钢铁企业重金属污染区园林植物富集特征——以武钢炼钢厂和焦化厂为例

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钢铁企业厂区土壤重金属(Cd、Cu、Pb、Zn等)通常达到区域土壤背景值的几十倍,造成严重的重金属复合污染。选用重金属富集植物进行生态修复是目前常用的生物措施,而具有多种价值、富集能力和适应能力强植物物种的筛选是目前关注的焦点。本研究选择武钢炼钢厂和焦化厂为研究地点,分别对20种主要绿化植物的根、枝、叶和土壤的理化性质以及其中的Cd、Cu、Pb、Zn等四种重金属元素进行测定,并计算了植物根、枝、叶对重金属的富集系数、综合富集系数、转运系数指标,比较了不同植物各器官间富集能力、综合富集能力和转运能力差异,分析了植物富集特征与土壤因子相关性。研究结果为钢铁企业重金属污染区生态修复及绿化植物材料选择提供了科学依据。本研究得到以下结论:   ⑴炼钢厂土壤中Cd、Cu、Pb、Zn分别超出湖北省土壤背景值的34倍、20倍、15.7倍和11.2倍;焦化厂土壤中Cd、Cu、Pb、Zn分别超出背景值39.6倍、16倍、22倍和8.5倍。而且这两个地区土壤中Cd、Cu、Pb、Zn的含量也均超过了国家了土壤环境质量(GB15618-1995)的三级标准。表明武钢两个厂区内的土壤已经受到极为严重的重金属复合污染。   炼钢厂4种重金属元素在植物体内的含量排序为Zn> Pb>Cu>Cd;焦化厂4种重金属元素在植物体内的含量排序为Zn> Cu> Pb>Cd,这与土壤中重金属含量趋势一致。植物的不同耐性机制使它们对重金属的富集表现出不同特性,不同植物吸收同种重金属差异最大可达51倍。这种显著性差异的原因可能跟土壤中重金属含量和种间差异有关。   ⑶植物对Zn的富集能力最强,雪松对Cd有较强的富集能力;法国冬青对Cd、Zn有较强的富集能力;红花酢浆草对Cu、Zn有较强富集能力;枇杷对Cu和Pb有较强富集能力;夹竹桃对Pb、Zn有较强富集能力;吉祥草对Pb有较强富集能力;红叶李、毛叶丁香、女贞、红叶石楠对Zn有较强富集能力。以上这些植物对金属的富集系数都大于0.5,其中法国冬青对Cd的富集系数最高,达到了0.741。雪松、法国冬青、枇杷、夹竹桃、女贞在武钢厂区内生长良好,抗性强,病虫害少,是厂区内修复重金属污染的理想树种。女贞和吉祥草对Cd、夹竹桃对Pb、狭叶十大功劳和茶花对Zn的富集系数接近0.5,对污染土壤均具有一定的修复潜力。富集重金属能力较弱的香樟、广玉兰、海桐可能是避性植物,故可做为污染区的绿化树种。   ⑷植物地上部富集较多重金属,可用于污染土壤的植物修复,如枇杷、女贞、法国梧桐、红花酢浆草、吉祥草;在根部富集较多重金属,可用于植物固化技术,如女贞、紫薇、法国冬青、夹竹桃。其中法国冬青根富集系数达到了0.919,接近了超富集植物的筛选标准;生长正常,但是富集少量重金属的植物,可作为重金属污染区地植被重建的先锋物种,如广玉兰、香樟、海桐。   ⑸本研究区域植物体内的Pb与Cd、Cu呈极显著正相关,可能植物吸收积累Pb与Cd和Cu具有协同作用。而其他重金属之间,则关系不明显。   ⑹植物吸收的重金属Cd、Cu、Pb富集滞留在根部较多,而金属Zn在植物体内一般表现为地上部分大于根部。可能是Zn元素是植物生长必须的元素之一,而且化学性质比较活泼,转移能力强。   ⑺4种重金属在植物体内的转移能力为Zn最强,其次为Cd,Cu和Pb转移能力最差。本研究所选取的20种植物中,富集系数没有大于1,故没有达到超富集植物的标准,但是很多植物的转运系数大于1,转运系数最大是海桐,其对Pb的转运系数达到了6.760,是所有植物中最高的。本木植物地上部分具有较高的生物量,从地下部分吸收的重金属量不断的转移到地上部分,不仅有利于对重金属的吸收,还有利于植物地上部分的转移和回收,对污染区重金属的提取和生态恢复具有一定意义。   ⑻土壤因子中与植物富集特征有显著正相关的是P、Pb和Zn,与植物富集特征有显著负相关的有PH值、有机质,而K与Cd元素与植物富集特征有弱的负相关,N与Cu则与植物富集特征没有相关性。植物综合转运系数除了与土壤有机质有弱的正相关外,与其他因子均无相关性。有研究报道,土壤PH值越低,越有利于植物吸收重金属。有机质能阻碍植物吸收土壤中的重金属,而适量的磷元素却能促进植物吸收土壤中的重金属。产生弱相关和不相关这种结果的原因可能与土壤中重金属的形态和植物种间差异有关。
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