全 文 ：凡口铅锌尾矿影响植物定居的
主要因素分析 3
束文圣　蓝崇钰　张志权　(中山大学生命科学学院 ,广州 510275)
【摘要】　通过温室栽培和野外调查 ,分析了凡口铅锌尾矿影响植物定居的主要因素. 结果
表明 ,铅锌尾矿的 Pb、Zn、Cu 和 Cd 的总量分别达 34300、36 500、215 和 82. 6 mg·kg - 1 ;有
效态的 Pb、Zn、Cu 和 Cd 分别为 1. 5、1963、0. 71 和 8. 03 mg·kg - 1 . 在栽培试验中 ,重金属
毒性严重抑制格拉姆柱花草 ( S tylosanthes guianensis)根系的活力 ,使得植物无法利用无机
养分 ,并可导致明显的白化症状 ,从而严重影响格拉姆柱花草的生长 ,无论在野外或在室
内实验条件下 ,有效态 Zn 和 Cd 都与植物的生长呈显著负相关 ,重金属毒性 ,尤其是有效
态 Zn 和 Cd 的毒性是凡口铅锌尾矿影响植物定居的限制因子. 极端贫瘠是影响植物定居
的另一重要因素.
关键词 　铅锌尾矿 　植物重建 　影响因素 　重金属
Analysis of major constraints on plant colonization at Fankou Pb/ Zn mine tallings. Shu Wen2
sheng , Lan Chongyu and Zhang Zhiquan ( Zhongshan U niversity , Guangz hou 510275 ) .2Chin. J . A ppl . Ecol . ,1997 ,8 (3) :314～318.
Through greenhouse cultivation and field investigation , the major constraints on plant coloniza2
tion at Fankou Pb/ Zn mine tailings are analysed. The results show that total Pb , Zn , Cu and
Cd contents in the tailings are 34300 ,36500 ,215 and 82. 6 mg·kg - 1 ,while their available con2
tents are 1. 5 , 1963 ,0. 71 and 8. 03 mg·kg - 1 respectively. Greenhouse cultivation reveals that
the toxicity of heavy metals significantly inhibits the root vitality of S tylosanthes guianensis ,
prevents plant from absorbing inorganic nutrient , and leads to evident chlorosis , which signifi2
cantly affects grass growth. Both greenhouse cultivation and field investigation demonstrate that
available Zn and Cd contents in tailings are negatively correlated with plant growth. Heavy met2
al toxicity , especially the toxicity of available Zn and Cd is the major constraint on plant colo2
nization at Fankou Pb/ Zn mine tailings , and the extreme infertility is another major constraint
on plant growth.
Key words 　Pb/ Zn tailings ,Vegetation resconstruction ,Major constraints ,Heavy metals.
　　3 国家自然科学基金 (39470146)和广东省自然科学
基金 (940179)资助项目.
　　1995 年 10 月 24 日收稿 ,1996 年 7 月 12 日接受.
1 　引 　　言
露天堆存的尾矿是一个重大的环境污
染源. 植物在尾矿的自然定居过程极其缓
慢 ,必须依靠植被重建等方法控制其污染
向周围扩散. 尾矿的植被重建主要依赖于
基质改良与植物种类的选择. 而确切地了
解尾矿影响植物定居的主要因素则是基质
改良成功与否的基础[7 ,8 ] . 本文通过室内
试验及野外调查 ,旨在揭示凡口铅锌矿尾
矿影响植物定居的主要因素 ,进而为铅锌
尾矿基质改良与植被重建提供科学依据.
2 　自然概况和研究方法
2. 1 　自然概况
广东凡口铅锌矿 1 号尾矿地位于粤北仁化
县境内 , 属亚热带气候. 年平均气温 17. 9 ℃,1 月
份平均气温 9. 2 ℃,7 月平均气温 28. 8 ℃,全年无
应 用 生 态 学 报 　1997 年 6 月 　第 8 卷 　第 3 期 　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,J un. 1997 ,8 (3)∶314～318
霜期 304 d ,年降雨量 1665 mm ,雨量多集中在 4
～9 月 ,秋冬季干旱明显. 该尾矿地面积约 20
hm2 ,已废置 15 a 以上. 尾矿库三面为低山环绕 ,
一面为人工尾矿坝. 山坡与尾矿坝均为植被覆
盖.四周山坡的土壤为红壤 ,植被类型主要为次
生的马尾松 ( Pinus m assoniana) 稀树 + 桃金娘
( Rhodomyrtus tomentosa ) 2芒 萁 ( Dicranopteris
linearis) 群落 ,长势良好. 山坡与尾矿交界处则多
为盐肤木 ( Rhus chinensis) 2白茅 ( Im perata cylin2
drica) + 蕨 ( Pteridium aquilinum var. latiuscu2
l um) 群落. 表面除一小块常年积水区外均已干
涸 ,局部地区已发生酸化. 尾矿地零星分布有类
芦 ( Neyrudia reyaudinana) 、盐肤木和白茅等 10
余种植物. 主要集中在尾矿地与山坡交接处 ,一
般都有明显的受害症状 ,诸如叶片发黄、枯死和
植株矮化等. 尾矿地中部只有牛粪上才有植物生
长并可完成生活史. 在雨季 ,种子可在尾矿上萌
发 ,但随即死亡. 积水区及其周围也寸草不生.
2. 2 　材料来源与处理
尾矿砂 :凡口 1 号尾矿地未酸化区表层 0～
20 cm ,充分混合 ,风干 ,过 2 mm 筛. 石砂 :利用建
筑石砂 ,冲洗干净 ,过 2 mm 筛. 格拉姆柱花草
( S tylosanthes guianensis)种子购自广东省农业厅.
2. 3 　温室栽培试验
　　试验设尾矿梯度和施肥 2 组处理 (表 1) . 尾
矿处理组各装 7 盆 ,施肥处理各装 4 盆 ,每盆播种
70 粒柱花草种子 ,发芽后间苗至每盆 30 棵 ,置温
室培养 ,每天浇水 ,尾矿处理组每 10 d 施用 1 次
N、P、K肥. 生长 20 d 后 ,尾矿处理组每个处理取
3 盆测定叶绿素含量、根活力和生物量. 其余部分
在生长 90 d 后分析生物量及根冠比.
表 1 　栽培试验的处理方法
Table 1 Treatments of pot trial in greenhouse
尾矿处理 ( TA) 3
Tailings treatments
施肥处理 ( F) 3 3
Fertilizer treatments
TA100 100 %尾矿 F1/ 1 1 gN、P、K
1 次施用
TA75 75 %尾矿 + F1/ 5 1 gN、P、K
25 %石砂 5 次施用
TA50 50 %尾矿 + F0. 5/ 1 0. 5 gN、P、K
50 %石砂 1 次施用
TA25 25 %尾矿 + F0. 5/ 5 0. 5 gN、P、K
75 %石砂 5 次施用
TA 100 %石砂 F0 不施肥3 尾矿与石砂为重量比 , 3 3 均为 100 %尾矿 ,N∶P∶K
= 2∶1∶1 mol.
2. 4 　测试方法
基质部分 :p H 值 ,过 1 mm 筛 ,2. 5∶1 水土比 ,
p H 计测定 ;电导率 ,过 1 mm 筛 ,电导率仪测定 ;
全 N ,过 0. 15 mm 筛 ,凯氏定氮法 ;全 P ,过 0. 15
mm 筛 ,酸溶钼锑抗比色法 ;速效 P ,过 1 mm 筛 ,
NaHCO3 浸提2钼锑抗比色法 ;速效 K ,过 1 mm
筛 ,NH4Cl 浸提火焰分光光度法 ;有机质 ,过 0. 25
mm 筛 , K2Cr2O3 容量水合热法[2 ,3 ] . 总量的 Pb、
Zn、Cu、Cd 和 K ,过 0. 15 mm 筛 , HCl + HNO3 +
HF + H2 SO4 消化 ,原子吸收分光光度计 ( K 用火
焰分光光度计)测定 ;有效态 Pb、Zn、Cu 和 Cd ,0. 1
mol·L - 1 HCl (土∶液 = 1∶5 ,W/ V) ,270 rmp ,水平
振荡 1. 5 h ,过滤 ,原子吸收分光光度计测定 [1 ] .
植物部分 :收获的植物材料洗净 ,105 ℃烘烤
6 h ,称得干重 ;地下部分与地上部分干重之比值
为根冠比. 叶绿素含量用丙酮浸提 ,分光光度法
测定 ;根活力 , TTC 法测定[4 ] .
2. 5 　样地设置与调查
在尾矿库一角表层为冲积土覆盖处 ,自尾矿2
山坡交界处向尾矿中部 ,沿水流方向设一样条 ,
样条由间距为 2 m、大小为 1 m ×1 m 的 5 个样方
组成 (自山坡向尾矿样方依次编号为 1～5) . 记录
样方内植物盖度及覆土厚度等 ,并采集土样用于
分析.
3 　结果与讨论
3 . 1 　尾矿的理化性质
从表 2 可见 ,尾矿的重金属含量极高 ,
总 Pb 和总 Zn 分别达 34300 mg·kg - 1和
36500 mg·kg - 1 ,有效态 Zn 高达 1963 mg·
kg - 1 ,有效态 Cd 也达 8. 03 mg·kg - 1 . 有效
态 Pb、Cu 含量较低 ,分别为 1. 5 和 0. 71
mg·kg - 1 . 养分含量极低 ,速效 K 和 P 分
别为 2. 5 和 2. 7 mg·kg - 1 ,几乎不存在 N
和有机质. 尾矿砂含盐也较高 ,电导率为
6. 5 m S·cm - 1 ,属中度盐渍化水平[3 ] . 显
然重金属毒性、极端贫瘠和盐害都会影响
尾矿的植物定居 ,而以前两者尤为突出. 尾
矿在掺入砂子之后除营养状况外 ,其它条
件得到改善. 在 TA50 时 (含一半砂子) ,电
5133 期 　　　　　　　束文圣等 :凡口铅锌尾矿影响植物定居的主要因素分析 　　　　　　
表 2 　铅锌尾矿处理组的化学性质( mg·kg - 1)
Table 2 Chemical properties of Pb/ Zn tailings treatments
p H 电导率
EC
(m S·cm - 1)
有机碳
Organic2C
( %)
总　P
Total P
有效 P
Available P
总　K
Total K
交换 K
Exchange2
able K
TA0 7. 2 0. 4 0 160 ±130 3. 2 ±0. 4 18400 ±1231 4. 0 ±0. 4
TA25 7. 4 2. 8 0 260 ±60 2. 6 ±0. 6 16400 ±2310 3. 0 ±0. 8
TA50 7. 6 3. 7 0 380 ±43 2. 4 ±1. 2 14600 ±420 3. 1 ±1. 5
TA75 7. 6 5. 4 0 540 ±20 1. 6 ±0. 3 10600 ±330 2. 8 ±1. 7
TA100 7. 8 6. 5 0 590 ±555 2. 7 ±2. 7 7000 ±320 2. 5 ±2. 1
总　Pb
Total Pb
有效 Pb
Available Pb
总 Zn
Total Zn
有效 Zn
Available Zn
总 Cu
Total Cu
有效 Cu
Available Cu
总 Cd
Total Cd
有效 Cd
Available Cd
TA0 1600 ±883 5. 5 ±5. 6 247 ±104 72. 5 ±17. 5 7. 0 ±0 1. 10 ±0. 21 4 ±0 0. 58 ±0. 08
TA25 5100 ±571 3. 5 ±3. 1 10700 ±734 980 ±162. 3 48. 5 ±1. 5 0. 20 ±0. 18 20. 3 ±0. 3 5. 72 ±0. 21
TA50 9600 ±3532 1. 5 ±1. 5 20573 ±669 1312 ±89. 4 80. 0 ±4. 9 0. 35 ±0. 21 35. 3 ±0. 5 5. 68 ±0. 51
TA75 27100 ±5795 1. 5 ±1. 8 26900 ±100 1820 ±101. 3 174 ±1. 0 0. 40 ±0. 15 44. 0 ±2. 0 7. 33 ±0. 44
TA100 34300 ±2080 1. 5 ±1. 1 36500 ±1062 1963 ±20. 1 215 ±8. 2 0. 71 ±0. 08 82. 6 ±1. 9 8. 03 ±0. 93
导率为 3. 7 m S·cm - 1 ,盐害不复存在.
3 . 2 　尾矿 ( TA)处理对柱花草的影响
取生长 20 d 柱花草分析发现 ,与 TA0
相比 , TA252TA100 处理中的柱花草均表
现出明显的白化现象 ,反映在叶绿素含量
方面 ,即自 TA02TA100 ,柱花草的叶绿素
含量急剧下降 ,根活力和生物量也呈同样
的下降趋势 (表 3) .
重金属对植物产生毒害的机制非常复杂 ,
它能扰乱植物的各种代谢途径 ,而最明显
的表征则是植物的白化和矮化. Zn、Cu、Ni
和 Cd 都会抑制植物对 Fe 的吸收和转运
而导致白化[11 ] . 本试验中 ,第 20 d 时观察
到尾矿处理引起柱花草明显白化现象 ,可
能与尾矿中含有较高 Zn 和 Cd 有关.
表 3 　生长 20 d的柱花草生物量、根活力和叶绿素含量
Table 3 Root vitality ( OD·g - 1 ,fresh weight) , chlorophyll
contents ( mg·g - 1 ,fresh weihgt) and biomass ( g·pot - 1 ,
dry weihgt) of S. guianensis after 20 days growth
TA0 TA25 TA50 TA75 TA100
根活力 0. 207 3 0. 132 3 0. 085 0. 065 0. 070
Root vitality
叶绿素 0. 521 3 0. 336 3 0. 237 0. 254 0. 235
Chlorophyll
生物量 0. 428 3 0. 280 3 0. 170 3 0. 116 0. 104
Biomass3 与 TA100 相比有显著差异 , T 检验 ,P < 0. 05. Signifi2
cantly difference from values at TA100 at 5 % level accord2
ing to T2test .
3 . 3 　尾矿及施肥处理对生长 90 d 柱花草
的影响
从图 1 可见 ,除 TA0 和 TA25 2 个处
理的生物量显著高于其它处理 ( P < 0. 05)
外 , TA50、TA75 和 TA100 的生物量都很
低 ,且相互间无显著差异. 25 % ( TA25) 的
尾矿砂便可显著抑制柱花草的生长 ,而
50 %( TA50) 的尾矿砂已经完全抑制柱花
草生长. 由于 50 %尾矿砂已不存在盐害
(表 2) ,且尾矿处理组多次施用无机肥 ,可
见主要是重金属的毒害抑制柱花草生长.
根冠比的情况与生物量相反 , TA0 和
图 1 　尾矿处理对格拉姆柱花草生物量的影响 (第 90 d)
Fig. 1 Effects of tailings treatments on the biomass of S .
guianensis after 90 days growth.
不同字母表示处理间在 5 %水平有显著差异 (LSD 检
验) Different letters show a significant difference at 5 %
level according to LSD test . Ⅰ. 总量 Total , Ⅱ. 地上部分
Shoot , Ⅲ. 根 Root . 下同 The same below.
613 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　8 卷
图 2 　尾矿处理对格拉姆柱花草根冠比的影响
Fig. 2 Effects of tailings treatments on the root/ shoot ratio
of S . guianensis .
TA25 的根冠比最低 , TA100 的根冠比值
最高 (图 2) . 这可能与重金属影响植物的
水分生理从而提高了它的根冠比. TA0 和
TA25 两重处理的根冠比低于其它处理
(图 2) ,可能是重金属处理影响了植物对
营养元素和水分的吸收所致 ,作为补偿 ,其
根部获得相对较多的生长[5 ,13 ] .
　　施肥对柱花草生物量及根冠比均无显
著影响 ,可见本实验施用无机肥对柱花草
的生长没有明显的促进作用 (表 4) .
　　Gemmel 曾指出[12 ] ,废弃物如果存在
有不利的 p H 条件、盐浓度或者高浓度毒
表 4 　施用无机肥对柱花草生长的影响
Table 4 Effects of inorganic fertilizer on S. gguianensis
growth
F0 F1/ 1 F1/ 5 F0. 5/ 1 F0. 5/ 5
Ⅰ 0. 56 0. 53 0. 51 0. 56 0. 55
Ⅱ 44 43 34 37 38
Ⅰ.生物量 Biomass (Dry weight , g·pot - 1) , Ⅱ. 根冠比
Root/ shoot ration ( %) . 下同 The same below.
性金属离子 ,那么 ,即使对废弃物添加各种
主要养分 (N、P、K) 也不能促进植物生长.
在这种情况下 ,缺乏主要养分不过占次要
地位 ,只有这些有毒因素被排除后 ,植物生
长才能获得明显的效果. 本研究表明 ,铅锌
尾矿施用无机肥无助于柱花草的生长 ,可
能与重金属毒害使植物根吸收能力遭到破
坏有关. 本试验中仅在尾矿中生长 20 d ,柱
花草的根活力便受严重抑制 (表3) ,从而
表 5 　重金属含量与柱花草生物量 ,根冠比的相关系数
Table 5 Correlation coeff icent bet ween heavy metals and biomass and root/ shoot ratio of S. gguianensis
总　Pb
Total Pb
总 Zn
Total Zn
总 Cu
Total Cu
总 Cd
Total Cd
有效 Pb
Available Pb
有效 Zn
Available Zn
有效 Cu
Available Cu
有效 Cd
Available Cd
Ⅰ - 0. 65 - 0. 84 3 - 0. 73 - 0. 71 0. 95 3 - 0. 92 3 0. 77 - 0. 96 3
Ⅱ 0. 93 3 0. 97 3 0. 94 3 0. 87 3 - 0. 79 0. 85 3 - 0. 01 0. 763 p < 0. 05.
无法利用基质中的营养元素[9 ] .
3 . 4 　生物量、根冠比与重金属含量的相关
分析
尾矿处理组生长 90 d 柱花草的生物
量、根冠比与重金属的相关系数列于表 5.
生物量与总 Zn、有效 Zn 和 Cd 呈显著负相
关 ,总量的重金属和有效态 Zn 都和根冠
比呈显著正相关. 可见 Zn 和 Cd 尤其是有
效态 Zn 和 Cd 在抑制柱花草生长方面起
着很大作用.
3 . 5 　冲积区群落盖度与基质的关系
由表 6 可见 ,随着土层厚度的增加 ,群
落盖度也随之增大. 进一步分析表明 ,群落
图 3 　土壤 N、P、K含量与植被盖度的关系
Fig. 3 Relationship between N ,P and K contents in soil and
plant coverage.
Ⅰ. 盖度 Coverage ( %) , Ⅱ. 总 N Total N ( % , ×1000) ,
Ⅲ.总 P Total P ( % , ×200) , Ⅳ. 总 K Total K ( % , ×
30) .
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图 4 　土壤有效 Zn、Cd 含量与植被盖度的关系
Fig. 4 Relationship between available Zn and Cd contents in
soil and plant coverage.
Ⅰ.盖度 Coverage ( %) , Ⅱ. 有效 Zn Available Zn ( mg·
kg - 1 , ÷20) , Ⅲ. 有效 Cd Available Cd (mg·kg - 1 , ×20) .
盖度与基质中营养元素含量联系并不大
(图 3) . 反之 ,与土壤中的有效态 Zn 和 Cd
却呈显著负相关 (图 4) ,有效态 Zn 和 Cd
仍然是冲积土上植物定居的限制因子 ,这
与栽培试验的结果一致 ,冲积土中的重金
属主要来自于因毛细管效应引起的重金属
可由底部的尾矿向上迁移所致[10 ] .
表 6 　冲积处各样方的土壤化学性质及群落盖度
Table 6 Chemical properties of soil and community cover2
age of a erosion area
样方号 Plot number
1 2 3 4 5
土壤厚度1) 20 15 12 8 2
p H 7. 4 8. 1 8. 1 7. 9 8. 2
有机质2) 1. 53 3. 41 0. 08 2. 05 1. 48
总 N3) 0. 003 0. 009 0. 012 0. 048 0. 005
总 P4) 0. 27 0. 11 0. 12 0. 30 0. 09
有效 P5) 35. 1 29. 3 0. 00 0. 00 0. 00
总 K6) 1. 10 1. 69 1. 98 2. 22 1. 16
速效 K7) 40 40 20 40 40
有效 Cu8) 9. 50 7. 15 4. 20 15. 3 6. 25
有效 Cd9) 0. 55 1. 25 0. 50 3. 20 4. 50
有效 Zn10) 126. 3 404. 0 429. 3 767. 5 1212. 0
有效 Pb11) 115. 0 204. 3 59. 5 208. 9 221. 4
盖 度 12) 80 40 20 〈5 0
1) Depth of soil (cm) ,2) Organic carbon ( %) ,3) Total N
( %) ,4) Total P ( %) ,5) Available P (mg·kg - 1) ,6) Total
K( %) ,7) Available K ( mg·kg - 1) ,8) Available Cu ( mg·
kg - 1) ,9) Availble Cd ( mg·kg - 1) ,10) Available Zn ( mg·
kg - 1) ,11) Available Pb (mg·kg - 1) ,12) Coverage ( %) .
4 　结 　　论
4 . 1 　尾矿的重金属毒性 ,尤其是有效态
Zn 和 Cd 的毒性是凡口铅锌尾矿影响植物
定居的限制因子. 极端贫瘠是影响植物定
居的另一重要因素.
4 . 2 　重金属毒性破坏植物的根系活力 ,从
而抑制植物对无机养分的吸收和利用. 在
重金属毒性存在的情况下 ,施用无机肥无
助于植物在铅锌尾矿上的生长. 重金属毒
性还导致了植物的白化症状 ,影响植物的
光合能力.
4 . 3 　尾矿的重金属毒性抑制植物在尾矿
上的生长 ,但同时提高了植物根冠比. 植物
根冠比的提高可能是植物对由重金属毒性
导致的养分和水分胁迫一种适应方式.
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