王振艷 丁軍 孫向輝 趙京 陳婉秋

摘要：針對河南省新鄉(xiāng)市王村鎮(zhèn)及其周邊地區(qū)鎘污染現(xiàn)狀，選取7種長勢較好的本土植物，對其鎘富集特征和修復效果進行了對比分析。結果表明，草本植物的鎘耐受能力整體高于灌木或喬木，但紫薇（Lagerstroemia indicaL）表現(xiàn)出較高的富集能力和轉移系數(shù);狗尾草[Setaria viridis（L）Beauv.]根中鎘含量達82.5 mg/kg，根部富集系數(shù)為3.149;莧菜（Amaranthus tricolor L）各部分鎘含量、轉移系數(shù)和富集系數(shù)在7種植物中均處于優(yōu)勢地位。綜合分析認為，莧菜、狗尾草和紫薇可作為該區(qū)域Cd高富集植物來凈化土壤。

關鍵詞：鎘污染;土壤修復;本土植物;富集特征

中圖分類號：X53

文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（ 2020）12-0061-03

DOl：10.1408 8/j .cnki.issn043 9- 8114.2020.12.012

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

2014年環(huán)保部與國土資源部發(fā)布《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》，結果顯示，全國土壤總的點位超標率為16.1%，污染類型以無機型為主，無機污染物超標點位數(shù)占全部超標點位的82.8%，重金屬污染物鎘點位超標率為7.0%[1]。鎘是毒性較強的重金屬元素，在環(huán)境中具有生物遷移性強、毒性持久、難降解等特點[2]，不僅會引起土壤功能失調(diào)、土質(zhì)下降，還會通過食物鏈富集、轉移，長期攝人受到鎘污染的食品，會造成鎘在體內(nèi)蓄積，從而危害人類的生命和健康。因此對鎘污染農(nóng)田土壤的治理已經(jīng)引起國內(nèi)外的廣泛重視。

河南省新鄉(xiāng)市被中國輕工業(yè)聯(lián)合會、中國電池工業(yè)協(xié)會聯(lián)合授予“中國電池工業(yè)之都”榮譽稱號。王村鎮(zhèn)位于新鄉(xiāng)市西北部，地理坐標東經(jīng)113°50'10”-113°52'17”，北緯35°20'57”-35.21 '50”。自20世紀80年代，該區(qū)域企業(yè)開始生產(chǎn)鎳鉻電池，聚集幾十家電池及其配套企業(yè)，由于工藝水平落后、缺乏配套的污染防治措施，污染物通過大氣沉降、污水灌溉、固廢隨意堆放等形式進入環(huán)境中造成不同程度的重金屬污染。21世紀初期，牧野區(qū)政府采取強力措施，按照“斷水斷電、拆除設備、清除原料、恢復原貌”的標準，先后取締和關閉了當?shù)氐纳嬷亟饘僮鞣皇狡髽I(yè)和涉海綿鎘或氧化鎘企業(yè)生產(chǎn)線，基本消除了涉鎘污染源。但是，經(jīng)過30多年的積累，給周邊的居住用地、耕地及其工業(yè)場地環(huán)境造成了不同程度的污染，其中鎘污染土壤已對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人群健康產(chǎn)生一定影響。因此，鎘污染土壤治理修復勢在必行。

鎘污染土壤修復技術按其修復機理可分為物理修復、化學修復和生物修復。植物修復技術是指利用植物吸收、固定、降解、揮發(fā)、根濾等作用固定土壤、沉積物、污泥或地表、地下水中有毒有害污染物的原位修復技術[3]。因其具有成本低廉、操作簡便、應用范圍廣、有利于改善生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點，得到了很大的發(fā)展。植物修復技術的關鍵是篩選對重金屬鎘具有一定耐性和富集能力強的植物，通過其生長將污染物吸收并轉移貯藏到植物莖、葉等地上部分。據(jù)統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)的對重金屬具有累積作用的超富集植物400多種[4]。由于鎘是植物非必需的有毒元素，植物對其吸收量很少，發(fā)現(xiàn)的鎘超富集植物較少。近年來發(fā)現(xiàn)的鎘超富集植物達20余種[5]，如印度芥菜（鎘最高累積量>100 mg/kg）[6]、天藍遏蘭菜（鎘最高累積量3 200 mg/kg）[7]、楊桃（鎘最高累積量487mg/kg）[8]等。但這些超富集植物在不同地域隨著環(huán)境條件和土壤理化性質(zhì)等的改變，并不能大范圍推廣使用[9]。因此，通過對污染地塊長勢良好的本土植物或種植植物進行試驗分析，探索這些植物對鎘的吸收、富集和遷移特點，篩選出具有較強富集能力的植物品種，為區(qū)域性鎘污染土壤的修復及相關研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤和植物

根據(jù)該區(qū)域前期場地調(diào)查和環(huán)境風險評估報告得知，所選試驗地塊土壤中鎘的平均含量為26.2mg/kg。河南省A層土壤中鎘的平均背景值是0.074 mg/kg[10]，該試驗地塊鎘含量為河南省背景水平的354倍。根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準》（ GB15618-2018）中規(guī)定，當pH>7.5時，鎘的風險篩選值為0.6 mg/kg，風險管制值為4.0 mg/kg，由此可以判斷本試驗地塊土壤中鎘的平均含量超出農(nóng)用地土壤污染風險篩選值約43倍，超出農(nóng)用地土壤污染風險管制值約6倍。本次試驗選取該污染地塊中長勢良好的7個品種作為供試植物，其中有一年生草本植物狗尾草、莧菜、小蓬草共3個品種，種植2年的喬木和灌木樹種有紫薇、冬青、梧桐、木槿共4個品種。各種植物的基本信息如表1所示。

1.2 樣品的采集與處理

在選定的試驗場地隨機采集7種供試植物的根、莖、葉樣品帶回實驗室，依次用自來水、去離子水清洗3次，在120℃下殺青30 min，然后在80℃條件下烘干至恒重，最后將干樣粉碎、稱重備用。

1. 3樣品測定

準確稱取粉碎后的植物樣品0.1 g，加入體積比為4：1的HNO3-HCIO4混合液10 mL，采用微波密閉消解系統(tǒng)在190℃、2.5x10⁶Pa下進行消解2 min，消解液中Cd含量采用石墨爐原子吸收分光光度計測定。

2 結果與分析

2.1 各類植物不同器官的鎘富集量和富集系數(shù)

超富集植物是指能利用根部吸收高濃度的重金屬，并將吸收的重金屬富集在根、莖、葉里。通常草本植物重金屬富集能力高于灌木和喬木[11]。由圖1和圖2可以看出，各類植物對鎘的富集量和富集系數(shù)整體趨勢是草本植物>灌木>喬木。而落葉灌木紫薇表現(xiàn)出較強的鎘富集能力，地上部分鎘含量和富集系數(shù)均大于草本植物狗尾草和小蓬草。不同植物地上部分Cd含量有較大差別，其中，莧菜、紫薇莖中Cd含量分別為51.0、16.5 mg/kg，莖部富集系數(shù)分別為1.947和0.630，葉中Cd含量分別為47、32mg/kg，葉部富集系數(shù)分別為1.794和1.221，兩種植物的地上部分表現(xiàn)出較強的Cd富集能力。其他幾種植物莖、葉中Cd含量均較低，莖、葉部Cd富集系數(shù)均小于1，對Cd的富集能力處于較低水平。

植物根系主要通過吸附、沉淀等方式降低土壤中重金屬的可移動性和有效性，防止污染物流失和擴散。根系對鎘的吸收效率除了受生物量影響外，還取決于土壤中根一土交互界面鎘的生物有效性，生物有效性主要受土壤理化性質(zhì)和根系分泌物的影響，根系分泌物可通過交互界面重金屬離子的吸附一解吸、配位一電離等化學反應促進重金屬的吸收[12];同時重金屬也可刺激根系分泌小分子有機酸提高重金屬的生物有效性[13]。結果（圖1和圖2）顯示，狗尾草和莧菜根中鎘含量分別為82.5、35.0 mg/kg，根部富集系數(shù)分別為3.149和1.336，具有較強的富集能力。

2.2 各類植物不同器官的鎘轉運系數(shù)

根莖轉移系數(shù)是衡量植物將根部重金屬向莖、葉部分轉運能力的重要指標之一。由圖3可見，莧菜、小蓬草和紫薇的根莖轉移系數(shù)分別為1.457、1.092、1.571，均大于1，表明根部對Cd具有較強的轉運能力。小蓬草、紫薇、冬青、梧桐的莖葉轉移系數(shù)分別為1.589、1.939、2.569、2.818，均大于1，說明這4種植物莖中Cd向葉中轉移能力較強。這些富集了重金屬Cd的植物器官會通過腐爛、落葉等途徑使重金屬元素重返土壤，因此必須通過收割地上部分和清掃落葉等方式來收集富集了重金屬的植物器官，并將其通過焚燒、高溫分解、灰化、壓縮填埋等途徑進行無害化處理。狗尾草根系耐受性好于地上部分，大部分吸收的鎘貯存在根系中，但轉運能力相對較差，根莖轉運系數(shù)和莖葉轉運系數(shù)均小于1。

3 結論及建議

本試驗對狗尾草、莧菜、小蓬草3種一年生草本植物和紫薇、冬青、梧桐、木槿4種種植兩年的喬木和灌木樹種進行了不同部位Cd含量的測試分析，以期篩選出富集能力強、適合Cd污染土壤修復的植物品種。結果表明，一年生草本植物中狗尾草和莧菜對Cd呈現(xiàn)出顯著的富集特征，從根莖轉移系數(shù)和地上部富集系數(shù)來看，莧菜具有較高的富集和轉運能力;小蓬草的各部位富集系數(shù)均較低，但根莖轉移系數(shù)大于1。兩年生喬木和灌木樹種中，紫薇表現(xiàn)出較高的富集能力和轉移系數(shù);紫薇、冬青、梧桐均有較高的莖葉轉移系數(shù);木槿的各部位富集系數(shù)和轉運能力均較低。綜合分析認為，狗尾草、莧菜和紫薇可作為該區(qū)域Cd高富集植物來凈化土壤。

本試驗供試植物直接取自污染地塊，與污染場地自然土壤環(huán)境條件完全一致，篩選出的鎘高富集植物可直接推廣應用于污染地塊的修復治理。有研究認為，鎘超富集植物應該具備的基本特征包括：植物地上部鎘含量應達100 mg/kg;轉運系數(shù)大于1;植物地上部富集系數(shù)大于1;植物對鎘有較強的耐性，即能在污染場地正常生長且地上部生物量沒有減少[14]。而本次試驗中所篩選出的鎘高富集植物均未達到鎘超富集植物標準，今后應進一步開展更多品種的本土植物種植試驗，以期篩選出適合污染場地環(huán)境條件的鎘超富集植物。

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基金項目：河南省科技廳科技攻關項目（ 182102311002）;河南省科技開放合作項目（182106000054）;河南省科技攻關項目（182102311048）

作者簡介：王振艷（1976-），女，內(nèi)蒙古赤峰人，副教授，碩士，主要從事土壤污染控制與修復技術研究，（電話）15836106862（電子信箱）gryxshuo@163.com。