不同生长时期桑树对矿区土壤中重金属的富集行为.pdf

第20卷 第2期第119页2023年6月Jun.,2023国土资源导刊Land&Resources Herald引用格式:郑鹏飞,江涛,米茂生，等.不同生长时期桑树对矿区土壤中重金属的富集行为J.国土资源导刊,2023,20(02):119-126+131.Reference format:Zheng Pengfei,Jiang Tao,Mi Maosheng,et al.Enrichment behavior of heavy metals in mining soilby mulberry trees at different growth stagesJ.Land&Resources Herald,2023,20(02):119-126+131.不同生长时期桑树对矿区土壤中重金属的富集行为*郑鹏飞1*,江 涛2,米茂生1,戴济斌1,周 鑫1,唐仕明1（1.湖南省地质灾害调查监测所，湖南 长沙 410004；2.湖南省自然资源事务中心，湖南 长沙 410004）摘要:为了研究桑树对矿区重金属污染土壤中重金属的富集行为，选取矿区被重金属污染的土壤和桑树品种“湘7920”为研究材料，进行了为期一年的盆栽实验，分别测定了不同生长时期桑树根、茎、叶中的重金属镉（Cd）、砷（As）的含量。结果表明：在Cd和As重度污染土壤环境中，桑树的生长不受影响；在桑树的生长过程中各个部位对Cd和As的富集能力不一致，桑根中富集的As倾向于往桑叶转移，桑叶对As的转移系数大于茎且桑叶中As最高浓度可达5.8 mgkg-1；桑根对Cd的富集系数大于1，Cd在桑树根部的最大浓度为9.5 mgkg-1；在桑树的不同生长时期As和Cd在桑根富集含量的百分比最高分别达到70%和83%，因此桑树不是As和Cd的超富集植物；但是桑叶对这两种金属的富集百分比随着植株生长而增加，在桑树生长后期分别达到42%和21%。因此，对于矿区的重金属污染治理，桑树具有高存活、可富集的优良特性，结合桑叶的用途，利用桑树作为矿区污染土壤中替代性种植植物，有可能成为我国矿区重金属污染土壤安全高效利用的一种新模式。关键词：桑树；重金属；镉；砷；土壤污染中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：1672-5603（2023）02-119-08EnrichmentBehaviorofHeavyMetalsinMiningSoilbyMulberry Trees at Different Growth StagesZheng Pengfei1,Jiang Tao2,Mi Maosheng1,Dai Jibin1,Zhou Xin1,Tang Shiming1(1.Hunan Institute of Geological Disaster Investigation and Monitoring,Changsha Hunan410004;2.HunanCenter of Natural Resources Affairs,Changsha Hunan 410004)Abstract：In order to study the enrichment behavior of mulberry trees in heavy metalcontaminated soil in mining areas,a one-year pot experiment was conducted using heavymetalcontaminatedsoilandmulberryvarietyXiang7920asresearchmaterials.Thecontents of heavy metals cadmium(Cd)and arsenic(As)in mulberry roots,stems,andleaves at different growth stages were measured.The results showed that in the heavilypolluted soil environment with Cd and As,the growth of mulberry trees was not affected;During the growth process of mulberry trees,the enrichment ability of Cd and As invariouspartsisinconsistent.Asenrichedinmulberryrootstendstotransfertomulberry leaves,and the transfer coefficient of As in mulberry leaves is greater thanthat in stems.The highest concentration of As in mulberry leaves can reach 5.8 mg kg-1;The enrichment coefficient of Cd in mulberry roots is greater than 1,and the maximumconcentrationofCdinmulberryrootsis9.5mgkg-1;Atdifferentgrowthstagesofmulberry trees,the highest percentages of As and Cd enrichment in mulberry roots reached收稿日期:2023-02-18;改回日期：2023-04-12。*基金项目：湖南省地质院青年科技项目（编号：2021YSP-01）。*第一作者简介：郑鹏飞（1990），男，工程师，主要从事生态修复、国土空间规划研究；E-mail:。第20卷 第2期第120页国土资源导刊Land&Resources Herald2023年6月Jun.,202370%and 83%,respectively.Therefore,mulberry trees are not super enriched plants for AsandCd;However,theenrichmentpercentageofthesetwometalsinmulberryleavesincreases with plant growth,reaching 42%and 21%respectively in the later stage ofmulberry tree growth.Therefore,for the treatment of heavy metal pollution in miningareas,mulberry trees have excellent characteristics of high survival and enrichment.Combined with the use of mulberry leaves,using mulberry trees as alternative plantingplants in contaminated soil in mining areas may become a new model for safe and efficientutilization of heavy metal contaminated soil in mining areas in China.Keywords:mulberry;Heavy metals;Cadmium;Arsenic;soil contamination0 引言我国矿区重金属污染区域面积大、范围广，危害程度严重，在采取修复治理的过程中必须考虑当地的生态环境稳定、经济的可持续发展等问题。要在控制重金属污染扩散、修复污染土壤的同时高效利用污染的土地资源，在改善生态环境基础上促进经济可持续发展，生态修复与生态化利用是有效的途径之一，也是未来矿山重金属污染治理的发展方向。因此，探究植物对重金属的富集行为规律1，对未来重金属污染土壤治理具有重要的意义。目前土壤修复方式可分为原位修复和异位修复，异位修复主要运用于重污染区，该方式成本较高、不能处理深度污染的土壤，且具有破坏土壤结构及生态环境等缺点2；原位修复技术主要包括化学稳定剂修复、生物修复、气相抽取、电磁波加热、土壤淋洗、玻璃化技术等3，该方式能在不破坏原土壤结构和生态环境的基础上对重金属污染土壤进行修复，具有较好的应用前景。植物修复是一门新兴的环境污染治理应用技术，是指利用植物通过吸收、沉淀和富集等作用降低被污染土壤的重金属含量，以达到治理污染、修复环境的目的4,5，与其它处理方法相比，植物修复技术产生的废物量较少，并且可以回收重金属6。但是受重金属污染的土壤往往对植物生长有着较强的抑制作用，因此需要选择具有一定抗重金属胁迫的生态-经济型植物进行矿区生态系统恢复7。目前植物修复的研究中多聚焦在超累积植物上，但超累积植物往往存在植株矮小、生长缓慢、生物量小、生长条件苛刻、经济价值低等缺点8。因此许多学者着手用树对矿区污染土壤进行治理，如有学者在单独镉（Cd）污染的土壤中种植桑树，探究桑树对Cd的耐受性，结果表明桑蚕对Cd的耐受性都较好9,10，还有学者用桉树11、柳树12,13等其他的一些植被做了相应的实验，对采用树治理重金属污染做出了重要贡献，罗赵慧等在中国湘潭锰矿废弃地先采用客土法改善耕作层土壤质量，移植2年生栾树实生苗，进行人工造林，植物生长良好14。另有报道在西班牙的一处铜矿废弃地，先移植蓝桉或松树，后将污水处理厂和造纸厂混合淤泥覆盖蓝桉林地，实施有机物料植物联合实地修复15。污染的矿区土壤，往往存在多种重金属，这对修复树种的耐受性要求更高，本文基于此背景下通过采用盆栽试验研究经济作物桑树对矿区重度污染土壤中Cd、砷（As）的富集效果，探讨各部位（根、茎、叶）的重金属含量及其与矿区土壤重金属含量的关系，并就桑树不同生长时期对矿区多种重金属的富集规律进行分析，初步评价桑树对矿区土壤重金属的耐受程度和治理效果，以期为矿区污染土壤的环境治理、生态恢复及农民增收提供一定的科学依据。1 材料与方法1.1 试验材料选取一年生嫁接苗桑树品种湘7920进行盆栽试验，该品种由湖南省蚕桑科学研究所育成。土壤取自湖南省临武县大冲乡黄泥井村，该地位于湖南省郴州市临武三十六湾多金属矿区，属亚热带季风性湿润气候，地貌属侵蚀堆积低丘化岗地地貌和侵蚀堆积河谷平原地貌，海拔为 300600 m，土壤类型为黄红壤、黄壤、潴育性水稻土，矿区主要存在砷、镉等重金属污染，具体污染指数见表1。第20卷 第2期第121页2023年6月Jun.,2023国土资源导刊Land&Resources Herald表1 土壤重金属污染程度Table 1 Soil heavy metal pollution level重金属CuCrNiCdAsHg标准值（mgkg-1）50150700.30401.8评价方法PCuPCrPNiPCdPAsPHgP综污染指数1.600.430.4514.485.720.1010.58等级水平轻度污染清洁清洁重度污染重度污染清洁重污染1.2 试验设置桑树属于多年生落叶乔木，以一年为一个生长周期，分为发芽期、旺盛生长期、缓慢生长期、休眠期四个时期，四个时期自身营养的转移和存储各自表现不同16，本次实验旨在研究桑树在不同生长时期对土壤中的重金属的富集行为，本次实验就桑树的发芽期、旺盛生长期、缓慢生长期三个生长期设置了取样测试。采集的土壤样品风干后剔除其中的石头、树枝等杂物，充分混合均匀后，装入塑料盆钵（底部直径15 cm，外部直径25 cm，高度25 cm）中，每盆装土5.5 kg。选取大小和生长情况较为一致的桑苗进行试验，于2021年3月每盆中栽植1棵桑树，每个取样时期设置三次重复，共种植15盆，其中3盆为根据采集土壤标准除去砷、镉重金属污染