全 文 ：第一作者:陈肖鹏 ,男 , 1980年生 ,硕士研究生 ,主要从事植物学研究。#通讯作者。
＊国家自然科学基金资助项目(No.30860025);贵州中长期科技规划重大专项和重点领域基础培育项目(黔教科(2008)012号);贵州师范
大学博士科研启动费资助。
地钱对木油厂汞矿区重金属污染的指示潜力＊
陈肖鹏　张朝晖#
(贵州师范大学生命科学学院 ,贵州省山地环境信息系统与生态环境保护重点实验室 ,贵州　贵阳 550001)
　　摘要　对贵州木油厂汞矿区地钱及其基质中的 Cu 、Zn 、Ca、Mg 、Cd 、Pb 、Hg 和 As 8种元素进行测定分析 ,以揭示地钱指示基
质中重金属污染的潜力。结果表明:(1)基质中 Cu 、Cd 、H g和 A s元素的含量分别是相应标准值的 1.34 、1.79 、331.80 、1.12倍 ,该汞
矿区受到复合污染 ,且 H g 污染最严重。(2)地钱对 Pb的富集系数是所测重金属元素中最高的 ,可用于治理该汞矿区 Pb污染。(3)
地钱对 Cu 的富集是同一水平 ,说明可以指示其基质含 Cu 量;对 Cd 的富集系数多为同一水平 ,说明趋向于指示其基质含 Cd量。
(4)地钱对H g 和As的富集系数多为贫化 ,说明地钱对这 2种元素有抵抗作用。(5)相关分析显示 , Cu 与Mg 、Mg 与C d之间显著负
相关(显著性概率水平为 0.05),它们之间有拮抗作用;Zn与 As之间显著正相关(显著性概率水平为 0.05),它们之间有协同作用。
　　关键词　地钱　元素含量　重金属污染　富集系数　相关性　木油厂汞矿　贵州
The indicatory potential of Marchantia polymorpha L.for evaluation the heavy metal contamination in Muyouchang
Mercury Mine　CHEN X iaopeng , Z H ANG Zhaohui.(Guiz hou Key Laboratory f or Mountainous Env ironmental
In f ormation and Ecological Protection , School o f L i f e S ciences , Guiz hou Normal University , Gui yang Guizhou
550001)
Abstract:　An investig ation w as conducted in Muyouchang Mercury M ine o f Guizhou to analy sis the contents of
8 elements (Cu , Zn , Ca , Mg , Cd , Pb ,H g and As)in Marchantia polymorpha L.and its substra tes , as w ell a s to reveal
the indicato ry po tential of Marchantia polymor pha L.for ev aluation heavy metal contamination in its substra te s.The
results we re as follow s.(1)The average contents o f Cu , Cd , H g and As in substrates w ere 1.34 , 1.79 , 331.80 and
1.12 times as high as the co rr esponding standard values , w hich illuminated that the mine has been contaminated by
complex po llution , particularly by H g.(2)The accumulation coefficient o f Marchantia polymorpha L.for Pb w as the
highest which showed that Marchantia polymorpha L.could be used for g overning Pb contamination.(3)Marchantia
polymorpha L.could indica te the Cu and Cd po llution in the substra te s for the accumula tion coefficients of Cu and Cd
were ba sically belonged to the same level.(4)Marchantia polymorpha L.had bio geochemical bar rier action to Hg and
As w hich co rre lated the poo r accumulation coefficients.(5)A negative co rrelation w as found betw een Cu and Mg , Mg
and Cd , they we re antag onistic to each o the r , w hile Zn w as po sitively co rrelated w ith As and they w ere synerg istic.
Keywords:　Marchantia polymor pha L.;elements content;heavy metal pollution;accumula tion coefficient;
co r relation;Muyouchang Mercury M ine;Guizhou
　　研究表明 ,菲律宾棉兰老岛(M indanao)因为开
采 ,中国务川由于土法炼汞 ,分别对当地耕地和人体
造成重金属污染和危害 , 尤以 Hg 污染最为严
重[ 1 , 2] , [ 3] 837-840 , [ 4] , [ 5] 96-99 , [ 6] 。前人利用高等植物来修
复或反映矿区重金属污染[ 7 , 8] 。苔藓植物体内元素
与生境存在相关性 , 其对重金属有较好的耐受
性[ 9-19] 。有研究者利用苔藓植物作为重金属的生物
指示物寻找矿床或用于监测评价[ 20] , [ 21] 397-400 , [ 22-24] 。
木油厂汞矿区位于贵州省务川县 ,是著名的巨
型埋藏型汞矿 。矿床属白云岩型层控层状汞矿床 ,
矿石工业类型以碳酸岩单汞辰砂矿石为主 , Hg 平均
品位为 0.115%～ 0.150%, Hg 保有储量 1万 t 以
上。该汞矿区海拔高度 700 ～ 1 300 m ,平均海拔
1 060 m , 气温 5 ～ 20 ℃, 年均降雨量 1 284.5
mm
[ 25] 。肆意频繁的土法炼汞行为和随意倾倒的大
面积废炉渣 , 使当地成为严重的释汞源。地钱
(Marchant ia polymorpha L.)是苔藓植物门苔纲地
钱科地钱属 ,属于平铺型 ,与基质接触面积大 。作为
世界广布种在该汞矿区普遍存在 ,为是否能被用来
指示该汞矿区的重金属污染提供了研究材料[ 26] 。
由于对苔类植物与重金属污染关系的研究较少 ,本
研究旨在通过测定分析地钱及其基质中重金属元素
·24·
　环境污染与防治　第 32 卷　第 10 期　2010 年 10 月DOI:10.15985/j.cnki.1001-3865.2010.10.003
表 1　地钱样品的统计
Table 1　The statistics o f Marchantia polymorpha L.samples
样品编号 基质 海拔/m 凭证标本
S1 废炉渣 961～ 1 182 20080818042 , 049 , 051 , 053-056 , 058 , 061 , 072-075(GNU)
S2 废炉渣 961～ 1 182 20080818004 , 007 , 011 , 012 , 015 , 062(GN U)
S3 废炉渣 961～ 1 182 20080819055-057 , 062 , 124 , 125 , 131 , 132 , 149 , 161 , 162(GN U)
S4 废炉渣 961～ 1 182 20080819079 , 080 , 082 , 085 , 104 , 106 , 109 , 196, 198 , 206(GNU)
表 2　地钱基质中重金属元素质量浓度
Table 2　Contents of heavy metal elements in substr ates o f Marchantia polymorpha L. mg/ kg　
重金属 Cu Zn Ca M g Cd Pb H g As
S1 125.6 133.100 124 500.0 460 0.775 13.790 180.384 54.713
S2 127.8 80.660 67 840.0 9 470 0.267 3.385 154.297 67.117
S3 137.3 1.072 33 130.0 8 389 0.792 2.553 172.003 39.072
S4 143.7 316.400 126 600.0 6 673 0.314 4.909 156.919 17.610
均值 133.6 132.808 88 017.5 6 248 0.537 6.160 165.901 44.628
标准值1) ≤100 ≤250 ≤0.30 ≤300 ≤0.50 ≤30
　　注:1)《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)。
含量 ,掌握该汞矿区污染情况 ,为利用地钱指示重金
属污染程度提供初步信息 。
1　材料与方法
1.1　选择材料
　　所有材料均选自 2008 年 8月对该汞矿区苔藓
植物进行野外调查时采集的标本(见表 1)。
1.2　处理方法
(1)清洗。将地钱与基质剥离 ,依次使用 100
目筛 ,在去离子水中漂洗 、沉淀 ,直至地钱没有附着
土壤颗粒为止。
(2)烘干 。将洗净的地钱及其对应基质分别用
滤纸包裹 ,放入 101A 型干燥箱 。温度保持在 50 ℃
(防止 Hg挥发)烘干 48 h 。
(3)研磨 。将烘干的样品自然降至室温 ,分别
研磨 ,过 80目筛 ,存放足量样品于封口袋中 ,并做好
记录 。
(4)称量 。用 A L204 型电子天平将全部样品
称取 2组。每组每份样品约0.15 g ,设 2个平行样 、
1个空白样(对照)。测 Hg 和 As 的一组样品置于
高压罐的聚四乙烯消解罐中。测 Ca、Mg 、Cu 、Zn 、
Pb和 Cd的另一组样品分别置于 50 mL 三角瓶中
并编号。
(5)硝化。测 Hg和 As:向样品中分别加 8 mL
HNO3(优级纯)和5 mL H2O2(优级纯),将高压罐放
入干燥箱内 ,于 130 ℃下加热 3 h。冷却至室温后 ,用
1.0%(质量分数 ,下同)HNO3转移至 50 mL 容量瓶
中 ,再加入 1 mL HCl(优级纯)和 5 mL 10%(质量分
数 ,下同)硫脲 ,用高纯水定容。编号 ,备用。向基质
样品中分别加 10 mL 王水/水(体积比 1∶1)混液 ,沸
水浴 3 h。冷却至室温后 ,加入 5 mL 10%硫脲 ,用高
纯水定容。编号 ,备用 。测 Ca、Mg 、Cu 、Zn 、Pb和 Cd:
向样品中分别加约 15 mL HNO3/HClO 4(体积比
4∶1)混酸 ,在 KR可调电热板上硝化至白烟逸尽为
止 ,呈白色结晶为佳 。冷却至室温后 ,用0.5%HNO3
转移至 50 mL容量瓶中 ,定容。编号 ,备用。
1.3　分析方法
利用 AAnaly st 800原子吸收光谱仪 ,选择火焰
法测 Cu 、Zn和 Mg ,选择石墨炉法测 Cd和 Pb[ 27] ;
利用 AF-640 原子荧光光谱仪测 Hg 和 A s;利用
Optima 5300V 电感耦合等离子发射光谱仪测 Ca 。
1.4　富集系数
富集系数(C)可以反映植物对土壤中不同元素
具有的选择性吸收能力 。其计算公式为:
C= 某植物灰分中某元素含量(平均含量)某植物生长底质(赋矿岩石)中某元素背景值
(1)
　　当C<0.1时强烈贫化 , 0.1≤C<0.5时相对贫
化 , 0.5≤C<1.5时两者属同一水平 ,1.5≤C≤3.0
时相对富集 , C>3.0时强烈富集[ 21] 399 。
1.5　数据分析
使用标准数据分析软件 SPSS16.0进行多个相
关样本检验和相关分析 。
2　结果与分析
2.1　基质中重金属元素分析
　　由表 2可见 ,Ca、Mg 和 Hg 的值较大 ,Cd、Pb和
As的值较小 ,Zn 波动较大。比较显示 ,地钱基质中
的平均含Zn量符合标准 ,含 Pb量符合标准。但Cu 、
·25·
陈肖鹏等　地钱对木油厂汞矿区重金属污染的指示潜力
表 3　地钱体内重金属元素质量浓度
Table 3　Contents of heavy metal elements in Marchantia polymorpha L. mg/ kg　
重金属 Cu Zn Ca M g Cd Pb H g As
S1 131.900 46.38 23 120 1 000 0.934 8.907 40.986 7.613
S2 146.000 132.90 22 170 6 230 0.511 4.935 5.198 29.582
S3 121.900 13 240 27 690 0.910 7.365 57.713 5.794
S4 141.100 465.80 24 890 13 380 0.462 14.770 68.904 10.632
均值 135.225 160.73 20 855 12 075 0.704 8.994 43.200 13.405
表 4　地钱对基质中 8种元素的富集系数
Table 4　Accumulation coefficient o f Marchantia polymorpha L.
重金属 Cu Zn Ca M g Cd Pb H g As
S1 1.050 0.348 0.186 2.174 1.205 0.646 0.227 0.139
S2 1.142 1.648 0.327 0.658 1.914 1.458 0.034 0.441
S3 0.888 0 0.400 3.301 1.149 2.885 0.336 0.148
S4 0.982 1.472 0.197 2.005 1.471 3.009 0.439 0.604
Cd 、Hg 和 As 的均值分别是相应标准值的 1.34 、
1.79 、331.80 、1.12倍。总体上 ,该汞矿区重金属的污
染程度由高到低依次为 Hg 、Cd 、Cu和 As。Hg 污染
严重 ,是由于汞矿区所有基质是土法炼汞后的废炉
渣 ,存有大量 Hg 。同时 ,存在 Cu 、Cd和 As的污染 ,
说明该地区重金属污染为复合污染。
2.2　地钱体内重金属元素分析
　　由表 3可见 ,地钱体内的 Cu 、Ca 和 Mg 的值较
大 ,Cd 、Pb和 As的值较小 ,Zn和 Hg 波动较大。和
基质中的元素含量比较发现 ,若除去 Cu 后 , Ca 和
Mg 的值都很大 ,Cd 、Pb和 As的值都很小 。以标准
值来判别地钱体内重金属元素含量的情况 ,平均含
Cu 量是标准值的 1.35倍 ,平均含Cd量是标准值的
2.35倍 ,平均含 Hg 量是标准值的 86.40倍 , Zn 、Pb
和 As均没有超标。结合表 2 ,基质中的 Cu 、Cd 和
Hg 均超标 ,显然这 3 种重金属元素在地钱体内和
其基质中都大量存在;Pb没有超标 , S1 、S2和 S3 的
Zn均没有超标 ,地钱体内 Zn和 Pb 含量也较少;基
质样品 S1 、S2和 S3的 As虽然超标 ,但地钱体内的
含量却少 。由此说明 ,地钱体内重金属元素含量的
多少因其在基质中含量的不同而异 ,同时与地钱的
化学屏障效应有关 ,避免重金属元素毒害[ 28] 。
2.3　地钱对基质中 8种元素的富集分析
　　该汞矿区地钱对 8种元素的富集系数显示地钱
对不同元素的富集特性 。由表 4可见 ,地钱对 Cu
的富集能力是同一水平 ,可以很好地指示该汞矿区
的含 Cu 量;对 Ca的富集能力相对贫化 ,说明地钱
对 Ca没有指示性。S2对 Zn相对富集 ,S4对 Zn 的
富集能力是同一水平 , S1对 Zn的富集能力相对贫
化 ,S3对 Zn的富集能力是强烈贫化 ,结果显示地钱
对Zn的指示性不强 。S3 对 Mg 强烈富集 , S1 、S4
对 Mg 均相对富集 ,S2对 Mg 的富集能力是同一水
平 ,说明地钱对 Mg 趋向于富集 。S2对 Cd相对富
集 , S1 、S3和S4对 Cd的富集能力均是同一水平 ,说
明地钱对 Cd趋向于指示性 ,可以反映该汞矿区 Cd
的含量情况。S4对 Pb 强烈富集 , S3对 Pb 相对富
集 , S1和 S2对 Pb的富集能力均是同一水平 ,说明
地钱对 Pb趋向于指示性和富集 ,用于治理 Pb污染
可能效果更好 。S1 、S3和 S4对 Hg 均相对贫化 ,S2
对 Hg 强烈贫化 ,说明地钱对 Hg 没有指示性 。S4
对 As的富集能力是同一水平 , S1 、S3 和 S2 对 As
均相对贫化 ,趋向于利用地钱不能指示该汞矿区的
含 As 量。该汞矿区是白云岩型 , Ca 、Mg 和 Hg 大
量存在 ,且 Cu 、Cd 、Hg 和 As 均超标造成污染。地
钱对 Hg 和 A s表现出贫化 ,是化学屏障效应的作
用 ,使其避免受到这 2 种元素的毒害 。但对 Cu 和
Cd具有较好的指示性 ,能够指示该汞矿区这 2种重
金属元素的污染状况。
2.4　重金属元素富集系数的相关分析
　　对 8种重金属元素的富集系数进行多个相关样
本检验 , Friedman和 Kendall s检验结果均是 P =
0.008(<0.05),故富集系数的差别有统计意义 。从
表 5可知 ,Cu与 Mg 、Mg 与 Cd 、Zn与 A s的显著性
概率水平均为 0.05 ,且 Cu与 Mg 、Mg 与 Cd之间都
是显著负相关 ,它们之间为拮抗作用。Zn 与 A s之
间为显著正相关 ,它们之间为协同作用 。其他元素
两两之间的相关性都不显著 。
3　讨　论
3.1　基质中的重金属元素
本研究得出基质中 的 Hg 在 154.297 ～
180.384 mg/kg ,平均为165.901 mg/kg ,显示出地
·26·
　环境污染与防治　第 32 卷　第 10 期　2010 年 10 月
表 5　重金属元素富集系数相关分析1)
Table 5　The cor rela tion ana ly sis o f the accumulation coefficient o f Marchantia polymorpha L.
重金属 Cu Zn Ca M g Cd Pb H g As
Cu 1.000 0.651 -0.292 -0.945＊ 0.782 -0.711 -0.814 0.291
Zn 1.000 -0.271 -0.854 0.894 0.044 -0.275 0.910＊
Ca 1.000 0.226 0.063 0.348 -0.249 -0.300
M g 1.000 -0.930＊ 0.443 0.706 -0.562
C d 1.000 -0.138 -0.639 0.664
Pb 1.000 0.697 0.400
Hg 1.000 0.139
As 1.000
　　注:1)＊表示 0.05水平显著相关。
钱生长的基质能造成严重的 Hg 污染 ,但较万山汞
矿区的小[ 29] 627-638 。地钱基质含 Hg 量远远超过该汞
矿区机修厂处的[ 5] 98 ,平均含 Hg 量不仅是矿渣平均
含 Hg 量的 2.21 倍[ 3] 839 ,而且还是土壤平均含 Hg
量的 4.37倍[ 30] 。
表 2显示地钱生长的基质不仅 Hg 污染严重 ,
而且 Cu 、Cd和 A s也有一定程度污染。将 2 座金
矿 、2座铜矿[ 31-33] 与该汞矿区比较表明 ,这 5个矿区
基质中的 Cu均超标 ,特别是汤丹铜矿的平均含 Cu
量是该汞矿区的 108.46倍 ,老万场金矿和拖布卡-
播卡金矿与该汞矿区都存在 Cu污染 。铜山口铜矿
和汤丹铜矿的 Cd污染均比该汞矿区严重 ,分别是
该汞矿区的 22.46 、9.37倍 ,而拖布卡-播卡金矿污
染程度较该汞矿区轻 。老万场金矿同样有 Hg 污
染 ,但该汞矿区的平均含量是其的 23.09倍 ,显然木
油厂汞矿区的废炉渣是释汞源 。汤丹铜矿和拖布
卡-播卡金矿也有 As 污染 ,分别是该汞矿区平均含
量的 1.20 、2.11倍。本研究显示基质中的 Zn和 Pb
均符合 GB 15618—1995。长期土法炼汞 , 偷采汞
矿 ,随意弃置废炉渣等人为活动是产生 Cu 、Cd 、Hg
和 As复合污染的主要原因。
3.2　地钱中的重金属元素
特有的结构与生理解毒能力使苔藓植物对环境
中的重金素污染有一定指示作用[ 34] 。地钱在重金
属复合污染中生长广泛 ,富集系数显示地钱对 Cu
的吸收能力是同一水平 ,Ca 则是相对贫化 。不同样
品对 Zn 的反映不同 ,表明地钱不能指示 Zn的污染
情况 。地钱对 Mg 较多地趋向于富集 ,对 Cd则较多
地反映基质中的水平 ,可以考虑利用其指示性 。地
钱对 Pb趋向于指示性和富集 ,可能具有一定治理
Pb污染价值。地钱对 Hg 和 As均较多地表现出贫
化。而地钱的含 Hg 量符合前人对藓类的研究数
据 ,但本研究的平均含量接近其最大值的一半 ,是其
平均含量的 2.97 倍[ 29] 630 。显然该汞矿区地钱含
Hg 量较藓类植物的高 。结合前人的研究成果 ,如
果基质中的重金属元素含量超标 ,地钱可以指示污
染状况;如果基质中的重金属元素含量达标 ,地钱则
没有富集效应 。藓类植物对重金属污染具有较强的
富集作用 ,可以作为良好的生物指示材料 ,能够较好
地指示上海地区环境中和矿区的污染状况[ 35 , 36] 。
以地钱为研究对象同样可以体现出指示该汞矿区重
金属污染的优越性 ,为是否能被利用指示释汞源具
有一定价值。
4　结　语
　　该汞矿区地钱基质中 Cu 、Cd 、Hg 和 As 均超
标 ,以 Hg 污染最为严重 ,对当地造成重金属复合污
染。地钱体内重金属元素含量的多少 ,因其基质中
含量的多少和化学屏障作用而异 。地钱较好地指示
Cu 、Cd和 Pb的含量状况 ,对 Hg 和 A s具有屏障作
用 ,不能较好地反映该汞矿区 Zn 的含量状况。本
研究只是对地钱与重金属元素间关系的初步研究 ,
为利用地钱指示该汞矿区重金属污染提供一些基础
信息 ,仍需深入研究。
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编辑:陈泽军　(修改稿收到日期:2010-07-25)
匈铝厂毒废水流入多瑙河将严重
威胁多瑙河生态系统
2010 年 10月 7日 , 匈牙利应灾部门发言人蒂博尔·多
布森说 , 铝厂外泄的有毒废水当天进入多瑙河支流 , 威胁多
瑙河生态系统。
“废水上午已经进入多瑙河支流莫雄多瑙河 , 距离多瑙
河干流大约 10 km”多布森说 ,“上午 9 时 27 分 , 泥浆 pH 约
为 9.3。专家们还在测量污染程度。”
莫雄多瑙河是多瑙河流经斯洛伐克段形成的一个分支 ,
在匈牙利境内的长度为 121.5 km。
匈牙利铝生产销售公司位于维斯普雷姆州奥伊考的有
毒废水池在 10 月4 日下午发生泄漏事故 , 大约 100万 m3 有
毒废水和泥浆涌入附近村镇和河流 , 迄今致使 4 人死亡 、3
人失踪 、至少 120人受伤 。
初步检测结果显示 , 泥浆 pH 达到 13 , 为强碱性 ,远高于
正常无害水平(pH 为 6 ～ 8)。
外泄物含铅等重金属 , 带轻微放射性 ,并含腐蚀性物质 。
事故发生后 , 匈牙利向水流中添加醋酸和石膏粉 , 以中
和废水中碱性物质。
政府估计 , 清理有毒废物需要至少 1 年时间。
(摘自《新华社》2010-10-08)　　
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　环境污染与防治　第 32 卷　第 10 期　2010 年 10 月