矿产资源的开发与利用为社会生产提供工业原料，矿业也因此成为国民经济的一个基础产业^[1]。我国的矿产资源总储量居世界前列，但长期的粗放开采和缺乏科学管理使矿区及周边的水土环境遭到严重污染^[2]。重金属污染具有易于富集、不易降解、表现滞后性和不可逆累积性等特点，治理过程相对漫长，防治有一定的困难。因此，矿山废弃地的修复具有重要的理论价值和现实意义，是环境保护工作中亟需开展的紧迫任务之一。植物修复作为一种清洁、经济的原位土壤重金属污染的修复方法受到广泛青睐^[3-4]。超富集植物的寻找、开发和应用是植物修复技术的核心与关键^[5]，但目前已发现的超富集植物普遍存在生物量较小，且受地域的影响较强等问题^[6]，限制了植物修复技术的应用。

福建省尤溪铅锌矿集区位于闽中古裂谷铅锌矿成矿带区域，铅锌矿储量居华东地区之首，有研究^[7-10]表明，其土壤Zn、Pb、Cr和Cu重金属污染非常严重。虽然重金属矿区土壤污染严重，但仍有些植物可适应逆境生存，从重金属污染区及周边筛选乡土耐性植物和超富集植物，可解决植物的生态适应性、重金属耐性等问题，是一种筛选富集植物的最佳途径。鉴于此，本研究在对福建尤溪铅锌矿集区集区全面踏查的基础上，采集矿区生长良好、分布广泛的芦苇(Phragmites australias Trin.)、芒萁[Dicranopteris dichotoma (Thunb.) Berhn.]、笔管草[Equisetum ramosissimum Desf. subsp. debile (Roxb. ex Vauch.) Hauke]、乌蕨[Stenoloma chusanum (Linn.) Ching]、乌毛蕨(Blechnum orientale L.)、藿香蓟(Ageratum conyzoides L.)和毛蕨[Cyclosorus interruptus (Willd.) H. Ito]等7种草本植物，测定其地上、地下部分及对应采样点的土壤重金属含量，点对点地分析植物对不同重金属的吸收与富集特性，从中筛选出不同重金属的耐性植物，以期为铅锌矿区重金属污染土壤的植被恢复提供理论依据。

尤溪县位于福建省三明市东部(东经117°48′30″~118°40′，北纬25°50′36″~26°26′30″)，年平均降水量1 500~1 750 mm，土壤以红黄壤土为主，是福建省主要铅锌矿开采基地，已探明铅锌矿储量达20×10⁶ t，居华东地区之首。尤溪县属中亚热带季风性湿润气候，年平均气温19.2 ℃，县内地形复杂，各地气温分布差异较大，中高海拔地区随海拔每升高100 m，气温下降0.5~0.6 ℃。尤溪县地处戴云山脉北段西部，境内以中低山地和丘陵为主，占总面积的93%，地势总体呈东、南、西三面高山环绕，中部低洼的地貌特点，尤溪河斜贯南北，中部往北沿尤溪河流域侵蚀下切，形成丘陵谷地。

以福建省尤溪铅锌矿集区集区为研究区，对矿区植物进行广泛调查，采集生长茂盛、分布广泛的芦苇、芒萁、笔管草、乌蕨、乌毛蕨、藿香蓟和毛蕨等7种草本植物，每种植物采集3~5株，采取整株采收的方式，并采集植株对应的表层(0~30 cm)土壤样品^[11-12]，带回实验室进行植物和土壤点对点的分析。采样点的位置见图 1。

	图 1 尤溪铅锌矿集区采样点 Fig. 1 Location map of sampling points in Youxi lead-zinc mining area
图选项

用超纯水冲洗粘附于植物样品表面的泥土和其他污物，然后用蒸馏水冲洗3次，在105 ℃下杀青0.5 h，80 ℃下烘干至恒重，然后粉碎、装袋并标记，采用HNO₃-HCl-HClO₃湿灰化法进行植物样品消煮，消煮液待测；土壤样品放置于牛皮纸中自然风干，去除其中的碎石、动植物残体等杂物，过2 mm的尼龙筛并用四分法取约100 g土样，用研钵磨碎后过100目的尼龙筛，装入自封袋备用，采用HCL-HNO₃-HF-HClO₄消煮法进行土壤样品消煮，消煮液待测。植物和土壤样品每个3次重复，采用普析TAS-990原子吸收分光光度计测定制备好的植物及土壤样品待测液中Cd、Pb、Zn和Cu的含量。

采用Excel 2013软件统计数据并绘制图表，用SPSS 19.0软件对植物及土壤数据进行统计分析，使用单因素方差分析(one-way analysis of variance，one-way ANOVA)进行差异显著性比较，表中数据为3个重复的平均值±标准差，并用Origin 8.5软件作图。

在尤溪铅锌矿集区采集生长旺盛、分布频率较高的植物共7种(表 1)，分属于7个科7个属。芒萁在研究区分布最为广泛，其次是芦苇。

尤溪铅锌矿集区13个采样点土壤重金属含量见表 2。与国家土壤环境质量标准和福建省土壤环境背景值相比较，土壤中Cd、Pb、Zn和Cu平均含量均超标，其中Cd超标最为严重，分别为两个标准值的21.77和604.60倍。尤溪铅锌矿集区土壤的Cd、Pb、Zn和Cu含量变化范围较大，变异系数均在40%以上。Cd的变异系数最大，为232.30%；Pb的变异系数最小，为126.62%。WILDING^[14]将变异系数大于15%的定为小变异程度，变异系数为15%~35%的为中等变异程度，变异系数大于35%的为高度变异程度，故尤溪铅锌矿集区土壤Cd、Pb、Zn和Cu重金属含量均属于高度变异程度。

7种草本植物体内的Cd、Pb、Zn和Cu含量见表 3。植物体内皆积累了一定的Cd、Pb、Zn和Cu，芦苇最高，Pb含量是参考值的15.30倍，符合超富集植物含量要求，但7种草本植物体内Cd、Zn和Cu含量均未超过参考值。藿香蓟、芦苇和毛蕨吸收Cd的能力较强。植物地上、地下部分吸收Pb的能力皆表现为芦苇>毛蕨>芒萁。植物地上部分吸收Zn的能力为芒萁>毛蕨>芦苇>藿香蓟；植物地下部分吸收Zn的能力表现为芦苇>毛蕨>芒萁>笔管草。芦苇、芒萁和藿香蓟地上部分吸收Cu的能力较强；地下部分耐Cu能力表现为毛蕨>芦苇>芒萁。由此可知，植物不同部位对各种金属的吸收能力不同。芦苇地上部分吸收Cd、Pb、Zn和Cu的能力皆较强，芒萁地上部分吸收Pb、Zn和Cu的能力较强，毛蕨地上部分吸收Cd、Pb、Zn的能力较强，藿香蓟地上部分吸收Cd、Cu的能力较强；芦苇、毛蕨地下部分吸收Cd、Pb、Zn和Cu的能力较强，其中芦苇吸收Cd、Pb、Zn的能力大于毛蕨，吸收Cu的能力则相反。

转运系数是衡量超富集植物的标准之一，表现植物对重金属的吸收、转运能力。从表 4可知，7种草本植物的最大Cd转运系数均大于1，转运能力表现为芦苇>芒萁>藿香蓟>乌蕨>乌毛蕨>笔管草>毛蕨，其中芦苇最大达到7.87；最大Pb转运系数除乌毛蕨、毛蕨外均大于1，转运能力表现为芦苇>芒萁>笔管草>藿香蓟>乌蕨；7种草本植物的最大Zn转运系数均大于1，转运能力表现为芒萁>藿香蓟>毛蕨>乌毛蕨>笔管草>乌蕨>芦苇；最大Cu转运系数除毛蕨外均大于1，转运能力表现为藿香蓟>芒萁>笔管草>乌蕨>乌毛蕨>芦苇，其中藿香蓟最大, Cu转运系数为2.35。由此可知，芦苇、芒萁、藿香蓟、笔管草和乌蕨对Cd、Pb、Zn和Cu的转运系数均大于1，其中芦苇和芒萁对Cd、Pb的转运能力较强，芒萁和藿香蓟对Zn、Cu的转运能力较强。

富集系数是超富集植物区别于普通植物的另一个重要特征，植物地上部位的富集系数大于1，表现出植物地上部分重金属含量大于土壤中相应有效态重金属含量。并且植物地上部分富集系数越大，植物提取、修复土壤重金属的能力越强^[18]。从表 5可知，Cd富集能力表现为藿香蓟>芦苇>芒萁；Pb富集能力表现为芒萁>芦苇；7种草本植物的Zn富集系数均小于1，但芒萁、芦苇、藿香蓟的最大Zn富集系数分别为0.93、0.66和0.64，有一定的富集能力；7种草本植物的Cu富集能力表现为芒萁>芦苇>藿香蓟。由此可知，芦苇、芒萁对Cd、Pb、Cu有较强的富集能力，藿香蓟对Cd、Cu的富集能力较强。

芒萁分布在研究区9个采样点，在7种草本植物中分布最为广泛。综合分析芒萁植物体与其所在土壤的各种重金属含量的关系(图 2)，发现芒萁体内Cd、Pb、Zn和Cu重金属含量并没有随着土壤重金属含量的增加而持续增加或减小，是出现多个峰值和谷值，总体而言，萁体内Cd、Pb和Zn含量皆呈增加趋势，而Cu含量呈减小趋势。芒萁地上、地下部分最大Cd含量分别为11.03、12.33 mg·kg^-1；地上、地下部分最大Pb含量分别为524.36、423.96 mg·kg^-1；芒萁地上部分吸收Zn含量的最大值为481.54 mg·kg^-1，地下部分最大值为215.42 mg·kg^-1；地上、地下部分最大Cu含量分别为206.78、228.15 mg·kg^-1。由此可见，在不同采样点的同种植物体内各重金属含量存在差异。

	图 2 芒萁体内重金属含量与土壤重金属含量的关系 Fig. 2 Relationship between the heavy metal contents of plants and the heavy metal contents in soil
图选项

对芒萁的转运系数和富集系数进行分析(图 3)，发现随着土壤中4种重金属含量的增加，芒萁4种重金属的转运、富集系数同体内重金属含量一样皆有较大波动。芒萁Cd转运系数总体呈减小趋势，富集系数呈先增后减趋势，且最高浓度与最低浓度富集系数相同；芒萁Pb、Cu转运系数和富集系数以及Zn富集系数皆总体上呈减小趋势，Zn转运系数呈增加趋势。除Zn外，芒萁的Cd、Pb和Cu最大转运系数、富集系数均大于1。

	图 3 芒萁转运、富集系数与土壤重金属含量的关系 Fig. 3 Relationship between the translocation factors or the bioconcentration factors and the soil heavy metal contents
图选项

植物正常生长需要适宜的温度、水、空气和各种营养物质，过高的土壤重金属含量会影响植物的生长、发育及繁殖，在重金属污染严重的矿区中生长良好的植物，在长期的自然选择中已演化出一定的防御机制^[19-21]。许多研究表明，一些超富集植物及耐性植物大多出现在重金属污染严重的矿区。如任秀娟等^[22]研究重金属Pb、Zn对湖南南部铅锌矿区植物的影响，发现糯米团、酸模、水蓼、地榆和毛叶堇菜对Pb有较强的富集能力，糯米团、博落回和鬼针草对Zn的富集效果较好；葛绪广等^[23]在黄石国家矿山公园对蕨类植物富集重金属情况进行调查研究，发现蜈蚣草对Cd，凤尾蕨、贯众和蜈蚣草对Zn，以及凤尾蕨对Cu的富集效果最好。

研究区植物体内的重金属含量受植物生长的土壤中重金属含量、植物自身转运和吸收重金属的能力的影响。本研究发现尤溪铅锌矿集区7种草本植物体内皆有一定的Cd、Pb、Zn和Cu含量，但各物种地上、地下部分各重金属含量都不相同。芦苇地上、地下部分和毛蕨地下部分吸收Cd、Pb、Zn和Cu的能力皆较强，就地下部分吸收Cd、Pb和Zn的能力而言，芦苇>毛蕨。芒萁地上部分吸收Pb、Zn和Cu的能力较强；毛蕨地上部分吸收Cd、Pb、Zn的能力较强；藿香蓟地上部分吸收Cd、Cu的能力较强。李有志等^[24]研究得出矿区的46种植物皆有一定的吸附Mn的能力，物种间植物不同部分Mn含量有明显差异的结论。赵玉红等^[25]研究西藏中部矿区先锋植物对重金属积累的耐性结果表明，在6种先锋植物体内积累的不同的重金属元素含量有明显的差异，相同的先锋植物对不同重金属元素的富集也不同，植物不同的部位也表现出不同的重金属吸附能力，与本研究结果一致。王学礼等^[10]对三明矿区的植物进行调查研究发现，笔管草对Pb的富集能力较强，地上部分Pb含量超过了超富集植物的临界值，但其转运系数小于1, 乌蕨可以在矿区正常生长发育，适宜用于矿区废弃地，关于笔管草的结论与本试验的结果不同，可能是因为调查的区域和方法不同，土壤中的重金属含量不同导致的。

本研究在尤溪铅锌矿集区筛选出7种分布广泛的草本、蕨类植物，芦苇地上部分最大Pb含量为15 302.29 mg·kg^-1，超过临界值1 000 mg·kg^-1，其转运、富集系数分别是10.45、2.40，均大于1，符合Pb超富集植物的标准。芦苇对Cd、Pb、Zn和Cu的转运系数均大于1，且对Cd、Pb和Cu的富集系数均大于1，是潜在的多金属富集植物。董志成等^[26]研究发现芦苇对高浓度的Cu、Zn、Cd、Pb和Cr具有良好的抗性，根组织的重金属生物富集能力大于茎、叶组织，且根组织易富集Pb、Cd，茎、叶组织易富集Pb。路畅等^[27]发现芦苇对Pb具有较好的转运能力。苏芳莉等^[28]研究得出在芦苇拔节期灌溉浓度为20%的造纸废水，并且在水深为10 cm时，芦苇去除Pb效果最好。综上所述，芦苇可以吸附多种重金属，特别是对Pb的富集效果明显，并且芦苇生物量大，可以适应盐碱土壤，在修复土壤重金属污染地区中有着广泛的应用前景。

芒萁体内的最大重金属含量虽未达到临界值，但其Cd、Pb和Cu最大转运系数、富集系数均大于1，可以作为土壤Cd、Pb和Cu复合污染的修复植物。芒萁的Zn富集系数均小于1，说明其对Zn的富集能力较弱。本研究结果与刘足根等^[29]得出的赣南钨矿区芒萁对Zn、Cd具有较强的吸收、富集能力，对Pb、Cu和W的吸附能力相对较弱的结论不同，可能是两个矿区土壤的重金属存在形态、pH值、有机物含量、离子浓度、溶解度以及其他元素浓度等不同，影响了植物对重金属的转运、吸收^[30-31]。方月梅等^[32]对湖北铜绿山矿区的农业土壤重金属形态进行研究，发现土壤中Cd、Zn的可氧化态含量最高，对作物有较大危害；土壤pH值与Cd和Pb可还原态、Cd可氧化态和弱酸提取态间为显著正相关；有机质含量与Pb可还原态和残渣态、Cu残渣态、Cd可还原态和可氧化态等形态之间为显著相关；土壤中Pb、Cd的有效态含量受土壤全量、pH值和有机质含量的影响较大，Zn和Cu则相反。吴婷等^[33]研究发现，铅污染土壤中不同粒径的颗粒物中重金属含量不同，随着颗粒物粒径的减少，总有机碳、重金属含量升高；重金属Cr、Cu和Zn的可交换态在土壤大粒径组分中的含量较高；重金属Pb、Cu在纳米级天然细粘粒组分中具有更大的活性系数、累积因子和潜在生态风险。综上，土壤的pH值、有机质以及土壤颗粒大小等都会对土壤重金属形态以及重金属含量产生一定的影响，进而影响植物对重金属的吸收、富集，这也在一定程度上解释了随着土壤重金属含量的增加，芒萁体内重金属含量和其转运、富集系数均无明显规律的现象。另外，本研究发现藿香蓟对Cd、Cu的转运、富集系数也均大于1，对土壤中的Cd、Cu有较强的提取、富集能力，与曾懋华等^[34]研究得出的藿香蓟对Cd、Cu有一定的转运和富集能力的结论一致。

以国家土壤环境质量标准和福建省土壤环境背景值为参比标准，尤溪铅锌矿集区土壤中Cd、Pb、Zn和Cu平均含量均超标，Cd、Pb、Zn和Cu的土壤重金属含量均属于高度变异程度。研究区7种草本植物富集各重金属的能力有所差异，植物不同部位对各重金属的吸附能力也不同。在7种草本植物中仅芦苇地上部分最大Pb含量超过参考值1 000 mg·kg^-1，其转运系数和富集系数均达到Pb超富集植物的标准。芦苇和芒萁对Cd、Pb和Cu的转运系数和富集系数均大于1，藿香蓟对Cd、Cu的转运和富集系数也均大于1，3种植物均是潜在的多金属富集植物。笔管草和乌蕨对Cd、Pb、Zn和Cu的转运系数均大于1，具有一定的重金属修复能力，但富集系数均小于1。