歐陽(yáng)林男,吳曉芙*,李　蕓,2,馮沖凌,2,陳永華(.中南林業(yè)科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙40004；2.中南林業(yè)科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程研究中心,湖南 長(zhǎng)沙 40004)

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錳礦修復(fù)區(qū)泡桐與欒樹生長(zhǎng)與重金屬積累特性

歐陽(yáng)林男1,吳曉芙1*,李蕓1,2,馮沖凌1,2,陳永華1(1.中南林業(yè)科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙410004；2.中南林業(yè)科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程研究中心,湖南 長(zhǎng)沙 410004)

摘要：在湘潭錳礦廢棄地種植泡桐和欒樹,建立了4h m2生態(tài)修復(fù)示范區(qū).工程區(qū)基質(zhì)Mn平均含量高達(dá)20041mg/kg,Pb、Zn、Cu、Cd含量也遠(yuǎn)超過(guò)湖南省和全國(guó)的背景值,屬?gòu)?fù)合型重度污染.污染區(qū)不覆土,苗木移植前每株根際定量施用了含有自污染區(qū)礦渣分離出的抗性菌株的專用有機(jī)肥.種植兩年后,泡桐和欒樹成活率均達(dá)到83%以上.泡桐生長(zhǎng)狀況明顯優(yōu)于欒樹,兩種植物葉的重金屬含量均大于根和莖,泡桐Mn、Cu、Zn的濃度和積累量顯著高于欒樹.5年生泡桐Mn積累量達(dá)到2295g/hm2,轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)為2.32.試驗(yàn)證明,采用有機(jī)菌肥改良根際環(huán)境后,泡桐與欒樹均可作為錳污染區(qū)的修復(fù)樹種,而泡桐的生長(zhǎng)速率和重金屬的耐受和積累性能優(yōu)于欒樹.

關(guān)鍵詞：錳礦區(qū)；植物修復(fù)；生物積累量；轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)

? 責(zé)任作者, 教授, wuxiaofu530911@vip.163.com

全球金屬礦業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展產(chǎn)生了大量的尾礦渣,在無(wú)任何安全處理下隨意堆放的尾礦渣經(jīng)過(guò)雨水淋失,使礦區(qū)和周邊土壤積累了過(guò)量的重金屬,對(duì)區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)和人居環(huán)境帶來(lái)潛在的危害[1-4].近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者在重金屬污染土壤生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域開展了系列研究[5-9],篩選出一些重金屬耐受性好的實(shí)地修復(fù)備選植物[10-15],但在修復(fù)中常用的多為經(jīng)濟(jì)價(jià)值低的草本植物[16-17],采用用材林木作為修復(fù)植物方面的研究與工程實(shí)踐較少.

由于大多數(shù)用材林樹種難以在重金屬污染立地條件下正常生長(zhǎng),覆土種植方法成為國(guó)內(nèi)外尾礦庫(kù)植被修復(fù)的常規(guī)手段[18],基本方法是在尾礦廢渣上覆蓋0.5m以上的土壤,然后植樹造林. 1982年,Pe? narroya SA礦業(yè)公司采用上述方法在Cartagena-La Unión礦區(qū)實(shí)施了世界上第一個(gè)尾礦生態(tài)修復(fù)工程[19].2004年田大倫等[20-21]在湖南湘潭錳礦廢棄地采用覆土種植欒樹建成3hm2的生態(tài)修復(fù)示范基地,成為我國(guó)錳礦廢棄地欒樹修復(fù)的成功先例.覆土種植方法的優(yōu)點(diǎn)是植物成活率高、生長(zhǎng)好,植被修復(fù)快.缺點(diǎn)是修復(fù)成本高,礦區(qū)通常缺少覆土資源,具體實(shí)施困難[22].更為重要的是覆土后,由于植物吸收和底層礦渣中重金屬元素隨毛細(xì)管水向上遷移會(huì)污染表土,嚴(yán)重時(shí)可使表土成為新的重金屬污染源, Gomez-Ros等[19]研究結(jié)果表明,覆土手段不能從根本上控制礦渣污染擴(kuò)散.

針對(duì)上述問(wèn)題,本研究提出了采用專用有機(jī)菌肥改良植物根際微生態(tài)環(huán)境進(jìn)行植樹造林的方法,自2009年起在湘潭錳礦廢棄地施用了針對(duì)污染基質(zhì)理化性質(zhì)、污染程度和養(yǎng)分需求配置的專用有機(jī)菌肥,混合栽種泡桐和欒樹,建立了4hm2錳礦廢棄地生態(tài)修復(fù)示范工程區(qū).本研究基于工程區(qū)基質(zhì)與植物樣本分析數(shù)據(jù),比較泡桐與欒樹的生長(zhǎng)與重金屬積累等特性,為錳污染區(qū)植物修復(fù)提供高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物資源和實(shí)用方法.

1　材料與方法

1.1示范工程區(qū)概況

試驗(yàn)點(diǎn)為湘潭錳礦尾礦渣堆積廢棄地,低山丘陵地貌,地處112°45′E～112°55′E,27°53N′～28°03′N,典型亞熱帶季風(fēng)氣候,日最高氣溫為42.2℃,最低為-8℃,年均氣溫為17.4℃;年降水量最高為1912.2mm,最低為1185.5mm,年均降水量為1431.4mm,降水主要集中在4～7月;年蒸發(fā)量最大為1580.9mm,最小為992.2mm,年均蒸發(fā)量為1321.7mm.示范工程區(qū)面積4.53hm2,工程地污染物組成復(fù)雜,主要是礦石廢棄物、礦渣和選礦后的尾礦泥,土壤約占混合污染物的40%～50%.

1.2示范區(qū)整地種植

2010年3月在示范工程區(qū)采用推土機(jī)推土整地,移植1年生泡桐(Paulownia tomentosa)和欒樹(Koelreuteria paniclata)實(shí)生苗,混合間種,株行距為2.0m×2.5m.試驗(yàn)用苗木由湖南省林科院提供.種植方法為挖穴(0.5m×0.5m×0.5m),穴內(nèi)施用試驗(yàn)配置專用的有機(jī)菌肥作為底肥,底肥與廢棄地基質(zhì)均勻混合,比例為1:4.示范工程用有機(jī)菌肥主要成分質(zhì)量比重見表1.有機(jī)菌肥中含有自示范工程區(qū)錳礦渣分離純化后篩選得到的土著優(yōu)勢(shì)抗性菌種,鑒定為桿菌,革蘭氏陰性,具有很強(qiáng)的耐受和去除Mn的能力[23].示范工程建設(shè)前期測(cè)定分析了廢棄地樣本,基于廢棄地基質(zhì)理化性質(zhì)、養(yǎng)分水平和重金屬污染程度制備了專用有機(jī)菌肥,進(jìn)一步通過(guò)盆栽試驗(yàn)確定了示范工程的施用量.

表1　有機(jī)菌肥配置(%)Table 1　Composition of the organic bacterial manure (%)

1.3樣品采集與測(cè)定

示范區(qū)整地前采用梅花布點(diǎn)法采集堆積尾礦渣基質(zhì)樣本,以獲取基質(zhì)理化性質(zhì)數(shù)據(jù).整地種植后,在植被修復(fù)示范工程區(qū)設(shè)置固定標(biāo)準(zhǔn)樣地3塊,每塊面積為667m2.在每塊樣地中選取5株泡桐和欒樹平均木,以代表整體林木的平均水平,測(cè)量其胸徑、樹高,計(jì)算平均值,分別取其根、莖、葉樣本,將5株植物的根、莖、葉同部位混合,作為欒樹和泡桐根、莖、葉的分析樣本.在對(duì)應(yīng)的泡桐和欒樹植物根際進(jìn)行基質(zhì)取樣,以獲取植物根際基質(zhì)錳背景值,每個(gè)采樣點(diǎn)按0～10、10～20、20～30、30～40、40～50cm層次,分別取樣1kg,同時(shí)在鄰近礦渣廢棄對(duì)照地設(shè)置3個(gè)樣地,每個(gè)樣地設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn),按同樣方法采取基質(zhì)樣本.欒樹與泡桐存活率的測(cè)定時(shí)間為當(dāng)年8～9月,植物與基質(zhì)樣本采集時(shí)間為每年5～6月和8～9月.

植物樣品用超純水反復(fù)洗凈,風(fēng)干、殺青后,置80℃烘干至恒重,獲得植物干物質(zhì)生物量,然后粉碎過(guò)100目篩,裝袋密封干燥保存;基質(zhì)樣品在室內(nèi)風(fēng)干,剔除動(dòng)植物殘?bào)w,磨碎過(guò)100目篩,裝袋密封干燥保存.植物與基質(zhì)樣品均采用濕法消解,植物采用濃HNO3-HClO4體系,土壤采用王水-HClO4體系,消解后的樣品用原子吸收分光光度法(AA-7000型)測(cè)定Mn、Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、K的含量.基質(zhì)pH值、總氮、總磷、有機(jī)質(zhì)分別采用電位法、半微量凱氏法、鉬銻抗比色法、重鉻酸鉀水浴法測(cè)定.每個(gè)樣品分析取3個(gè)平行樣,用平行樣測(cè)定結(jié)果的平均值作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),所有數(shù)據(jù)誤差范圍在5%～15%內(nèi).

1.4數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理采用SPSS13.0和Excel2007程序.

以湖南省土壤背景值、中國(guó)土壤背景值作為基礎(chǔ),分析示范工程區(qū)重金屬元素污染程度.

國(guó)際上篩選修復(fù)植物時(shí),除了植物體內(nèi)重金屬濃度C外,還涉及2個(gè)關(guān)鍵指標(biāo),轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)TF和生物積累系數(shù)BCF.TF為植物地上與地下部分重金屬濃度的比值,代表從地下部轉(zhuǎn)移重金屬到地上部的能力[24].BCF為植物體重金屬含量與土壤重金屬含量的比值[25].然而,給定單位面積和植物生長(zhǎng)時(shí)期,植物去除土壤重金屬的量是植物地上部分的積累量,本研究基于試驗(yàn)植物各部位積累量計(jì)算轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)(TQ).植物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(TF),轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)(TQ)的計(jì)算公式分別為:

式中,C1和C2分別代表植物地上與地下部重金屬含量(mg/kg),U1和U2分別代表植物地上與地下部重金屬積累量(mg/株).

2　結(jié)果與討論

2.1工程區(qū)基質(zhì)養(yǎng)分水平與污染程度

表2給出了尾礦渣堆積區(qū)基質(zhì)樣本分析的結(jié)果.參考報(bào)道的中國(guó)耕地?cái)?shù)據(jù)[26],工程區(qū)基質(zhì)樣本呈中性,總鉀含量在正常范圍內(nèi),但總氮、總磷含量低,因此,工程區(qū)的植被修復(fù)需要補(bǔ)充氮、磷養(yǎng)分.

表2　尾礦渣堆積區(qū)土壤樣本養(yǎng)分水平Table 2　Nutrient content of soil samples collected from the tailing site

與植物生長(zhǎng)密切相關(guān)的是0～50cm的根際基質(zhì),自工程區(qū)基質(zhì)剖面采集樣本的重金屬含量分析數(shù)據(jù)見表3.基質(zhì)各層中Mn含量最高,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)中國(guó)和湖南省土壤的背景值,除Cr外,其他4種元素的含量也高于湖南省的背景值,屬?gòu)?fù)合重金屬重度污染.在0～50cm層中,不同深度樣本間Mn、Cu、Cr的含量差異極顯著(P＜0.01),與礦渣堆積的過(guò)程相關(guān),重金屬含量在垂直剖面上的分布沒(méi)有明顯的規(guī)律性.

表3　生態(tài)修復(fù)區(qū)0～50cm層重金屬含量 (mg/kg)Table 3　Heavy metal content in 0～50cm layers of the ecological restoration site (mg/kg)

2.2工程區(qū)泡桐和欒樹成活率與生物量

表4　生態(tài)修復(fù)區(qū)泡桐與欒樹生長(zhǎng)狀況Table 4　Growth status of P. fortunei and K. bipinnata at the ecological restoration site

表4給出了示范工程區(qū)和對(duì)照區(qū)不同林齡泡桐和欒樹的成活率、平均直徑和樹高.重金屬污染立地條件下林木生長(zhǎng)的關(guān)鍵在于改善植物根際環(huán)境[27-28].示范工程區(qū)施用了專用有機(jī)菌肥作為根際底肥,造林后第2年泡桐和欒樹的成活率均在83%以上,當(dāng)年補(bǔ)種,第3、4年無(wú)植株死亡,植物生長(zhǎng)狀況良好.示范工程的對(duì)照區(qū)施加了與專用有機(jī)菌肥中N、P、K等量的化肥,種植后第2年泡桐和欒樹的成活率均低于22%,次年未補(bǔ)種,成活率遞減,到第4年兩個(gè)樹種的成活率均小于5%,成活植物葉呈黃色,生長(zhǎng)幾乎停滯.試驗(yàn)結(jié)果證明,示范工程施用的專用有機(jī)菌肥具有供肥、降低土壤根際重金屬毒性,持水保溫的功能,可有效提高植物成活率和促進(jìn)植物生長(zhǎng).

圖1展示了植物單株及各部位生物量.同齡泡桐單株干重遠(yuǎn)大于欒樹,5年生泡桐單株干重超過(guò)10kg,是欒樹的12.4倍.3年生長(zhǎng)期內(nèi),泡桐生物量增長(zhǎng)速率顯著大于欒樹.泡桐各部位生物量也均大于欒樹的值,其中5年生泡桐的莖干重是同年齡欒樹的15.2倍.泡桐和欒樹的莖干重均大于根和葉,各年齡泡桐的根干重大于葉,差異隨生長(zhǎng)時(shí)間增加而增大,欒樹的根干重和葉相當(dāng).

圖1　生態(tài)修復(fù)區(qū)泡桐與欒樹干物質(zhì)生物量差異Fig.1　Difference in dry matter biomass between P. fortunei and K. bipinnata in ecological restoration site

2.3泡桐與欒樹重金屬含量與積累量

表5為植物修復(fù)工程區(qū)3～5年生泡桐和欒樹各部位干重的重金屬含量.檢測(cè)元素的含量在兩種植物中的分布為葉＞根＞莖,其中泡桐葉Mn的含量超過(guò)500mg/kg,為欒樹的2.37倍.泡桐各部位的Mn、Cu、Zn含量遠(yuǎn)高于欒樹,差異極顯著(P＜0.01).3年生長(zhǎng)期內(nèi),兩種植物各部位的Mn、Pb含量變化不大,Cd、Cu、Zn、Cr含量隨林齡增大而降低,差異不很顯著.

圖2中估測(cè)的單位面積泡桐和欒樹重金屬的積累量為單株植物重金屬積累量與每公頃種植密度的乘積.由于工程區(qū)Cr未超標(biāo),Zn超標(biāo)不嚴(yán)重,因此圖中只展示了植物Mn、Pb、Cd、Cu積累量的差異與變化趨勢(shì).

單株植物重金屬積累量是植物各部位含量與其生物量乘積之和.由于泡桐的重金屬含量和生物量均高于欒樹,以至泡桐的重金屬積累量成倍地高于欒樹,差異非常顯著,其中,5年生泡桐根、莖、葉的Mn積累量分別為欒樹的40.3、39.2、14.0倍,而其單位面積Mn的總積累量約為2295g/hm2,為欒樹的27.8倍.試驗(yàn)結(jié)果表明泡桐通過(guò)莖、葉去除和根部固定基質(zhì)Mn的能力遠(yuǎn)優(yōu)于欒樹.與泡桐和欒樹各部位重金屬含量排序葉＞根＞莖的趨勢(shì)不同,植物重金屬積累量排序?yàn)榍o＞根＞葉,與生物量排序規(guī)律一致,說(shuō)明生物量是決定重金屬積累量的重要因子.例如,泡桐葉的Mn含量是莖的2.7倍,但葉的生物量?jī)H為莖的0.2,以至于莖對(duì)Mn積累量的貢獻(xiàn)為葉的2倍.與圖2植物生物量增長(zhǎng)的規(guī)律一致,隨林齡增大,泡桐和欒樹重金屬的積累量成倍增長(zhǎng),差異非常顯著.上述結(jié)果表明,植物的重金屬含量大,但若其生物量小,則其去除重金屬的能力不一定強(qiáng),優(yōu)勢(shì)修復(fù)植物必須具備重金屬含量高,生長(zhǎng)快、生物量大的特點(diǎn).

表5　生態(tài)修復(fù)區(qū)泡桐和欒樹重金屬含量(mg/kg干重)Table 5　Heavy metal contents in P. fortunei and K. bipinnata in ecological restoration site (mg/kg dry matter)

圖2　生態(tài)修復(fù)區(qū)泡桐與欒樹重金屬積累量Fig.2　Heavy metal uptake by P. fortunei and K. bipinnata in ecological restoration site

表6　泡桐和欒樹的轉(zhuǎn)移系數(shù)TF和轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)TQ值Table 6　Transfer coefficient TF and quantity transfer coefficient TQ of P. fortunei and K. bipinnata

2.4泡桐和欒樹的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

表6比較了工程區(qū)3～5年生泡桐和欒樹的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)TF (植物地上與地下部重金屬濃度的比值)和轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)TQ (植物地上與地下部重金屬積累量的比值).雖然欒樹各部位重金屬含量小于泡桐,其相應(yīng)的TF和TQ值卻大于泡桐.在所有林齡點(diǎn),泡桐Mn的TF值均小于1,而欒樹Mn的TF值在林齡4、5年大于1.值得提及的是,在所有林齡點(diǎn),兩個(gè)樹種所有測(cè)試元素的TQ值均大于1, 5年生泡桐和欒樹的TQ值分別為2.32和3.82.說(shuō)明由于兩個(gè)樹種地上部生物量大,使其地上部重金屬的積累量大于地下部的量.泡桐Mn 的TF和TQ值隨林齡增大而微增,但差異不顯著,而欒樹Mn的TF和TQ值隨林齡增大呈現(xiàn)明顯增大的趨勢(shì).兩個(gè)樹種Pb的TF和TQ值在林齡4年出現(xiàn)最低值,而其他元素的TF和TQ值隨林齡增大而降低.

2.5討論

有研究表明,利用植物吸收的方法去除土壤基質(zhì)中重金屬進(jìn)程緩慢,其自然恢復(fù)過(guò)程甚至需要上百年時(shí)間[22].本研究5年生泡桐每公頃富集錳2294g,對(duì)照表3可知,這種富集量很小.因此,在污染礦區(qū)實(shí)施生態(tài)修復(fù)工程的首要任務(wù)是提高植物成活率和促進(jìn)植物生長(zhǎng),從而達(dá)到迅速修復(fù)植被與景觀、降低水土流失率的目標(biāo).國(guó)際上報(bào)道了多種超富集植物,其重金屬含量高,轉(zhuǎn)移系數(shù)大,但生物量小,生長(zhǎng)緩慢,而有關(guān)樹木吸收重金屬方面的資料較少[28-29].本研究采用的泡桐和欒樹重金屬含量雖遠(yuǎn)低于超富集植物的值,修復(fù)能力有限,但它們具有一定的重金屬耐受能力,易成活,生長(zhǎng)快,生物量大,枯枝落葉重金屬含量低,對(duì)環(huán)境的影響小.因此,這兩種木本植物在快速恢復(fù)植被和提高污染區(qū)土地利用價(jià)值方面可發(fā)揮重要作用.

礦渣基質(zhì)重金屬濃度極高,且養(yǎng)分貧瘠,除少數(shù)具有抗重金屬污染特性的草本植物能憑各自復(fù)雜多樣的耐受機(jī)制存活外[30-33],木本植物難以在這種環(huán)境中存活.而本研究泡桐和欒樹成活率高達(dá)83%,其存活機(jī)制與專用抗重金屬有機(jī)菌肥的添加緊密相關(guān).在泡桐和欒樹的根際,有機(jī)菌肥與基質(zhì)比為1:4,有機(jī)菌肥組成(表1)包括抗性菌株、吸附介質(zhì)、有機(jī)絡(luò)合物和氧化還原酶等物質(zhì),因此,有機(jī)菌肥除了可為植物提供有效養(yǎng)分外,同時(shí)可通過(guò)吸附、固定、絡(luò)合、氧化和微生物吸收富集等作用降低植物根際微環(huán)境中重金屬的毒性,從而緩解重金屬對(duì)植物直接危害.本工程研究結(jié)果表明有機(jī)菌肥的作用顯著,能有效地提高泡桐和欒樹的存活和生長(zhǎng)速率,而有關(guān)有機(jī)菌肥緩解重金屬毒性的機(jī)制及其貢獻(xiàn)率將在后續(xù)的研究中進(jìn)一步分析與探討.

試驗(yàn)生長(zhǎng)期內(nèi),隨生物量增大,兩種植物各部位的Mn、Pb含量變化不大,Cd、Cu、Zn、Cr含量隨林齡增大而降低.出現(xiàn)這一現(xiàn)象說(shuō)明不同生長(zhǎng)時(shí)期重金屬元素在植物不同組織的遷移能力和解毒方式存在差異.Sasakiet等[34]在研究水稻Mn積累機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)Nramp5基因是Mn和Cd的傳輸載體.Ma等[35]報(bào)道天藍(lán)遏藍(lán)菜大部分Cd、Zn分布于葉肉組織的原生質(zhì)液泡中,葉片液泡的區(qū)隔作用可降低Cd、Zn的毒性.有關(guān)泡桐和欒樹重金屬的積累、轉(zhuǎn)運(yùn)和解毒機(jī)理還有待進(jìn)一步開展深入的研究.

在描述植物耐受和積累重金屬特性時(shí),最能反映植物耐受重金屬能力的指標(biāo)是植體重金屬濃度(C),C值大,說(shuō)明植物耐受重金屬能力強(qiáng),而最能反映植物積累(或固定)重金屬能力的指標(biāo)是植物體內(nèi)重金屬的積累量(U),U值大,則說(shuō)明植物通過(guò)吸收去除(或固定)土壤重金屬能力強(qiáng)[33].國(guó)際上將植物地上與地下部分重金屬濃度的比值(TF)定義為轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù),由于植體濃度反映的是植物耐受重金屬能力,因此TF值實(shí)質(zhì)反映的是植物地上與地下部分耐受重金屬能力的差異,C是強(qiáng)度因子,與植物生物量(G)無(wú)關(guān),TF是強(qiáng)度因子的比值,TF值大,只能說(shuō)明植物地上部分耐受重金屬的能力相對(duì)強(qiáng),不能反映植物轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬能力的大小.參考TF的概念,本研究采用了植物地上與地下部分重金屬積累量(U)的比值(TQ)來(lái)比較植物地上與地下部分積累重金屬能力的差異.U是容量因子,與植物生物量G相關(guān),作為積累量的比值,TQ值大,不僅說(shuō)明植物地上部分積累重金屬能力相對(duì)強(qiáng),也說(shuō)明植物向地上轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬的量大.因此,TQ是反映植物轉(zhuǎn)運(yùn)能力的指標(biāo).

植物的耐受濃度(C)和轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)(TQ)是描述植物修復(fù)功能的兩個(gè)基礎(chǔ)指標(biāo),然而植物的C 或TQ值大,都不代表植物去除重金屬的能力強(qiáng).例如欒樹的TQ大于泡桐的值,但其C值、U值卻小.因此,植體濃度C、轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)TQ和植物積累量U是分析植物耐受和積累重金屬特性時(shí)不可缺少的指標(biāo),其中C反映植物的耐受力,TQ反映植物的轉(zhuǎn)運(yùn)能力,而U代表植物的去除能力.在實(shí)踐中,真正反映植物去除(或固定)土壤重金屬能力的指標(biāo)是單位時(shí)間、單位面積上植物重金屬的積累量,而這一積累量與植物種植密度以及生長(zhǎng)時(shí)期相關(guān).理論上,優(yōu)勢(shì)修復(fù)植物應(yīng)該具有重金屬濃度高、生物量大和生長(zhǎng)周期短三大特點(diǎn)[20].本研究中兩個(gè)樹種的種植密度和生長(zhǎng)時(shí)間相同,因此,與欒樹相比,泡桐為更佳的用材林修復(fù)樹種.

3　結(jié)論

3.1在錳礦渣堆積區(qū)采用專用有機(jī)菌肥種植泡桐與欒樹,兩種樹木成活率均達(dá)到83%以上,植物生長(zhǎng)速度快,能快速恢復(fù)污染區(qū)植被與景觀.

3.2泡桐在生長(zhǎng)速度、重金屬耐受、吸收去除重金屬方面的表現(xiàn)優(yōu)于欒樹.

3.3植物濃度C、轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)TQ和積累量U為反映植物耐受和去除重金屬能力的重要指標(biāo).

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《中國(guó)環(huán)境科學(xué)》獲評(píng)“2014中國(guó)最具國(guó)際影響力學(xué)術(shù)期刊”

2014年12月,中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)主辦的《中國(guó)環(huán)境科學(xué)》被評(píng)為“2014中國(guó)最具國(guó)際影響力學(xué)術(shù)期刊”.

“中國(guó)最具國(guó)際影響力學(xué)術(shù)期刊”是《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊(光盤版)》電子雜志社有限公司、清華大學(xué)圖書館、中國(guó)學(xué)術(shù)國(guó)際評(píng)價(jià)研究中心對(duì)我國(guó)5600余種中外文學(xué)術(shù)期刊，根據(jù)總被引頻次、影響因子、被引半衰期等計(jì)算出的國(guó)際影響力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)CI進(jìn)行排序,遴選出的排名前5%的期刊.獲評(píng)“中國(guó)最具國(guó)際影響力學(xué)術(shù)期刊”的科技類期刊共175種.

自2012年開始此項(xiàng)評(píng)選以來(lái)，《中國(guó)環(huán)境科學(xué)》已連續(xù)3年獲此殊榮.

《中國(guó)環(huán)境科學(xué)》編輯部

Growth and heavy metal accumulation of Paulownia fortunei and Koelreuteria bipinnata in an ecological restoration site of the manganese-ore tailing.

OUYANG Lin-nan1, WU Xiao-fu1*, LI Yun1,2, FENG Chong-ling1,2, CHEN Yong-hua1(1.College of Environmental Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China；2.Research Center of Environmental Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China). China Environmental Science, 2016,36(3)：908～916

Abstract：A four hectare ecological restoration plot using wood species P. fortunei and K. bipinnata as phytoremediation plants was established in the Xiangtan manganese-ore tailing. The total average content of Mn at the project site was 20041mg/kg. The total average contents of Pb, Zn, Cu and Cd at the site were also much higher than the background values of Hunan province and China, showing a high level of multiple heavy metal contamination. The metal contaminated site was not sealed with normal soil. Before transplanting the seedlings, the rooting areas of the wood species at the experimental site were amended with organic manure containing a tolerant bacterium strain isolated from the mining wastes. In the second year after transplanting, the survival rates of both P. fortunei and K. bipinnata were higher than 83%. Species P. fortunei had apparently a higher growth rate than K. bipinnata. The contents of all measured metal elements were higher in leaves than in roots and stems of both species. The contents and uptake of Mn, Cu and Zn of P. fortunei were significantly higher than those of K. bipinnata. The total manganese uptake of five years old P. fortunei reached 2295g/hm2with a quantity transfer coefficient (the ratio of above to below ground uptake) of 2.32. In combination with the application of organic manure to improve the root growth environment, both P. fortunei and K. bipinnata could be used as phytoremediation tree species for manganese contaminated soil. In comparison, P. fortunei was superior to K. bipinnata as accounted for by their growth rates and nature in metal tolerance and uptake.

Key words：manganese tailings；phytoremediation；bioaccumulation；quantity transfer coefficient

作者簡(jiǎn)介：歐陽(yáng)林男(1990-),女,湖南永州人,博士研究生,主要從事環(huán)境生態(tài)學(xué)研究.

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技惠民計(jì)劃項(xiàng)目(2012GS430203);國(guó)家十二五科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAC09B00)

收稿日期：2015-06-23

中圖分類號(hào)：X171.5,S719

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-6923(2016)03-0908-09