DOI: 10.12357/cjea.20220711
何孟轲, 郭俊娒, 杨俊兴, 郑国砥, 陈同斌, 孟晓飞, 李玉峰, 刘杰. 典型铅锌企业周边农田重金属富集植物筛选[J]. 中国
生态农业学报 (中英文), 2023, 31(6): 954?966
HE M K, GUO J M, YANG J X, ZHENG G D, CHEN T B, MENG X F, LI Y F, LIU J. Screening of accumulating plants in farm-
land surrounding typical lead and zinc smelting enterprises[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2023, 31(6): 954?966
典型铅锌企业周边农田重金属富集植物筛选
何孟轲1,2, 郭俊娒3, 杨俊兴1,2, 郑国砥1,2, 陈同斌1,2, 孟晓飞1,2, 李玉峰1,2,
刘 杰4
(1. 中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心 北京 100101; 2. 中国科学院大学 北京 100049; 3. 太原理工大学环境
科学与工程学院 晋中 030600; 4. 北京农学院生物与资源环境学院 北京 102206)
摘 要: 为探究有色金属企业周边农田重金属污染状况, 筛选修复与安全利用优势植物, 本研究在河南省济源市某
铅锌冶炼企业周边农田开展调查, 探明研究区土壤重金属污染特征, 并选用17种重金属富集植物, 开展田间试验,
比较其生物量及重金属含量、富集系数、提取量及去除率等, 建立适合研究区的土壤重金属污染植物修复技术模
式。结果表明, 试验区土壤镉(Cd)、铅(Pb)存在超标情况, 超标率Cd>Pb, 污染物主要分布在0~20 cm耕作层, 属典
型的轻、中度Cd、Pb污染农田土壤。试验区主要农产品小麦籽粒Cd、Pb超标率为100%, 部分样品As超标, 玉
米籽粒符合标准。17种富集植物生物量和对重金属的富集能力差异较大, 籽粒苋生物量最高, 达29 598 kg?hm?2, 是
遏蓝菜的46.61倍, 体内重金属Cd、Pb、As含量分别为2.90~30.90 mg?kg?1、7.81~93.07 mg?kg?1、3.76~22.90 mg?kg?1。
不同植物对土壤中重金属的去除率存在明显差异, 籽粒苋、冬油菜‘中油千斤旱’、向日葵‘S606’表现出良好的Cd、
Pb提取修复潜力, 对土壤中Cd的去除率均高于1.90%。此外, 油菜和向日葵可进一步加工生产食用油、饲料或有
机肥料, 实现边修复边生产, 应用前景较好。在研究区采用籽粒苋-冬油菜轮作和向日葵单作两种修复模式均能达到
较高的修复效果, 具备一定的推广应用潜力。
关键词: 重金属; 土壤污染; 富集植物; 修复能力; 修复模式
中图分类号: X53开放科学码(资源服务)标识码(OSID):
Screening of accumulating plants in farmland surrounding typical lead and zinc
smelting enterprises
HE Mengke1,2, GUO Junmei3, YANG Junxing1,2, ZHENG Guodi1,2, CHEN Tongbin1,2, MENG Xiaofei1,2,
LI Yufeng1,2, LIU Jie4
(1. Center for Environmental Remediation, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences,
Beijing 100101, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. College of Environmental Science and En-
gineering, Taiyuan University of Technology, Jinzhong 030600, China; 4. College of Bioscience and Resources Environment, Beijing Uni-
versity of Agriculture, Beijing 102206, China)
国家自然科学基金项目(4227071531)、国家重点研究发展计划项目(2018YFC1802604)、人才培养质量建设-高水平人才交叉培养计划-实培
计划项目(PXM2020_014207_000009)和中国科学院大学生创新实践训练计划(20224000892)资助
通信作者: 杨俊兴, 主要研究方向为资源利用与环境污染治理修复。E-mail: yangajx@igsnrr.ac.cn
何孟轲, 主要研究方向为资源利用与环境污染治理修复。E-mail: hemengke21@mails.ucas.ac.cn
收稿日期: 2022-09-16 接受日期: 2023-02-09
This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (4227071531), National Key R&D Program of China
(2018YFC1802604), Personnel Training Quality Construction-Cross Training Plan for High-level Talents-Practical Training Program of Beijing,
China (PXM2020_014207_000009) and Innovation Practice Training Program for College Students of Chinese Academy of Sciences (20224000892).
Corresponding author, E-mail: yangajx@igsnrr.ac.cn
Received Sep. 16, 2022; accepted Feb. 9, 2023
中国生态农业学报 (中英文) ?2023年6月 ?第?31?卷 ?第?6?期
Chinese?Journal?of?Eco-Agriculture,?Jun.?2023,?31(6):?954?966
http://www.ecoagri.ac.cn
Abstract: As one of the most important lead (Pb) and zinc (Zn) smelting production bases in China, the heavy metal content in the
farmland surrounding the enterprises in Jiyuan City of Henan Province seriously exceeded the national standard due to the backward
technology and large pollutant discharge. In order to explore the characteristics of heavy metal contamination in farmland around Pb
and Zn smelting enterprises in Jiyuan City, select the dominant plants for remediation and safe utilization of heavy metal-contamin-
ated farmland, and establish a preliminary remediation model, field experiments were conducted on farmland surrounding Pb and Zn
smelting enterprises in Jiyuan City. The study included investigating the characteristics of cadmium (Cd), Pb, and arsenic (As) pollu-
tion in soil, analyzing the heavy metal content in main agricultural products, selecting 17 kinds of heavy metal-accumulating plants
for field cultivation, and studying their biomass, heavy metal contents, bioconcentration factor, extraction amount, and remediation ef-
ficiency. The results showed that the average content of Cd, Pb, and As in soil was 2.22 mg·kg?1, 173.1 mg·kg?1 and 18.38 mg?kg?1,
respectively, which were mainly distributed in the cultivated layer. Among them, the content of Cd and Pb exceeded the risk screen-
ing values in the Environmental Quality Standard for Soils (GB 15618—2018), and the single factor pollution index reached 3.71 and
1.02, respectively. In terms of the wheat and maize cultivated on the contaminated farmland, the content of Cd, Pb, and As in maize
seeds did not exceed the values in the National Food Safety Standards (GB 2762—2022), but the Cd and Pb content in wheat seeds
exceeded the standards, while the exceeding rates both reached 100%. In plant cultivation experiments, the biomass and heavy metal
enrichment capacities of the 17 kinds of accumulating plants differed significantly. The biomass of Amaranthus hypochondriacus was
the highest, reaching 29 598 kg·hm?2, which was 46.61 times that of Noccaea caerulescens (635 kg·hm?2). The contents of Cd, Pb,
and As in the 17 plant species were 2.90?30.90 mg·kg?1, 7.81?93.07 mg·kg?1, and 3.76?22.90 mg·kg?1, respectively. The bioconcen-
tration factors of Cd, Pb, and As were 1.31 to 13.92, 0.05 to 0.54, and 0.20 to 1.24, respectively. Helianthus annuus ‘S606’ had the
largest Cd, Pb, and As comprehensive bio-concentration index of 2.3. Combining plant biomass and enrichment capacity, 17 plant
species showed clear differences in the removal efficiency of contaminated soil. Cluster analysis showed that Amaranthus hypochon-
driacus, Brassica napus ‘Zhongyou 1000’, and Helianthus annuus ‘S606’ had higher Cd and Pb accumulation and remediation capa-
cities in soil. The removal efficiency of these three species was higher than 1.90% for Cd and 0.07% for Pb, showing a promising po-
tential for remediation of Cd and Pb-contaminated soils. In addition, Brassica napus and Helianthus annuus can be further processed
to produce edible oil, feed, or fertilizer, which can bring economic benefits while remediating soil. In conclusion, the farmland sur-
rounding the Pb and Zn smelting enterprise in Jiyuan City was typically light to moderately contaminated with Cd and Pb. In re-
sponse to this situation, two technical modes of heavy metals-contaminated farmland remediation were proposed: Amaranthus hypo-
chondriacus-Brassica napus rotation remediation mode and Helianthus annuus monoculture remediation mode. Both modes can
achieve high remediation efficiency and were viable and extendable.
Keywords: Heavy metals; Soil pollution; Accumulating plants; Remediation capacity; Remediation mode
有色金属冶炼是我国以及全世界土壤重金属的
主要来源之一[1]。由于冶炼技术落后、污染防治不
足等, 重金属通过废气沉降、废水废渣渗透等方式
进入土壤, 导致冶炼厂区及周边土壤中重金属不断
累积[2]。土壤重金属浓度较高会影响土壤环境质量,
导致粮食作物品质产量下降[3]。此外, 重金属不易降
解, 动植物吸收的重金属经生物积累和生物放大作
用, 对生态环境健康造成潜在威胁, 影响社会可持续
发展[4-5]。
目前土壤重金属污染修复技术中, 植物修复通
过转移、转化或容纳污染物来治理土壤污染, 具有
经济、高效、环保、原位修复等优势[6]。超富集植
物可在地上部富集大量重金属, 减少或去除土壤中
重金属[7]。前人研究中多采用单一超积累植物进行
土壤修复研究且局限于实验室条件, 如籽粒苋(Am-
aranthus hypochondriacus)[8]、鬼针草(Bidens pilosa)[9]、
遏蓝菜(Thlaspi arvense)[10]、龙葵(Solanum nigrum)[11]
等。同时, 超富集植物通常生物量较低、生长缓慢
且不易成活, 影响其在田间修复中的应用价值[12]。除
超富集植物外, 部分生物量大、重金属耐受和富集
能力较高的植物, 也具有土壤污染修复潜力[13]。例
如, 向日葵(Helianthus annuus)、油菜(Brassica napus),
其种植广泛, 对Cd、Pb等重金属有较强的富集能力,
并能保持较高生物量, 可作为土壤重金属污染修复
材料[14-16]。
河南省济源市是我国重要的铅锌冶炼生产基地
之一。2021年济源市Pb产量达1.18×106 t, 占全国总
产量的25%[17]。由于铅锌冶炼生产历史长、早期生
产工艺落后以及污染物产排量大等原因, 济源市部
分地区土壤重金属含量严重超标, Xing等[18-19]调查
发现济源市农田土壤Cd、Pb污染面积约达384 km2。
河南省为我国华北地区小麦(Triticum aestivum)、玉
米(Zea mays)主要产区之一, Qiu等[20]研究发现济源
市土壤、小麦均出现不同程度的重金属污染现象。
河南省出台的《河南省清洁土壤行动计划》(豫政
[2017]13号)指出, 要在济源等地率先开展受污染耕
第 6 期 何孟轲等 : 典型铅锌企业周边农田重金属富集植物筛选 955
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地治理与修复[21]。
本研究以河南省济源市某铅锌冶炼企业周边污
染农田为研究区域, 调查土壤理化性质、重金属污
染特征及主要农产品重金属含量, 选用超富集植物
及富集植物共17种植物开展田间筛选试验, 采用生
物富集系数、提取量、去除率等指标综合评价富集
能力和修复潜力, 旨在筛选重金属污染农田修复及
安全利用优势植物, 为建立可持续推广的重金属污
染土壤植物修复模式提供参考。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
研究在河南省济源市克井镇塘石村土壤重金属
污染修复试验基地进行。济源市位于河南省西北部,
地势西北高, 东南低。气候属温带大陆性季风气候,
全年日照时间为1727.6 h, 年平均气温14.6 ℃, 年降
水量860 mm。试验基地地理位置为112°31′30″N,
35°8′34″E, 土壤类型为褐土, 耕地种植模式为冬小麦-
夏玉米轮作。土壤基本理化性质: pH为7.70, 阳离子
交换量为20.1 mmol·kg?1, 容重为1.34 g·cm?3, 有机质
含量为19.4 g·kg?1, 全氮含量为1.18 g·kg?1, 全磷含量
为0.86 g·kg?1, 全钾含量为26.6 g·kg?1, 速效氮含量为
83.7 mg·kg?1, 有效磷含量为23.0 mg·kg?1, 速效钾含量
为140.0 mg·kg?1, 对比全国第二次土壤普查养分分级
标准[22], 试验区土壤肥力水平属中上, 经过适量施肥
之后适合一般农作物的生长。
1.2 试验设计
1.2.1 土壤和农产品重金属污染调查
于2020年3月对塘石试验区土壤进行取样, 调
查土壤中Cd、Pb、As含量。在塘石研究基地采用
棋盘式布点法采集0~20 cm表层土壤样品24个。随
机 设 置5个 典 型 土 壤 剖 面, 于0~5 cm、5~10 cm、
10~20 cm、20~40 cm、40~60 cm深度各取5个样品,
共25个土壤剖面样品。同时为明确塘石试验区实
施植物修复之前农作物重金属含量情况, 针对主要
农作物小麦(品种‘矮抗58’ ‘洛麦23’)和玉米(品种
‘郑单958’), 于2020年7月采集小麦籽粒样品、9月
采集玉米籽粒样品, 检测重金属含量。
1.2.2 富集植物筛选
选 取 德 国 景 天 (Phedimus hybridus ‘Immergrun-
chett’)、三七景天(Sedum aizoon)、伴矿景天(Sedum
plumbizincicola)、印度芥菜(Brassica juncea)、鬼针
草、龙葵、紫茉莉(Mirabilis jalapa)、遏蓝菜、红叶
甜菜(Beta vulgaris)、红苋菜(Amaranthus caudatus)、
籽粒苋、冬油菜(品种为‘早熟100天’ ‘极旱98’ ‘中
油千斤旱’)、向日葵(品种为‘S606’ ‘桃之春’ ‘三阳
开泰’) 17种/品种富集植物为供试植物。试验采用随
机区组设计, 小区面积为10 m2, 各小区之间间隔2 m。
17种/品种富集植物作为17个处理, 每个处理设置3
个重复。富集植物基本信息及种植条件如表1所示。
种植试验于2021年4月10日开展, 植物采用育苗扦
插或直播, 扦插或播种密度根据植物的高产栽培密
度来定, 田间管护按照当地常规农业管理进行。于
各植物成熟期按五点取样法分别采集各小区样品。
每种植物随机选取3个长势均匀的1 m2小区测定植
物地上部总生物量。
1.3 测定项目与方法
土壤样品风干后, 研磨并过2 mm和0.15 mm筛。
土壤基本理化性质采用土壤农化常规分析方法测
定[23]。土壤Cd、Pb、As全量采用HNO3-H2O2法进
行消解, 依据美国环保局USEPA 3050B方法测定。
植物样品洗净, 放至烘箱中105 ℃杀青30 min, 之后
65 ℃烘干至恒重。植物样品中Cd、Pb、As含量采
用浓HNO3和HClO4 (5∶1, v/v)进行消解, 消解完全
后过滤、定容至50 mL。Cd、Pb测定仪器采用电感
耦 合 等 离 子 体 质 谱 仪(ICP-MS, Elan DRC-e, Perkin
Elmer, USA), As测定仪器采用海光AFS-9800原子
荧光分光光度计。测定过程中设置空白标准、2%
的平行样、国家标准土壤样品GBW07402 (GSS-2)
及国家标准植物样品GBW07603 (GSV-1)进行化学
分析质量控制(95±5)%。
1.4 数据处理
采用Microsoft Excel 2016软件进行数据相关计
算, 采用SPSS Statistics 26软件进行数据统计分析;
采用Origin pro 2021软件完成图表制作。
利用单因子污染指数(Pi)反映土壤中某种重金
属的污染程度[24], 计算公式为:
Pi =Ci=Si (1)
式中: Ci为污染物i的实测浓度(mg?kg?1); Si为污染
物i的评价标准(mg?kg?1), 本文选用《土壤环境质量
农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618 ?
2018)中重金属含量风险筛选值作为评价标准。
利用生物富集系数(bioconcentration factor, BCF)
反映不同植物对Cd、Pb、As的富集能力, 计算公式
为[25]:
BCF =Cshoot=Csoil (2)
式中: Cshoot为植物地上部重金属浓度(mg?kg?1), Csoil
956 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
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为土壤中重金属浓度(mg?kg?1)。
基于隶属函数值计算综合生物富集指数。针对
多重金属污染, 通过综合生物富集指数(comprehens-
ive bio-concentration index, CBCI)结合隶属函数计算,
评价植物对多种重金属的综合富集能力[26], 计算公式
如下:
CBCI = 1N
∑
u(xi) (3)
式中: u(xi)为植物对重金属i的BCF隶属函数值, N
为调查重金属总数。
隶属函数值计算:
u(xi) = (xi xmin)=(xmax xmin) i= 1;2;…;n (4)
式 中: xi为 植 物 对 重 金 属i的BCF, xmin、xmax分 别
为全部调查植物对重金属i的BCF值中最小值、最
大值。
通 过 植 物 重 金 属 提 取 量 与 试 验 区 表 层 土 壤
(0~20 cm)重金属总量的比值计算去除率, 评估植物
的修复效果。计算公式如下:
P= CIC
II
= Bi Cis h v C
j
(5)
式中: P为植物对重金属的去除效率(%), CI为植物
重金属提取量(mg), CII为表层土壤重金属总量(mg);
Bi为植物生物量(kg), Ci为植物重金属含量(mg?kg?1),
s为土壤面积(cm2), h为表层土壤深度(cm), v为土壤
容重, Cj为土壤重金属浓度(mg?g?1)。
2 结果与分析
2.1 试验区土壤重金属含量
塘石试验区0~20 cm表层土壤中重金属含量如
表2所示。土壤Cd含量平均值为2.22 mg?kg?1, 超出
《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试
行)》(GB 15618 ?2018)中农用地重金属含量风险筛
选值(pH>7.5), 单因子污染指数达3.71, 属中度污染。
土 壤 中 Pb含 量 平 均 值 为 173.1 mg?kg?1, 超 标 率
54.2%, 单因子污染指数为1.02, 属轻微污染。土壤
中As含量平均值为18.38 mg?kg?1, 检测点位As含量
均低于风险筛选值。
表 1 供试富集植物基本信息及种植条件
Table 1 Basic information of accumulating plants and planting conditions tested in the study
序号
Number
种
Species
科
Family
生活型
Life form
播种量
Seeding rate (kg?hm?2)
定苗数量
Singling density
(×104seedlings?hm?2)
种植方式
Planting way
P1 德国景天Sedum hybridum ‘Immergrunchett’ 景天科Crassulaceae 多年生草本植物 Perennial herb / 25 扦插Cuttage
P2 三七景天Sedum aizoon 景天科Crassulaceae 多年生草本植物 Perennial herb / 12 扦插Cuttage
P3 伴矿景天Sedum plumbizincicola 景天科Crassulaceae 多年生草本植物 Perennial herb / 12 扦插Cuttage
P4 印度芥菜Brassica juncea 十字花科Brassicaceae 一年生草本植物 Annual herb 30 12 直播Sowing
P5 鬼针草Bidens pilosa 菊科Asteraceae 一年生草本植物 Annual herb 15 7.5 直播Sowing
P6 龙葵Solanum nigrum 茄科Solanaceae 一年生草本植物 Annual herb 30 12 直播Sowing
P7 紫茉莉Mirabilis jalapa 紫茉莉科Nyctaginaceae 一年生草本植物 Annual herb 15 3 直播Sowing
P8 遏蓝菜Thlaspi arvense 十字花科Brassicaceae 一年生草本植物 Annual herb 2.25 12 直播Sowing
P9 红叶甜菜Beta vulgaris 藜科Chenopodiaceae 二年生草本植物 Biennial herb 7.5 6 直播Sowing
P10 红苋菜Amaranthus caudatus 苋科Amaranthaceae 一年生草本植物 Annual herb 75 12 直播Sowing
P11 籽粒苋Amaranthus hypochondriacus 苋科Amaranthaceae 一年生草本植物 Annual herb 15 12 直播Sowing
P12 油菜 ‘早熟 100天 ’Brassica napus ‘Zaoshu 100’ 十字花科Brassicaceae 二年生草本植物 Biennial herb 9 12 直播Sowing
P13 油菜 ‘极旱 98’Brassica napus ‘Jihan 98’ 十字花科Brassicaceae 二年生草本植物 Biennial herb 9 12 直播Sowing
P14 油菜 ‘中油千斤旱 ’Brassica napus ‘Zhongyou 1000’ 十字花科Brassicaceae 二年生草本植物 Biennial herb 9 12 直播Sowing
P15 向日葵 ‘S606’Helianthus annuus ‘S606’ 菊科Asteraceae 一年生草本植物 Annual herb 30 6 直播Sowing
P16 向日葵 ‘桃之春 ’Helianthus annuus ‘Taozhichun’ 菊科Asteraceae 一年生草本植物 Annual herb 30 6 直播Sowing
P17 向日葵 ‘三阳开泰 ’Helianthus annuus ‘Sanyangkaitai’ 菊科Asteraceae 一年生草本植物 Annual herb 30 6 直播Sowing
第 6 期 何孟轲等 : 典型铅锌企业周边农田重金属富集植物筛选 957
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试验区土壤剖面各深度重金属含量如图1所示。
土壤中Cd、Pb主要分布在0~20 cm表层, 随着深度
增加, Cd、Pb含量急剧降低。40~60 cm深度处, 土
壤中Cd、Pb含量降低幅度分别达89%和83%。土
壤各深度As含量均低于风险筛选值, 40~60 cm深度
处, 土壤中As含量较0~20 cm表层降低34%。综合
来看, 试验区土壤主要重金属污染物为Cd, 其次为
Pb, 且重金属主要分布在表层耕作层, 属典型表层富
集型Cd、Pb污染农田土壤。
2.2 小麦、玉米籽粒中重金属含量
试验区农作物小麦和玉米籽粒重金属含量如
表3所示。小麦‘矮抗58’ ‘洛麦23’籽粒中Cd含量
分 别 为0.26 mg?kg?1、0.29 mg?kg?1; Pb含 量 分 别 为
0.53 mg?kg?1、 0.77 mg?kg?1; As含 量 分 别 为 0.61
mg?kg?1、0.62 mg?kg?1。参照《食品安全国家标准 食
品中污染物限量》(GB 2762 ?2022), 两品种小麦籽
粒Cd、Pb含量超标率均达100%, As超标率分别为
75%、100%; 玉米籽粒中Cd、Pb、As含量均符合食
品安全标准。
2.3 不同富集植物生物量
17种/品种富集植物均能在济源环境条件下正
常完成生命周期。不同植物生物量差距较大(图2),
遏蓝菜生物量最低, 仅有635 kg?hm?2; 籽粒苋生物量
最高, 达29 598 kg?hm?2, 是遏蓝菜的46.61倍。此外,
油菜‘早熟100天’ ‘极旱98’ ‘中油千斤旱’ 3个油菜
品种生物量也明显高于其他植物。
2.4 不同富集植物重金属含量及富集系数
分别测定不同富集植物重金属Cd、Pb、As含
表 2 塘石试验区表层土壤重金属含量
Table 2 Heavy metal content of topsoil in Tangshi experiment area
Cd Pb As
平均值 Mean value (mg?kg?1) 2.22±0.28 173.1±14.33 18.38±1.85
GB 15618—2018 风险筛选值 (pH>7.5) GB 15618—2018 risk screening value (mg?kg ?1) (pH>7.5) 0.6 170 25
超标率 Standard-exceeding ratio (%) 100.0 54.2 0
单因子污染指数 Single factor pollution 3.71 1.02 0.74
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
0
50
100
150
200
0 10 20 30 40 50 60
0
5
10
15
20
25
30
Cd
Pb
As
土壤剖面深度 Soil profile depth (cm)
重金属含量
Heavy metal content (mg?kg
?1
)
图 1 试验区不同深度土壤重金属含量分布特征
Fig. 1 Distribution characteristics of heavy metals contents at
different depths in the study area
图中虚线代表各重金属的风险筛选值, 根据GB 15618—2018
中农用地重金属含量(pH>7.5), Cd的风险筛选值为0.6 mg?kg?1, Pb的
风险筛选值为170 mg?kg?1, As的风险筛选值为25 mg?kg?1。The dot-
ted lines in the figure represent the risk screening value of each heavy
metal. According to the heavy metal content of farmland in GB
15618—2018 (pH>7.5), the risk screening values of Cd, Pb, and As
are 0.6 mg?kg?1, 170 mg?kg?1, and 25 mg?kg?1, respectively.
表 3 塘石试验区小麦、玉米籽粒中重金属含量
Table 3 Heavy metals contents in wheat and corn grains in Tangshi experiment area
作物
Seed
品种
Cultivar
Cd Pb As
含量
Content
(mg?kg?1)
超标率
Exceeding
rate (%)
含量
Content
(mg?kg?1)
超标率
Exceeding
rate (%)
含量
Content
(mg?kg?1)
超标率
Exceeding
rate (%)
小麦 Wheat 矮抗 58 Aikang 58 0.26±0.05 100 0.53±0.13 100 0.61±0.08 75
洛麦 23 Luomai 23 0.29±0.06 100 0.77±0.23 100 0.62±0.17 100
玉米 Maize 郑单 958 Zhengdan 958 0.01±0 0 0.11±0.02 0 0.10±0.01 0
GB 2762—2022 限量
National Food Safety Standards (GB 2762—2022) 0.1 — 0.2 — 0.5 —
958 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
http://www.ecoagri.ac.cn
量, 结果如图3所示。不同富集植物中Cd、Pb、As
含 量 范 围 分 别 是 2.90~30.90 mg?kg?1、 7.81~93.07
mg?kg?1、3.76~22.90 mg?kg?1。伴矿景天Cd含量显著
高于其他富集植物, 其次是德国景天>遏蓝菜>向日
葵‘三阳开泰’>龙葵>向日葵‘S606’, Cd含量均超过
10 mg?kg?1。3个油菜品种和3个向日葵品种以及伴
矿景天中Pb含量较高, 均超过50 mg?kg?1。As含量
最高的富集植物为籽粒苋, 其次是向日葵‘S606’>向
日葵‘桃之春’>向日葵‘三阳开泰’, 均高于17 mg?kg?1。
不同植物的重金属生物富集系数(BCF)如表4
所 示 。17种/品 种 植 物 对Cd的BCF为1.31~13.92,
伴矿景天BCF值最高, 紫茉莉BCF值最低。17种/
品种植物对Pb的BCF为0.05~0.54, 均小于1。不同
植物对As的富集系数为0.20~1.24, 仅有籽粒苋、向
日葵‘S606’、向日葵‘桃之春’3种/品种植物的BCF
值大于1, 分别为1.24、1.24和1.16。
塘石试验区土壤存在Cd、Pb、As 3种重金属复
合污染, 仅凭单一重金属BCF值难以准确体现植物
的综合富集水平, 因此进一步计算各植物的Cd、Pb、
As综合富集指数(CBCI)(图4)。CBCI值最高的4种
植物为: 向日葵‘S606’>向日葵‘桃之春’>向日葵‘三阳
开泰’>伴矿景天, 分别达2.32, 1.97, 1.90, 1.81。紫茉
莉的CBCI值为0.10, 在17种/品种植物中属最低。
单独考察超出GB 15618 ?2018农用地风险筛选值
cd
f
def f f def def
f
c
cde
a
b
b
a
c
ef
def
0
7000
14 000
21 000
28 000
35 000
富集植物 Accumulating plant
生物量
Biomass (kg?hm
?2
)
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17
图 2 不同富集植物的生物量
Fig. 2 Biomass of different accumulating plants
序号P1~P17详见表1中富集植物; 不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。P1?P17 refer to the numbers of accumulating plants in Table 1. Different
lowercase letters mean significant differences at P<0.05 level.
0
7.5
15.0
22.5
30.0
0
30.0
60.0
90.0
120.0
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17
0
8.0
16.0
24.0
32.0
cde
cd cd
efg def
c
fg g fg fg
a
efg def defg
a ab
b
hi hi
d
gh def
ef
hi i
fg
hi
fg
de
bc ab a bc c
b
fg
a
fg efg
cd
g
bc
fg g def fg fg fg
cde def bc
As
Pb
Cd
重金属含量
Heavy metal content (mg?kg
?1
)
富集植物 Accumulating plant
图 3 不同富集植物重金属含量
Fig. 3 Cd、Pb and As contents in different accumulating plants
序号P1~P17详见表1中富集植物; 不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。P1?P17 refer to the numbers of accumulating plants in Table 1. Different
lowercase letters mean significant differences at P<0.05 level.
第 6 期 何孟轲等 : 典型铅锌企业周边农田重金属富集植物筛选 959
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的两种重金属Cd、Pb, 综合富集指数排名前6位的
植物为: 伴矿景天>向日葵‘S606’>向日葵‘三阳开泰’>
向日葵‘桃之春’>油菜‘中油千斤旱’>油菜‘极旱98’,
表明以上6种/品种植物对Cd、Pb综合富集能力较强。
2.5 不同富集植物重金属提取量及去除率
各富集植物对土壤中Cd、Pb、As的提取量及
去除率如图5所示。不同植物对Cd、Pb、As的提
取能力表现出较大差异。各植物对土壤中Cd提取
量为5.97~261.46 g?hm?2, 籽粒苋、德国景天、油菜
‘中油千斤旱’和向日葵‘S606’对Cd的提取量超过
110 g?hm?2, 去除率均高于1.90%。3种油菜品种对土
壤中Pb的提取量均超过1000 g?hm?2, 其中‘中油千斤
旱’Pb提取量显著高于其他植物, 达2168.74 g?hm?2。
不同富集植物对As的提取量为2.39~677.12 g?hm?2,
籽粒苋最高, 其次为向日葵‘S606’、油菜‘中油千斤
旱’分别为220.91 g?hm?2和193.21 g?hm?2。
3 讨论
3.1 塘石试验区土壤重金属污染状况
通过调查研究发现, 塘石试验区土壤Cd、Pb含
量超出GB 15618 ?2018中风险筛选值, 且Cd、Pb
主要分布在0~20 cm表层耕作土壤中, 属表层富集型
轻中度Cd、Pb污染农田土壤。屈吉鸿等[27]研究济
源市柿滨村铅锌产业区土壤重金属空间分布发现,
土壤中Cd、As、Pb均有不同程度的超标, 以Cd超
标率最高, 且主要分布在0~20 cm表层土壤, 与本研
表 4 不同植物重金属富集系数
Table 4 Bioconcentration factors of different accumulationg plants
植物 Plant
富集系数 Bioconcentration factor
Cd Pb As
德国景天 Sedum hybridusm ‘Immergrunchett’ 8.88±0.22b 0.11±0.01hi 0.46±0.03cde
三七景天 Sedum aizoon 2.56±0.26fg 0.11±0.02hi 0.60±0.11cd
伴矿景天 Sedum plumbizincicola 13.92±1.54a 0.30±0.01d 0.52±0.09cd
印度芥菜 Brassica juncea 2.32±0.19fg 0.14±0.02gh 0.26±0.02efg
鬼针草 Bidens pilosa 3.15±0.31efg 0.24±0.02def 0.43±0.05def
龙葵 Solanum nigrum 5.72±1.22cd 0.22±0.06ef 0.65±0.16c
紫茉莉 Mirabilis jalapa 1.31±0.12g 0.07±0.02hi 0.25±0.02fg
遏蓝菜 Thlaspi arvense 6.97±1.64bc 0.05±0.01i 0.20±0.05g
红叶甜菜 Beta vulgaris 2.75±0.42fg 0.19±0.01fg 0.26±0.03fg
红苋菜 Amaranthus caudatus 1.55±0.05g 0.07±0.01hi 0.25±0.05fg
籽粒苋 Amaranthus hypochondriacus 3.98±0.35def 0.19±0.01fg 1.24±0.10a
油菜 ‘早熟 100天 ’ Brassica napus ‘Zaoshu 100’ 2.18±0.17fg 0.29±0.03de 0.26±0.02efg
油菜 ‘极旱 98’ Brassica napus ‘Jihan 98’ 2.88±1.08fg 0.45±0.04bc 0.44±0.01def
油菜 ‘中油千斤旱 ’ Brassica napus ‘Zhongyou 1000’ 2.28±0.57fg 0.48±0.02ab 0.41±0.06defg
向日葵 ‘S606’ Helianthus annuus ‘S606’ 5.31±0.27cde 0.54±0.02a 1.24±0.06a
向日葵 ‘桃之春 ’ Helianthus annuus ‘Taozhichun’ 4.21±0.08def 0.45±0.002bc 1.16±0.04ab
向日葵 ‘三阳开泰 ’ Helianthus annuus ‘Sanyangkaitai’ 6.81±0.28bc 0.40±0.02c 0.97±0.01b
同列不同字母表示差异显著( P<0.05)。Different lowercase letters in the same column mean significant differences at P<0.05 level.
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
CBCI
As
Pb
Cd
富集植物 Accumulating plant
图 4 不同富集植物对重金属的综合生物富集指数(CBCI)
Fig. 4 Comprehensive bio-concentration indexes (CBCI) of heavy metals of different accumulating plants
序号P1~P17详见表1中富集植物。P1?P17 refer to the numbers of accumulating plants in Table 1.
960 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
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究中塘石试验区情况相似。土壤中Cd、Pb、As等
重金属逐年累积, 对粮食作物安全生产也造成一定
影响。参照食品安全国家标准《食品中污染物限量》
(GB 2762?2022), 试验区主要农产品小麦存在Cd、
Pb、As含量超标问题。
济源市铅冶炼产业起步于20世纪50年代。随
着经济社会对Pb需求的不断增长, 济源市Pb产量
一直以接近30%的增长率快速上升。目前济源市有
色金属产业主要产品Pb、Zn、Au等多处于上游冶
炼环节, 污染物产排量大, 金属采选、冶炼、加工工
厂等污染源集中分布, 以及工业园区道路开挖和金
属运输车辆往来等因素[28-29], 导致通过大气沉降每年
在企业周边0~20 cm表层土壤中积累Cd、Pb分别
达0.161 mg?kg?1和4.16 mg?kg?1 [20]。济源市铅锌冶炼
企业部分紧邻农田和农村居民区, 大气沉降Cd、Pb
可经土壤被作物吸收, 或经呼吸道及皮肤接触进入
体内, 对动植物健康产生风险[30]。针对试验区土壤重
金属污染状况, 一方面可通过推行清洁生产、严格
监管废弃物达标排放, 从源头实现污染物减排; 另一
方面可采用富集植物修复技术进行土壤重金属污染
修复, 使土壤重金属含量恢复到安全生产水平。
3.2 不同植物重金属富集能力分析
Cd在 植 物 中 的 临 界 毒 性 水 平 为6~10 mg?kg?1,
Pb在 植 物 中 的 临 界 毒 性 水 平 为0.6~28 mg?kg?1[31]。
17种/品种富集植物完成育苗扦插或大田播种后, 能
在济源气候环境和重金属污染条件下正常完成生命
fg
g
ef fg fg def fg
g
de
fg
c
c
b
a
c
ef
d
0
250
500
750
1000
1250
2250
2500
提取量
Extraction amount (g?hm
?2
)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
去除率
Removal ef
ficiency (%)
Pb
def
gh fgh h h
defg
gh h
efgh fgh
a
cd
c
b b
efgh
de
50
150
650
750
0
100
200
700
800
提取量 Extraction amount
去除率 Removal efficiency
As
0.1
0.3
0.5
1.5
0
0.2
0.4
1.4
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17
b
i
bcde
i i
efg
i hi
fgh
ghi
a
cdef
bcde
bc
bcd
ghi
def
0
30
60
90
120
150
240
270
300
富集植物 Accumulating plant
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
4.5
5.0Cd
图 5 不同植物Cd、Pb和As提取量及去除率
Fig. 5 Cd, Pb, and As extraction amounts and removal efficiencies of different accumulating plants
序号P1~P17详见表1中富集植物; 不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。P1?P17 refer to the numbers of accumulating plants in Table 1. Different
lowercase letters mean significant differences at P<0.05 level.
第 6 期 何孟轲等 : 典型铅锌企业周边农田重金属富集植物筛选 961
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周期, 表明其具有一定的重金属耐受能力和抵御机
制。部分植物体内Cd、Pb含量显著高于临界毒性
水平而能正常生长, 可能是因为土壤中较高的重金
属浓度, 促使其通过区隔化作用、与游离氨基酸复
合以及调节抗氧化系统等生理生化过程来提升重金
属耐受性和积累能力[32-33]。结合前人研究富集植物
对Cd污染土壤的修复效果(表5), 17种/品种植物地
上部Cd含量与前人文献报道相近, 部分植物地上部
Cd含量存在差异, 可能是种植模式、地域气候及土
壤环境等因素导致。
表 5 富集植物对Cd污染土壤的修复效果比较
Table 5 Comparison of phytoremediation efficiency of Cd hyperaccumulators
植物
Plant
种植模式
Planting
mode
种植时间
Planting
time
(d)
土壤 pH
Soil pH
土壤 Cd含量
Soil Cd
content
(mg·kg?1)
地上部 Cd含量
Shoot Cd
content
(mg·kg?1)
地上部生物量
Shoot
biomass
(g·plant?1)
修复后土壤
Cd含量
Cd content after
remediation
(mg·kg?1)
修复效率
Efficiency
(%)
参考文献
Reference
德国景天
Phedimus
hybridus
‘Immergrunchett’
盆栽
Pot 30 6.83 25 4.46 2.30 — — [34]
三七景天
Sedum spetabilis
盆栽
Pot 100 7.82 20 17.05 5.50 — — [35]
伴矿景天
Sedum
plumbizincicola
田间
Field 60 6.90 0.65 47.00 16.18 0.55 13.7 [36]
印度芥菜
Brassica juncea
盆栽
Pot 90 8.10 2.20 3.18 4.31 — 0.20 [37]
印度芥菜
Brassica juncea
盆栽
Pot 90 8.08 7.49 14.89 5.95 — 0.40 [37]
鬼针草
Bidens pilosa
盆栽
Pot 60 6.78 2.57 11.90 10.50 — — [38]
三叶鬼针草
Bidens pilosa
盆栽
Pot 180 7.5~8.2 1.250 — 10.114 0.862 — [39]
三叶鬼针草
Bidens pilosa
盆栽
Pot 180 7.5~8.2 12.033 — 7.782 10.021 — [39]
三叶鬼针草
Bidens pilosa
盆栽
Pot 90 8.10 2.20 10.44 12.81 — 2.40 [37]
三叶鬼针草
Bidens pilosa
盆栽
Pot 90 8.08 7.49 28.03 12.76 — 1.59 [37]
龙葵
Solanum nigrum
盆栽
Pot 60 8.57 1.83 18.60 1.48 — — [40]
龙葵
Solanum nigrum
田间
Field 60 8.34 1.57 3.34 1.50 — 0.67 [41]
龙葵
Solanum nigrum
田间
Field 60 6.48 3.89 41.39 3.07 — 1.59 [41]
紫茉莉
Mirabilis jalapa
盆栽
Pot 90 6.50 5.00 10.36 3.71 — — [42]
紫茉莉
Mirabilis jalapa
盆栽
Pot 180 7.5~8.2 1.1467 — 2.934 1.0425 — [39]
紫茉莉
Mirabilis jalapa
盆栽
Pot 180 7.5~8.2 12.561 — 3.968 11.155 — [39]
遏蓝菜
Noccaea
caerulescens
田间
Field 180 7.60 1.90 17.74 4.45 — — [43]
红叶甜菜
Beta vulgaris
盆栽
Pot 60 6.21 1.55 16.44 24.94 — — [44]
红苋菜
Amaranthus
mangostanus
盆栽
Pot 60 5.09 2.81 1.83 1.28 — — [45]
苋菜
Amaranthus
mangostanus
盆栽
Pot 60 8.57 1.83 1.21 1.99 — — [40]
籽粒苋
Amaranthus
hypochondriacus
田间
Field 60 8.34 1.57 2.07 2.02 — 0.27 [41]
籽粒苋
Amaranthus
hypochondriacus
田间
Field 60 6.48 3.89 22.59 2.50 — 1.45 [41]
962 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
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塘石试验区土壤Cd、Pb含量超出GB 15618 ?
2018中风险筛选值, 因此, 将重金属Cd、Pb作为塘
石试验区土壤特征污染物。根据不同富集植物的生
物量、Cd含量、Pb含量、Cd富集系数、Pb富集系
数、Cd提取量、Pb提取量、Cd去除率和Pb去除
率9项指标, 采用平均聚类方法, 对17种富集植物进
行聚类分析, 筛选重金属富集植物种类, 结果如图6
所示。第1类为Cd、Pb高修复型植物, 包含油菜‘中
油千斤旱’、油菜‘极旱98’、油菜‘早熟100天’和籽
粒苋, 生物量均大于15 000 kg?hm?2, 对土壤中Cd、
Pb的提取量分别在90 g?hm?2和900 g?hm?2以上。第
2类为Cd、Pb中等修复型植物, 包含向日葵‘三阳开
泰’、向日葵‘桃之春’和向日葵‘S606’, Cd、Pb富集
系数分别在4.20、0.40以上。第3类为Cd、Pb普通
修复型植物, 包含伴矿景天。第4类为Cd、Pb低修
复型植物, 包含遏蓝菜、鬼针草、红苋菜、紫茉莉、
印度芥菜、三七景天、红叶甜菜、龙葵和德国景天。
部分植物Cd或Pb富集系数虽较高, 但生物量较低,
导致Cd、Pb提取量和去除率处于较低水平。
Index 1 Index 2 Index 3 Index 4 Index 5 Index 6 Index 7 Index 8 Index 9
P1
P6
P9
P2
P4
P7
P10
P5
P8
P3
P15
P16
P17
P11
P12
P13
P14
?1.30
?0.65
0
0.39
1.04
1.63
2.02
2.86
图 6 不同植物Cd、Pb富集能力聚类热图
Fig. 6 Clustering heat map of Cd、Pb accumulation capacity of different plants
序号P1~P17详见表1中富集植物。9项聚类指标(Index 1~Index9)分别为: 生物量、Cd含量、Pb含量、Cd富集系数、Pb富集系数、Cd提
取量、Pb提取量、Cd去除率和Pb去除率。P1?P17 refer to the numbers of accumulating plants in Table 1. Index 1?Index 9 respectively represent: bio-
mass, Cd content, Pb content, bioconcentration factor of Cd, bioconcentration factor of Pb, Cd extraction amount, Pb extraction amount, Cd removal efficiency,
and Pb removal efficiency.
3.3 修复技术模式
植物对污染土壤中重金属的去除率主要由植物
对重金属的富集能力以及生物量决定[46]。常用的重
金属污染土壤植物修复技术中, 修复植物主要有两
类。一是提取能力较强的超富集植物, 如本研究中
的遏蓝菜、龙葵、鬼针草、紫茉莉。其对重金属具
有极高的吸收积累能力, 但存在生长速度较慢、生
物量小、环境适应性较差, 需特殊管护措施等问题,
导致重金属提取总量相对较低, 不利于田间推广应
用。二是具有一定重金属富集能力的高生物量植物。
例如本研究中的冬油菜和向日葵, 可通过一系列生
长代谢和抗氧化系统调控过程, 平衡体内重金属浓
度, 凭其高生物量在地上部累积大量重金属, 降低土
壤中重金属含量[47]; 此外, 此类植物种植广泛、管理
措施简易, 可作为经济作物发展粮油生产, 生产优质
饲料或有机肥料等[48-49], 在修复土壤污染的同时产生
经济效益, 实现Cd污染农田的安全高效利用。
伴矿景天具有较强Cd富集能力, 但目前关于伴
矿景天的研究多应用于我国南方Cd污染土壤修复,
在北方尚未形成完整的修复技术体系, 此外, 伴矿景
天在田间环境条件复杂、多变的条件下, 存在越冬
和越夏的困难, 导致其田间修复效果与室内试验结
果差异会较大[50]。因此, 可结合不同地区气候、土壤
环境和农业发展特色, 建立适宜的间套作种植模式
来进行土壤修复[51]。龙葵与籽粒苋、油菜等富集型
植物相比, 在重金属富集方面优势较低, 不适合在济
第 6 期 何孟轲等 : 典型铅锌企业周边农田重金属富集植物筛选 963
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源地区作为修复植物推广。结合重金属富集量及去
除率来看, 印度芥菜、三七景天、遏蓝菜、紫茉莉、
红叶甜菜和红苋菜等植物均具有地上部富集Cd含
量较低、生物量较低或生育期较短的缺陷, 限制了
重金属修复效果, 均不适宜作为济源污染土壤修复
的理想植物。
因此, 通过对不同植物重金属富集能力及环境
适应性的综合比较, 筛选出适宜在济源地区推广种
植的3种修复植物, 提出两种修复技术模式:
1)籽粒苋-冬油菜轮作修复模式: 籽粒苋为Cd
耐性富集植物, 且适宜济源土壤气候条件, 具有极高
的生物量, Cd、Pb去除率可达4.39%、0.205%, 结合
耐寒性Cd富集型冬油菜品种‘中油千斤旱’, 籽粒苋-
冬油菜轮作修复模式总Cd、Pb去除率可达6.58%、
0.673%。
2)向日葵修复模式: 向日葵品种‘S606’适应济源
土壤气候条件, 生物量较高, 且具有较高的Cd、Pb
富集能力, Cd、Pb去除率可达1.91%、0.194%。
两种修复技术模式均可实现一定经济效益产出。
油菜籽粒可制取菜籽油, 且油菜籽制油后, 重金属主
要蓄积于饼粕中, 菜籽油无健康风险, 可增加我国菜
油供应。向日葵能有效去除土壤中的重金属, 同时
是我国重要的油料作物[52], 但目前研究中存在中度
Cd污染土壤种植向日葵所获籽粒和食用油中Cd含
量超标现象, 因而向日葵籽粒和食用油的健康风险
还需进一步研究判断[53]。针对修复后产物生物质秸
秆等, 可依据减量化、无害化、资源化原则, 采用堆
肥法、压缩填埋法、热解法等处理处置, 实现修复
植物产后资源化利用[54]。
4 结论
1)塘石试验区土壤肥力属中上水平, Cd、Pb含
量超出GB 15618 ?2018中风险筛选值, 点位超标率
100%, 且主要分布在0~20 cm耕作层, 属于轻中度
Cd、Pb污染农田土壤。试验区小麦籽粒Cd、Pb超
标率为100%、As超标率为75%, 玉米籽粒符合标准。
2)籽粒苋、油菜、向日葵对土壤中Cd的富集
修复效果最高, 分别为4.39%、2.19%、1.91%; 此外,
油菜和向日葵可进一步榨取食用油, 加工生产饲料
或肥料, 实现治产结合。
3)根据聚类分析及济源当地气候环境等条件,
提出籽粒苋-冬油菜轮作修复模式、向日葵修复模式
两种农田重金属污染修复技术模式。这两种修复模
式均能达到较高的重金属去除率, 并可产生一定的
经济效益, 可在济源铅锌企业周边重金属污染农田
进行规模化推广应用。
参考文献 References
CAI L M, WANG Q S, LUO J, et al. Heavy metal
contamination and health risk assessment for children near a
large Cu-smelter in central China[J]. Science of the Total
Environment, 2019(650): 725?733
[1]
陈劲松, 张颖, 蒲生彦. 某炼铁厂遗留场地重金属污染空间
分 布 特 征 及 风 险 评 价[J]. 安 全 与 环 境 工 程, 2021, 28(3):
162?169
CHEN J S, ZHANG Y, PU S Y. Spatial distribution
characteristics and risk assessment of heavy metal pollution in a
legacy site of an iron-making plant[J]. Safety and
Environmental Engineering, 2021, 28(3): 162?169
[2]
田美玲, 钟雪梅, 张云霞, 等. 矿业活动影响区稻田土壤和
稻米中重金属含量及健康风险[J]. 环境科学, 2018, 39(6):
2919?2926
TIAN M L, ZHONG X M, ZHANG Y X, et al. Concentrations
and health risk assessments of heavy metal contents in soil and
rice of mine contaminated areas[J]. Environmental Science,
2018, 39(6): 2919?2926
[3]
SARWAR N, IMRAN M, SHAHEEN M R, et al.
Phytoremediation strategies for soils contaminated with heavy
metals: modifications and future perspectives[J]. Chemosphere,
2017, 171: 710?721
[4]
RAI P K, LEE S S, ZHANG M, et al. Heavy metals in food
crops: health risks, fate, mechanisms, and management[J].
Environment International, 2019, 125: 365?385
[5]
ALI H, KHAN E, SAJAD M A. Phytoremediation of heavy
metals — Concepts and applications[J]. Chemosphere, 2013,
91(7): 869?881
[6]
郭松明, 余海波, 袁龙义. 近20年我国重金属超积累植物种
质资源筛选研究进展[J]. 生态毒理学报, 2022, 17(2): 96?108
GUO S M, YU H B, YUAN L Y. Research progress of
screening of germplasm resources of heavy metal
hyperaccumulator in recent 20 years in China[J]. Asian Journal
of Ecotoxicology, 2022, 17(2): 96?108
[7]
谢运河, 纪雄辉, 吴家梅, 等. 镉砷污染土壤“三高”富集植
物筛选与修复成本分析[J]. 环境科学与技术, 2020, 43(S1):
116?121
XIE Y H, JI X H, WU J M, et al. The “Three Highs”
hyperaccumulators screening and repair cost analysis of
cadmium and arsenic contaminate soil[J]. Environmental
Science & Technology, 2020, 43(S1): 116?121
[8]
郭嘉航, 李亚兰, 杨云, 等. 不同活化剂强化超富集植物鬼
针草吸收Cd的比较分析[J]. 安徽农业大学学报, 2022, 49(3):
483?490
GUO J H, LI Y L, YANG Y, et al. Comparative analysis of
different activators for enhancing Cd absorption from the
contaminated soil by hyperaccumulator Bidens pilosa[J].
Journal of Anhui Agricultural University, 2022, 49(3): 483?490
[9]
REEVES R D, BAKER A J M, JAFFRé T, et al. A global
database for plants that hyperaccumulate metal and metalloid
trace elements[J]. New Phytologist, 2018, 218(2): 407?411
[10]
WEI S H, ZHOU Q X, KOVAL P V. Flowering stage
characteristics of cadmium hyperaccumulator Solanum nigrum
L. and their significance to phytoremediation[J]. Science of the
[11]
964 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
http://www.ecoagri.ac.cn
Total Environment, 2006, 369(1/2/3): 441?446
GONG Y Y, ZHAO D Y, WANG Q L. An overview of field-
scale studies on remediation of soil contaminated with heavy
metals and metalloids: technical progress over the last decade[J].
Water Research, 2018, 147: 440?460
[12]
ADESODUN J K, ATAYESE M O, AGBAJE T A, et al.
Phytoremediation potentials of sunflowers (Tithonia diversifolia
and Helianthus annuus) for metals in soils contaminated with
zinc and lead nitrates[J]. Water, Air, and Soil Pollution, 2010,
207(1/2/3/4): 195?201
[13]
ALABOUDI K A, AHMED B, BRODIE G. Phytoremediation
of Pb and Cd contaminated soils by using sunflower (Helianthus
annuus) plant[J]. Annals of Agricultural Sciences, 2018, 63(1):
123?127
[14]
NAKAMURA S I, WONGKAEW A, NAKAI Y J, et al. Foliar-
applied glutathione activates zinc transport from roots to shoots
in oilseed rape[J]. Plant Science, 2019, 283: 424?434
[15]
REN X M, GUO S J, TIAN W, et al. Effects of plant growth-
promoting bacteria (PGPB) inoculation on the growth,
antioxidant activity, Cu uptake, and bacterial community
structure of rape (Brassica napus L.) grown in Cu-contaminated
agricultural soil[J]. Frontiers in Microbiology, 2019, 10: 1455
[16]
济源产城融合示范区发展改革和统计局. 2021年济源国民经
济和社会发展统计公报[EB/OL]. (2022-03-29) [2022-09-10].
http://fgw.jiyuan.gov.cn/14186/17304/20647/t829953.html
Development, Reform and Statistics Bureau of Jiyuan
Production-City Integration Demonstration Zone. Statistical
bulletin of Jiyuan national economic and social development in
2021[EB/OL]. (2022-03-29) [2022-09-10]. http://fgw.jiyuan.gov.
cn/14186/17304/20647/t829953.html
[17]
XING W Q, ZHENG Y L, SCHECKEL K G, et al. Spatial
distribution of smelter emission heavy metals on farmland
soil[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2019,
191(2): 115
[18]
XING W Q, ZHANG H Y, SCHECKEL K G, et al. Heavy
metal and metalloid concentrations in components of 25 wheat
(Triticum aestivum) varieties in the vicinity of lead smelters in
Henan Province, China[J]. Environmental Monitoring and
Assessment, 2015, 188(1): 1?10
[19]
QIU K Y, XING W Q, SCHECKEL K G, et al. Temporal and
seasonal variations of As, Cd and Pb atmospheric deposition
flux in the vicinity of lead smelters in Jiyuan, China[J].
Atmospheric Pollution Research, 2016, 7(1): 170?179
[20]
河南省人民政府. 关于印发河南省清洁土壤行动计划的通知
[EB/OL]. (2017-04-28) [2022-09-10]. http://www.henan.gov.cn/
2017/05-15/239729.html
Henan Provincial People’s Government. Notice on printing and
distributing the action plan of clean soil in Henan
Province[EB/OL]. (2017-04-28) [2022-09-10]. http://www.
henan.gov.cn/2017/05-15/239729.html
[21]
全国土壤普查办公室. 中国土壤普查技术[M]. 北京: 农业出
版社, 1992: 111–112
Nationwide Soil Survey Office. Chinese Soil Census
Technology[M]. Beijing: China Agriculture Press, 1992:
111–112
[22]
鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京: 中国农业出版社, 2000
BAO S D. Soil and Agricultural Chemistry Analysis[M].
Beijing: China Agriculture Press, 2000
[23]
殷永超, 吉普辉, 宋雪英, 等. 龙葵(Solanum nigrum L.)野[24]
外 场 地 规 模Cd污 染 土 壤 修 复 试 验[J]. 生 态 学 杂 志, 2014,
33(11): 3060?3067
YIN Y C, JI P H, SONG X Y, et al. Field experiment on
phytoremediation of cadmium contaminated soils using
Solanum nigrum L.[J]. Chinese Journal of Ecology, 2014,
33(11): 3060?3067
杨艳, 吴攀, 李学先, 等. 贵州织金县贯城河上游煤矿区富
硒高镉土壤重金属的分布特征及生态风险评价[J]. 生态学杂
志, 2018, 37(6): 1797?1806
YANG Y, WU P, LI X X, et al. Distribution and ecological risk
assessment of heavy metals in selenium-rich soil with high
cadmium content of coal mining area in upper reaches of
Guancheng River in Zhijin County, Guizhou[J]. Chinese Journal
of Ecology, 2018, 37(6): 1797?1806
[25]
ZHAO X L, LIU J F, XIA X L, et al. The evaluation of heavy
metal accumulation and application of a comprehensive bio-
concentration index for woody species on contaminated sites in
Hunan, China[J]. Environmental Science and Pollution
Research, 2014, 21(7): 5076?5085
[26]
屈吉鸿, 梁奇, 胡亚男, 等. 济源某铅锌产业区土壤重金属
空间变异特征及污染评价[J]. 华北水利水电大学学报(自然科
学版), 2016, 37(2): 47?51
QU J H, LIANG Q, HU Y N, et al. Spatial variability and
pollution evaluation of heavy metals in the soil in a lead and
zinc industry district in Jiyuan[J]. Journal of North China
University of Water Resources and Electric Power (Natural
Science Edition), 2016, 37(2): 47?51
[27]
宋高峰. 济源市有色金属产业发展研究[J]. 中国金属通报,
2018(5): 23?24
SONG G F. Research on the development of nonferrous metals
industry in Jiyuan City[J]. China Metal Bulletin, 2018(5): 23?24
[28]
李姣姣, 赵学强, 王嘉林, 等. 废旧电器拆解场地周边污染区
土壤-植物系统重金属积累特征和生态风险[J]. 生态学杂志,
2022, 41(12): 2432–2439
LI J J, ZHAO X Q, WANG J L, et al. Accumulation and
ecological risk of heavy metals in soil-plant system of the
contaminated area around the E-waste dismantling site[J].
Chinese Journal of Ecology, 2022, 41(12): 2432–2439
[29]
成永霞, 赵宗生, 王亚洲, 等. 河南省某铅冶炼厂附近农田
土壤重金属污染特征[J]. 土壤通报, 2014, 45(6): 1505?1510
CHENG Y X, ZHAO Z S, WANG Y Z, et al. Soil heavy metals
pollution in the farmland near a lead smelter in Henan
Province[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2014, 45(6):
1505?1510
[30]
MAESTRI E, MARMIROLI M, VISIOLI G, et al. Metal
tolerance and hyperaccumulation: costs and trade-offs between
traits and environment[J]. Environmental and Experimental
Botany, 2010, 68(1): 1?13
[31]
DENG T H B, VAN DER ENT A, TANG Y T, et al. Nickel
hyperaccumulation mechanisms: a review on the current state of
knowledge[J]. Plant and Soil, 2018, 423(1/2): 1?11
[32]
BOTHE H, S?OMKA A. Divergent biology of facultative
heavy metal plants[J]. Journal of Plant Physiology, 2017, 219:
45?61
[33]
关海燕. 三种景天属植物对Cd、Pb胁迫的响应及富集特征研
究[D]. 北京: 北京林业大学, 2019
GUAN H Y. Response and accumulation of 3 sedums to
cadmium and lead stress[D]. Beijing: Beijing Forestry
University, 2019
[34]
第 6 期 何孟轲等 : 典型铅锌企业周边农田重金属富集植物筛选 965
http://www.ecoagri.ac.cn
王珊, 白瑞琴. 重金属镉对两种景天的生长和积累研究[J].
北方园艺, 2016(7): 60?65
WANG S, BAI R Q. Study on growth and accumulation of two
Sedum under cadmium stress[J]. Northern Horticulture, 2016(7):
60?65
[35]
吴佳玲, 陈喆, 游少鸿, 等. 硫肥对伴矿景天修复镉污染土
壤的影响[J]. 农业环境科学学报, 2022, 41(6): 1241?1250
WU J L, CHEN Z, YOU S H, et al. Phytoremediation efficiency
of cadmium-contaminated arable land by planted Sedum
plumbizincicola with sulfur fertilization[J]. Journal of Agro-
Environment Science, 2022, 41(6): 1241?1250
[36]
刘沙沙, 李兵, 冯翔, 等. 3种植物对镉污染土壤修复的试
验研究[J]. 中国农学通报, 2018, 34(22): 103?108
LIU S S, LI B, FENG X, et al. Three kinds of plants:
remediation on soil contaminated by cadmium[J]. Chinese
Agricultural Science Bulletin, 2018, 34(22): 103?108
[37]
张云霞, 周浪, 肖乃川, 等. 鬼针草(Bidens pilosa L.)对镉污
染农田的修复潜力[J]. 生态学报, 2020, 40(16): 5805?5813
ZHANG Y X, ZHOU L, XIAO N C, et al. Remediation
potential of Bidens pilosa L. in cadmium-contaminated
farmland[J]. Acta Ecologica Sinica, 2020, 40(16): 5805?5813
[38]
韩少华, 黄沈发, 唐浩, 等. 3种植物对Cd污染农田土壤的
修复效果比较试验研究[J]. 环境污染与防治, 2012, 34(12):
22?25, 30
HAN S H, HUANG S F, TANG H, et al. comparative study on
the performance of 3 plants for remediation of cadmium
contaminated farmland soil[J]. Environmental Pollution &
Control, 2012, 34(12): 22?25, 30
[39]
游梦, 邹茸, 王丽, 等. 不同富集植物与小麦间作对镉吸收
转运的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2022(4): 201?208
YOU M, ZOU R, WANG L, et al. Effects of intercropping
different accumulators with wheat on Cd absorption and
transport under Cd stress[J]. Soil and Fertilizer Sciences in
China, 2022(4): 201?208
[40]
龙玉梅, 刘杰, 傅校锋, 等. 4种Cd超富集/富集植物修复性
能的比较[J]. 江苏农业科学, 2019, 47(8): 296?300
LONG Y M, LIU J, FU X F, et al. Comparative study on
remediation performance of 4 kinds of Cd
hyperaccumulators[J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2019,
47(8): 296?300
[41]
陈苏, 陈宁, 晁雷, 等. 土霉素、镉复合污染土壤的植物-
微生物联合修复实验研究[J]. 生态环境学报, 2015, 24(9):
1554?1559
CHEN S, CHEN N, CHAO L, et al. The experimental study of
polluted soils with oxytetracycline and cadmium by plant
microbial remediation[J]. Ecology and Environmental Sciences,
2015, 24(9): 1554?1559
[42]
郑瑞伦, 石东, 刘文菊, 等. 两种能源草田间条件下对镉和
锌的吸收累积[J]. 环境科学, 2021, 42(3): 1158?1165
ZHENG R L, SHI D, LIU W J, et al. Uptake and accumulation
of cadmium and zinc by two energy grasses: a field
experiment[J]. Environmental Science, 2021, 42(3): 1158?1165
[43]
陈璘涵, 曾红远, 葛一陈, 等. 2种轮作模式对镉污染土壤
修复潜力的比较[J]. 环境工程学报, 2017, 11(6): 3873?3878
CHEN L H, ZENG H Y, GE Y C, et al. Comparison of
remediation potential for two crop rotation patterns on Cd
contaminated soils[J]. Chinese Journal of Environmental
Engineering, 2017, 11(6): 3873?3878
[44]
刘桂华, 胡岗, 秦松, 等. 贵州典型酸性黄壤中3种叶菜类[45]
蔬菜对Cd累积特性及低累积品种筛选[J]. 安全与环境学报,
2018, 18(1): 396?401
LIU G H, HU G, QIN S, et al. On the Cd accumulation risk
features in the 3 leaf-vegetables in the typical acid brown soil of
Guizhou and the corresponding choice for better lower
accumulated cultivars instead[J]. Journal of Safety and
Environment, 2018, 18(1): 396?401
王泓博, 苟文贤, 吴玉清, 等. 重金属污染土壤修复研究进
展: 原理与技术[J]. 生态学杂志, 2021, 40(8): 2277?2288
WANG H B, GOU W X, WU Y Q, et al. Progress in
remediation technologies of heavy metals contaminated soil:
principles and technologies[J]. Chinese Journal of Ecology,
2021, 40(8): 2277?2288
[46]
CAO X R, LUO J P, WANG X Z, et al. Responses of soil
bacterial community and Cd phytoextraction to a Sedum alfredii-
oilseed rape (Brassica napus L. and Brassica juncea L.)
intercropping system[J]. Science of the Total Environment,
2020, 723: 138152
[47]
CAO X R, WANG X Z, TONG W B, et al. Distribution,
availability and translocation of heavy metals in soil-oilseed
rape (Brassica napus L.) system related to soil properties[J].
Environmental Pollution (Barking, Essex: 1987), 2019, 252(Pt
A): 733–741
[48]
GONG X M, HUANG D L, LIU Y G, et al. Pyrolysis and
reutilization of plant residues after phytoremediation of heavy
metals contaminated sediments: for heavy metals stabilization
and dye adsorption[J]. Bioresource Technology, 2018, 253:
64?71
[49]
ZHOU J W, ZHOU T, LI Z, et al. Differences in phytoextraction
by the cadmium and zinc hyperaccumulator Sedum
plumbizincicola in greenhouse, polytunnel and field
conditions[J]. International Journal of Phytoremediation, 2018,
20(14): 1400?1407
[50]
赵冰, 沈丽波, 程苗苗, 等. 麦季间作伴矿景天对不同土壤
小 麦-水 稻 生 长 及 锌 镉 吸 收 性 的 影 响[J]. 应 用 生 态 学 报,
2011, 22(10): 2725?2731
ZHAO B, SHEN L B, CHENG M M, et al. Effects of
intercropping Sedum plumbizincicola in wheat growth season
under wheat-rice rotation on the crops growth and their heavy
metals uptake from different soil types[J]. Chinese Journal of
Applied Ecology, 2011, 22(10): 2725?2731
[51]
ZEHRA A, SAHITO Z A, TONG W B, et al. Assessment of
sunflower germplasm for phytoremediation of lead-polluted soil
and production of seed oil and seed meal for human and animal
consumption[J]. Journal of Environmental Sciences (China),
2020, 87: 24?38
[52]
张慧敏, 鲍广灵, 周晓天, 等. 严格管控类耕地特定农作物
重金属安全性评估[J]. 中国农学通报, 2022, 38(3): 52?58
ZHANG H M, BAO G L, ZHOU X T, et al. Safety assessment
of heavy metals in specific crops of strictly controlled
farmland[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2022, 38(3):
52?58
[53]
王敏捷, 盛光遥, 王锐. 土壤重金属污染修复植物处置技术
进展[J]. 农业资源与环境学报, 2021, 38(2): 151?159
WANG M J, SHENG G Y, WANG R. Progress in disposal
technologies for plants polluted with heavy metals after
phytoextraction[J]. Journal of Agricultural Resources and
Environment, 2021, 38(2): 151?159
[54]
966 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
http://www.ecoagri.ac.cn
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