含量

3季苎麻材料体内重金属含量数据经分析综合，可得苎麻体内重金属含量。如表4所示，2品种苎麻各部位Cu含量的趋势均为:根＞皮＞叶＞骨;苎麻品种间Cu含量比较而言，湘三的骨、皮、叶中所含Cu大于中一，但中一的根中所含Cu大于湘三;种植在B试验田中的中一植株除骨外，其他部位所含Cu超过种植在A中的中一。中一苎麻各部位Pb含量的总体趋势为:根＞叶＞皮＞骨，湘三则为:叶＞骨＞根＞皮;苎麻品种间比较而言，湘三的骨和叶中所含Pb大于中一，但中一的皮和根中所含Pb大于湘三;种植在B中的中一除皮和根外，其他部位所含Pb超过种植在A中的中一。中一苎麻各部位Cd含量的总体趋势为:根＞皮＞骨＞叶，湘三则为:皮＞根＞骨＞叶;苎麻品种间比较而言，湘三的骨、皮中所含Cd大于中一，但中一的叶、根中所含Cd大于湘三;种植在B试验田中的中一除骨和叶外，其他部位所含Cd超过种植在A中的中一。中一苎麻各部位Zn含量的总体趋势为:根＞叶＞皮＞骨，湘三则为:皮＞根＞骨＞叶;苎麻品种间比较而言，湘三的骨、皮中所含Zn大于中一，但中一的叶、根中所含Zn大于湘三;种植在B试验田中的中一除骨和叶外，其他部位所含Zn超过种植在A中的中一。

3苎麻对重金属的转移和富集特征

为进一步反映苎麻对重金属的富集能力和转运能力，分别计算了苎麻对不同重金属的富集系数和转运系数，系数越高则说明对该种重金属的富集能力和转运能力越强。从表5可以看出，苎麻对Cu的转移系数表现为湘三B＞中一B＞中一A，对Pb的转移系数表现为湘三B＞中一B＞中一A，对Cd的转移系数表现为湘三B＞中一A＞中一B，对Zn的转移系数表现为湘三B＞中一A＞中一B;苎麻对Cu的富集系数表现为湘三B＞中一B＞中一A，对Pb的富集系数表现为湘三B＞中一A=中一B，对Cd的富集系数表现为湘三B＞中一A＞中一B，对Zn的富集系数表现为湘三B＞中一B＞中一A。

4苎麻对重金属迁移总量和预计修复年限

根据苎麻对重金属迁移总量的计算，可预测矿区受污染土壤恢复到符合中华人民共和国国家标准土壤环境质量三级标准水平的年限，迁移总量越大，原位去除效应越强。表6和图1～2显示每平方米耕作层土壤上植物地上部Cu的迁移总量表现为中一A＞中一B＞湘三B;Pb的迁移总量表现为中一A＞中一B＞湘三B;Cd的迁移总量表现为中一A＞中一B＞湘三B。Zn的迁移总量表现为中一A＞中一B＞湘三B。由此可知，中苎一号修复矿区土壤效果较好。

结论与讨论

(1)在同一重金属污染水平土壤上生长的的中苎一号长势要好于湘三，株高、茎粗、皮厚、干物质量各指标都表现明显优势。同一品种不同污染水平土壤上A田中一生物产量大于B田。故中一对重金属污染比湘三具有更强抗性，且在重金属含量相对较低区域生长的中一受重金属污染影响较小，生物产量较大。苎麻各部位单位重量中Cu含量的趋势为:根＞皮＞叶＞骨，中一中Pb含量的总体趋势为:根＞叶＞皮＞骨，湘三中Pb含量的趋势为:叶＞骨(29．39mg/kg)＞根＞皮，中一中Cd含量的总体趋势为:根＞皮＞骨＞叶，湘三中Cd含量的趋势为:皮＞根＞骨＞叶，中一中Zn含量的总体趋势为:根＞叶＞皮＞骨，湘三中Zn含量的趋势为:皮＞根＞骨＞叶。(2)重金属含量相对较低的A田种植的中一为苎麻中迁移总量最大的，每平方米耕作层土壤上中一对Cu的迁移总量为3404．44mg，将土壤修复到国家标准土壤环境质量三级标准水平年限为8．59年;对Pb的迁移总量为3638．5mg，修复年限为13．52年;对Cd的迁移总量为720．48mg;修复年限为1．49年;对Zn的迁移总量为37324．8mg，修复年限为0．67年。

佘玮等对湖南冷水江锑矿区苎麻对Sb、Cd、As和Pb4种重金属的吸收与富集能力及其富集特征的研究表明，冷水江矿区土壤受Cd污染，苎麻体内的Cd含量均高于一般植物2～10倍，苎麻地上部对重金属迁移能力较强，这说明苎麻对复合重金属具有一定的耐性，为复合污染植物修复提供了一种新的种质资源［9］。浏阳七宝山矿区也受到以Cd为主的多种重金属复合污染，该试验中同一重金属污染水平土壤上生长的中一比湘三具有更大生物产量，故中一比湘三对重金属污染具有更强抗性，且在重金属含量较低的土壤中生长的中一受重金属污染影响较小，而重金属含量越小，生物产量越大，迁移总量也越大。苎麻地上部能有效转移重金属，具有很大的重金属污染修复潜力。最后需将苎麻［10］地上部通过刈割后加以回收利用防止留在原处造成二次污染。因中苎一号与湘三相比对重金属污染具有更短修复年限，故在污染矿区种植中苎一号可较好较快修复矿区受污染土壤，在获得生态效应的同时可获得一定的经济效益，提高人们改善生态环境的积极性。而湘三品种对4种重金属的转运系数较大，可以更加有效地将重金属从地下转运出来，但其可能对重金属污染抗性较差，生物产量较少。若加强田间管理，提高生物产量，可将湘三作为修复植物使用，也具有很大的重金属污染修复潜力［11］。