太湖滩涂造林树种水松对重金属富集作用初步研究

刘 军，刘云鹏，孙春刚，范晨昕

(1.苏州市吴江区林业站，江苏 苏州 215200;2.江苏省林业科学研究院，江苏 南京 211153)

太湖是我国第3大淡水湖，地处经济发达的沪、宁、杭三角带中心。近年来，随着工业经济迅速发展，太湖水污染日趋严重，已对沿湖各市经济发展、生态文明和人民生活及身体健康造成了严重影响［1-5］。其中重金属污染物，因不能被生物降解、残留时间长和通过食物链富集等特性，受到越来越多的关注［6-8］。人们比较偏向于认为太湖流域的污染主要为有机污染，但据近2 a监测结果表明，太湖流域的重金属污染也很严重。主要包括:汞、铬、镉、铅、锌、镍、铜、钴、锰、钛、钒、钼、锑、铋等，特别是前几种危害更大。传统的重金属处理方法，如物理、化学方法，都存在价格昂贵、易造成2次污染等缺陷。植物修复是直接利用植物把受污染土壤或地下水中的污染物(重金属、有机污染物等)移除、分解或围堵的过程［9-11］。目前普遍认为利用植物修复的方法来清除受重金属污染的土地，是一种较便宜且方便的做法。

水松(Glyptostrobus pensilis Staunt.Koch)属杉科水松属落叶或半落叶乔木，该属仅此1种，是世界孑遗植物，中国特有树种。水松极耐水湿，多生于河流2岸、堤围及田埂上，在潮水线上15～30 cm的立地上生长最好。长期浸淹在水中时树干基部会膨大，形态奇异，可成片种植于湿地或沼泽地供观赏。其对土壤的适应性较强，能耐盐碱土;在中性或微碱性(pH 7～8)、有机质含量高的冲积土上生长最好。在华南地区适宜的立地生长颇快，10年生平均树高9.5 m，胸径16 cm。

本研究以环太湖造林树种水松为材料，探讨水松植株对 Cu、Pb、Cr、Ni、Zn 等重金属元素的吸收和富集情况，旨在为环太湖滩涂湿地造林和重金属污染土壤修复提供基础资料。

1 材料与方法

1.1 材料来源

1.1.1 器官样品 在吴江市环太湖滩地造林区，选择8年生水松植株6株，分别取其根、主干、枝条、叶片若干，装入保鲜袋备用。样品用自来水、去离子水冲洗干净，放入恒温烘箱烘干(80℃，16 h左右)。

1.1.2 土壤样品 在水松造林区域设3个分样点，采土深度为0～20 cm，采集后将3个分样点的样品均匀混合。样品放入110℃的恒温烘箱中烘干，并过1 mm不锈钢筛网，装入密封袋中保存备用。

1.2 检测方法

所有样品按照 GB/T 5009.14-2003、GB/T 5009.138-2003、GB/T 5009.90-2003、GB/T 17138-1997中的规定，进行预处理和含量测定。采用AA240FGS-GTA原子吸收分光光度计分析铅(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)、锌(Zn)、锰(Mn)、镍(Ni)和铬(Cr)含量，用AFS-830原子荧光光度计分析砷(As)和汞(Hg)含量。

2 结果与分析

2.1 太湖滩涂造林区重金属污染

土壤单项污染指数=土壤污染物实测值/污染物质量标准;土壤综合污染指数={［(平均单项污染指数)2+(最大单项污染指数)2］/2}1/2。

表1 太湖滩地造林区域土壤重金属含量和污染指标

对太湖滩涂造林区域多点采样土壤分析结果显示，各指标均在标准值以内，单项污染指数也在0.032～0.42之间，即Zn、Cu、Pb等8个重金属在该区域未带来明显的污染。土壤的综合污染指数为0.54＜0.7，根据土壤质量分析标准，该地区的土壤尚未受到污染(见表1)。

2.2 水松不同器官重金属含量与分布

土壤重金属是随植物根系吸收作用进入植物体内并运转到植株的不同器官内。一般情况下，植物根部重金属含量高于地上部分，但有些转运能力较强的植物，其地上部分器官内重金属含量更高，可以作为富集型植物来进行土壤修复。本研究对水松不同部位器官内重金属含量的测定分析显示(见表2):(1)水松不同器官内重金属含量显著不同，除Cd外大致呈根部和叶片中重金属含量较高，主干和侧枝内含量偏低的规律。Zn、Cu、Hg、As 4种重金属在植株不同器官内的分布规律为:叶片＞根部＞侧枝＞主干。而Pb的含量则以侧枝中为最高，其他部位内Pb含量较低。Cd在水松植株内的分布则有别于其他重金属，其含量以根部最高，其次是主干、枝条，叶片中的Cd含量最低。这主要是由于Cd通过影响细胞质膜透性从而影响K、P、Ca等营养元素的吸收，植物根系吸收土壤中的Cd进入细胞内并将Cd2+固定于根细胞壁上的交换位点上，组织了Cd2+转移到地上部分，减少对疏导器官细胞的伤害。(2)水松对Cr、Ni 2种重金属具有一定的抗性。土壤分析结果表明，造林区土壤存在Cr、Ni 2种重金属污染物，其中Cr的单项污染指数超过0.4，而水松除根部、叶片检出低含量的Cr元素外，其他器官均未检出Ni、Cr元素。这说明水松对Cr、Ni有较强的抗性，该抗性以避性(Avoidance)的途径获得。

表2 水松不同器官内重金属的含量

2.3 水松不同器官对重金属的富集系数

富集系数(吸收系数，BCF)是衡量植物对重金属积累能力大小的一个重要指标，它是指植物体内某种重金属含量与土壤中该种重金属含量的比值，富集系数越大，说明富集能力越强。根据表2的检测结果，计算出水松不同器官对Zn、Cu、Hg、As等9种元素的富集系数见表3。检测结果表明:(1)水松对不同重金属的富集作用不同。水松对各重金属的富集系数排序为Cd＞Cu＞Hg＞Zn＞Pb＞Mn＞As＞Cr和Ni。其中对Cd的富集能力最强，平均富集系数为0.424，以根部富集系数最高，达到0.565，并依次沿主干、侧枝、叶部逐步递减。水松对Cu、Hg的也具有一定的富集能力，富集系数在0.3左右。而水松对 Ni、Cr、As、Pb、Zn、Mn 的富集能力较弱，富集系数仅为0～0.165之间。(2)水松不同器官对重金属的富集作用也不同。对Zn、Cu、As、Hg等4种重金属的富集系数为叶片＞根部＞侧枝＞主干;对Pb的富集规律为侧枝＞叶片＞根部＞主干;对Cd元素的富集规律为根部＞主干＞侧枝＞叶片;对Ni和Cr的富集能力最低。

表3 水松不同器官对重金属的富集系数

3 结论与讨论

水松是耐水湿、半常绿性乔木，大枝平展，春叶鲜绿色，入秋后转为红褐色，并有奇特的藤状根，具有较高的观赏价值，最宜于太湖滩地湿地等低湿地成片造林中使用，即可形成良好的景观环境又能固堤、护岸、防风。通过对水松不同器官内重金属含量的测定分析表明，水松对重金属具有一定的富集作用，可以作为一种植物修复树种在环太湖易污染区域造林。

(1)不同重金属在水松植株内富集能力不同。不同的重金属元素在土壤——植物系统中的背景值、离子形态、迁移能力、吸附或络合能力及对植物的毒害作用总是不一样的，元素在植株中的质量分数、累积量、分布系数等指标都不能用于不同重金属元素间的相互比较，而富集系数则能够表征土壤——植物系统中不同重金属迁移能力的大小，是一个表示不同元素间差异的较为合适的指标。对水松组织中重金属分析结果显示，水松对重金属的富集能力顺序为Cd＞Cu＞Hg＞Zn＞Pb＞Mn＞As＞Cr和Ni。其对Cd的富集能力最强，平均富集系数达到0.424，对Cr和Ni则具有一定的抗性，它们在不同器官中的含量均较低(低于检出限)。

(2)水松不同器官富集重金属能力不同。由于植物吸收、富集重金属的能力受重金属离子的性质及其在植株体内的化学反应、固定位点等诸多因素的影响，重金属水松植株不同器官中的分布规律也不相同，但基本呈现叶片和根部器官重金属含量高，侧枝主干部位组织含量相对较少的规律。其中水松对Cd的富集规律较为特殊，其呈现从根向枝叶逐步减小的规律，这可能与Cd2+在植株体内的结合位点有关。至于造成水松植株中重金属分布的差异性原因则有待于进一步探究。

(3)评价植物对重金属的富集能力也受植物生长量、利用方式等因素的影响。水松作为半常绿的乔木树种，其生长量较大、成材后可整株砍伐使用，固定在器官内的重金属不易回流到土壤中，因此，是较为合理的植物修复方式。但针对不同部位总的重金属累积量问题，由于未做解析木分析，仍需要进一步深入研究。

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