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        礦區(qū)土壤重金屬污染評(píng)價(jià)及植物修復(fù)能力的對(duì)比研究

        2024-01-01 00:00:00陳曉輝王瓊吳亮亮孟磊
        農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究 2024年5期
        關(guān)鍵詞:植物修復(fù)礦區(qū)重金屬

        摘 要:為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)礦區(qū)土壤重金屬污染狀況和篩選適合礦區(qū)重金屬污染土壤的修復(fù)植物,采集礦區(qū)周邊土壤并調(diào)查其重金屬含量,應(yīng)用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)、潛在生態(tài)危害指數(shù)評(píng)價(jià)礦區(qū)污染現(xiàn)狀,選擇礦區(qū)常見(jiàn)植物模擬種植,并分析植物的修復(fù)能力。結(jié)果表明:銅礦區(qū)重金屬樣土內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為27.2,屬于嚴(yán)重污染;綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)為803.6,存在很強(qiáng)生態(tài)危害。鉛鋅礦區(qū)樣土內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為51.3,存在重度污染,綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)為835.5,存在很強(qiáng)生態(tài)危害。蒼耳在重金屬污染土壤中具有極強(qiáng)的富集能力和良好的轉(zhuǎn)運(yùn)能力,有利于土壤修復(fù),可以作為重金屬污染土壤修復(fù)的首選植物。

        關(guān)鍵詞:重金屬;植物修復(fù);礦區(qū);土壤;污染

        中圖分類號(hào):X173 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):2095–3305(2024)05–00-03

        當(dāng)前,土壤重金屬污染是世界性問(wèn)題,我國(guó)土壤受到不同程度的重金屬污染,且受污染面積增大。植物修復(fù)是解決土壤重金屬污染問(wèn)題的有效方法之一。植物修復(fù)是指植物吸收、運(yùn)輸、富集、轉(zhuǎn)移重金屬污染土壤中的重金屬,從而達(dá)到土壤中重金屬含量及部分貴金屬回收的目的。曾春陽(yáng)等[1]在研究中發(fā)現(xiàn)油葵和苦荬菜可以活化土壤中的鎘和鋅,在重金屬污染土壤修復(fù)中具有良好表現(xiàn)。肖乃川等[2]發(fā)現(xiàn)藿香薊可以促進(jìn)富鎘污染土壤的修復(fù)。通過(guò)重點(diǎn)分析銅礦區(qū)、鉛鋅礦區(qū)土壤重金屬污染情況,篩選適合這兩類礦區(qū)重金屬污染土壤的修復(fù)植物,以期為礦區(qū)土壤重金屬污染治理工作的優(yōu)化提供一定的參考。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)用土處理

        依據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 土壤環(huán)境(試行)》(HJ 964—2018)中的相關(guān)要求,分別在銅礦區(qū)、鉛鋅礦區(qū)2個(gè)典型礦區(qū)采集和保存試驗(yàn)土,并去除石塊和植物殘骸等雜質(zhì),待室內(nèi)自然風(fēng)干之后,對(duì)樣品研磨過(guò)100目篩處理備用。

        1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        將提前培養(yǎng)好的蒼耳、小白菜和高羊茅幼苗分隔種植于銅礦區(qū)樣土,蒼耳、油葵、苦荬菜幼苗分隔種植于鉛鋅礦區(qū)樣土中,每隔3 d觀察植物生長(zhǎng)情況,80 d后陸續(xù)采收成熟的植株,測(cè)試植物生長(zhǎng)情況、各部位生物量及體內(nèi)重金屬含量。同時(shí)采集土壤樣品,測(cè)定其理化性質(zhì)和重金屬含量。

        1.3 土壤重金屬污染、生物積累能力評(píng)價(jià)方法

        應(yīng)用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)兩類礦區(qū)土壤重金屬污染情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中,單因子污染指數(shù)分為4個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí):Ⅰ清潔(<1)、Ⅱ輕度污染(1~2)、Ⅲ中度污染(2~3)、Ⅳ重度污染(≥3);內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分為5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí):Ⅰ清潔(≤0.7)、Ⅱ尚清潔(0.7 ~1)、Ⅲ輕度污染(1~2)、Ⅳ中度污染(2~3)和Ⅴ重度污染(>3)。計(jì)算公式為:

        Pi=(1)

        PN=(2)

        式(1)、(2)中,Pi代表i污染物的污染指數(shù);Ci代表i污染物實(shí)際測(cè)量濃度(mg/kg);Si代表i污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);PN代表綜合污染指數(shù);Pave代表平均單項(xiàng)污染指數(shù);Pmax代表最大單項(xiàng)污染指數(shù)。

        單因子潛在生態(tài)危害指數(shù)分為5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí):Ⅰ輕微(<40)、Ⅱ中等(40~80)、Ⅲ強(qiáng)(80~160)、Ⅳ很強(qiáng)(160~320)、Ⅴ極強(qiáng)(≥320);潛在生態(tài)危害指數(shù)法分為4個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí):Ⅰ輕微(<150)、Ⅱ中等(150~300)、Ⅲ強(qiáng)(300~600)、Ⅳ很強(qiáng)(≥600)。計(jì)算公式為:

        Eri=Tri(3)

        RI=Eri(4)

        式(3)、(4)中,Eri代表單因子潛在生態(tài)危害指數(shù);Tri代表單個(gè)污染物毒性響應(yīng)系數(shù);Si代表i污染物背景值;RI代表綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)。

        生物積累能力與生物富集系數(shù)(BCF)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(BTF)具有密切聯(lián)系,計(jì)算公式為:

        BCF=C植物/C土壤(5)

        BTF=C地上部/C地下部(6)

        式(5)、(6)中,C植物代表植物各部位重金屬含量(mg/kg);

        C土壤代表土壤重金屬含量(mg/kg);C地上部和C地下部分別代表植物地上部和地下部重金屬含量(mg/kg)。

        1.4 數(shù)據(jù)分析

        應(yīng)用Excel 2013軟件進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 礦區(qū)土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

        由表1可知,在銅礦區(qū),銅的單因子污染指數(shù)最高(15.2),大于Ⅳ級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),存在重度污染;內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為27.2,大于Ⅴ級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),存在重度污染;銅的單因子潛在危害指數(shù)最高(625.6),遠(yuǎn)超Ⅳ級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),存在極強(qiáng)的生態(tài)危害;綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)為803.6,存在很強(qiáng)的生態(tài)危害。

        由表2可知,在鉛鋅礦區(qū),鉛的單因子污染指數(shù)最高(28.9),大于Ⅳ級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),存在重度污染;內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為51.3,明顯大于Ⅴ級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),存在重度污染;鉛的單因子潛在危害指數(shù)最高(523.1),存在極強(qiáng)生態(tài)危害;綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)為835.5,存在很強(qiáng)生態(tài)危害。

        2.2 植物修復(fù)前后土壤重金屬含量對(duì)比

        由表3可知,在銅礦區(qū),鉛含量的下降幅度為0.33%

        ~1.28%,其中種植小白菜區(qū)域內(nèi)鉛的下降幅度最大;銅含量的下降幅度為0.18%~0.58%,其中種植蒼耳區(qū)域內(nèi)銅的下降幅度最大;鋅含量的下降幅度為0.76%~1.36%,其中,種植蒼耳下降幅度最大;鉻含量的下降幅度為0.81%~2.78%,其中種植蒼耳區(qū)域內(nèi)鉻的下降幅度最大;鎘含量的下降幅度為1.90%~4.81%,其中種植蒼耳區(qū)域內(nèi)鎘的下降幅度最大。

        由表4可知,在鉛鋅礦區(qū),鉛含量的下降幅度為0.06%~0.42%,其中種植蒼耳區(qū)域內(nèi)鉛的下降幅度最大;銅含量的下降幅度為0.56%~1.00%,其中種植蒼耳區(qū)域內(nèi)銅的下降幅度最大;鋅含量的下降幅度為0.04%~0.29%,其中種植蒼耳區(qū)域內(nèi)鋅的下降幅度最大;砷含量的下降幅度為0.36%~0.87%,其中種植蒼耳區(qū)域內(nèi)砷的下降幅度最大;鎘含量的下降幅度為0.42%~2.03%,其中種植蒼耳區(qū)域內(nèi)鎘的下降幅度最大。

        2.3 植物對(duì)重金屬富集、轉(zhuǎn)運(yùn)能力

        如表5所示,從生物富集系數(shù)來(lái)看,蒼耳相較于小白菜和高羊茅表現(xiàn)出極強(qiáng)的富集能力,其對(duì)鋅、鉻、鎘的總生物富集系數(shù)分別為1.998、3.059和3.388,其中地下部富集系數(shù)大于地上部。從轉(zhuǎn)運(yùn)能力來(lái)看,小白菜相較于蒼耳和高羊茅表現(xiàn)出極強(qiáng)的轉(zhuǎn)運(yùn)能力,其對(duì)于鉛和鉻的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均超過(guò)1。

        如表6所示,從生物富集系數(shù)來(lái)看,苦荬菜相較于蒼耳和油葵表現(xiàn)出極強(qiáng)的富集能力,其對(duì)鋅、銅和砷的富集系數(shù)分別為1.494、1.293和0.979,其中地下部富集系數(shù)高于地上部。從轉(zhuǎn)運(yùn)能力來(lái)看,蒼耳的轉(zhuǎn)運(yùn)能力優(yōu)于油葵和苦荬菜,對(duì)于砷、銅、鋅的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)分別為0.815、0.772、0.689。

        3 結(jié)論

        礦區(qū)土壤存在重金屬污染情況可能與土壤和植物相互作用、土壤和水體交互影響,以及礦業(yè)活動(dòng)釋放重金屬有關(guān)。其中,植物和重金屬的相互作用是礦區(qū)土壤生態(tài)系統(tǒng)受損的主要原因。部分植物可以有效吸收土壤中的重金屬,并富集到體內(nèi),不利于植物的正常生長(zhǎng)代謝[3]。礦業(yè)活動(dòng)會(huì)釋放毒性較高的鉛、鎘、汞、鉻等重金屬元素,嚴(yán)重威脅土壤環(huán)境、水體、空氣以及生態(tài)系統(tǒng)等。

        本研究結(jié)果表明:鉛鋅礦區(qū)重金屬污染程度高于銅礦區(qū),以重金屬鉛、鋅污染為主;銅礦區(qū)以重金屬銅、鉛污染為主。試驗(yàn)中的蒼耳、小白菜、高羊茅、油葵、苦荬菜對(duì)礦區(qū)重金屬污染土壤均有一定的修復(fù)能力。在銅礦區(qū)樣土中,蒼耳在對(duì)鋅、鉻、鎘表現(xiàn)出極強(qiáng)的富集能力,轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)小于1,屬于根部囤積型植物;小白菜表現(xiàn)出較強(qiáng)的轉(zhuǎn)運(yùn)能力和良好的富集能力。在修復(fù)銅礦區(qū)重金屬污染土壤時(shí),推薦種植蒼耳和小白菜,但小白菜不適合早期種植,避免重金屬通過(guò)食物鏈的累積對(duì)人體健康等產(chǎn)生危害。在鉛鋅礦區(qū)樣土中,苦荬菜對(duì)于鋅、銅和砷表現(xiàn)出較強(qiáng)的富集能力,轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)在1以內(nèi),屬于根部囤積型植物;蒼耳同樣表現(xiàn)出較強(qiáng)的富集能力和轉(zhuǎn)運(yùn)能力[4]。在修復(fù)礦區(qū)重金屬污染土壤時(shí),可以將蒼耳作為首選植物品種。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 曾春陽(yáng),曾馨怡,鄧昭贊,等.油葵和苦荬菜根際土壤中鎘和鋅的活化機(jī)制及修復(fù)潛力比較[J].土壤通報(bào),2023,54(2): 441-453.

        [2] 肖乃川,張?jiān)葡?,宋波,?廣東省典型富鎘鉛鋅礦區(qū)中優(yōu)勢(shì)植物重金屬富集特性與應(yīng)用潛力[J].環(huán)境污染與防治, 2021,43(3):343-347,387.

        [3] 趙云峰,張濤,田志君,等.礦區(qū)周邊重金屬污染土壤植物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].城市地質(zhì),2020,15(1):22-33.

        [4] 馬營(yíng)澤,楊海波,孟慶偉,等.內(nèi)蒙古某鉛鋅礦區(qū)根際土壤重金屬污染現(xiàn)狀及植物富集特征研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2023,44(6):29-38.

        作者簡(jiǎn)介:陳曉輝(1989—),男,浙江湖州人,工程師,研究方向?yàn)榈V山生態(tài)環(huán)境治理與修復(fù)。#通信作者:王瓊(198—),男,正高級(jí)工程師,主要從事礦山修復(fù)、污染場(chǎng)地治理及固廢處理處置等技術(shù)的開發(fā)與推廣應(yīng)用,E-mail:wangqiong426@126.com。

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