全 文 ：第２７卷第５期
２０１３年１０月
水土保持学报
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｉｌ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ
Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．５
Ｏｃｔ．，２０１３
　
　　收稿日期：２０１３－０６－０８
　　基金项目：贵州省科学技术基金项目（黔科合Ｊ字ＬＫＭ［２０１２］０６号）；贵州省科学技术基金项目（黔科合Ｊ字［２０１１］２０４０号）
　　作者简介：李榜江（１９８０－），男，贵州遵义人，讲师，博士研究生，主要从事环境保护、生态恢复研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｂｊ８００３＠１２６．ｃｏｍ
　　通讯作者：王龙昌（１９６４－），男，教授，博士生导师，主要从事农业资源高效利用、生态农业与可持续发展研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｌｃ２００３＠１６３．ｃｏｍ
极端酸性条件下蜈蚣草对重金属污染环境的修复效应
李榜江１，２，王龙昌１，龙明忠２，张 赛１，叶小林２
（１．西南大学 农学与生物科技学院，三峡库区生态环境教育部重点实验室，
南方山地农业教育部工程研究中心，重庆４００７１６；２．贵州民族大学，贵阳５５００２５）
摘要：为了进一步了解蜈蚣草对极端酸性土壤的耐性和对重金属污染环境的修复能力，通过对贵阳市花溪
区金田、银洞、贵安煤矿废弃地土壤理化性质、重金属含量进行分析。结果表明，３个区域内土壤酸化严重，
有效态Ｎ、Ｐ、Ｋ含量较低。与贵州省土壤背景值相比，重金属Ｃｄ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ含量存在不同程度的超
标，其中镉超标尤为严重，达３倍之多。通过对蜈蚣草植株体内重金属含量分析可知，蜈蚣草对极端酸性
土壤表现出较强的耐性，蜈蚣草对重金属Ｃｄ的富集系数达到５．０，可以考虑作为煤矿废弃地植物修复的首
选物种。
关键词：煤矿废弃地；重金属；土壤酸化；蜈蚣草
中图分类号：Ｘ５３　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１００９－２２４２（２０１３）０５－０１８３－０５
Ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｐｔｅｒｉｓ　ｖｉｔｔａｔａ　ｏｎ　Ｈｅａｖｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｐｏｌｕｔｅｄ
Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　Ｅｘｔｒｅｍｅ　Ａｃｉｄ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
ＬＩ　Ｂａｎｇ－ｊｉａｎｇ１，２，ＷＡＮＧ　Ｌｏｎｇ－ｃｈａｎｇ１，ＬＯＮＧ　Ｍｉｎｇ－ｚｈｏｎｇ２，ＺＨＡＮＧ　Ｓａｉ　１，ＹＥ　Ｘｉａｏ－ｌｉｎ２
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ａｇｒｏｎｏｍｙ　ａｎｄ　Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ
Ｅｃｏ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ　ｉｎ　Ｔｈｒｅｅ　Ｇｏｒｇｅｓ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　Ｒｅｇｉｏｎ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ
Ｓｏｕｔｈ　Ｕｐｌａｎｄ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４００７１６；２．Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｍｉｎｚｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ５５００２５）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｏｌｅｒａｎｃｅ　ｏｆ　Ｐｔｅｒｉｓ　ｖｉｔｔａｔａ　Ｌ．ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒｅｍｅ　ａｃｉｄ　ｓｏｉｌ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ
ａｂｉｌｉｔｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｏｌｕｔｅｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ，ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ
ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｉｎｇ　ｗａｓｔｅｌａｎｄｓ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｔ　Ｊｉｎｔｉａｎ，Ｙｉｎｄｏｎｇ，Ｇｕｉａｎ　ｉｎ　Ｈｕａｘｉ
ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　ｐｒｏｖｉｎｃｅ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｏｉｌ　ａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｓｅｒｉｏｕｓ　ｉｎ　ｔｈｅｓｅ　ｔｈｒｅｅ　ａｒｅａｓ，ｔｈｅ
ａｖａｉｌａｂｌｅ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｏｆ　Ｎ，Ｐ，Ｋ　ｗｅｒｅ　ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｌｏｗｅｒ　ｔｈａｎ　ｏｔｈｅｒｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ｖａｌｕｅｓ　ｏｆ　ｓｏｉｌ
ｉｎ　Ｇｕｉｚｈｏｕ，ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　Ｃｄ，Ｐｂ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｚｎ　ｗｅｒｅ　ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ　ｏｎ　ｖａｒｉｅｄ　ｄｅｇｒｅｅ，ｅｓｐｅｃｉａｌｙ　Ｃｄ，ｗｈｉｃｈ
ｅｘｃｅｅｄｅｄ　ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　ｔｈｒｅｅ　ｔｉｍｅｓ．Ａｎｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ　ｉｎ　Ｐｔｅｒｉｓ　ｖｉｔｔａｔａ，ｔｈｅ
ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　Ｐｅｔｒｉｓ　ｖｉｔｔａｔａ　ｗａｓ　ｈｉｇｈｌｙ　ｔｏｌｅｒａｎｔ　ｔｏ　ｅｘｔｒｅｍｅ　ａｃｉｄ　ｓｏｉｌｓ．Ｉｎ　ｔｅｒｍｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
ｆａｃｔｏｒ，ｉｔ　ｗａｓ　５．０，ｗｈｉｃｈ　ｈａｄ　ｔｈｅ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｔｏ　ｓｅｒｖｅ　ａｓ　ａ　ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ　ｓｐｅｃｉｅｓ　ｆｏｒ　ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｉｎｇ
ｗａｓｔｅｌａｎｄｓ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌ　ｍｉｎｉｎｇ　ｗａｓｔｅｌａｎｄｓ；ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ；ｓｏｉｌ　ａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ；Ｐｅｔｒｉｓ　ｖｉｔｔａｔａ
丰富的矿产资源在极大程度上满足了国民经济的发展［１］，但矿产资源的开采给生态环境带来的扰动却与
日俱增，采矿引发了越来越严峻的生态环境问题。中国科学院地理科学与资源研究所陈同斌研究员在接受记
者采访时指出：因矿产资源采掘不当而使废弃采矿地大量裸露，并通过水流等途径污染农田，造成土壤中的重
金属含量严重超标，直接影响到农作物的产量和品质，威胁人类健康［２］。在许多矿业废弃地，粮食作物和经济
作物消失殆尽，土壤重金属污染日益严重［３］，环保部２００９年估算的数据显示，全国每年因重金属污染的粮食高
达１　２００万ｔ，造成的直接经济损失超过２００亿元［４］。国土资源部也称，目前全国耕种土地面积的１０％以上已
受重金属污染。重金属污染在我国已经出现了高发态势，重金属污染物具有很强的隐蔽性，而且还兼具不可逆
的特性，对人类的生存和发展构成了极大的威胁［５－６］。２０００年湖南郴州炼砷区因废渣泄露导致井水污染，当地
农民在不知情的情况下利用污染的水源灌溉，致使４０ｈｍ２ 农田抛荒［７］；另据媒体报道，２００９年陕西省凤翔县
DOI:10.13870/j.cnki.stbcxb.2013.05.001
长青镇马道口村和孙家南头村，两村数百名婴幼儿及儿童绝大多数被检测出体内铅超标，其中部分超标严重，
已达到中毒标准，该污染事件被疑与一家年产铅锌２０万ｔ的冶炼企业有关系［８］。重金属镉的毒性很大，可以
在人体内积蓄，主要积蓄在肾脏，引起泌尿系统的功能变化，人食用了镉污染的大米后，会导致一种叫“痛痛病”
（Ｉｔａｉ－Ｉｔａｉ　ｄｉｓｅａｓｅ）的疾病，易受害的人群是矿业工作者、免疫力低下人群和婴幼儿［９］。致癌、致疾、致突变是重
金属污染对人体健康的三大致命威胁，政府、企业必须高度重视矿区重金属污染，矿区生态环境修复迫在眉睫。
在矿区废弃地可以发现一些重金属耐性植物和超富集植物（ｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ）［１０］，利用这些植物对重金属的
耐性和超富集能力，结合其共生的微生物体系，广泛种植在重金属污染的环境中，可以达到修复矿区生态环境
的目的。
蜈蚣草的环境适应能力强，生物产量高，属于多年生草本植物，高１．３～２ｍ，可多次收割，在矿区重金属污
染环境修复领域具有较大的研究价值和应用前景。１９９９年中国科学院地理科学与资源研究所陈同斌研究员
和他的研究团队发现蜈蚣草对重金属砷有超富集效应［１１］。国内外环境工作者开展了一系列蜈蚣草对砷的吸
收特征以及富集机理研究，目前已经取得了丰硕的成果［１２］，但在极端酸性条件下，蜈蚣草对矿区废弃地的多种
重金属联合污染的修复研究尚不多见。为了进一步验证蜈蚣草在极端酸性条件下对重金属污染土壤的修复效
果，笔者于２０１２年１０月开展了贵阳市花溪区煤矿废弃地蜈蚣草对Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｃｄ　５种重金属的吸收效果
的初步研究，以期能对矿山废弃地的生态修复提供数据支持和技术支撑。
１　材料与方法
１．１　研究区概况
金田、银洞、贵安煤矿均位于贵阳市花溪区境内，花溪区地处东经１０６°２７′－１０６°５２′，北纬２６°１１′－２６°３４′。
３个煤矿废弃地植被覆盖度低、品种单一，在金田煤矿和银洞煤矿废弃地仅见蜈蚣草一种植物。花溪区年平均
气温为１４．９℃，无霜期平均２４６ｄ，年雨量１　１７８．３ｍｍ，空气优良天数３４１ｄ。区内煤炭资源较为丰富，探明资
源储量为３．１亿ｔ，分布面积约为１８３．８２ｋｍ２，主要分布于花溪区西北林东矿区；南部燕楼、马铃矿区；东部的
孟关乡；高坡乡杉坪矿区；黔陶乡的赵司、骑龙、关口、谷洒、上马店、岩脚寨等地。
１．２　样品采集
２０１２年１０月７日在贵阳市花溪区久安乡金田煤矿、银洞煤矿、贵安煤矿开展土壤采样工作。金田煤矿、
银洞煤矿年产量５万ｔ左右，政府为了保护贵阳市阿哈湖水质，于２００８年强行关闭了一大批小型煤矿，金田、
银洞煤矿被强行关闭。分别在３个煤矿废弃地设置试验样地，样地编号为金田（ＪＴ）、银洞（ＹＤ）、贵安（ＧＡ）。
每块样地设置５个样带，每个样带设置５个采样点，采取对角线取样法取样，清理干净土壤表面的杂物及植物
腐殖物后，每个采样点均采集０－２０ｃｍ土壤，采集后用木铲把每个样品混合均匀，单样质量为５００ｇ，共采集土
壤样品７５个。样品运回实验室，置于通风处自然风干后过１００目筛备用。蜈蚣草样品是在对应的样地采集，
地上部分与地下部分分开存放，编号后带回实验室，烘烤至恒重，最后用粉碎机将样品粉碎且过１００目筛，装于
密封袋中，放入干燥器中待用。
１．３　测定项目与方法
土壤ｐＨ值按２．５∶１水土比［１３］配制土壤悬浊液，采用电位法测定。土壤中氮、磷、钾全量及有效态参照
土壤农化分析与环境监测方法［１４］测定。土壤重金属含量测定方法参照文献［１５］：用王水＋ＨＣｌＯ４ 法彻底消解
后待测，土壤溶液中重金属含量用原子吸收分光光度计测定。蜈蚣草样品测定干的植物样品（茎叶和根）在玛
瑙研钵内磨成粉状，将粉末状样品用混合酸 ＨＮＯ３－ＨＣｌＯ４（４∶１）消解［１２］，冷却后过滤定容至２５ｍｌ，同时以
试剂空白作为植物空白对照，Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｒ和Ｃｄ的浓度采用原子吸收分光光度计测定。
数据分析及制图采用Ｅｘｃｅｌ　２００３等软件。
２　结果与分析
２．１　研究区土壤基本状况
金田煤矿废弃地（ＪＴ）、银洞煤矿废弃地（ＹＤ）、贵安煤矿（ＧＡ）３个区域土壤基本理化性质分析测试结果见
表１。３个区域中土壤均呈酸性，随着煤矿废弃的时间越长，土壤酸性越强，金田煤矿、银洞煤矿早在２００８年就
被强行关闭，关闭后矿区废弃地生态恢复效果不佳，硫化物在雨水的作用下，产生强酸，致使土壤酸化严重，平
均ｐＨ值仅为４．３和３．１。在银洞煤矿废弃地甚至检出２．８的极端ｐＨ值。贵安煤矿由于废弃的时间不长，土
壤的ｐＨ值较之金田和银洞煤矿有所增加，其平均值为５．３，仍呈酸性，不利于植物生长，但该区域内的生物多
４８１ 水土保持学报　　　 　　 第２７卷
样性明显比金田、银洞煤矿废弃地要好。
土壤中全Ｎ的含量一般在０．５～４．０ｇ／ｋｇ之间，土壤中全Ｐ的含量变化范围在０．３～１．０ｇ／ｋｇ之间［１４］。
煤矿废弃地中土壤养分含量差异较大，就Ｎ、Ｐ、Ｋ全量而言，３块样地中的全Ｎ、全Ｐ含量都处于中等偏上水
平。全Ｎ含量平均值分别为３．９３（ＪＴ），４．１２（ＹＤ），３．１２ｇ／ｋｇ（ＧＡ）；全Ｐ含量平均值分别为０．７８（ＪＴ），０．６４
（ＹＤ），０．８２ｇ／ｋｇ（ＧＡ）；与普通土壤全Ｋ含量平均为２０ｇ／ｋｇ相比［１４］，３个区域中全Ｋ含量均处于中等偏下
水平，其值分别为８．７３（ＪＴ），１０．７１（ＹＤ），１０．７４ｇ／ｋｇ（ＧＡ）。
土壤中有效态Ｎ含量分别为９２．５１（ＪＴ），７５．３２（ＹＤ），１２１．０４ｍｇ／ｋｇ（ＧＡ）。有效Ｎ是指在当季或者一定
时间内能被作物吸收利用的氮，包括速效氮和部分能被微生物分解释放出的氮，其含量一般在２０～２００ｍｇ／ｋｇ
范围内。显然３个试验区域内有效氮含量处于中偏下水平。有效 Ｋ的含量分别为８４．５８，１０１．４１，９３．９５
ｍｇ／ｋｇ。土壤中有效Ｋ包含速效钾和缓效性钾，据杨剑虹等人研究，土壤中速效钾含量变化一般在２０～２５０
ｍｇ／ｋｇ之间，而速效钾含量一般占有效钾总量的比例约为１／１０（这一比例受土壤水热条件的影响而存在较大
的变幅）。据此推算，土壤有效钾的含量变化在２００～２　５００ｍｇ／ｋｇ之间［１４］，由此可见，金田、银洞、贵安煤矿废
弃地土壤有效Ｋ含量处于亏损状态。有效Ｐ含量更低，平均值依次为５．２３，３．８６，６．７０ｍｇ／ｋｇ。有效Ｐ主要
是指土壤中易溶性和吸附性的正磷酸盐，其含量在５～５０ｍｇ／ｋｇ。土壤ｐＨ值是影响有效磷含量的重要因素
之一，极端强酸性的土壤往往伴随有效磷的极度匮乏，当土壤ｐＨ＜５．０时，无机磷以难溶性铝磷和铁磷为主。
如前文所述，３个研究区域土壤均呈酸性，而且多个采样点土壤呈强酸性，导致土壤中有效磷含量极低，是植物
修复措施的瓶颈。
表１　花溪区煤矿废弃地土壤基本情况
样地 测定项目 ｐＨ
全量／（ｇ·ｋｇ－１）
Ｎ　 Ｐ　 Ｋ
有效态含量／（ｍｇ·ｋｇ－１）
Ｎ　 Ｐ　 Ｋ
最小值 ２．９０　 ３．２１　 ０．４９　 ８．２９　 ３２．４３　 ３．４６　 ４３．５４
ＪＴ 最大值 ６．４０　 ４．９１　 ０．９５　 ９．５０　 １２７．７６　 ９．７７　 １７９．３７
平均值 ４．３０　 ３．９３　 ０．７８　 ８．７３　 ９２．５１　 ５．２３　 ８４．５８
最小值 ２．８０　 ３．４４　 ０．４９　 ９．９６　 １７．６７　 ３．２６　 ４１．３９
ＹＤ 最大值 ３．４０　 ４．９７　 ０．７３　 １２．３９　 １１２．９２　 ４．３０　 １６２．４２
平均值 ３．１２　 ４．１２　 ０．６４　 １０．７１　 ７５．３２　 ３．８６　 １０１．４１
最小值 ４．９０　 ２．７９　 ０．７０　 ９．８７　 １０７．９６　 ４．５６　 ６８．４９
ＧＡ 最大值 ５．６０　 ３．４３　 ０．９２　 １１．７５　 １２９．７７　 ９．５７　 １３５．７６
平均值 ５．３０　 ３．１２　 ０．８２　 １０．７４　 １２１．０４　 ６．７０　 ９３．９５
２．２　极端酸性条件下蜈蚣草对重金属吸收状况
从表２可以得知，３个废弃地重金属Ｃｕ的含量存在较大差异，具体为ＪＴ（金田）＞ＹＤ（银洞）＞ＧＡ（贵
安）。ＪＴ的Ｃｕ含量平均值为５６．６７ｍｇ／ｋｇ，均比ＹＤ和ＧＡ中土壤Ｃｕ含量的平均值要高。在所采集的７５个
样品中，ＪＴ、ＹＤ、ＧＡ　３种样地Ｚｎ的平均含量分别为７６．１９，３５．３０，６９．７５ｍｇ／ｋｇ，其中银洞煤矿废弃地的整体
平均值较贵州省土壤背景值６５．３ｍｇ／ｋｇ低。ＪＴ、ＹＤ、ＧＡ　３个区域中Ｐｂ的含量分别为３５．０２，３１．７７，４０．２
ｍｇ／ｋｇ，与贵州省土壤含Ｐｂ背景值比较，采集的７５个样品超标率为１００％。对３个煤矿废弃地所采集的土壤
样品分析得知，Ｃｒ含量的平均值均低于背景值８１．６ｍｇ／ｋｇ，分别为６４．０４，５８．８５，６５．３９ｍｇ／ｋｇ，７５个土样中，
超标率为１６％。而ＪＴ、ＹＤ、ＧＡ土壤中Ｃｄ的含量普遍高于背景值０．１１９ｍｇ／ｋｇ，依次为０．３，０．２３，０．２６
ｍｇ／ｋｇ，污染最严重的点位出现在金田煤矿的第５个采样点，其含量达到０．３５ｍｇ／ｋｇ，该采样点靠近农田，已
有当地农民尝试种植蔬菜，存在较大的食品安全隐患。
蜈蚣草在不同土壤ｐＨ条件下，对各种重金属的吸收存在一定的差异（表２）。３个试验区域中，银洞煤矿
废弃地废弃的时间最长，硫化物在雨水的作用下，产生大量的酸性物质，导致该区域内的土壤酸性增加。对从
银洞煤矿采集的２５个蜈蚣草样本的分析结果如表２所示，蜈蚣草体内的Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｃｄ含量平均值分别为
６．８７，２５．８１，３８．３９，４．５６，１．１２ｍｇ／ｋｇ。其中蜈蚣草植株内所含的Ｐｂ和Ｃｄ含量超出了土壤中Ｐｂ和Ｃｄ的含
量。金田煤矿废弃地采集的蜈蚣草样本体内的Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｃｄ含量平均值分别为９．６９，２７．４４，４０．１６，
６．４６，１．３９ｍｇ／ｋｇ；贵安煤矿废弃地蜈蚣草体内的Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｃｄ含量平均值分别为７．５０，２９．３０，４５．６１，
６．６８，１．４２ｍｇ／ｋｇ，就土壤ｐＨ值而言，贵安煤矿土壤ｐＨ值高于金田和银洞煤矿，该区域的蜈蚣草无论从盖度
和长势都较金田和银洞煤矿要好，植株体内Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｒ和Ｃｄ的含量均略高于金田和银洞煤矿。
５８１第５期 　　　 　　李榜江等：极端酸性条件下蜈蚣草对重金属污染环境的修复效应
表２　花溪区煤矿废弃地土壤及蜈蚣草体内重金属含量 ｍｇ／ｋｇ
样地 ｐＨ
根部土壤
Ｃｕ　 Ｚｎ　 Ｐｂ　 Ｃｒ　 Ｃｄ
蜈蚣草
Ｃｕ　 Ｚｎ　 Ｐｂ　 Ｃｒ　 Ｃｄ
ＪＴ　 ４．３０　 ５６．６７　 ７６．１９　 ３５．０２　 ６４．０４　 ０．３　 ９．６９　 ２７．４４　 ４０．１６　 ６．４６　 １．３９
ＹＤ　 ３．１２　 ３１．３２　 ３５．３０　 ３１．７７　 ５８．８５　 ０．２３　 ６．８７　 ２５．８１　 ３８．３９　 ４．５６　 １．１２
ＧＡ　 ５．３０　 ３０．３３　 ６９．７５　 ４０．２０　 ６５．３９　 ０．２６　 ７．５０　 ２９．３０　 ４５．６１　 ６．６８　 １．４２
贵州省土壤背景值［１８］ ２８．００　 ６５．３０　 ２４．７０　 ８１．６０　 ０．１１９ － － － － －
图１　蜈蚣草对不同重金属的富集系数
２．３　蜈蚣草对不同重金属的富集系数
富集系数（ＢＣＦ）能较为直观地反映植物对土壤重金属的
吸收能力，其具体表现为植物体内重金属含量与土壤重金属含
量比值［１６］，富集系数与植物富集重金属的能力呈正相关，即富
集系数越大，植物对某种重金属的富集能力越强，通过对富集
系数的研究，可以直观、便捷地确定土壤重金属修复先锋物种。
本研究通过对金田、银洞、贵安煤矿废弃地３个区域内蜈蚣草
体内的重金属含量测定，并计算其富集系数。结果表明，蜈蚣
草有较强的耐酸性环境的能力，金田、银洞煤矿废弃地土壤平均ｐＨ值为４．３和３．１，在这种酸性程度较大的
土壤中，蜈蚣草仍能正常生长。蜈蚣草对不同重金属元素的富集能力存在较大的差异，富集系数表现为Ｃｄ＞
Ｐｂ＞Ｚｎ＞Ｃｕ＞Ｃｒ，对Ｃｄ、Ｐｂ的富集系数均大于１（图１），其中对Ｃｄ的富集系数最高，均值达到５．０。本调查研
究表明，蜈蚣草对Ｃｒ的富集系数最低，均值仅为０．１，与前人的研究结果存在一定差异，有待进一步验证。
雷梅等［１０］在对湖南柿竹园矿区土壤重金属含量及植物吸收特征一文中指出，不同的植物其耐性机制相差
很大，具体表现出对土壤重金属的吸收、转移、积累存在较大差异，分为富集型、根部囤积型和规避型３种类型，
蜈蚣草能吸收大量的重金属砷，是砷的超富集植物，同时蜈蚣草对镉和铅也具有很强的耐性，本研究与其类似。
陈同斌等在２００５年对蜈蚣草在中国的地理分布和生境特征做了详细研究［１７］，指出蜈蚣草生长土壤的ｐＨ值
变化范围在４．４５～８．４０之间，具有较宽的ｐＨ 值适应范围，其地理分布的主要限制因素不是土壤的酸碱度。
本研究也印证了陈同斌等人的研究结果，３个研究区域土壤均呈酸性，土壤ｐＨ值最低达到３．１，但蜈蚣草对极
端酸性土壤具有很强的耐性，在土壤酸化程度如此严重的区域，蜈蚣草亦有分布，只是盖度明显降低。对Ｃｄ、
Ｐｂ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ的富集程度变化趋势一致，但蜈蚣草对铬的富集程度与前人的研究结果存在较大的差异，这可
能是受极端酸性条件的影响，阻碍蜈蚣草对铬的吸收、积累。关于酸性条件下蜈蚣草对重金属吸收的作用机理
比较复杂，尤其是极端酸性条件对蜈蚣草的生长、代谢所产生的影响等诸多问题，还有待进一步研究。
图２　蜈蚣草对不同重金属的转移系数
２．４　蜈蚣草对不同重金属的转移系数
转移系数是重金属超积累植物选择的重要指标体系，其值
为植物地上部分重金属元素的含量与地下部分同种重金属元
素含量的比值，可以很直观地评价植物将重金属从地下向地上
的运输和富集能力。通过对３个试验区域内蜈蚣草对各种重
金属转移系数（ＴＦ）的测定结果表明，土壤ｐＨ值越低，蜈蚣草
转移重金属的能力亦相应下降，具体表现为金田煤矿＜银洞煤
矿＜贵安煤矿。在相同土壤酸性条件下，金田煤矿、银洞煤矿、
贵安煤矿废弃地蜈蚣草对Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｒ和Ｃｄ的转移系数分别为０．７５，０．６７，０．８３，０．４１，０．５６；１．６１，０．９８，
０．９１，０．３７，０．７２；３．３，２．１２，１．３，０．７５，０．８１。转移系数大致呈Ｃｕ＞Ｚｎ＞Ｐｂ＞Ｃｄ＞Ｃｒ变化趋势（图２），对Ｃｕ
的转移系数是最高的，３个试验区域除了金田煤矿由于极端ｐＨ值影响，对Ｃｕ的转移系数小于１，其余２个区
域蜈蚣草对Ｃｕ的转移系数均大于１，贵安煤矿废弃地蜈蚣草对Ｃｕ的转移系数达到了３．３，对重金属Ｃｕ污染
土壤修复具有指导意义，其结果与何志坚等人［１２］的研究相吻合。
３　结 论
（１）通过对金田煤矿、银洞煤矿、贵安煤矿废弃地３个区域土壤基本理化性质进行分析测试得知，３个区域
中土壤均呈酸性，其中以银洞煤矿土壤ｐＨ值３．１为最低。土壤中Ｎ、Ｐ、Ｋ的养分含量处于中等水平，但因极
端酸性条件的影响，Ｎ、Ｐ、Ｋ有效态含量低，尤其是有效态Ｐ的含量，仅为３．２６ｍｇ／ｋｇ，严重阻碍了植物的生
６８１ 水土保持学报　　　 　　 第２７卷
长，给矿区废弃地植物修复增加难度。
（２）通过测定研究区土壤重金属含量，与贵州省土壤背景值相比，发现金田、银洞、贵安煤矿废弃地Ｃｄ、
Ｐｂ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ存在不同程度的超标，其中重金属镉超标尤为严重，达３倍之多。有效去除煤矿废弃地重金属
污染是复垦工作的先决条件，如盲目在矿区废弃地种植农作物，存在极大的食品安全风险。
（３）金田、银洞、贵安煤矿废弃地土壤均为酸性土壤，一般植物很难在这种土壤条件生长，轻则根系腐烂、生
长缓慢，重则不能发芽。蜈蚣草具有较强的耐酸性，在研究区这种酸性程度较高的土壤中，蜈蚣草仍能正常生
长，据试验区实地观察与室内实验数据分析，蜈蚣草的盖度随土壤ｐＨ值变化而变化，土壤ｐＨ值越小，区域内
生物多样性减少，蜈蚣草盖度降低，反之亦然，试验结果与煤矿废弃地蜈蚣草分布情况一致。
（４）蜈蚣草对不同重金属元素的富集能力存在较大的差异，就本研究而言，蜈蚣草对各种重金属富集系数
大小顺序为Ｃｄ＞Ｐｂ＞Ｃｒ＞Ｃｕ＞Ｚｎ，对Ｃｄ、Ｐｂ的富集系数均大于１，其中对Ｃｄ的富集系数最高，达到５．０，可
以考虑将其作为煤矿废弃地植物修复的首选物种。
（５）蜈蚣草对重金属的转移系数大致呈Ｃｕ＞Ｚｎ＞Ｐｂ＞Ｃｄ＞Ｃｒ变化趋势，３个试验区域除了金田煤矿由于
极端ｐＨ值影响，对Ｃｕ的转移系数小于１，其余２个区域蜈蚣草对Ｃｕ的转移系数均大于１，贵安煤矿废弃地蜈
蚣草对Ｃｕ的转移系数达到３．３，对重金属Ｃｕ污染土壤修复具有指导意义。
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７８１第５期 　　　 　　李榜江等：极端酸性条件下蜈蚣草对重金属污染环境的修复效应