贵州锰矿废渣堆场重金属污染风险评价及草本植物重金属吸收特征

doi:10.11686/cyxb2020570

草业学报 ›› 2021, Vol. 30 ›› Issue (8): 86-97.DOI: 10.11686/cyxb2020570

贵州锰矿废渣堆场重金属污染风险评价及草本植物重金属吸收特征

任军¹^,²(), 石遥², 刘方¹(), 田蓉², 刘兴²

^1.贵州大学资源与环境工程学院，贵州贵阳 550025
^2.贵州师范学院地理与资源学院，贵州贵阳 550018

收稿日期:2020-12-16 修回日期:2021-01-19 出版日期:2021-07-09 发布日期:2021-07-09
通讯作者: 刘方
作者简介:Corresponding author. E-mail： lfang6435@163.com
任军（1986-），女，河北景县人，在读博士，讲师。E-mail： 617976570@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金委员会-贵州省人民政府喀斯特科学研究中心项目(U1612442-3);国家自然科学基金项目(41661094);贵州省教育厅青年科技人才成长项目(黔教合KY字（2018）255);贵州省大学生创新创业训练计划项目(S202014223043)

An assessment of heavy metal absorption patterns in herbaceous plants and pollution risks in manganese mining areas in Guizhou Province

Jun REN¹^,²(), Yao SHI², Fang LIU¹(), Rong TIAN², Xing LIU²

^1.College of Resource and Environmental Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025，China
^2.School of Geography and Resources，Guizhou Education University，Guiyang 550018，China

Received:2020-12-16 Revised:2021-01-19 Online:2021-07-09 Published:2021-07-09
Contact: Fang LIU

摘要/Abstract

摘要：

为明确锰矿废渣堆场重金属污染及优势草本植物重金属吸收特征，对贵州省典型锰矿废渣堆场的重金属污染风险进行了评价，并调查研究了锰矿废渣堆场草本植物的类群及重金属吸收特征。共采集优势草本植物18种，隶属11科18属，菊科和禾本科为优势科。对18种草本植物体地上部、地下部及其生长基质中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb和Mn 7种重金属元素进行了测定，结果显示，锰矿废渣堆场重金属污染空间变异较大，Mn污染最严重，其次是Cd，属于Mn、Cd复合型污染。计算了草本植物对7种重金属元素的富集系数、转运系数，并对18种草本植物进行了聚类分析，综合分析了草本植物重金属吸收特征，结果显示，看麦娘对Cd富集系数达22.49，对Cd有较强的富集能力；五节芒、商陆对Cr、Ni具有较强的富集能力和转运能力；风毛菊和夏枯草对锰矿废渣区多种重金属均表现出较强的富集能力和转运能力。研究结果表明，锰矿废渣堆场主要为Mn和Cd污染，矿区本土自然生长的优势草本植物可作为生态修复的首选植物。

关键词: 锰矿废渣堆场, 重金属, 草本植物, 生态修复

Abstract:

This research explored the occurrence of heavy metal pollution in manganese mining areas， and quantified the heavy metal absorption characteristics of dominant herbaceous plants in typical manganese mining areas in Tongren County， Guizhou Province， China. Samples of 18 commonly occurring herbaceous plant species belonging to 11 families and 18 genera， together with soil samples were collected. Asteraceae and Poaceae were the dominant families. We determined and analyzed the content of 7 elements （Cr， Ni， Cu， Zn， Cd， Pb， Mn） in plants and their soils or growth substrates. It was found that heavy metal pollution was widespread in manganese mine waste areas， Mn pollution was the most serious， followed by Cd， and it belonged to the compound pollution of Mn and Cd. The enrichment and transport coefficients of 7 heavy metal elements in herbaceous plants were calculated， and cluster analysis was performed on the 18 herbaceous plant species sampled. Alopecurus aequalis has a strong enrichment ability for Cd， with a bioaccumulation factor of 22.49； Phytolacca acinosa and Miscanthus floridulus have strong enrichment and transport capacities for Cr and Ni； Saussurea japonica and Prunella vulgaris showed strong enrichment and transfer ability for various heavy metals. To summarize， Mn and Cd were found to be the main pollutants in manganese mining areas， and the native dominant herbaceous plants have suitable uptake characterisitcs for use in ecological restoration in the manganese mining areas.

Key words: manganese mining areas, heavy metals, herbaceous plants, ecological restoration

任军, 石遥, 刘方, 田蓉, 刘兴. 贵州锰矿废渣堆场重金属污染风险评价及草本植物重金属吸收特征[J]. 草业学报, 2021, 30(8): 86-97.

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图/表 8

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统计值 Statistics	Cr	Ni	Cu	Zn	Cd	Pb	Mn
最大值Maximum value （mg·kg^-1）	182.03	129.87	111.60	231.62	1.84	63.08	108584.70
最小值Minimum value （mg·kg^-1）	39.21	7.11	9.37	50.34	0.23	17.64	9458.71
平均值Mean （mg·kg^-1）	81.84	23.66	24.73	100.34	0.50	26.28	31569.47
标准差Standard deviation （mg·kg^-1）	34.58	26.93	22.48	45.13	0.37	9.87	26421.48
变异系数Coefficient of variation （%）	42.25	113.82	90.90	44.98	74.00	37.56	83.69
贵州省土壤背景值Background value of Guizhou Province （mg·kg^-1）	86.60	33.70	25.70	82.40	0.13	29.30	591.00
GB 15618-2018 （6.5<pH≤7.5， mg·kg^-1）	200.00	100.00	100.00	250.00	0.30	120.00	-

统计值 Statistics	Cr	Ni	Cu	Zn	Cd	Pb	Mn
最大值Maximum value （mg·kg^-1）	182.03	129.87	111.60	231.62	1.84	63.08	108584.70
最小值Minimum value （mg·kg^-1）	39.21	7.11	9.37	50.34	0.23	17.64	9458.71
平均值Mean （mg·kg^-1）	81.84	23.66	24.73	100.34	0.50	26.28	31569.47
标准差Standard deviation （mg·kg^-1）	34.58	26.93	22.48	45.13	0.37	9.87	26421.48
变异系数Coefficient of variation （%）	42.25	113.82	90.90	44.98	74.00	37.56	83.69
贵州省土壤背景值Background value of Guizhou Province （mg·kg^-1）	86.60	33.70	25.70	82.40	0.13	29.30	591.00
GB 15618-2018 （6.5<pH≤7.5， mg·kg^-1）	200.00	100.00	100.00	250.00	0.30	120.00	-

植物Plant	科Family	属Genus	生活类型Biotype
商陆Phytolacca acinosa	商陆科 Phytolaccaceae	商陆属Phytolacca	多年生草本Perennial herb
博落回 Macleaya cordata	罂粟科Papaveraceae	博落回属Macleaya	多年生草本Perennial herb
野艾蒿Artemisia lavandulifolia	菊科Asteraceae	蒿属Artemisia	二年生草本Biennial herb
小蓬草 Erigeron canadensis	菊科Asteraceae	飞蓬属Erigeron	一年生草本Annual herb
琉璃草 Cynoglossum furcatum	紫草科Boraginaceae	琉璃草属Cynoglossum	多年生草本Perennial herb
夏枯草 Prunella vulgaris	唇形科 Lamiaceae	夏枯草属Prunella	多年生草本Perennial herb
三脉紫菀 Aster trinervius	菊科Asteraceae	紫菀属Aster	多年生草本Perennial herb
鸭儿芹 Cryptotaenia japonica	伞形科Umbelliferae	鸭儿芹属Cryptotaenia	多年生草本Perennial herb
柠檬草 Cymbopogon citratus	禾本科Gramineae	香茅属Cymbopogon	多年生草本Perennial herb
还亮草 Delphinium anthriscifolium	毛茛科Ranunculaceae	翠雀属Delphinium	一年生草本Annual herb
繁缕 Stellaria media	石竹科Caryophyllaceae	繁缕属Stellaria	多年生草本Perennial herb
高羊茅 Festuca elata	禾本科Gramineae	羊茅属Festuca	多年生草本Perennial herb
看麦娘 Alopecurus aequalis	禾本科Gramineae	看麦娘属Alopecurus	一年生草本Annual herb
五节芒 M. floridulus	禾本科Gramineae	芒属Miscanthus	多年生草本Perennial herb
风毛菊 Saussurea japonica	菊科Asteraceae	风毛菊属 Saussurea	二年生草本Biennial herb
蒲儿根 Sinosenecio oldhamianus	菊科Asteraceae	蒲儿根属Sinosenecio	二年生草本Biennial herb
毛蕨 Cyclosorus interruptus	金星蕨科Thelypteridaceae	毛蕨属Cyclosorus	多年生草本Perennial herb
荠 Capsella bursa-pastoris	十字花科Cruciferae	荠属Capsella	一年生草本Annual herb

植物Plant	科Family	属Genus	生活类型Biotype
商陆Phytolacca acinosa	商陆科 Phytolaccaceae	商陆属Phytolacca	多年生草本Perennial herb
博落回 Macleaya cordata	罂粟科Papaveraceae	博落回属Macleaya	多年生草本Perennial herb
野艾蒿Artemisia lavandulifolia	菊科Asteraceae	蒿属Artemisia	二年生草本Biennial herb
小蓬草 Erigeron canadensis	菊科Asteraceae	飞蓬属Erigeron	一年生草本Annual herb
琉璃草 Cynoglossum furcatum	紫草科Boraginaceae	琉璃草属Cynoglossum	多年生草本Perennial herb
夏枯草 Prunella vulgaris	唇形科 Lamiaceae	夏枯草属Prunella	多年生草本Perennial herb
三脉紫菀 Aster trinervius	菊科Asteraceae	紫菀属Aster	多年生草本Perennial herb
鸭儿芹 Cryptotaenia japonica	伞形科Umbelliferae	鸭儿芹属Cryptotaenia	多年生草本Perennial herb
柠檬草 Cymbopogon citratus	禾本科Gramineae	香茅属Cymbopogon	多年生草本Perennial herb
还亮草 Delphinium anthriscifolium	毛茛科Ranunculaceae	翠雀属Delphinium	一年生草本Annual herb
繁缕 Stellaria media	石竹科Caryophyllaceae	繁缕属Stellaria	多年生草本Perennial herb
高羊茅 Festuca elata	禾本科Gramineae	羊茅属Festuca	多年生草本Perennial herb
看麦娘 Alopecurus aequalis	禾本科Gramineae	看麦娘属Alopecurus	一年生草本Annual herb
五节芒 M. floridulus	禾本科Gramineae	芒属Miscanthus	多年生草本Perennial herb
风毛菊 Saussurea japonica	菊科Asteraceae	风毛菊属 Saussurea	二年生草本Biennial herb
蒲儿根 Sinosenecio oldhamianus	菊科Asteraceae	蒲儿根属Sinosenecio	二年生草本Biennial herb
毛蕨 Cyclosorus interruptus	金星蕨科Thelypteridaceae	毛蕨属Cyclosorus	多年生草本Perennial herb
荠 Capsella bursa-pastoris	十字花科Cruciferae	荠属Capsella	一年生草本Annual herb

植物Plant	部位Position	Cr	Ni	Cu	Zn	Cd	Pb	Mn
商陆 P. acinosa	地上部 Aboveground	53.90	36.82	13.20	59.00	1.44	2.48	168.60
	地下部 Underground	11.58	11.35	11.55	48.42	0.45	1.22	107.86
	生长基质 Growth matrix	105.80	25.21	21.72	138.07	0.48	26.47	17893.95
博落回 M. cordata	地上部 Aboveground	16.87	10.85	12.30	78.82	0.27	2.47	173.75
	地下部 Underground	45.13	22.82	10.15	60.50	1.28	2.69	327.57
	生长基质 Growth matrix	101.61	37.93	31.84	165.23	0.38	37.78	13283.75
野艾蒿 A. lavandulifolia	地上部 Aboveground	11.76	7.33	8.84	74.11	1.16	2.83	198.25
	地下部 Underground	21.33	12.50	9.75	49.51	2.24	6.07	507.06
	生长基质 Growth matrix	103.17	18.32	16.66	98.33	0.36	21.36	9633.57
小蓬草 E. canadensis	地上部 Aboveground	16.09	7.28	22.83	75.43	0.23	3.22	612.53
	地下部 Underground	28.90	13.40	67.23	69.12	4.13	4.16	622.99
	生长基质 Growth matrix	75.18	24.23	20.80	127.92	0.52	26.50	20829.08
琉璃草 C. furcatum	地上部 Aboveground	9.77	8.10	17.44	56.06	3.04	1.68	186.68
	地下部 Underground	28.58	10.98	18.85	45.66	0.19	2.83	407.44
	生长基质 Growth matrix	115.26	19.38	17.65	103.39	0.38	23.56	9528.35
夏枯草 P. vulgaris	地上部 Aboveground	57.45	32.63	20.45	115.13	0.33	3.83	1214.99
	地下部 Underground	18.98	10.02	20.02	98.60	2.30	8.96	1573.00
	生长基质 Growth matrix	60.85	8.44	9.37	50.34	0.28	23.66	30653.88
三脉紫菀 A. trinervius	地上部 Aboveground	55.88	21.24	21.25	57.98	0.25	2.55	649.17
	地下部 Underground	33.87	20.03	14.73	45.47	4.04	1.49	1067.34
	生长基质 Growth matrix	64.28	23.33	32.99	128.67	0.44	27.75	87189.31
鸭儿芹 C. japonica	地上部 Aboveground	13.37	7.54	11.15	55.04	0.16	3.06	407.92
	地下部 Underground	29.81	13.94	5.59	42.59	3.50	2.94	1010.20
	生长基质 Growth matrix	67.79	13.99	16.89	81.11	0.35	21.71	58705.67
柠檬草 C. citratus	地上部 Aboveground	5.56	6.57	11.25	43.36	1.98	1.58	325.24
	地下部 Underground	21.02	14.21	57.73	53.26	2.18	3.96	897.36
	生长基质 Growth matrix	63.85	7.11	10.99	52.19	0.23	25.92	29630.40
还亮草 D. anthriscifolium	地上部 Aboveground	38.47	13.80	6.37	54.03	0.43	1.63	70.34
	地下部 Underground	10.02	8.38	6.90	144.32	3.56	3.44	437.92
	生长基质 Growth matrix	133.57	20.55	18.60	100.18	0.39	22.20	9458.71
繁缕 S. media	地上部 Aboveground	56.15	20.80	17.53	151.31	0.11	2.92	2576.03
	地下部 Underground	-	-	-	-	-	-	-
	生长基质 Growth matrix	182.03	21.40	40.27	67.53	0.31	63.08	9683.26
高羊茅 F. elata	地上部 Aboveground	6.56	7.58	9.83	49.34	0.29	3.65	393.86
	地下部 Underground	32.21	12.65	12.33	68.21	2.50	102.23	2048.76
	生长基质 Growth matrix	73.35	19.83	17.43	75.46	0.34	21.89	18611.12
看麦娘 A. aequalis	地上部 Aboveground	5.76	5.09	1.09	44.89	5.14	0.58	508.93
	地下部 Underground	5.64	5.07	1.09	44.67	5.13	0.59	136.84
	生长基质 Growth matrix	63.85	7.11	10.99	52.19	0.23	25.92	29630.40
五节芒 M. floridulus	地上部 Aboveground	18.35	7.28	5.62	40.24	1.32	4.86	490.89
	地下部 Underground	4.08	3.31	8.10	33.18	1.50	1.74	2614.13
	生长基质 Growth matrix	60.33	7.33	11.56	50.39	0.32	24.56	27830.28
风毛菊 S. japonica	地上部 Aboveground	14.78	7.59	16.35	157.73	0.24	2.76	580.44
	地下部 Underground	5.27	5.38	33.32	51.11	0.66	2.47	147.20
	生长基质 Growth matrix	39.21	129.87	111.60	231.62	1.84	17.64	25098.09
蒲儿根 S. oldhamianus	地上部 Aboveground	63.67	20.49	19.72	68.50	0.25	2.47	2747.48
	地下部 Underground	-	-	-	-	-	-	-
	生长基质 Growth matrix	57.78	20.56	18.22	77.73	0.42	23.19	108584.74
毛蕨 C. interruptus	地上部 Aboveground	7.16	4.89	10.45	52.15	1.09	1.06	365.03
	地下部 Underground	-	-	-	-	-	-	-
	生长基质 Growth matrix	52.60	10.65	18.82	102.90	0.91	19.92	31002.97
荠 C. bursa-pastoris	地上部 Aboveground	9.53	6.88	4.20	54.18	2.77	23.08	292.55
	地下部 Underground	-	-	-	-	-	-	-
	生长基质 Growth matrix	52.60	10.65	18.82	102.90	0.91	19.92	31002.97

贵州锰矿废渣堆场重金属污染风险评价及草本植物重金属吸收特征

An assessment of heavy metal absorption patterns in herbaceous plants and pollution risks in manganese mining areas in Guizhou Province

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图/表 8

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元素 Element	Cr	Ni	Cu	Zn	Cd	Pb
Ni	-0.154
Cu	-0.082	0.969**
Zn	-0.092	0.844**	0.797**
Cd	-0.392	0.825**	0.833**	0.755**
Pb	0.734**	-0.098	0.059	-0.131	-0.318
Mn	-0.473*	-0.075	-0.048	-0.098	-0.023	-0.194

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