全 文 ：铜尾矿区土壤与凤丹植株重金属富集研究 3
王友保 3 3 　张丽琴　刘登义
(安徽师范大学生命科学学院 ,芜湖 241000)
【摘要】　对安徽铜陵铜尾矿区凤丹种植地的土壤和凤丹中重金属污染状况进行了研究. 结果表明 ,尾矿库
区种植地极端贫瘠 ,有机质含量仅 111～314 g·kg - 1 ,而土壤 Cu、Cd、Pb、Zn 含量皆高于对照土壤 ,其中 Cu
含量达 587143～1 176144 mg·kg - 1 ,Cd 含量达 3108～5116 mg·kg - 1 ,约达国家土壤二级标准的 10 倍. 凤
丹各部位的 Cu、Cd 和 Pb 含量均超过了药用植物的限量标准 ,尤其是根皮部位 Cu 含量达 31150～64100
mg·kg - 1 ,Cd 含量达 0198～1145 mg·kg - 1 ,超出标准 116～316 倍 ,表明种植地和凤丹都受到严重污染. 凤
丹不同部位中的 Zn、Cd、Pb 和 Cu 分别以茎、叶、叶和根皮中的含量最高. 凤丹对 Cd、Zn 的富集比 Cu 和 Pb
高 ,但在根皮中的富集系数均较小.
关键词 　铜尾矿 　重金属 　污染 　富集 　凤丹
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 12 - 2351 - 04 　中图分类号 　X17115 　文献标识码 　A
Heavy metals accumulation in different parts of Paeonia ostii and soils at copper tailings yard. WAN G
Youbao ,ZHAN G Liqin ,L IU Dengyi ( College of L if e Science , A nhui Norm al U niversity , W uhu 241000 , Chi2
na) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2004 ,15 (12) :2351～2354.
The study on the heavy metals contamination of Paeonia ostii and soil at the copper tailings yard in Tongling
City indicated that the soil of copper tailings yard was extremely barren ,only with 111～314 g·kg - 1 organic
mater (1/ 15 of normal soil) ,but the contents of its Cu ,Cd , Pb and Zn were much higher. Cu and Cd contents
were 587143～1 176144 mg·kg - 1 and 3108～5116 mg·kg - 1 ,respectively ,5～10 times higher than the grade
two of national environmental quality standard for soils. Cu ,Cd and Pb contents in Paeonia ostii exceeded the
standard of medicine2use plants. Especially in its root peel ,Cu and Cd contents stood at 31150～64100 mg·kg - 1
and 0. 98～1. 45 mg·kg - 1 ,respectively ,116～316 times surpassing the standard ,which meant that both Paeo2
nia ostii and the soil had been severely polluted. There existed evident difference in the contents of heavy metals
in different parts of Paeonia ostii . Stem ,leaf and root peel had higher contents of Zn ,Cd ,Pb and Cu. The accu2
mulation factors of Zn and Cd were higher than those of Cu and Pb ,but they were all smaller in root peel.
Key words 　Copper tailings yard , Heavy metal , Contamination , Accumulation , Paeonia ostii .3 安徽省教育厅自然科学基金资助项目 (2003kj156) 13 3 通讯联系人.
2004 - 02 - 12 收稿 ,2004 - 08 - 16 接受.
1 　引 　　言
安徽铜陵是我国著名的药用牡丹之乡 ,不仅药
材品质上乘 ,而且生产规模也是全国第一. 牡丹的药
用部分 ———根皮 (即丹皮) 有清热、解毒、凉血、保健
的功效. 近年来 ,临床用于肥胖病、心血管疾病、过敏
性疾病和糖尿病的防治 ,市场需求量大. 开发以丹皮
为原料的中成药和中医西药有广阔的前景[5 ] .
铜陵市是我国重要的产铜地区之一 ,冶铜历史
悠久. 全市有铜矿资源 35 处 ,累计探明储量 36104
×105 t . 大规模开采过程中形成的废弃物占用了大
量土地 ,目前已有规模较大的尾矿库 (场) 5 个 (五公
里尾矿库、黑沙河尾矿库、铜官山尾矿库、凤凰山尾
矿库和狮子山尾矿库) ,占地面积 280 hm2 , ,掩埋了
库区内的生物群落 ,使大范围的土壤、水体和空气受
到严重污染[6 ,15 ,26 ] . 近年来 ,对重金属尾矿库的治
理与利用研究已引起广泛重视[1～4 ,7～9 ,11～14 ,20～22 ,26～29] ,
在铜陵铜尾矿库的植被恢复与生物群落重建等方面
取得了一些研究成果[23 ,24 ] 1 当地农民在凤凰山尾
矿库、铜官山尾矿库和狮子山尾矿库区覆土种植或
直接种植药用植物凤丹 ( Paeonia ostii) [30 ] ,但其体
内重金属含量过高 ,不仅影响植株的生长和丹皮的
品质 ,也给人体健康造成危害. 有关尾矿库区土壤重
金属污染对凤丹的影响研究尚未见报道. 为此 ,于
2002 年 7 月至 2003 年 4 月多次对 3 处铜尾矿库区
进行调查 ,研究了铜尾矿库区土壤和凤丹中几种主
要重金属的含量及其分布 ,为评价凤丹质量提供参
考 ,也为尾矿废弃地的植被恢复、客土作物种植提供
理论依据.
应 用 生 态 学 报 　2004 年 12 月 　第 15 卷 　第 12 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Dec. 2004 ,15 (12)∶2351～2354
2 　材料与方法
211 　研究地区概况
铜陵市位于我国安徽省南部 (30°56′42″N ,117°43′28″
E) ,长江中下游南岸 ,属亚热带湿润气候区 ,年平均气温
1612 ℃,夏季平均气温 2714 ℃,无霜期平均为 230 d ,年均
降水量1 390 mm ,全年平均湿度在 75 %～81 %之间 ,季节气
候特征分明 ,城市地面主导风向为东北 (冬) 、西南 (夏) .
凤凰山尾矿库三面环山 ,气候温和 ,面积 31 hm2 ,停用
时间约 15 年 ,当地农民客土大面积种植药用植物凤丹 ,并辅
以种植大豆等作物 ;尾矿库覆土多为沙壤土 ,松软、贫瘠 ,重
金属含量高 ,结构较差 ,表面较稳定 ,无明显的风蚀、水蚀现
象 ,具有一定的保水保肥能力. 铜官山尾矿库位于铜陵市铜
官山与天鹅抱蛋山所夹山谷中 ,占地面积 20 hm2 ,排放时间
超过 30 年 ,无人为干预 ,植物少 ,风蚀、水蚀现象严重 ;部分
基质得到较大改善区有大量节节草 ( Hippochaete ramosissi2
m um)等草本植物定居 ,表面较稳定 ,无风蚀、水蚀现象 ,基质
具有一定的结构和保水保肥能力. 狮子山尾矿库位于铜陵市
东南部的朝山村 ,海拔较高 ,三面环山 ,一面筑坝 ,由尾矿排
放堆积而成 ,坝高约 100 m ,面积 20 hm2 ,停止排放时间约为
10 年 ,无人为影响 ,几乎裸露 ,无植被 ,风蚀、水蚀现象较严
重 ,自然定居植物不多 ,如狗牙根 ( Cynodon datylon) 、节节草
等 ,尾矿库表面不稳定 ,基质基本无结构 ,保水保肥能力差.
一些农民参照凤凰山尾矿库区的做法 ,也在铜官山尾矿库和
狮子山尾矿库区种植凤丹.
供试土样分别采自铜陵市铜官山尾矿库、凤凰山尾矿库
和狮子山尾矿库区 3 处铜尾矿库凤丹种植区 ,采用大范围的
蛇形采样布点法 ,三点等距采样. 凤丹种植地土壤共采集了
45 个样点 ,根据尾矿库区凤丹根系的延伸深度 ,土样采集深
度为 0～50 cm. 以远离尾矿库区的园田土为对照. 凤丹采样
采取植株整株完好挖出 ,散落根系上的大量土壤 ,共采集凤
丹 45 株. 另在上述种植区采集不同栽培年限的凤丹植株各
20 株. 所有样品带回实验室进行分析.
212 　研究方法
土壤样品经风干、碾碎 ,过 80 目尼龙筛. 常规方法测定
土样 p H 值、土壤水溶性盐含量、土样有机质含量及土样 N、
P、K含量 ;土样经硫酸2高氯酸消化后 ,测定 Cu、Zn、Pb、Cd
的总量 ,土样经 011 mol·L - 1 HCl 振荡、浸提 90 min (液土 5∶
1) ,过滤后 ,测定 Cu、Zn、Pb、Cd 的有效态含量 [10 ,18 ] .
凤丹植株带回室内用冲洗干净后 ,再分叶、茎、根和根皮
4 部分 ,分别用自来水、蒸馏水洗涤 ,滤纸吸干. 先置于 105
℃烘箱中杀青 2 h ,然后于 80 ℃烘箱内烘干 ,24 h ,研磨粉碎
备用 ,分析前再次烘干 ,采用 HNO3 - HClO4 - H2 SO4 (8∶1∶1)
联合消化. 测定 Cu、Zn、Pb 、Cd 的含量.
以上所有容器均用 2 % HNO3 浸泡 24 h ,以避免重金属
的各种可能性污染.
3 　结果与分析
311 　尾矿库区凤丹种植地土壤化学性质
与对照土壤相比 ,尾矿库区在化学组成上差异
明显 (表 1、表 2) ,尾矿库区凤丹种植地土壤极为贫
瘠 ,全 N 含量很低 ,仅达对照土壤的 1/ 4～1/ 9 ; P
在全量上与对照土壤无显著差异 ,但有效 P 含量则
显著低于对照土壤 ,为对照土壤的 1/ 2～1/ 3 ;而全
K和速效 K 均显著低于对照. 有机质含量更低 ,最
低的不足对照土壤的 1/ 15. 与此相反 ,铜尾矿库区
凤丹种植地土壤中的重金属含量极大地超出了正常
土壤的水平 (表 2) , Zn、Pb 含量达到对照的 1～4
倍 ,Cu、Cd 显得尤为突出 ,平均超出对照土样的 30
～60 倍. 可以认为 ,和典型的重金属污染土壤相
似[16 ,17 ] . 极端贫瘠和重金属浓度过高 ,特别是 Cu、
Cd 浓度过高 ,成为尾矿库区土壤有别于正常土壤的
最大特征和限制或影响植物在铜尾矿库上生长、繁
育的最重要原因.
表 1 　土样的基本化学性质
Table 1 Chemical properties of soil( g·kg - 1)
地点
Site
p H 有机质
Organic
matter
全 N
Total
N
全 P
Total
P
有效磷
Available P
(mg·kg - 1)
全 K
Total K
速效钾
Available K
(mg·kg - 1)
TTP 7131 218 0131 0116 1164 3156 45150
STP 7187 111 0115 0118 1128 2101 21189
FTP 7140 314 0166 0115 2115 4181 65141
CK 7113 1416 1124 0124 4108 10102 131167
TTP :铜官山尾矿库 Tongguanshan copper tailings yard ; STP :狮子山尾矿库
Shizishan copper tailings yard ; FTP :凤凰山尾矿库 Fenghuangshan copper tailings
yard1 下同 The same below.
　　与国家土壤环境标准[8 ]相比较 ,铜尾矿区凤丹
种植地土壤中 Pb、Zn 含量虽超出了对照土壤 ,但均
在国家土壤质量二级标准以内 ,对土壤重金属污染
程度较轻. 而 Cu、Cd 的含量均超过二级以上土壤质
量标准 ,污染十分严重 ,特别是狮子山尾矿库区种植
地尤为严重 ,Cu、Cd 含量竟达到国家土壤二级标准
的 10 倍左右. 过高的重金属污染将对药用植物生长
发育状况、产品品质产生影响. 由表 2 可见 ,尾矿库
区各重金属有效态占总量的百分比远低于正常土
壤 ,其中 Zn、Pb 有效态的绝对值低于或接近于正常
土壤. 重金属元素有效态含量与土壤理化性质、植物
生长状况等因素相关 ,是重金属元素影响植物生长
的最直接部分. 重金属的有效态含量相对偏低 ,可能
是凤丹得以在尾矿库区基质中生长的原因之一.
表 2 　土样的重金属浓度 3
Table 2 Concentration of heavy metal of soil( mg·kg - 1)
地点
Site
Cu Cd Zn Pb
TTP 602110 (33155) 3115 (0120) 143126 (5112) 128135 (4192)
STP 1388124 (69197) 5122 (0150) 211107 (13116) 68183 (1190)
FTP 1083158 (80159) 3151 (0131) 121164 (10157) 56110 (3192)
CK 26175 (8143) 0110 (0106) 56177 (11132) 48121 (9187)3 括号内数值为有效态含量 The numeral in brackets are contents of available
heavy metals.
2532 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
312 　凤丹体内重金属污染状况
对 3 个调查区凤丹的重金属含量分析结果表
明 ,重金属在凤丹不同部位的分配具有一定的差异.
即受各器官代谢水平和生理活动的影响 ,也与元素
本身的迁移、转化等有关. 凤丹体内 Cd 和 Pb 以叶
中为高 ,Zn 在茎中含量最高 ,Cu 则在根皮中含量最
高. 由图 1 可以看出 ,Zn 易于在茎中富集 ,占总量的
38181 % ;Cu 主要集中在根皮中 ,达 36149 % ; Cd 和
Pb 则相对集中在叶中. 一般来说 ,新陈代谢旺盛的
叶和根含量高 ,而支持和输导组织发达的茎中的含
量少. 但 4 种重金属在根皮中均超过总量的 20 % ,
作为药用部位的丹皮重金属量过多会导致人体的健
康问题 ,应引起重视.
图 1 　4 种重金属在凤丹不同部位的分布
Fig. 1 Distribution of heavy metals in different parts of Paeonia ostii .
1)叶 Leaf ;2)茎 Stem ;3)根 Root ;4)根皮 Root peel.
　　与药用植物的限量标准 (Cd ≤013 mg·kg - 1 ,
Pb ≤510 mg·kg - 1 ,Cu ≤2010 mg·kg - 1) 比较 ,除少
数样品中 Cu 稍低、个别 Pb 未检出外 ,多数样品中
重金属含量偏高. 作为药用成分的凤丹根皮 ,Cd 含
量超标 313～316 倍 , Pb 超标 10 %～80 % ,Cu 超标
116～312 倍. 说明尾矿库区的凤丹受到不同程度的
污染 (表 3) .
表 3 　凤丹各部位中重金属浓度
Table 3 Concentration of heavy metal in different parts of Paeonia ostii
( mg·kg - 1)
地点
Site
部位
Part
Cu Cd Zn Pb
TTP 叶 Leaf 6125 1145 46125 14150
茎 Stem 17125 0195 96175 9175
根 Root 27125 1100 44100 10198
根皮 Root peel 31150 0198 45100 8173
STP 叶 Leaf 17125 1173 45100 5175
茎 Stem 46100 1108 100125 2150
根 Root 42155 1108 42150 2125
根皮 Root peel 64100 1145 56150 5125
FTP 叶 Leaf 13150 1150 26175 2155
茎 Stem 26100 1100 46125 -
根 Root 31150 1106 32150 -
根皮 Root peel 36125 1103 45100 2137
313 　凤丹与土壤中重金属的关系
将凤丹和土壤中重金属含量进行回归分析发现
(表 4) ,土壤中重金属与凤丹不同组织器官内的重
金属含量均呈正相关 ,除 Zn 外 ,Cu、Cd 和 Pb 基本
达到显著或极显著相关性. 在凤丹各组织器官中 ,根
皮与土壤重金属均达到显著或极显著相关. 这主要
是由于根皮是凤丹与土壤重金属的直接作用面 ,根
皮结构 (如凯氏带等结构)具有一定的限制土壤重金
属进入植物体的能力 ,造成了根皮中重金属的沉积 ,
而其沉积量显然受到土壤重金属含量的影响.
表 4 　凤丹不同部位和土壤中重金属含量的相关关系
Table 4 Correlation of heavy metals from Paeonia ostii in different
parts to soils
部位 Part Cu Pb Cd Zn
叶 Leaf 01998 3 3 01984 3 3 01994 3 3 01336
茎 Stem 01891 3 01986 3 3 010946 3 3 01442
根 Root 01878 3 01994 3 3 01736 01276
根皮 Root peel 01804 3 01926 3 3 01999 3 3 01992 3 33 P < 0105 ; 3 3 P < 0101.
　　由凤丹植株对土壤中重金属的吸收富集能力来
看 (富集系数 Ef = 植物体内某元素的浓度 Pe/ 土壤
中该元素的浓度 Se) ,Cu 虽然在土壤中含量很高 ,
但是在凤丹各部位的富集系数最小 , 平均仅为
01029 ;凤丹对 Pb 的富集系数也较小 ,为 01064 ;而
凤丹对 Cd 和 Zn 则具有较强的富集能力 ,特别是叶
片对 Cd 的最大富集系数达 01460 ,凤丹茎对 Zn 的
最大富集系数达到 01675. 相比之下 ,作为药用部分
的凤丹根皮对 Cu、Cd 、Zn 和 Pb 的富集系数分别为
01011、01073、01077 和 01016 ,明显小于凤丹植株对
上述重金属的富集系数 ,大大低于一般植物对土壤
微量元素的生物吸收系数.
对不同生长年限凤丹根皮中重金属含量分析发
现 ,虽然凤丹根皮对重金属的富集系数较小 ,但随栽
培年限的增加 ,凤丹根皮中重金属 Cu 的含量以每
年 8138 mg·kg - 1的速度增加 ,3 年生凤丹根皮中 Cu
含量为 1 年生凤丹的 3125 倍 ,5 年生凤丹根皮中 Cu
含量达到 1 年生凤丹的 5168 倍 ,而 8 年生凤丹则达
到了 7181 倍 (表 5) . Cd 、Zn 和 Pb 等重金属也有类
似变化趋势. 与药用植物的限量标准相比较 ,3 年生
凤丹均符合要求 ,5 年生凤丹中 Cu、Cd 已超标 ,而 8
年生凤丹则全部超出标准. 可以采用减少栽培年限
的办法降低药用丹皮的重金属污染.
表 5 　不同年龄凤丹根皮中重金属浓度
Table 5 Concentration of heavy metal in root peel of Paeonia ostii at
different ages( mg·kg - 1)
年龄 Ages Cu Cd Zn Pb
1 年生 One age 5167 ±2105 0115 ±0108 6183 ±0166 1121 ±0164
3 年生 Three ages 18143 ±7141 0128 ±0105 19135 ±4128 2180 ±0143
5 年生 Five ages 32119 ±6112 0176 ±0115 34115 ±4196 4168 ±1101
8 年生 Eight ages 44126 ±16107 1105 ±0151 45107 ±8103 7115 ±0192
353212 期 　　　　　　　　　　　　　王友保等 :铜尾矿区土壤与凤丹植株重金属富集研究 　　　　　　　　　　　
4 　结 　　论
　　铜陵铜尾矿库区凤丹种植地土壤基质物理性质
较差 ,多表现为结构较差 ,表面有一定程度的风蚀、
水蚀现象 ,保水保肥能力有限. 尾矿库区凤丹种植地
土壤有机质含量很低 ,而 Cu、Cd 污染严重 ,特别是
狮子山尾矿库区种植地 Cu、Cd 含量竟达到国家土
壤二级标准的 10 倍左右 ,但各重金属的有效态所占
总量的百分比较低. 重金属在凤丹不同部位的分配
具有一定的差异 , Cd 和 Pb 以叶中为高 ,Zn 在茎中
含量最高 ,Cu 则在根皮中含量最高. 4 种重金属在
根皮中含量均超过总量的 20 % ,超过了药用植物的
限量标准 ,表明凤丹已受到不同程度的重金属污染 ,
直接药用将会危及人体健康. 可以采用减少栽培年
限的办法来降低药用丹皮的重金属污染.
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作者简介 　王友保 ,男 ,1974 年生 ,讲师 ,在读博士生 ,主要
从事污染生态学研究 ,发表论文 20 余篇. E2mail : wybzl @
tom. com
4532 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷