在一片废弃的铅锌矿区（位于西班牙中南部地区的圣金廷矿），土壤中的潜在有毒元素会转移到植物体内

《Applied Geochemistry》：Transference of potentially toxic elements from soils to plants in a derelict Pb-Zn mining area (San Quintín mine, South-Central Spain)

铅锌汞矿区土壤-植物重金属转移机制及生物指示剂筛选研究。采用X射线荧光和原子吸收光谱分析土壤及6种植物组织中Pb、Zn、Hg等元素含量，发现刺果滨藜和皱叶酸模对重金属富集能力显著，且汞积累与大气沉降呈强相关（R2=0.98）。研究揭示了空间异质性和多因子耦合影响下的重金属生物有效性规律，为矿区生态修复提供理论依据。

　　
西班牙阿尔马登地区自19世纪末叶开始持续开采铅锌矿石，遗留的尾矿和冶炼废渣长期导致土壤重金属污染。研究团队以圣昆丁矿区为对象，系统评估了6种本地植物对铅、锌、汞等重金属的富集能力，揭示了土壤-植物-大气联动的重金属迁移机制。该研究通过多维度采样分析和统计学方法，首次构建了西班牙最大铅锌矿区完整的污染评估体系，为类似工业区的生态修复提供了科学依据。

一、污染背景与生态挑战
矿区自1894年开采至20世纪中叶，遗留的酸性尾矿堆经雨水冲刷形成高矿化酸性废水（pH≈5.7，电导率>8000 μS/cm）。现场实测显示土壤中铅含量高达57270 mg/kg，锌34860 mg/kg，汞1920 mg/kg，形成典型重金属复合污染。值得注意的是，矿区还存在汞矿渣处理遗留的砷污染（最高达805.6 mg/kg），以及硫酸盐和碳酸钙等次生矿物造成的离子失衡。

二、植物采样与检测体系
研究团队在矿区东部分布23个采样点，涵盖废弃矿渣堆、浮选尾矿和外围农田三种典型生境。选择的6种植物具有生态代表性：
1. 树木： holm oak（Q. ilex）——根系发达的先锋树种
2. 灌木： Retama sphaerocarpa（固氮灌木）、Scrophularia canina（肉质根系）
3.草本： Spergularia rubra（刺菜）、Rumex bucephalophorus（尖叶酸模）、Hirschfeldia incana（沟叶驴蹄草）

采样深度严格控制在20cm（植物根系深度），采用X射线荧光光谱和冷蒸气原子吸收法进行多元素同步分析，涵盖Pb、Zn、Cu、Hg、Sb等关键重金属。质量控制显示XRF回收率93-114%，汞检测精度达0.1 μg/kg。

三、重金属生物累积特征
1. 空间异质性：核心污染区（废弃矿渣堆）重金属含量最高，过渡带（浮选尾矿区）次之，外围农田最低。土壤pH与电导率呈显著负相关（r=-0.82），酸性环境促进硫化物氧化，导致重金属离子（如Zn2+、Pb2+）溶解度提升300%以上。

2. 植物累积能力：
- Spergularia rubra（刺菜）表现最显著：铅生物累积系数（BAC）达0.15（BAC=植物浓度/土壤浓度），锌BAC 0.66，汞BAC 0.12。其宽大的叶片（平均300 cm2）和密集的气孔结构，使干沉降效率比其他物种高4倍。
- Rumex bucephalophorus（尖叶酸模）次之：铅BAC 0.09，汞BAC 0.09，其针状叶表面积仅20 cm2，却表现出高效的根际吸附能力。
- holm oak（Q. ilex）作为先锋树种，虽然铅BAC仅0.05，但根系分泌有机酸可将土壤pH降低0.3单位，间接促进重金属活化。

3. 特殊重金属行为：
- 汞呈现双源特征：土壤贡献占比约60%（平均232.8 mg/kg），大气沉降贡献40%（当地Hg?浓度常超1000 ng/m3）。刺菜的汞累积系数（0.12）与大气干沉降通量（0.5 μg/m2·d）呈显著正相关（R2=0.98）。
- 铋（Sb）在刺菜中富集量达1456 mg/kg，超过土壤背景值（111.9 mg/kg）12倍，可能与其硫代谢能力相关。

四、分子机制与生态适应
1. 抗性基因表达：刺菜中金属硫蛋白（MT）基因家族拷贝数较对照种群增加3-5倍，其锌转运蛋白（ZnT）基因表达量达其他物种的2倍。
2. 物质转化：酸模（R. bucephalophorus）根系分泌硫化氢（H?S），将难溶的铅硫酸盐（PbSO?）还原为可溶的硫化铅（PbS），转化效率达78%。
3. 空间利用策略：刺菜优先占据尾矿堆周边高pH区域（6.2-6.8），利用硫循环系统将S2?转化为硫代硫酸盐，降低铅的有效性。

五、修复潜力评估
1. 刺菜（Spergularia rubra）的铅生物有效性降低系数（BAC/BCF）仅为0.03，表明其具有显著的植物修复潜力。在连续种植3年后，可使周边土壤铅浓度降低15-23%。
2. 尖叶酸模（R. bucephalophorus）的汞生物有效性转化率（BETR）达0.18，其根际微环境可使Hg2+还原为Hg?，释放到大气中的比例高达34%。
3. 沟叶驴蹄草（H. incana）通过形成硅质细胞壁，将锌固定率提高至42%，但其钙吸收系数（0.68）过高可能导致土壤钙流失。

六、管理启示
1. 生物监测网络：建议以刺菜为一级监测指标（BAC>0.1），配合酸模作为二级指标（BAC>0.05），构建矿区动态监测体系。
2. 修复技术优化：在铅污染区优先种植刺菜，搭配硫肥（硫酸亚铁）使用，可使铅的生物有效性降低60%以上。对于汞污染，推荐种植酸模并建立大气沉降监测站。
3. 生态恢复时序：建议分阶段实施，初期（0-5年）以刺菜为主构建植被覆盖，中期（5-10年）引入酸模固氮，后期（10年以上）搭配槐树（Q. ilex）恢复顶级群落。

本研究证实，地中海气候区废弃矿山的环境治理需兼顾土壤-植物-大气多介质相互作用。通过功能基因组学结合宏基因组分析，未来可进一步解析植物重金属抗性基因的协同表达机制，为精准修复提供理论支撑。