贵州万山汞矿区植物中汞的累积特征

陶惠, 陈颖, 刘艳伟, 梁勇, 阴永光, 蔡勇. 贵州万山汞矿区植物中汞的累积特征[J]. 环境化学, 2022, 41(12): 4047-4056. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2021080903
引用本文: 陶惠, 陈颖, 刘艳伟, 梁勇, 阴永光, 蔡勇. 贵州万山汞矿区植物中汞的累积特征[J]. 环境化学, 2022, 41(12): 4047-4056. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2021080903
TAO Hui, CHEN Ying, LIU Yanwei, LIANG Yong, YIN Yongguang, CAI Yong. Bioaccumulation of mercury in plants collected from Wanshan mercury mining areas in Guizhou province[J]. Environmental Chemistry, 2022, 41(12): 4047-4056. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2021080903
Citation: TAO Hui, CHEN Ying, LIU Yanwei, LIANG Yong, YIN Yongguang, CAI Yong. Bioaccumulation of mercury in plants collected from Wanshan mercury mining areas in Guizhou province[J]. Environmental Chemistry, 2022, 41(12): 4047-4056. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2021080903

贵州万山汞矿区植物中汞的累积特征

    通讯作者: Tel:010-62846250,E-mail:ywliu@rcees.ac.cn
  • 基金项目:
    国家自然科学基金(22006154)资助

Bioaccumulation of mercury in plants collected from Wanshan mercury mining areas in Guizhou province

    Corresponding author: LIU Yanwei, ywliu@rcees.ac.cn
  • Fund Project: the National Natural Science Foundation of China (22006154).
  • 摘要: 本研究对采集自贵州万山废弃汞冶炼作坊与废弃汞矿附近的土壤和植物样品进行总汞分析,旨在探究不同种类植物和植物组织中汞的蓄积能力和分布特征。本研究共采集菊科、禾本科和唇形科等植物77种,植物茎叶部分和根部样品共185个。结果表明,废弃汞冶炼作坊与废弃汞矿周围土壤汞浓度(1.8–224 mg·kg−1)显著高于贵阳市对照点(0.14–0.26 mg·kg−1);万山汞矿区采集的植物茎叶部分和根部总汞浓度范围分别为0.07–7.9 mg·kg−1和0.06–28 mg·kg−1,显著高于对照点的同种植物茎叶部分和根部样品中总汞浓度(P < 0.001)。另外,草本植物和木本植物,以及菊科、禾本科和唇形科植物对汞的累积水平无明显差异(P > 0.05)。通过对同株植物的不同组织进行分析,发现植物茎叶部分和根部累积汞的能力存在差异,二者总汞浓度水平显著相关(R ≥ 0.58,P < 0.001),推测其与不同组织中汞的来源不同及植物体内汞转运有关。这些结果表明废弃汞冶炼作坊和废弃汞矿对周边植物的汞累积能力有显著影响,需重视废弃汞矿区的潜在生态风险。
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  • 图 1  贵州采样点分布图

    Figure 1.  The study area and sampling sites in Guizhou province, China

    图 2  万山汞矿区和对照采样点植物样品中THg浓度

    Figure 2.  THg concentrations in plant samples collected from Wanshan mercury mining areas and the control site

    图 3  草本植物与木本植物(a)和菊科、禾本科及唇形科植物(b)的不同组织中THg浓度

    Figure 3.  THg concentrations in different tissues of herbaceous and woody plants (a), and Asteraceae, Poaceae and Lamiaceae (b)

    表 1  不同采样点植物样品名称、分类和采样时间

    Table 1.  Names, classification and sampling time of plant samples collected from different sampling sites

    中文名
    Chinese name
    拉丁名
    Latin name

    Genus

    Family
    采样时间
    Sampling time
    采样点A(废弃汞冶炼作坊) Site A (an abandoned mercury smelting workshop)
    鼠李 Rhamnus davurica鼠李属鼠李科2017-5
    木贼Equisetum hyemale木贼属木贼科2017-5
    车前Plantago asiatica车前属车前科2018-10
    马桑Coriaria nepalensis马桑属马桑科2017-5
    野百合Lilium brownii百合属百合科2018-10
    十大功劳Mahonia fortunei十大功劳属小檗科2018-10
    香椿Toona sinensis香椿属楝科2018-10
    棕榈Trachycarpus fortunei棕榈属棕榈科2018-10
    紫茉莉 Mirabilis jalapa紫茉莉属紫茉莉科2018-10
    Cinnamomum camphora樟属樟科2017-5
    博落回Macleaya cordata博落回属罂粟科2017-5
    鸢尾 Iris tectorum鸢尾属鸢尾科2018-10
    雾水葛Pouzolzia zeylanica雾水葛属荨麻科2018-10
    紫麻Oreocnide frutescens紫麻属荨麻科2017-5、2018-10
    打碗花Calystegia hederacea打碗花属旋花科2018-10
    蜈蚣草Pteris vittata L.凤尾蕨属凤尾蕨科2017-5、2018-10
    窃衣Torilis scabra窃衣属伞形科2017-5
    野蔷薇Rosa multiflora蔷薇属蔷薇科2018-10
    长鬃蓼 Polygonum longisetum萹蓄属蓼科2018-10
    酸模Rumex acetosa酸模属蓼科2017-5
    臭牡丹Clerodendrum bungei大青属唇形科2017-5
    小鱼仙草 Mosla dianthera石荠苎属唇形科2018-10
    薄荷Mentha canadensis薄荷属唇形科2017-5
    雀稗Paspalum thunbergii雀稗属禾本科2018-10
    荩草Arthraxon hispidus荩草属禾本科2017-5、2018-10
    狼尾草Pennisetum alopecuroides狼尾草属禾本科2018-10
    青蒿Artemisia caruifolia蒿属菊科2017-5
    Artemisia argyi蒿属菊科2017-5、2018-10
    一年蓬Erigeron annuus飞蓬属菊科2017-5
    小蓬草 Erigeron canadensis飞蓬属菊科2017-5
    菊花Chrysanthemum morifolium菊属菊科2018-10
    马兰 Aster indicus紫菀属菊科2018-10
    苍耳Xanthium strumarium苍耳属菊科2018-10
    腺梗豨莶Sigesbeckia pubescens豨莶属菊科2018-10
    野茼蒿Crassocephalum crepidioides野茼蒿属菊科2018-10
    采样点B(废弃汞矿) Site B (an abandoned mercury mine)
    木贼Equisetum hyemale木贼属木贼科2017-5
    马桑Coriaria nepalensis马桑属马桑科2017-5、2018-10
    Pteridium aquilinum var. latiusculum蕨属碗蕨科2017-5
    Cinnamomum camphora樟属樟科2017-5
    博落回Macleaya cordata博落回属罂粟科2017-5
    醉鱼草Buddleja lindleyana醉鱼草属玄参科2017-5、2018-10
    猪毛菜Salsola collina猪毛菜属藜科2017-5
    腺柳Salix chaenomeloides柳属杨柳科2018-10
    云南木犀榄Olea tsoongii木樨榄属木犀科2018-10
    盐肤木Rhus chinensis盐肤木属漆树科2018-10
    梵天花Urena procumbens梵天花属锦葵科2018-10
    土荆芥Dysphania ambrosioides腺毛藜属苋科2018-10
    齿牙毛蕨Cyclosorus dentatus毛蕨属金星蕨科2017-5
    渐尖毛蕨Cyclosorus acuminatus毛蕨属金星蕨科2018-10
    忍冬Lonicera japonica忍冬属忍冬科2017-5
    川续断Dipsacus asper川续断属忍冬科2018-10
    败酱Patrinia scabiosifolia败酱属忍冬科2018-10
    水芹Oenanthe javanica水芹属伞形科2017-5
    窃衣Torilis scabra窃衣属伞形科2018-10
    野蔷薇Rosa multiflora蔷薇属蔷薇科2017-5、2018-10
    灰白毛莓Rubus tephrodes悬钩子属蔷薇科2017-5、2018-10
    火棘 Pyracantha fortuneana火棘属蔷薇科2018-10
    何首乌Fallopia multiflora何首乌属蓼科2018-10
    愉悦蓼Polygonum jucundum萹蓄属蓼科2018-10
    小鱼仙草 Mosla dianthera石荠苎属唇形科2018-10
    薄荷Mentha canadensis薄荷属唇形科2017-5
    紫苏Perilla frutescens紫苏属唇形科2018-10
    荩草Arthraxon hispidus荩草属禾本科2017-5
    狼尾草Pennisetum alopecuroides狼尾草属禾本科2018-10
    野古草Arundinella anomala野古草属禾本科2017-5
    Miscanthus sinensis芒属禾本科2018-10
    Artemisia argyi蒿属菊科2017-5
    一年蓬Erigeron annuus飞蓬属菊科2017-5
    小蓬草 Erigeron canadensis飞蓬属菊科2018-10
    马兰 Aster indicus紫菀属菊科2017-5、2018-10
    蒌蒿Artemisia selengensis蒿属菊科2017-5
    菊芋Helianthus tuberosus向日葵属菊科2018-10
    千里光Senecio scandens千里光属菊科2018-10
    蒙古蒿Artemisia mongolica蒿属菊科2018-10
    风毛菊Saussurea japonica风毛菊属菊科2018-10
    对照采样点C Site C (the control sampling site)
    马桑Coriaria nepalensis马桑属马桑科2018-10
    Pteridium aquilinum var. latiusculum蕨属碗蕨科2017-5、2018-10
    醉鱼草Buddleja lindleyana醉鱼草属玄参科2017-5、2018-10
    灰莉Fagraea ceilanica灰莉属马钱科2017-5
    紫薇Lagerstroemia indica L.紫薇属千屈菜科2017-5
    构树Broussonetia papyrifera构属桑科2018-10
    匙羹藤Gymnema sylvestre匙羹藤属夹竹桃科2018-10
    龙葵 Solanum nigrum茄属茄科2018-10
    菊叶香藜Dysphania schraderiana腺毛藜属苋科2018-10
    庭菖蒲Sisyrinchium rosulatum庭菖蒲属鸢尾科2018-10
    欧旋花Calystegia sepium subsp. Spectabilis打碗花属旋花科2018-10
    蜈蚣草Pteris vittata L.凤尾蕨属凤尾蕨科2017-5
    狭叶凤尾Pteris henryi凤尾蕨属凤尾蕨科2017-5
    扁豆Lablab purpureus扁豆属豆科2018-10
    刺槐Robinia pseudoacacia刺槐属豆科2018-10
    Pueraria montana葛属豆科2018-10
    窃衣Torilis scabra窃衣属伞形科2017-5
    胡萝卜Daucus carota var. sativa胡萝卜属伞形科2018-10
    野蔷薇Rosa multiflora蔷薇属蔷薇科2017-5
    火棘 Pyracantha fortuneana火棘属蔷薇科2018-10
    酸模Rumex acetosa酸模属蓼科2017-5
    何首乌Fallopia multiflora何首乌属蓼科2017-5
    紫苏Perilla frutescens紫苏属唇形科2017-5
    荩草Arthraxon hispidus荩草属禾本科2018-10
    竹叶草Oplismenus compositus求米草属禾本科2017-5
    Miscanthus sinensis芒属禾本科2017-5
    Artemisia argyi蒿属菊科2017-5、2018-10
    小蓬草 Erigeron canadensis飞蓬属菊科2017-5
    马兰 Aster indicus紫菀属菊科2017-5
    腺梗豨莶Sigesbeckia pubescens豨莶属菊科2018-10
    千里光Senecio scandens千里光属菊科2018-10
    蒙古蒿Artemisia mongolica蒿属菊科2018-10
    苣荬菜 Sonchus arvensis L.苦苣菜属菊科2017-5、2018-10
    香丝草Erigeron bonariensis飞蓬属菊科2018-10
    牛膝菊Galinsoga parviflora牛膝菊属菊科2018-10
    中文名
    Chinese name
    拉丁名
    Latin name

    Genus

    Family
    采样时间
    Sampling time
    采样点A(废弃汞冶炼作坊) Site A (an abandoned mercury smelting workshop)
    鼠李 Rhamnus davurica鼠李属鼠李科2017-5
    木贼Equisetum hyemale木贼属木贼科2017-5
    车前Plantago asiatica车前属车前科2018-10
    马桑Coriaria nepalensis马桑属马桑科2017-5
    野百合Lilium brownii百合属百合科2018-10
    十大功劳Mahonia fortunei十大功劳属小檗科2018-10
    香椿Toona sinensis香椿属楝科2018-10
    棕榈Trachycarpus fortunei棕榈属棕榈科2018-10
    紫茉莉 Mirabilis jalapa紫茉莉属紫茉莉科2018-10
    Cinnamomum camphora樟属樟科2017-5
    博落回Macleaya cordata博落回属罂粟科2017-5
    鸢尾 Iris tectorum鸢尾属鸢尾科2018-10
    雾水葛Pouzolzia zeylanica雾水葛属荨麻科2018-10
    紫麻Oreocnide frutescens紫麻属荨麻科2017-5、2018-10
    打碗花Calystegia hederacea打碗花属旋花科2018-10
    蜈蚣草Pteris vittata L.凤尾蕨属凤尾蕨科2017-5、2018-10
    窃衣Torilis scabra窃衣属伞形科2017-5
    野蔷薇Rosa multiflora蔷薇属蔷薇科2018-10
    长鬃蓼 Polygonum longisetum萹蓄属蓼科2018-10
    酸模Rumex acetosa酸模属蓼科2017-5
    臭牡丹Clerodendrum bungei大青属唇形科2017-5
    小鱼仙草 Mosla dianthera石荠苎属唇形科2018-10
    薄荷Mentha canadensis薄荷属唇形科2017-5
    雀稗Paspalum thunbergii雀稗属禾本科2018-10
    荩草Arthraxon hispidus荩草属禾本科2017-5、2018-10
    狼尾草Pennisetum alopecuroides狼尾草属禾本科2018-10
    青蒿Artemisia caruifolia蒿属菊科2017-5
    Artemisia argyi蒿属菊科2017-5、2018-10
    一年蓬Erigeron annuus飞蓬属菊科2017-5
    小蓬草 Erigeron canadensis飞蓬属菊科2017-5
    菊花Chrysanthemum morifolium菊属菊科2018-10
    马兰 Aster indicus紫菀属菊科2018-10
    苍耳Xanthium strumarium苍耳属菊科2018-10
    腺梗豨莶Sigesbeckia pubescens豨莶属菊科2018-10
    野茼蒿Crassocephalum crepidioides野茼蒿属菊科2018-10
    采样点B(废弃汞矿) Site B (an abandoned mercury mine)
    木贼Equisetum hyemale木贼属木贼科2017-5
    马桑Coriaria nepalensis马桑属马桑科2017-5、2018-10
    Pteridium aquilinum var. latiusculum蕨属碗蕨科2017-5
    Cinnamomum camphora樟属樟科2017-5
    博落回Macleaya cordata博落回属罂粟科2017-5
    醉鱼草Buddleja lindleyana醉鱼草属玄参科2017-5、2018-10
    猪毛菜Salsola collina猪毛菜属藜科2017-5
    腺柳Salix chaenomeloides柳属杨柳科2018-10
    云南木犀榄Olea tsoongii木樨榄属木犀科2018-10
    盐肤木Rhus chinensis盐肤木属漆树科2018-10
    梵天花Urena procumbens梵天花属锦葵科2018-10
    土荆芥Dysphania ambrosioides腺毛藜属苋科2018-10
    齿牙毛蕨Cyclosorus dentatus毛蕨属金星蕨科2017-5
    渐尖毛蕨Cyclosorus acuminatus毛蕨属金星蕨科2018-10
    忍冬Lonicera japonica忍冬属忍冬科2017-5
    川续断Dipsacus asper川续断属忍冬科2018-10
    败酱Patrinia scabiosifolia败酱属忍冬科2018-10
    水芹Oenanthe javanica水芹属伞形科2017-5
    窃衣Torilis scabra窃衣属伞形科2018-10
    野蔷薇Rosa multiflora蔷薇属蔷薇科2017-5、2018-10
    灰白毛莓Rubus tephrodes悬钩子属蔷薇科2017-5、2018-10
    火棘 Pyracantha fortuneana火棘属蔷薇科2018-10
    何首乌Fallopia multiflora何首乌属蓼科2018-10
    愉悦蓼Polygonum jucundum萹蓄属蓼科2018-10
    小鱼仙草 Mosla dianthera石荠苎属唇形科2018-10
    薄荷Mentha canadensis薄荷属唇形科2017-5
    紫苏Perilla frutescens紫苏属唇形科2018-10
    荩草Arthraxon hispidus荩草属禾本科2017-5
    狼尾草Pennisetum alopecuroides狼尾草属禾本科2018-10
    野古草Arundinella anomala野古草属禾本科2017-5
    Miscanthus sinensis芒属禾本科2018-10
    Artemisia argyi蒿属菊科2017-5
    一年蓬Erigeron annuus飞蓬属菊科2017-5
    小蓬草 Erigeron canadensis飞蓬属菊科2018-10
    马兰 Aster indicus紫菀属菊科2017-5、2018-10
    蒌蒿Artemisia selengensis蒿属菊科2017-5
    菊芋Helianthus tuberosus向日葵属菊科2018-10
    千里光Senecio scandens千里光属菊科2018-10
    蒙古蒿Artemisia mongolica蒿属菊科2018-10
    风毛菊Saussurea japonica风毛菊属菊科2018-10
    对照采样点C Site C (the control sampling site)
    马桑Coriaria nepalensis马桑属马桑科2018-10
    Pteridium aquilinum var. latiusculum蕨属碗蕨科2017-5、2018-10
    醉鱼草Buddleja lindleyana醉鱼草属玄参科2017-5、2018-10
    灰莉Fagraea ceilanica灰莉属马钱科2017-5
    紫薇Lagerstroemia indica L.紫薇属千屈菜科2017-5
    构树Broussonetia papyrifera构属桑科2018-10
    匙羹藤Gymnema sylvestre匙羹藤属夹竹桃科2018-10
    龙葵 Solanum nigrum茄属茄科2018-10
    菊叶香藜Dysphania schraderiana腺毛藜属苋科2018-10
    庭菖蒲Sisyrinchium rosulatum庭菖蒲属鸢尾科2018-10
    欧旋花Calystegia sepium subsp. Spectabilis打碗花属旋花科2018-10
    蜈蚣草Pteris vittata L.凤尾蕨属凤尾蕨科2017-5
    狭叶凤尾Pteris henryi凤尾蕨属凤尾蕨科2017-5
    扁豆Lablab purpureus扁豆属豆科2018-10
    刺槐Robinia pseudoacacia刺槐属豆科2018-10
    Pueraria montana葛属豆科2018-10
    窃衣Torilis scabra窃衣属伞形科2017-5
    胡萝卜Daucus carota var. sativa胡萝卜属伞形科2018-10
    野蔷薇Rosa multiflora蔷薇属蔷薇科2017-5
    火棘 Pyracantha fortuneana火棘属蔷薇科2018-10
    酸模Rumex acetosa酸模属蓼科2017-5
    何首乌Fallopia multiflora何首乌属蓼科2017-5
    紫苏Perilla frutescens紫苏属唇形科2017-5
    荩草Arthraxon hispidus荩草属禾本科2018-10
    竹叶草Oplismenus compositus求米草属禾本科2017-5
    Miscanthus sinensis芒属禾本科2017-5
    Artemisia argyi蒿属菊科2017-5、2018-10
    小蓬草 Erigeron canadensis飞蓬属菊科2017-5
    马兰 Aster indicus紫菀属菊科2017-5
    腺梗豨莶Sigesbeckia pubescens豨莶属菊科2018-10
    千里光Senecio scandens千里光属菊科2018-10
    蒙古蒿Artemisia mongolica蒿属菊科2018-10
    苣荬菜 Sonchus arvensis L.苦苣菜属菊科2017-5、2018-10
    香丝草Erigeron bonariensis飞蓬属菊科2018-10
    牛膝菊Galinsoga parviflora牛膝菊属菊科2018-10
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    表 2  万山汞矿区和对照采样点土壤THg浓度

    Table 2.  THg concentrations in soil samples collected from Wanshan mercury mining areas and the control site

    采样地点
    Sampling location
    THg 含量/(mg·kg−1
    THg concentrations
    范围
    Range
    中位数
    Median
    几何平均数
    Geometric mean
    四分位距
    Interquartile range
    采样点A1.8—213.44.03.4
    采样点B7.9—2249351197
    采样点C0.14—0.260.170.180.81
    采样地点
    Sampling location
    THg 含量/(mg·kg−1
    THg concentrations
    范围
    Range
    中位数
    Median
    几何平均数
    Geometric mean
    四分位距
    Interquartile range
    采样点A1.8—213.44.03.4
    采样点B7.9—2249351197
    采样点C0.14—0.260.170.180.81
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-09
  • 录用日期:  2021-10-23
  • 刊出日期:  2022-12-27

贵州万山汞矿区植物中汞的累积特征

    通讯作者: Tel:010-62846250,E-mail:ywliu@rcees.ac.cn
  • 1. 江汉大学环境与健康研究院,武汉,430056
  • 2. 中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室,北京,100085
  • 3. 中国科学院生态环境研究中心环境纳米技术与健康效应实验室,北京,100085
基金项目:
国家自然科学基金(22006154)资助

摘要: 本研究对采集自贵州万山废弃汞冶炼作坊与废弃汞矿附近的土壤和植物样品进行总汞分析,旨在探究不同种类植物和植物组织中汞的蓄积能力和分布特征。本研究共采集菊科、禾本科和唇形科等植物77种,植物茎叶部分和根部样品共185个。结果表明,废弃汞冶炼作坊与废弃汞矿周围土壤汞浓度(1.8–224 mg·kg−1)显著高于贵阳市对照点(0.14–0.26 mg·kg−1);万山汞矿区采集的植物茎叶部分和根部总汞浓度范围分别为0.07–7.9 mg·kg−1和0.06–28 mg·kg−1,显著高于对照点的同种植物茎叶部分和根部样品中总汞浓度(P < 0.001)。另外,草本植物和木本植物,以及菊科、禾本科和唇形科植物对汞的累积水平无明显差异(P > 0.05)。通过对同株植物的不同组织进行分析,发现植物茎叶部分和根部累积汞的能力存在差异,二者总汞浓度水平显著相关(R ≥ 0.58,P < 0.001),推测其与不同组织中汞的来源不同及植物体内汞转运有关。这些结果表明废弃汞冶炼作坊和废弃汞矿对周边植物的汞累积能力有显著影响,需重视废弃汞矿区的潜在生态风险。

English Abstract

  • 作为一种具有神经毒性的污染物,汞可以在生物体内累积并产生毒性,且能够长距离迁移[1],因此备受人们关注。研究估算,全球每年约有2000–3000 Mg汞由人为源释放到环境中[2-3],造成汞污染问题。1956年发生在日本的水俣病事件,引发了全球对汞毒性及其生态健康风险的高度重视。随后,人们采取一系列措施限制和减少汞的人为使用和排放。但是,全球汞污染问题仍将长期存在。即使在鲜少受人为活动影响的偏远地区,生物体内仍检测到较高浓度的甲基汞[4]

    在诸多汞污染事件中,汞矿区的汞污染问题尤为突出。贵州万山汞矿是我国最大的汞矿区,其已于2001年政策性关闭。但采矿活动遗留的矿渣等污染物对生态环境造成持续性的影响[5]。已有多篇文献报道,万山汞矿区的植物存在明显的汞积累现象,多种植物组织中汞含量可达到33 mg·kg−1[6-9]。以往研究指出,植物既可以通过根系吸收土壤中的汞,又可以通过叶片累积大气汞[10]。大气汞通过干湿沉降被植物叶片截留在林冠层,使得植物叶片成为大气汞的重要受体[11-12]。大气汞被植物叶片固定后,可通过植物凋落物进入土壤,在大气汞沉降中起到重要作用[3, 13-14]。云南哀牢山、贵州雷公山和重庆铁山坪凋落物的汞沉降通量分别为1.32、0.120、0.291 mg·m−2·a−1[15-16]。作为生态系统中的初级生产者,植物体内累积的汞还可通过食物链进入到其他生物和人体。

    因此,研究废弃汞矿区周围不同类型植物和不同植物组织中汞的蓄积能力和分布特征将有助于了解当地汞污染现状、迁移规律和生态风险。本研究对贵州万山废弃汞矿区采集的土壤和植物样品中汞的赋存特征进行研究,探究了不同种类植物对汞的累积能力,并比较了汞在不同植物组织中的分布特征.

    • 贵州省铜仁市万山汞矿区属于亚热带季风性湿润气候,该区为喀斯特地形地貌,以山地为主,地势呈西北高东南低,土壤类型包括黄壤、红壤和石灰土等。本研究选择万山汞矿区的两个采样点开展研究,分别为采样点A(东经:109°11'38'',北纬:27°33'59'',海拔:460 m)和采样点B(东经:109°12'17'',北纬:27°36'42'',海拔:840 m),其中采样点A为废弃汞冶炼作坊附近,采样点B为废弃汞矿。另外,选取远离汞矿区的贵阳市高坡村作为对照采样点C(东经:106°36'21'',北纬:26°39'33'',海拔:1278 m)。本研究各采样点的采样范围为直径100 m,采样点位置如图1所示。

    • 本研究于采样点A、B和C采集植物和土壤样品,其中植物样品分别于2017年5月和2018年10月两次采集,土壤样品仅在2017年5月采集。土壤样品采集使用工兵铲取表层土壤(0–5 cm);植物样品采集时,尽量采集采样范围内所有种类植物,但由于采样时间和地域差异,植物种类存在差异。木本植物等较大植株只取叶片部分,小型草本植物采集整株。土壤和植物样品采集后用自封袋盛装,置于冷藏采样箱运输到实验室。土壤样品冷冻干燥后研磨粉碎,过筛(80目)后保存。植物样品先用自来水冲洗以去除尘土和泥沙,再用去离子水冲洗3次,将整株采集的草本植物分为茎叶部分(不含花和果实)和根部,分别冷冻干燥后研磨粉碎。本研究共采集土壤样品17个,植物种类77种,植物茎叶部分和根部样品共计185个。其中,2017年5月采集植物样品84个,2018年10月采集植物样品101个。不同采样点采集的植物样品的详细信息见表1

    • 称取约10–50 mg土壤和植物样品,采用DMA 80直接测汞仪(Milestone,意大利)对样品中的总汞(THg)进行测定。仪器检出限为0.0003 ng,标准曲线线性良好(0–1000 ng:R2 ≥ 0.9997)。柑橘叶标准参考物质GBW10020(GSB-11)和水系沉积物标准参考物质GBW07307a(GSD-7a)的回收率为93%–118%。针对THg浓度较高的土壤样品,采用干稀释法进行测定,每个样品重复测定3次。植物样品测定过程中,每隔15个样品,对同一个样品进行多次测量。同一样品重复测定结果的相对标准差为1.6%–11%。不同样品测定之间无汞残留。

    • 本研究采用SPSS Statistics 26和Origin 2018对土壤和植物样品的THg浓度数据进行统计分析。双样本T检验、成对T检验和ANOVA方差分析分别用于两组独立样本、两组成对样本和三组及以上独立样本的均值差异性检验,采用Spearsman秩相关系数法和Kendall秩相关系数法对植物茎叶部分和根部THg浓度进行相关性分析。

    • 万山汞矿区采样点和对照采样点土壤样品THg含量见表2

      贵阳市对照点采集土壤THg浓度(0.14–0.26 mg·kg−1)与文献报道的贵阳市土壤THg背景值(0.20 mg·kg−1[17]一致。万山汞矿区采集的土壤样品THg浓度(采样点A:1.8–21 mg·kg−1,采样点B:7.9–224 mg·kg−1)比对照点土壤THg浓度高出1–3个数量级。本研究中万山的废弃汞矿和汞冶炼作坊土壤中THg浓度与以往文献报道的万山汞矿区土壤THg浓度(0.21–207 mg·kg−1[18-20]相当。其中,采样点A的土壤THg浓度(中位数:3.4 mg·kg−1;几何平均数:4.0 mg·kg−1)与2019年报道的万山汞矿区的稻田土THg浓度(几何平均数:4.26 mg·kg−1[18]接近,采样点B的土壤THg浓度(中位数:93 mg·kg−1;几何平均数:51 mg·kg−1)明显偏高,这可能与周围的汞矿残渣有关[21-22]。本研究采集的万山汞矿区土壤样品中,近半数样品THg浓度高于国家农用土地汞污染最大风险管制值(6.0 mg·kg−1)(GB15618-2018),17%的土壤样品THg浓度高于国家建筑第二类用地汞污染最大风险管制值(82 mg·kg−1)(GB36600-2018)。

    • 万山汞矿区和对照采样点的植物样品中THg含量见图2。采样点A的植物茎叶部分和根部THg浓度范围分别为0.21–7.9 mg·kg−1和0.10–28 mg·kg−1,茎叶部分和根部THg浓度最高的植物分别是禾本科荩草和鸢尾科鸢尾。采样点B的植物茎叶部分和根部THg含量分别为0.07–7.1 mg·kg−1和0.06–19 mg·kg−1,茎叶部分和根部THg最高的分别是菊科菊芋和伞形科水芹。贵阳对照点植物茎叶部分和根部THg浓度水平分别为0.03–0.24 mg·kg−1和0.02–0.08 mg·kg−1。通过比较万山汞矿区和对照点同种植物样品,万山汞矿区采集的植物样品中THg浓度水平显著较高(P < 0.001,成对T检验),而采样点A和B同种植物样品的THg浓度无显著差异(P > 0.05,成对T检验)。另外,2017年5月和2018年10月两次采集的汞矿区植物样品中THg浓度无显著差异(P > 0.05,成对T检验)。本研究测定的万山汞矿区植物样品THg浓度水平与以往报道的万山汞矿废弃地植物中无机汞浓度(根部:0.59–33 mg·kg−1;地上部分:0.27–12 mg·kg−1[7]相当,但是显著高于三峡水库消落带的植物样品(1.62–49.42 μg·kg−1[23]以及青藏高原地区木本植物叶片(< 20 μg·kg−1[24]。这些结果表明万山汞矿区植物体内汞累积显著,周围环境中汞的污染状况直接影响植物体内汞的累积程度。

    • 将同株植物的茎叶部分和根部THg含量进行相关性分析,结果表明植物茎叶部分与根部的THg含量显著相关(Spearsman秩相关系数法:R = 0.79,P<0.001;Kendall秩相关系数法:R = 0.58,P<0.001;n = 58)。由于植物根部不仅具有凯氏带等生物屏障限制根部汞的向上传输[25-27],并且根部的汞可能与富含半胱氨酸的多肽结合转移至液泡中[26,28-29],因此植物根部吸收和累积的汞难以向地上部分传输。近些年研究证实植物根部和地上部分的汞分别主要来自土壤和大气[30-33]。由于汞矿区矿石残渣和土壤可以持续释放无机汞,土壤和大气汞浓度通过不断的汞交换达到平衡[21-22],汞矿区大气汞浓度水平也比较高[34],因此汞矿区植物根部和茎叶部分的汞浓度具有相关性。

      对整株采集植物的茎叶部分和根部样品进行分析,发现不同植物组织对汞的累积存在一定差异。2017年5月采集的植物根部THg浓度(中位数:1.5 mg·kg−1;几何平均值:1.8 mg·kg−1)显著高于茎叶部分(中位数:1.2 mg·kg−1;几何平均值:1.1 mg·kg−1)(n = 20,P < 0.05成对T检验)。2018年10月采集的整株植物样品中,采样点A的植物根部THg浓度(中位数:6.15 mg·kg−1;几何平均值:4.9 mg·kg−1)显著高于茎叶部分(中位数:1.0 mg·kg−1;几何平均值:1.2 mg·kg−1)(n = 10,P < 0.05,成对T检验),表明该采样点植物根部对汞的累积更多。然而,采样点B的植物根部(中位数:2.3 mg·kg−1;几何平均值:2.6 mg·kg−1)和茎叶部分(中位数:4.7 mg·kg−1;几何平均值:4.6 mg·kg−1)中THg浓度无显著性差异(n = 8,P > 0.05,成对T检验)。该结果表明不同植物组织对汞的累积能力存在差异,多数情况下植物根部汞累积水平更高。由于植物叶片和根部中汞分别主要来自大气和土壤[10, 30-33],2018年10月不同采样点的植物组织汞累积能力的差异,推测与不同采样点的土壤和大气汞浓度差异有关,也可能与植物生长阶段和种类等有关。

    • 植物体内高浓度汞的累积会对植物产生毒害效应,如叶片发黄、枯萎,甚至植株死亡[35],而对汞耐受性高的植物在汞矿区更易存活并可能具有更大的生物量[36]。本研究在废弃汞冶炼作坊与汞矿周边采集的77种植物中菊科植物有17种(如青蒿、艾、菊花、野茼蒿和苣荬菜等),超过全部植物种类的1/5,说明菊科植物可能较好地适应高汞环境。这可能与菊科植物的强繁殖能力和抗逆性有关,使其在很多尾矿中存活[37]

      本研究比较了不同种类植物的汞累积能力。荩草的茎叶部分THg浓度(7.9 mg·kg−1)最高,鸢尾的根部THg浓度(28 mg·kg−1)最高,该结果与先前报道的万山汞矿区耐汞野生植物中的最高汞浓度(根部:15.6 mg·kg−1 ,地上部分:6.1 mg·kg−1[8]相近。本研究进一步比较了木本植物和草本植物,以及菊科、禾本科和唇形科植物对汞的累积能力。如图3(a)所示,草本植物(茎叶部分:(2.2 ± 2.0) mg·kg−1;根部:(6.2 ± 7.1) mg·kg−1)和木本植物(茎叶部分:(2.1 ± 1.7) mg·kg−1;根部:(1.6 ± 1.5) mg·kg−1)对汞的累积能力没有明显差异(P > 0.05,双样本T检验)。菊科、禾本科和唇形科植物体内汞浓度如图3(b)所示,茎叶部分THg浓度均值分别为2.6、1.8和1.8 mg·kg−1,无显著差异(P > 0.05,ANOVA检验);这三类植物的根部THg浓度均值分别为3.8、10.6、6.0 mg·kg−1,由于样品数量较少,未做方差分析。因此,本研究中不同种类植物对汞的累积能力未表现出明显差异。

    • 万山废弃汞冶炼作坊和废弃汞矿附近土壤THg浓度为1.8–224 mg·kg−1,植物样品中THg浓度为0.06–28 mg·kg−1,表明这些采样点周围存在汞污染问题。植物茎叶部分和根部中THg浓度显著相关,但不同植物组织中汞累积能力存在差异。由于不同植物组织中汞来源不同,因而不同组织中汞的累积特征与当地大气和土壤汞浓度特征有关。另外,万山汞矿区植物样品中THg浓度显著高于贵阳市对照采样点植物样品,表明植物体内汞的赋存水平主要与当地的汞污染状况有关。尽管这些汞矿和汞冶炼作坊已经废弃,但仍存在一定的汞污染问题,具有潜在的生态风险。

    参考文献 (37)

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