陳昌東，張安寧，臘明，齊光，趙干卿，楚純潔

1. 寧夏大學(xué)/西北土地退化與生態(tài)恢復(fù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，寧夏 銀川 750021；

2. 平頂山學(xué)院低山丘陵區(qū)生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 平頂山 467000

煤礦資源的開發(fā)極大推動(dòng)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題（徐佩等，2015）。其中，常年露天堆放的煤矸石已成為礦區(qū)重要的重金屬污染來源之一（Esmaeili et al.，2014）。由于重金屬在環(huán)境中具有穩(wěn)定性和不降解性的特征，可能通過食物鏈生物放大作用影響生物群落，結(jié)果將導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，嚴(yán)重影響生態(tài)系統(tǒng)功能，危及糧食生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和人類健康（Rodríguez et al.，2009；陳璐等，2017）。為此，開展污染環(huán)境的生態(tài)修復(fù)治理就顯得至關(guān)重要。而利用對(duì)重金屬有較高的耐性和富集能力的植物，已然成為污染環(huán)境的生態(tài)修復(fù)治理的重要措施。因此，研究礦區(qū)周邊優(yōu)勢(shì)植物對(duì)土壤重金屬吸收及富集特征，對(duì)于區(qū)域環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)具有重要的理論與實(shí)踐意義。

目前，由于植物修復(fù)技術(shù)成本低且適于大范圍應(yīng)用，迅速成為了土壤修復(fù)的研究焦點(diǎn)（Sun et al.，2016；Sarwar et al.，2017）。張浩嘉等（2017）研究了徐州北郊煤礦區(qū)8種優(yōu)勢(shì)植物對(duì)Cu、Pb和Zn的富集能力，認(rèn)為野艾蒿（Artemisia lavandulaefolia）可以用于煤礦區(qū)植被修復(fù)。郭曉宏等（2015）分析了臨汾西山煤礦5種優(yōu)勢(shì)種植物對(duì)鉛的富集特征，發(fā)現(xiàn)夏至草（Lagopsis supina）對(duì)Pb有較強(qiáng)的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力，是鉛超富集植物。劉桂華等（2016）研究高砷煤礦區(qū)燈心草對(duì)重金屬元素積累特性，發(fā)現(xiàn)燈心草（Juncus effusus）對(duì)Fe、Mn有較強(qiáng)的富集轉(zhuǎn)運(yùn)能力，具有Mn超富集植物的特征。阿不都艾尼·阿不里等（2017）分析了露天煤礦本土植物的重金屬含量，發(fā)現(xiàn)假木賊（Anabasis aphylla）、琵琶柴（Reaumuria songoonica）和梭梭（Haloxylonammodendron）對(duì)Zn、Cr和Pb具有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)運(yùn)能力，可作為礦區(qū)土壤植物修復(fù)的優(yōu)選物種。時(shí)宇等（2018）分析了黃石礦山公園內(nèi) 9種優(yōu)勢(shì)草本植物對(duì)Cd、Cu、Zn的富集轉(zhuǎn)運(yùn)特征，發(fā)現(xiàn)蕨菜和早熟禾是典型的Zn富集性植物，蜈蚣草對(duì)Cd的富集能力最強(qiáng)，這3種植物可作為重金屬污染土壤的修復(fù)植物。Brooks（1977）提出超富集植物這一概念，隨后Chaney（1983）提出利用超富集植物清除土壤重金屬污染的思想。綜合分析表明，在重金屬污染生境中調(diào)查篩選本土優(yōu)勢(shì)植物對(duì)土壤重金屬污染土壤修復(fù)具有重要價(jià)值。

河南省平頂山煤礦是中國(guó)中原地區(qū)重要的煤炭基地，在礦區(qū)周圍堆積了大量的煤矸石山，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，嚴(yán)重影響到周圍的生態(tài)環(huán)境和人居健康。近些年來，關(guān)于河南省平頂山煤礦已有很多的報(bào)道，研究?jī)?nèi)容大都集中在地質(zhì)構(gòu)造（馮松寶等，2015）和煤矸石（許紅亮等，2016）領(lǐng)域，而對(duì)土壤污染評(píng)價(jià)和自然生長(zhǎng)的植物調(diào)查很少，關(guān)于土壤污染嚴(yán)重的礦區(qū)內(nèi)植物對(duì)重金屬的耐性和富集能力尚不清楚。鑒于此，為篩選出適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蚝屯寥罈l件的重金屬富集植物，以平頂山礦區(qū)多年堆放矸石山周邊土壤及優(yōu)勢(shì)種植物為研究對(duì)象，分析評(píng)價(jià)土壤重金屬污染現(xiàn)狀，并對(duì)優(yōu)勢(shì)種植物重金屬富集轉(zhuǎn)運(yùn)能力進(jìn)行探討，比較植物對(duì)土壤重金屬富集能力，旨在為區(qū)域重金屬污染區(qū)的生態(tài)修復(fù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河南省平頂山市區(qū)北部的丘陵南坡，平煤九礦東側(cè)矸石山南側(cè)約800 m，海拔659 m，面積為100 m×100 m。該礦區(qū)東西長(zhǎng)約30 km，自1956年以來共建有大型礦井11對(duì)，為中國(guó)北方重要的煤炭基地。礦區(qū)周邊丘陵多屬剝蝕侵蝕地形，工礦開發(fā)以來的土壤侵蝕速率增大了近2倍，達(dá)到了 3750 t·km-2。

該區(qū)處于暖溫帶和亞熱帶氣候交錯(cuò)的邊緣地區(qū)，具有明顯的過渡性特征。6-8月盛行南風(fēng)或偏南風(fēng)，其他月份以北風(fēng)或偏北風(fēng)為主。全年日照時(shí)數(shù)2000 h，年均氣溫14.7 ℃，無霜期223 d，年均降雨量759 mm（楚純潔等，2017）。土壤具有典型的過渡性，為南方黃紅壤土向北方褐土的過渡類型，土壤粗骨性比較突出，土壤厚度多在5-45 cm（曾憲勤等，2008）。樣方內(nèi)主要植被包括草本植物如狗尾草（Setaria viridis）、蒼耳（SiberiaCocklebur）、全葉馬蘭（Kalimeris integrifolia）、牡蒿（Artemisia japonica）、蒙古蒿（Artemisia mongolica）、黃背草（Themeda triandra）、豬毛蒿（Artemisia scoparia）、紫馬唐（Digitaria violascens）等，灌木植物如野酸棗（Ziziphus jujuba）、荊條（Vitex negundo）、枸樹（Broussonetia papyrifera）等和一些喬木植物如刺槐（Robinia pseudoacacia）、小葉楊（Populus simonii）等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集

于2016年9月，采用樣方法調(diào)查了研究區(qū)內(nèi)的植被群落狀況，依據(jù)優(yōu)勢(shì)度篩選出8種生長(zhǎng)良好的草本植物為研究對(duì)象，同時(shí)進(jìn)行標(biāo)記。8種植物分別是狗尾草（S. viridis）、蒼耳（X. sibiricum）、全葉馬蘭（K. integrifolia）、牡蒿（A. japonica）、蒙古蒿（A. mongolica）、黃背草（T. triandra）、豬毛蒿（A. scoparia）、紫馬唐（D. violascens）。根據(jù)植物高度生長(zhǎng)狀況，每種植物隨機(jī)采集3株（包括根部）作為重復(fù)樣株。在每株植物下部根部，采集對(duì)應(yīng)的根際土壤和非根際土壤樣品各1個(gè)；采樣深度為0-20 cm。共采集48個(gè)土壤樣品，即8株×2位點(diǎn)（根際與非根際）×3重復(fù)植株。

1.3 樣品處理與測(cè)定

土壤樣品：將采回的土壤樣品置于室內(nèi)自然風(fēng)干，之后剔除樣品中殘根、石塊等雜物。風(fēng)干后樣品先用細(xì)木棒碾碎，再置于研缽內(nèi)研磨，過100目尼龍篩網(wǎng)后，按四分法棄去多余的部分，保留200 g，裝入自封袋密封保存。稱取土樣0.2 g，使用微波消解儀（CPL1-MD8H），在 HNO3-HCL消解體系（HNO3-HCL=3∶1，體積比）下將混合液消解至透明澄清，同時(shí)設(shè)置空白對(duì)照。

植物樣品：植物地上部和根部分別用自來水沖洗掉表面的灰塵、泥土等，再用蒸餾水沖洗3次，最后用去離子水沖洗3次，放入紙質(zhì)信封，置于烘箱中105 ℃殺青30 min后，于鼓風(fēng)箱中60 ℃烘至恒重。樣品用粉碎機(jī)粉碎后，過100目尼龍篩，裝入自封袋密封保存。稱 1.0 g植物樣品，采用HNO3-H2O2消解體系（HNO3∶H2O2=7∶2，體積比）進(jìn)行微波消解至液體透明澄清，同時(shí)設(shè)置空白對(duì)照。

使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（Angilent.7.5美國(guó)安捷倫儀器公司）測(cè)定各種樣品中Cd、Cr、Cu、Mn、Pb 5 種重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)（mg·kg-1）。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

土壤重金屬污染評(píng)價(jià)采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法（劉巍等，2016；叢鑫等，2017）。植物重金屬積累能力采用生物富集系數(shù)（BCF）和生物轉(zhuǎn)移系數(shù)（BTF）（Salt et al.，1995）。

單因子指數(shù)法：選用河南省土壤自然背景值作為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)研究區(qū)土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)（邵豐收等，1998），能夠直觀地反映單個(gè)重金屬的污染情況。其計(jì)算公式為：

式中，Pi為土壤重金屬元素i的單因子污染指數(shù)；Ci為土壤重金屬元素 i的實(shí)測(cè)值，mg·kg-1；Si為土壤重金屬元素i的標(biāo)準(zhǔn)值。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法：評(píng)價(jià)土壤重金屬污染運(yùn)用最為廣泛的方法，可以全面反映重金屬對(duì)土壤的綜合影響，避免均值帶來的重金屬權(quán)值削弱現(xiàn)象（趙玉紅等，2016）。其計(jì)算公式如下：

式中，Pcom為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；Pmax為單因子污染指數(shù)最大值；Pave為單因子污染指數(shù)算數(shù)平均值。

根據(jù)單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)將土壤重金屬污染劃分為5個(gè)等級(jí)，如表1所示（李俊凱等，2018）。

表1 土壤重金屬污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for the classification of soil heavy metal pollution

生物富集系數(shù)（BCF）是植物體內(nèi)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤中相應(yīng)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值，反映植物對(duì)土壤中重金屬元素吸收積累的難易程度，是植物富集重金屬能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)。BCF＞1時(shí)，植物體內(nèi)重金屬含量大于植物生長(zhǎng)土壤環(huán)境中的重金屬含量，可以用于土壤重金屬污染修復(fù)。植物體內(nèi)重金屬超標(biāo)倍數(shù)（TON）采用植物正常含量為參考值（何東等，2013）進(jìn)行計(jì)算，度量植物污染的相對(duì)程度。其計(jì)算公式如下：

式中，BCFabove、BCFroot分別為地上部、根部生物富集系數(shù)；TONabove、TONroot分別為植物體內(nèi)重金屬超標(biāo)倍數(shù)。ωabove、ωroot、ωsoil、ωplant分別為植物地上部、植物根部、根系土壤、植物體內(nèi)正常的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg·kg-1。

生物轉(zhuǎn)移系數(shù)（BTF）是植物地上部重金屬含量與植物根部重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比，反映重金屬在植物體內(nèi)的遷移能力。BTF＞1時(shí)，植物將根部吸收的重金屬元素轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部分，提高根部對(duì)重金屬元素的吸收能力，通過萃取的方式修復(fù)受污染土壤。其計(jì)算公式如下：

運(yùn)用Excel 2013、SPSS 22.0等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬污染狀況

如表2所示，平頂山煤礦區(qū)土壤中各重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 Cd 1.61-7.18 mg·kg-1，Cr 16.66-814.64 mg·kg-1，Cu 15.54-84.55 mg·kg-1，Mn 245.68-856.7 mg·kg-1，Pb 15.31-112.7 mg·kg-1，均值分別為 4.29、330.95、36.09、480.74、64.37 mg·kg-1，高低順序?yàn)?Mn＞Cr＞Pb＞Cu＞Cd。

表2 樣地土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)及污染指數(shù)Table 2 Mass fraction of heavy metals and pollution index of soils

以河南省土壤背景值作為標(biāo)準(zhǔn)參考（邵豐收等，1998），5種重金屬元素單因子污染指數(shù)高低順序?yàn)镃d＞Cr＞Pb＞Cu＞Mn。其中 Cd 和 Cr的單因子污染指數(shù)分別為66.04和5.24，均大于3，達(dá)到重度污染級(jí)別；Pb的單因子污染指數(shù)為2.89，大于2，達(dá)到中度污染級(jí)別；Cu的單因子污染指數(shù)為1.80，大于1，達(dá)到輕度污染級(jí)別；Mn的單因子污染指數(shù)為0.85，大于0.7，達(dá)到警戒級(jí)別。研究區(qū)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)達(dá)到47.94，高于重度污染級(jí)別。

2.2 優(yōu)勢(shì)植物重金屬富集能力

2.2.1 優(yōu)勢(shì)植物體內(nèi)重金屬含量

對(duì)優(yōu)勢(shì)植物體內(nèi)Cd、Cr、Cu、Mn、Pb的含量進(jìn)行測(cè)定，由表3可知，植物體內(nèi)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 3.22、13.75、9.22、25.60、19.80 mg·kg-1，高低順序?yàn)?Mn＞Pb＞Cr＞Cu＞Cd，與土壤中重金屬含量特征基本一致。植物各部位對(duì)重金屬的吸收能力大不相同，8種優(yōu)勢(shì)植物根部重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍分別為 Cd 0.51-4.06 mg·kg-1，Cr 1.50-15.03 mg·kg-1，Cu 0.11-8.96 mg·kg-1，Mn 11.98-28.89mg·kg-1，Pb 0.10-18.98 mg·kg-1，地上部重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍分別為Cd 0.38-4.56 mg·kg-1，Cr 1.25-25.67 mg·kg-1，Cu 0.06-8.61 mg·kg-1，Mn 3.69-9.22 mg·kg-1，Pb 0.31-71.38 mg·kg-1。整體而言，5種重金屬在植物根部的含量高于地上部。

表3 植物體內(nèi)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)及超標(biāo)倍數(shù)Table 3 Mass fraction of heavy metals in plants and exceeding the standard

8種優(yōu)勢(shì)植物體內(nèi)重金屬含量與植物重金屬正常含量相比（何東等，2013），Cd、Cr和 Pb均不同程度地超出了正常范圍。豬毛蒿地上部分、紫馬唐地上部分和根部Cd含量分別超標(biāo)1.52、1.25和1.35倍；全葉馬蘭根部、狗尾草地上部分和根部Cr含量超標(biāo)分別1.30、3.06和1.79倍；狗尾草地上部分Pb含量超標(biāo)1.71倍。其他優(yōu)勢(shì)植物體內(nèi)Cd、Cr、Cu、Mn和Pb含量均在正常范圍內(nèi)。

2.2.2 植物對(duì)重金屬的富集及轉(zhuǎn)移特征

由表4可知，8種植物對(duì)5種重金屬的BCF整體表現(xiàn)為 Cd＞Cu＞Pb＞Cr＞Mn，根部 BCF 大于地上部分。蒼耳、全葉馬蘭、蒙古蒿、黃背草、豬毛蒿對(duì)Cd也有很強(qiáng)的富集能力，蒼耳地上部分、全葉馬蘭地上部分和根部、蒙古蒿地下部分、黃背草根部、豬毛蒿地上部分對(duì)Cd的BCF均超過1，分別達(dá)到 1.133、1.063、1.084、1.437、1.085、1.259。狗尾草對(duì)Cr有很強(qiáng)的富集能力，其地上部分對(duì)Cr的BCF超過1，達(dá)到1.031。蒼耳對(duì)Cu有很強(qiáng)的富集能力，其地上部分對(duì) Cu的 BCF超過 1，達(dá)到1.088。全葉馬蘭和黃背草對(duì)Pb有很強(qiáng)的富集能力，全葉馬蘭根部和黃背草根部對(duì)Pb的BCF均超過1，達(dá)到1.740和1.372。所有植物對(duì)Mn的BCF均小于1。

由表4可知，8種植物對(duì)5種重金屬的BTF整體表現(xiàn)為 Cu＞Cr＞Cd＞Pb＞Mn。狗尾草、蒼耳、牡蒿、豬毛蒿對(duì)Cd有很強(qiáng)的遷移能力，其BTF均大于1，分別達(dá)到1.347、1.230、1.472、1.526。狗尾草、蒼耳、蒙古蒿、黃背草對(duì) Cr有很強(qiáng)的遷移能力，其BTF 均大于 1，分別達(dá)到 1.708、1.437、3.683、1.349。蒼耳、全葉馬蘭、牡蒿、蒙古蒿對(duì)Cu有很強(qiáng)的遷移能力，其BTF均大于1，分別達(dá)到4.939、2.661、3.183、1.381。狗尾草和蒙古蒿對(duì)Pb有很強(qiáng)的遷移能力，其BTF均大于1，分別達(dá)到3.883和3.905。所有植物對(duì)Mn的BTF均小于1。

表4 植物對(duì)重金屬的生物富集系數(shù)和生物轉(zhuǎn)移系數(shù)Table 4 Bio-transfer factor (BTF) and bio-concentration factor (BCF) of plants for heavy metals

2.3 植物體重金屬與土壤相關(guān)性

對(duì)8種優(yōu)勢(shì)植物不同部位重金屬含量與土壤中重金屬含量進(jìn)行相關(guān)性分析。由表5可知，土壤Cd、Mn和Cu含量與植物地上部分Cd含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系；土壤Cd和Mn含量與植物地上部分Cu含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤Cd、Cu、Mn和Cr與植物根部Cd含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系；土壤中Cd、Cu和Pb含量與根部Pb含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。植物地上部分Cd含量與根部Pb和Cd含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系；植物地上部分 Cr和 Pb含量與根部Cr和Cu含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系；植物地上部分Cu含量與根部Cd含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3 討論

對(duì)河南省平煤九礦矸石山周邊優(yōu)勢(shì)植物根系和土壤的重金屬含量進(jìn)行分析測(cè)試，結(jié)果表明，土壤中 Cd、Cr、Pb、Cu含量均超過了河南省土壤背景值（邵豐收等，1998），由于長(zhǎng)期礦業(yè)活動(dòng)及煤矸石淋溶、風(fēng)化，重金屬元素隨之釋放，經(jīng)過一系列過程，使 Cd、Cr、Cu、Pb在土壤中明顯集聚，造成土壤環(huán)境污染（崔龍鵬等，2004）。研究區(qū)內(nèi)Cd污染最為嚴(yán)重，Cr、Pb、Cu污染次之，內(nèi)梅羅污染指數(shù)遠(yuǎn)超于重度污染級(jí)別，平頂山煤礦矸石山周邊土壤是受Cd-Cr-Pb-Cu復(fù)合污染的土壤。

李俊凱等（2018）和何東等（2013）在研究中發(fā)現(xiàn)土壤中某種重金屬含量越高，對(duì)應(yīng)植物體內(nèi)重金屬含量越高。在本研究中，土壤中Mn、Pb、Cu、Cd含量與植物體內(nèi)Mn、Pb、Cu、Cd含量特征基本一致，表現(xiàn)為Mn＞Pb＞Cu＞Cd，而植物體Cr含量與土壤中Cr含量特征表征不同，植物體內(nèi)的Cr含量小于Pb含量，而土壤中Cr含量大于Pb含量，表明植物對(duì)重金屬元素的吸收不僅受土壤重金屬含量的影響，植物特性、土壤質(zhì)量、土壤重金屬的形態(tài)和毒性都影響著植物對(duì)土壤重金屬的富集能力，可能導(dǎo)致不同研究結(jié)果出現(xiàn)部分差異（施翔等，2012）。本研究中8種優(yōu)勢(shì)植物對(duì)5種重金屬元素均表現(xiàn)出較強(qiáng)的富集吸收能力，大部分植物體內(nèi)一種或多種重金屬含量遠(yuǎn)高于植物正常重金屬含量，但都均未達(dá)到超富集植物的臨界標(biāo)準(zhǔn)。不同種優(yōu)勢(shì)植物對(duì)重金屬的吸收特征有較大差異，豬毛蒿和紫馬唐體內(nèi)Cd含量、狗尾草體內(nèi)Cr、Pb含量均超出了植物體重金屬含量正常范圍，這與李俊凱等（2018）和王興偉等（2013）的研究結(jié)果相似。國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，豬毛蒿體內(nèi)Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.75 mg·kg-1（李凱榮等，2013），與紫馬唐為同一屬的馬唐（Digitaria sanguinalis）體內(nèi)Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 13.13 mg·kg-1（王興偉等，2013），狗尾草體內(nèi)Pb和 Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 87.08 mg·kg-1和 19.7 mg·kg-1（李俊凱等，2018；閆寶環(huán)等，2012），均超出了植物體重金屬含量正常范圍。說明豬毛蒿和紫馬唐對(duì)Cd、狗尾草對(duì)Cr、Pb具有一定的耐性和富集能力。本研究中，狗尾草體內(nèi) Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過了重金屬正常含量范圍，這與李俊凱等（2018）的研究結(jié)果不一致。李俊凱等（2018）在南京市礦區(qū)重金屬富集植物篩選中發(fā)現(xiàn)狗尾草體內(nèi) Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 6.59 mg·kg-1，在植物體重金屬正常含量范圍內(nèi)。一方面可能是不同氣候帶下土壤理化性質(zhì)不同影響著植物對(duì)重金屬的吸收能力（何東等，2013）；另一方面可能是植物體不同重金屬元素的組合影響植物對(duì)重金屬的吸收能力，如表5所示，植物根部Cr和Cu的吸收影響著植物地上部分Cr的積累。

比較 8種優(yōu)勢(shì)植物對(duì) 5種重金屬的 BCF和BTF，蒼耳對(duì)Cd和Cu的BCF和BTF均大于1，在8種植物中對(duì)Cu的BTF最高，韓娟（2017）和張棟棟等（2019）研究發(fā)現(xiàn)蒼耳是Cu超富集植物、Cd富集植物。豬毛蒿對(duì)Cd的BCF和BTF均大于1，閆寶環(huán)等（2012）研究同樣發(fā)現(xiàn)豬毛蒿對(duì)Cd的BCF和BTF大于1，具有Cd超富集植物特征，可作為Cd污染的修復(fù)植物。蒙古蒿對(duì)Cr和Pb的BTF均大于3，且對(duì)Cd的BCF大于1，可作為Cr和Pb污染的修復(fù)植物。狗尾草對(duì) Cd、Cr和 Pb的 BTF均大于1，且對(duì)Cr的BCF大于1，在8種植物中對(duì)Pb的BTF最高，可作為Pb、Cr和Cd綜合污染的修復(fù)植物，與魏俊杰等（2017）研究結(jié)果相同。本研究中8種優(yōu)勢(shì)植物均呈現(xiàn)出較高的重金屬富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力，具有富集植物的一些特征，但還需要通過盆栽實(shí)驗(yàn)及生理生化研究進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證（李俊凱等，2018）。

表5 草本植物體不同部分與土壤重金屬含量的相關(guān)性Table 5 Correlation between different parts of herbaceous plants and heavy metal contents in soil

熊云武等（2016）和王愛國(guó)（2012）研究發(fā)現(xiàn)，植物體重金屬元素與土壤中對(duì)應(yīng)元素呈顯著正相關(guān)關(guān)系。本研究中，土壤Cd、Mn、Cu含量與植物地上部分Cd含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系；土壤Cd、Cu、Mn和Cr與植物根部Cd含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系；土壤Cd、Cu和Pb含量與根部Pb含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，說明土壤Cd、Cr、Cu、Mn和Pb的較高含量促進(jìn)植物對(duì) Pb和 Cd的吸收。而土壤 Cd和Mn含量與植物地上部分 Cu含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明土壤Cd、Mn的較高含量抑制植物地上部分對(duì)Cu的富集。植物根部Cd含量與地上部分Cu含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明植物根部對(duì)Cd的吸收抑制植物地上部分對(duì)Cu的積累。本研究中，植物內(nèi)Cu含量與土壤Mn和Cu呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，這與郭丹丹（2012）的研究結(jié)果相似。郭丹丹（2012）在抗猛植物篩選研究中發(fā)現(xiàn)，大葉樟（Cinnamomum austrosinense）Cu含量與土壤Mn和Cu呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，說明土壤Mn和Cu的較高含量抑制了植物對(duì)Cu的富集。

植物根部Cr和Cu含量與植物地上部分Cr和Pb含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，植物根部Cd和Pb含量與地上部分Cd含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。嚴(yán)蓮英等（2017）對(duì)黔北輕污染耕地 12種優(yōu)勢(shì)雜草重金屬含量及富集特征進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)稻槎菜（Lapsana apogonoides）、黃秋葵（Abelmoschus esculentus）等雜草根部重金屬含量與地上部分Cd、Pb含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。說明植物根部對(duì)Cd和Pb的吸收顯著促進(jìn)植物地上部分對(duì)Cd的積累，同時(shí)，植物根部對(duì)Cr和Cu的吸收顯著促進(jìn)植物地上部分對(duì)Cr和Pb的積累。

在重金屬污染嚴(yán)重的生境中生長(zhǎng)的植物具有一定的重金屬耐性，且不同植物對(duì)重金屬的富集和轉(zhuǎn)移能力表現(xiàn)出一定的差異。參照 Baker et al.（1989）和Punz et al.（1993）關(guān)于植物對(duì)重金屬的吸收、轉(zhuǎn)移和積累機(jī)制，將8種優(yōu)勢(shì)植物可分為富集型、根部囤積型兩種類型：

（1）富集型。植物從土壤中主動(dòng)吸收重金屬元素，并將根部吸收的重金屬元素轉(zhuǎn)移到地上部分，通過不斷種植和收割富集型植物來清除土壤中重金屬元素（李俊凱等，2018）。本研究中，7種優(yōu)勢(shì)植物體內(nèi)重金屬含量較高，且有較高的BTF。例如，狗尾草對(duì) Cd、Cr、Pb的生物轉(zhuǎn)移系數(shù)大于 1，蒼耳對(duì)Cd、Cr、Cu的BTF大于1，蒙古蒿對(duì)Cr、Cu、Pb的BTF大于1，牡蒿對(duì)Cd、Cu的BTF大于1，全葉馬蘭對(duì)Cu、黃背草對(duì)Cr、豬毛蒿對(duì)Cd的生物轉(zhuǎn)移系數(shù)均大于 1。說明這 7種優(yōu)勢(shì)植物在Cd-Cr-Pb-Cu復(fù)合污染嚴(yán)重的土壤環(huán)境中生長(zhǎng)良好，具有較強(qiáng)的重金屬轉(zhuǎn)移能力，在修復(fù)重金屬污染的土壤環(huán)境上具有較高的潛在價(jià)值。

（2）根部囤積型。植物從土壤中被動(dòng)吸收重金屬元素，并將吸收的重金屬元素囤積于根部，少量向地上部分遷移，減少對(duì)植物體的毒害（Marek et al.，2012）。本研究中，紫馬唐體內(nèi)Cd含量較高，但對(duì)重金屬的BTF小于1，重金屬主要囤積在根部，來提高自身耐性，屬于根部囤積型植物。

4 結(jié)論

（1）平頂山礦區(qū)矸石山周邊土壤重金屬含量較高，Cd、Cr、Pb、Cu污染嚴(yán)重，達(dá)到重度污染級(jí)別，是受重金屬Cd-Cr-Pb-Cu復(fù)合污染的土壤，其中Cd污染表現(xiàn)出較高的生態(tài)危害性。

（2）對(duì)8種植物不同部位重金屬含量測(cè)定，發(fā)現(xiàn)蒼耳、豬毛蒿、蒙古蒿和狗尾草植株中一種或多種重金屬含量超標(biāo)，且BCF和BTF均大于1，但未達(dá)到超富集植物的臨界標(biāo)準(zhǔn)，可用于該地區(qū)重金屬污染地的生態(tài)修復(fù)。

（3）蒼耳、豬毛蒿、蒙古蒿、狗尾草、牡蒿、全葉馬蘭和黃背草屬于重金屬富集型植物特征，可作為治理該地區(qū)環(huán)境污染的目標(biāo)植物。

致謝：感謝寧夏大學(xué)劉任濤老師對(duì)英文摘要部分的潤(rùn)色。