長江中下游銅礦區(qū)植被組成及植物銅含量

摘要：對長江中下游的４個大型銅礦區(qū)（湖北銅綠山古銅礦區(qū)、湖北銅山口銅礦區(qū)、安徽銅官山銅礦區(qū)和江蘇伏牛山銅礦區(qū)）進行了土壤和植被調(diào)查。結(jié)果表明，各礦區(qū)土壤中含銅量極高，平均值范圍為３ ８１０～８ ６３３ ｍｇ／ｋｇ，高銅可能是限制植物定居的因素。４個礦區(qū)均形成了以草本植物為主體的良好植被，調(diào)查共記錄高等植物種６７種，隸屬２７科６０屬，共有的優(yōu)勢種包括海洲香薷、蠅子草、鴨跖草、頭花蓼。４種優(yōu)勢植物的分布、植物體內(nèi)銅含量與土壤中銅含量有一定的相關(guān)性，表明它們都有一定的銅指示作用，并且這些植物的單優(yōu)群落或者它們的集合具有更高的指示價值。綜合植物體銅含量及其對應(yīng)土壤中的銅含量，認為海洲香薷、鴨跖草、蠅子草、頭花蓼４個共有優(yōu)勢種以及酸模葉蓼、濱蒿、蚤綴、瞿麥等都是銅耐性植物，特別是前４種，即４個礦區(qū)所共有的優(yōu)勢植物種群更適于銅污染土壤的植被重建和植物修復(fù)。

關(guān)鍵詞：植被；銅礦區(qū)；耐性；長江中下游

中圖分類號：Ｑ９４８．１５＋３；Ｘ５３ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０12）02－0250-05

Vegetation Composition and Plant Cu Content in Copper Ore District along

Middle-lower-Yangtze River

ＰＥＮＧ Ｘｉａｏ－ｃｈｕｎ，ＹＡＮＧ Ｂｉｎｇ，ＤＯＮＧ Ｊｉａ－ｈｕａ，ＣＨＥＮ Ｚｈｉ－ｌｉａｎｇ，ＷＵ Ｙａｎ－ｙｕ

（Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６５５，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｆｉｅｌｄ ｓｕｒｖｅｙ ｉｎ ｆｏｕｒ ｌａｒｇｅ cｏｐｐｅｒ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａｓ（Ｔｏｎｇｌｕｓｈａｎ ａｎｄ Ｔｏｎｇｓｈａｎｋｏｕ ｉｎ Ｈｕｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ， Ｔｏｎｇｇｕａｎｓｈａｎ ｉｎ Ａｎｈｕｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ， ａｎｄ Ｆｕｎｉｕｓｈａｎ ｉｎ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ） ａｌｏｎｇ ｍｉｄｄｌｅ－ｌｏｗｅｒ－ Ｙａｎｇｔｚｅ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔｏ ｆｉｎｄ Ｃｕ－ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｏｒ Ｃｕ－ｔｏｌｅｒａｎｔ ｐｌａｎｔｓ． Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｃｏｎｔａｉｎｅｄ ｓｋｙ－ｈｉｇｈ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｕ ｒａｎｇｉｎｇ ｆｒｏｍ ３ １８０～８ ６３３ ｍｇ／ｋｇ． Ｔｈｅ ｐｈｙｔｏｔｏｘｉｃｉｔｙ ｏｆ Ｃｕ ｍｉｇｈｔ ｂｅ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ ｆｏｒ ｐｌａｎｔｓ ｎａｔｕｒａｌ ｃｏｌｏｎｉｚａｔｉｏｎ． Ａ ｔｏｔａｌ ｏｆ ６７ ｓｐｅｃｉｅｓ ｂｅｌｏｎｇｉｎｇ ｔｏ ６０ ｇｅｎｅｒａ ａｎｄ ２７ ｆａｍｉｌｉｅｓ ｗｅｒｅ ｆｏｕｎｄ ｇｒｏｗｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａｓ， ｗｈｅｒｅ ｔｈｅ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｓｐｅｃｉｅｓ ｉｎｃｌｕｄｅｄ Ｅｌｓｈｏｌｔｚｉａ ｈａｉｃｈｏｗｅｎｓｉｓ， Ｓｉｌｅｎｅ ｆｏｒｔｕｎｅｉ， Ｃｏｍｍｅｌｉｎａ ｃｏｍｍｕｎｉｓ， ａｎｄ Ｐｏｌｙｇｏｎｕｍ ｃａｐｉｔａｔｕｍ． Ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｃｅｒｔａｉｎ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ， Ｃｕ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｓｐｅｃｉｅｓ ａｎｄ Ｃｕ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｓｏｉｌ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｓｐｅｃｉｅｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ Ｐｔｅｒｉｓ ｈｙｄｒｏｐｉｐｅｒ， Ａｒｔｅｍｉｓｉａ ａｎｎｕａ， Ｄｉａｎｔｈｕｓ ｓｕｐｅｒｂｕｓ， ａｎｄ Ａｒｅｎａｒｉａ ｓｐ．， ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｓｐｅｃｉｅｓ ｗｅｒｅ Ｃｕ－ｔｏｌｅｒａｎｔ ｐｌａｎｔｓ． Ｔｈｅ ｓｈａｒｅｄ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｓｐｅｃｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ４ ｍｉｎｉｎｇ ｚｏｎｅ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｕ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｆｌｏｒａ； ｃｏｐｐｅｒ mining area； ｔｏｌｅｒａｎｃｅ； ｍｉｄｄｌｅ ｌｏｗｅｒ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ

銅是植物必需的微量元素之一，但土壤銅含量高于某一臨界值時，就會對植物生長產(chǎn)生一定的毒害作用［１］。隨著土壤污染的日益嚴重，土壤銅污染的植物效應(yīng)已引起了廣泛關(guān)注［２］。某些生長于受重金屬嚴重污染的土壤或者是富含重金屬區(qū)域的植物往往對重金屬具有極強的耐性，這些植物即耐性植物（Mｅｔａｌ－ｔｏｌｅｒａｎｔ ｐｌａｎｔ）、重金屬富集植物（Hｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ）和指示植物（Iｎｄｉｃａｔｏｒ），它們在重金屬污染土地的植被重建和植物修復(fù)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用［３］，同時在進化、遺傳、生理領(lǐng)域也有著重要的研究價值［４］。從２０世紀５０年代起，一些學者就對長江流域某些銅礦區(qū)的植被進行過生態(tài)調(diào)查，主要目的是發(fā)現(xiàn)銅礦指示植物，但多個處于相同氣候帶的銅礦區(qū)植被之間的關(guān)系的系統(tǒng)性研究仍是空白［５，６］。因此，本研究于２００８年７月對長江中下游４個銅礦區(qū)進行了一次較為詳盡的植被調(diào)查，其目的在于了解長江中下游銅異常礦區(qū)的自然植被的組成及分布規(guī)律，以及分析植被與土壤中銅含量的關(guān)系，以期發(fā)現(xiàn)可能適合于重金屬污染地區(qū)植物修復(fù)的耐性或富集植物。

１ 材料與方法

１．１ 研究地點

研究選取的４個銅礦區(qū)分別為湖北銅綠山古銅礦區(qū)和銅山口銅礦區(qū)、安徽銅官山銅礦區(qū)、江蘇伏牛山銅礦區(qū)，分別簡稱銅綠山、銅山口、銅官山和伏牛山。它們都處于長江中下游流域，屬亞熱帶氣候。銅綠山古銅礦區(qū)位于湖北省黃石市大冶縣西南３ ｋｍ左右，地表遺存的古代冶煉渣在４.0×１０５ ｔ以上，分布范圍約２ ｋｍ２。遺址內(nèi)遺存的古代煉渣呈薄片狀，流動性能良好。在雨季，渣堆因綠色的銅綠析出，故稱銅綠山［７］。銅山口銅礦區(qū)也是古銅礦區(qū)，位于大冶縣西南１８ ｋｍ處，分布范圍３ ｋｍ２，礦區(qū)內(nèi)有２０多處采掘遺址和大片爐渣。銅官山銅礦區(qū)位于銅陵市偏西直距７ ｋｍ，累計探明銅儲量已逾１．５×１０６ ｔ，分布范圍極廣［８］。伏牛山銅礦區(qū)位于江蘇省江寧縣東北２７ ｋｍ處，西距南京２６ ｋｍ，分布范圍８ ｋｍ２。

１．２ 研究材料

對選定的４個礦區(qū)進行了較為詳盡的生態(tài)調(diào)查。采集礦區(qū)內(nèi)的植物（包括根）及對應(yīng)的土壤（０～２０ ｃｍ），每個樣品３次重復(fù)。植物采集過程中記錄了所有自然定居的高等植物，植物的優(yōu)勢度按目測估計，分為５級［９］：1.極少；2.稀少；3.不常見；4.豐富；5.極豐富。

１．３ 植物銅含量分析

將植物用去離子水洗凈，烘箱中８０ ℃干燥至恒重，分為地上部分和地下部分（或莖、葉、根），磨碎，ＨＣｌ＋ＨＮＯ３消化，定容，保存。原子吸收法（ＡＡＳ）測定植物中銅含量［１０］。

１．４ 土壤銅含量分析

土壤樣品風干，磨碎，過２００目篩，ＨＮＯ３＋ＨＣｌ＋ＨＣｌＯ４消化，定容，保存。原子吸收法（ＡＡＳ）測定土壤中銅含量［１０］。

２ 結(jié)果與分析

２．１ 土壤中的銅含量

調(diào)查的４個銅礦區(qū)土壤中的銅含量都極高，平均值為３ ８１０～８ ６３３ ｍｇ／ｋｇ（表１），表現(xiàn)為銅綠山＞銅山口＞伏牛山＞銅官山。銅綠山土壤銅含量變化最大，為５８２～１８ ７５５ ｍｇ／ｋｇ。

２．２ 植物種類組成

４個礦區(qū)現(xiàn)已形成了以草本植物為主體的良好植被。本次調(diào)查共記錄高等植物種６７種，隸屬２７科６０屬，豆科、禾本科和菊科植物較多。共有的優(yōu)勢種包括海州香薷、蠅子草、鴨跖草、頭花蓼，海州香薷和蠅子草的優(yōu)勢度最高。銅礦區(qū)的植物群落明顯不同于正常生態(tài)環(huán)境中的植物群落，并且不同礦區(qū)的植被形態(tài)和植物種類也存在較大區(qū)別（表２）。

１）銅綠山冶煉渣已堆存３ ０００余年，所形成的良好植被總投影蓋度在８０％左右，但種群組成較為單純。本次調(diào)查共記錄１５科２５屬共３２種高等植物，主要以草本植物為主，喬木只有一種，即木犀科的女貞。優(yōu)勢種植物包括：海州香薷、蠅子草、頭花蓼、鴨跖草、白茅、狗尾草和濱蒿。

２）銅山口除草本植物為主體植被外，木本的植物也有一定分布，禾本科植物成為絕對的優(yōu)勢種。共記錄到３９種高等植物，隸屬２０科３４屬，其中豆科８種，禾本科６種，菊科４種，蓼科４種。優(yōu)勢種還包括：海州香薷、蠅子草、鴨跖草、頭花蓼、水蓼、酸模葉蓼。

３）銅官山木本植物分布比較廣泛，有５種木本植物。此次調(diào)查共記錄了３０種高等植物，隸屬１４科２７屬，其中禾本科７種，豆科６種，菊科３種，蓼科3種。優(yōu)勢種包括：海州香薷、鴨跖草、蠅子草、頭花蓼、芒。

４）伏牛山多數(shù)植物生長狀況不良，植株矮小。調(diào)查共記錄了３５種高等植物，隸屬１７科２８屬，與其他礦區(qū)不同的是石竹科植物瞿麥、蠅子草、蚤綴優(yōu)勢度較高，其他優(yōu)勢種還有海州香薷、鴨跖草、頭花蓼和飯包草。

３．３ 植物體內(nèi)的銅含量

３．３．１ ４個礦區(qū)植物體內(nèi)的銅含量 由表3可知，４個礦區(qū)無一例外地表現(xiàn)為鴨跖草地上部分和根內(nèi)的銅含量最高，其可能是礦業(yè)廢棄地自然定居的先鋒植物，其中銅綠山鴨跖草地上部分和根部的銅平均含量分別達到１ ０３４．２和１ ２２４．０ ｍｇ／ｋｇ，遠遠高于其他植物，表現(xiàn)為能選擇性富集銅元素。海州香薷、蠅子草、頭花蓼、酸模葉蓼、瞿麥、蚤綴、狗尾草、鐮羽貫眾、劍葉鳳尾蕨、井邊蘭草、濱蒿等的地上部分銅含量都大大超出了植物體內(nèi)的正常含銅量，證實這幾種植物具有較高的銅耐性。然而銅山口礦區(qū)優(yōu)勢度較高的豆科植物山合歡、豬屎豆體內(nèi)的銅含量并不高，這可能與豆科植物能形成根瘤而緩解土壤中高銅的壓力有關(guān)。

同一植物不同部位對銅的吸收不同，這是由于各類器官的結(jié)構(gòu)和功能不同，與重金屬環(huán)境接觸的時間及接觸面積的大小也不同［１1］。此次調(diào)查的植物體內(nèi)重金屬銅主要積累于根部，表現(xiàn)為根＞葉＞莖。葉子中的重金屬含量一般要高于莖，這可能也是植物耐重金屬的一種對策，因為可以通過落葉而將重金屬排出體外［６］。

３．３．２ ４種優(yōu)勢植物體內(nèi)銅含量和土壤銅含量的關(guān)系 ４個礦區(qū)共有且優(yōu)勢度高的４種植物體內(nèi)銅含量和土壤中銅含量的分析結(jié)果見表３。大體上看，銅綠山的植物含銅量最大，這可能與銅綠山的土壤含銅量最高有關(guān)。就海州香薷而言，４個礦區(qū)土壤銅含量的高低次序為伏牛山＞銅綠山＞銅官山＞銅山口，同時海州香薷莖和根的銅含量的高低次序也為伏牛山＞銅綠山＞銅官山＞銅山口。海州香薷體內(nèi)銅含量與土壤銅含量呈現(xiàn)正相關(guān)，這一點在根部表現(xiàn)得尤為突出。其他３種優(yōu)勢植物銅含量與土壤銅含量之間的正相關(guān)并不明顯。以上結(jié)果表明，礦區(qū)所共有的４種優(yōu)勢植物盡管都是銅的耐性植物，但除海州香薷，其余３種植物的存在并不能直接反映出土壤中銅含量的高低，需要進一步的試驗分析。

４ 小結(jié)與討論

野外調(diào)查證實，土壤中總銅含量達到１５０～４００ ｍｇ／ｋｇ就會對植物產(chǎn)生毒害［１２］。本調(diào)查結(jié)果表明，４個礦區(qū)土壤的含銅量都遠高于對植物的銅毒性閾值，因此，能在這些區(qū)域自然定居的植物，一般都具有很高的耐銅能力，有些甚至成為銅超富集植物。以草本植物為優(yōu)勢植物是金屬礦業(yè)廢棄地植被的共同特征。調(diào)查的所有礦區(qū)主體植被都是草本植物，而且多是一年生的草本植物。這可能是與草本植物相對較易形成重金屬耐性有關(guān)［１3］。研究的４個礦區(qū)均廣泛分布的海州香薷、鴨跖草、蠅子草、頭花蓼再次被證明對銅礦具有較好的指示作用［５，１4，１5］。不過，這些植物并非是局限于銅異常區(qū)的特有種，因此這些植物的單優(yōu)群落或這些植物的集合可能具有更好的指示價值［６］。值得注意的是，禾本科植物廣泛分布，可能是由于其種子具有較強的傳播能力，而且植物本身也有較強、較廣的適應(yīng)性。

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