哈尔滨市7种人工林重金属累积特征*

薛佳梦高　禾祝　宁孙慧珍**

（1.黑龙江省环境科学研究院，哈尔滨　150056；2.东北林业大学生态研究中心，黑龙江　哈尔滨　150040）



哈尔滨市7种人工林重金属累积特征*

薛佳梦1高禾2祝宁2孙慧珍2**

（1.黑龙江省环境科学研究院，哈尔滨150056；2.东北林业大学生态研究中心，黑龙江哈尔滨150040）

摘要：以东北林业大学城市林业示范研究基地的兴安落叶松林、樟子松林、黑皮油松林、黄菠罗林、蒙古栎林、水曲柳林和白桦林为研究对象，对树干中Zn、Cu、Pb、Cd、Hg和As 6种重金属累积量进行测定的结果表明，不同人工林对重金属的综合累积能力存在差异，排序结果为：白桦林>兴安落叶松林>水曲柳林>樟子松林>蒙古栎林>黄菠罗林>黑皮油松林。

关键词：城市森林；人工林；环境保护；重金属；累积量

*国家“十一五”林业科技支撑计划项目（2006BAD0306）和黑龙江省高等学校青年学术骨干支持计划项目（1154G50）资助

城市森林在净化城市空气、改善人居环境、促进城市可持续发展等方面具有重要意义。当前，随着城市规模的急剧扩大，污染源逐渐增多，城市环境不断劣化，尤其是城市重金属污染因其易富集、难治理、存留时间长的特点，引起了公众的广泛关注。森林不仅具有吸附污染物质、改善周围环境的生态学作用，而且对重金属的消减作用十分显著，因此，城市森林已成为消减城市重金属污染的重要解决方案。本研究以位于哈尔滨市区核心地带的城市森林——东北林业大学城市林业示范研究基地为研究地区，以7种典型人工林为研究对象，分析不同人工林重金属累积量特征，以期筛选出能够减弱重金属污染、修复城市生态环境的绿化树种。

1　研究地区与研究方法

1.1研究地概况

东北林业大学城市林业示范研究基地位于哈尔滨市中心城区，占地面积约44 hm2，地处松花江第3阶地，属温带季风性气候，夏季温暖湿润，冬季寒冷干燥。年均气温3.5℃，1月均温- 19.2℃，7月均温22.7℃，≥10℃年积温2 757℃。年均降水量534 mm，降水集中在7～8月。年干燥度1.1，年均相对湿度67%。原生植被为沟谷草甸草原，土壤类型为黑土。20世纪50年代栽有兴安落叶松、樟子松、黑皮油松、黄菠罗、蒙古栎、水曲柳和白桦等人工纯林，每个样地面积70 m×70 m，造林方式为小面积纯林块状混交。各人工林基本特征见表1，其中各树种木材密度等数据引自《中国主要木材物理力学性质》一书。

表1　不同类型人工林基本特征

1.2样品采集

由于东北林业大学城市林业示范研究基地严格限伐，项目组仅在兴安落叶松、樟子松、黑皮油松、黄菠罗、蒙古栎、水曲柳和白桦人工林样地的中心位置各选择健康标准木1株，将其伐倒后，截取根茎、胸径、1/2树高和3/4树高圆盘，标记圆盘带回实验室。圆盘经风干、打磨、抛光后，用Windendro年轮扫描系统定年。每个圆盘以髓心为中心，沿东西南北四个方向切下2 cm宽长条，利用不锈钢解剖刀从形成层至髓心依次切取2000～2007年、1990～1999年、1978～1989年、1963～1977年、1959～1962年和1958年之前等多个生长年轮，经过风干、粉碎后混合，形成7件成分均一的实验样品，经105℃烘干恒定质量后放至干燥器中保存。

1.3样品分析

分别选取7种人工林实验样品，每种称取0.25 g后按以下步骤进行试验：（1）将样品置于酸煮洗净的聚四氟乙烯消解罐中，加入5 mL HNO3和1 mLH2O2；（2）虚掩罐盖，置于通风橱中预消解1 h；（3）将消解罐旋紧，放入微波消解仪（MARS5，CEM，USA）消解；（4）样品冷却至常温，将样品转移到PET塑料瓶中；（5）洗涤高压消解罐内罐及盖子3～4次，洗液合并至PET瓶中，定容50 g混匀；（6）通过电感耦合等离子体质谱仪（Agilent 7 500 a，Agilent Technologies Co，USA）测定Zn、Cu、Pb、Cd、Hg和As含量。重复以上步骤，即可得到7种人工林树种重金属的平均含量。

1.4数据计算

数据计算分为三个步骤：（1）通过不同类型人工林蓄积量和木材密度之积，求得人工林木材总质量；（2）通过树干重金属平均含量与木材总量之积，求得不同类型人工林重金属累积量；（3）采用EXCEL2003进行数据整理和分析。

2　结果与分析

根据不同树种树干重金属平均含量（表2），经过计算得到不同类型人工林重金属累积量（表3），经分析发现：

（1）从每种重金属的总累积量角度分析，7种人工林对于Zn的累积量最高，达到3.475 kg/hm2；对于As的累积量最低，仅为0.062 kg/hm2，高低值相差50余倍，平均值为0.899 kg/hm2；7种人工林对于6种重金属的总累积量排序为Zn>Cu>Pb> Cd>Hg>As。

（2）不同人工林对重金属的综合累积能力存在差异，其中，白桦林的综合累积能力最强；黑皮油松林最弱，黄菠罗林与之相近。白桦林、兴安落叶松林的综合累积能力是樟子松林、蒙古栎林的2倍，樟子松林、蒙古栎林的综合累积能力是黄菠罗林、黑皮油松的近2倍。7种人工林的综合累积能力由强到弱排序为：白桦林>兴安落叶松林>水曲柳林>樟子松林>蒙古栎林>黄菠罗林>黑皮油松林。

表2　不同树种树干重金属平均含量

表3　不同类型人工林重金属累积量

（3）同一种人工林对6种重金属累积量也存在差异。在兴安落叶松林中，各重金属累积量排序为：Zn>Cu>Pb>Hg>Cd>As；在樟子松林中，各重金属累积量排序为：Zn>Pb>Cu>Cd>Hg>As；在黑皮油松林中，各重金属累积量排序为：Zn>Pb>Cu>Cd> Hg=As；在黄菠罗林中，各重金属累积量排序为：Zn>Cu>Pb>Hg>Cd>As；在蒙古栎林中，各重金属累积量排序为：Zn>Cu>Pb>Hg=As>Cd；在水曲柳林中，Cd和As未检出，各重金属累积量排序为：Zn>Cu>Pb> Hg>Cd=As；在白桦林中，各重金属累积量排序为：Zn>Pb>Cu>Cd=As>Hg。经比对发现，7种人工林对于各种重金属的累积量排序趋于一致，并且存在着Zn、Cu、Pb累积量较高，Hg、As、Cd累积量较低的共性特征。

（4）同一种重金属在不同人工林中的累积量存在差异。Zn在白桦林中检出最多（1.27 kg/hm2），其累积量在不同人工林间的排序为：白桦林>兴安落叶松林>樟子松林>水曲柳林>蒙古栎林>黑皮油松林>黄菠罗林。Cu在水曲柳林中检出最多（0.249 kg/hm2），按累积量排序为：水曲柳林>兴安落叶松林>蒙古栎林>黄菠罗林>白桦林>樟子松林>黑皮油松林。Pb在水曲柳林中检出最多（0.137 kg/hm2），按累积量排序为：水曲柳林>兴安落叶松林>白桦林>蒙古栎林>樟子松林>黄菠罗林>黑皮油松林。Cd在兴安落叶松林中检出最多（0.027 kg/hm2），按累积量排序为：兴安落叶松林>樟子松林>白桦林>蒙古栎林>黑皮油松林>黄菠罗林>水曲柳林。Hg在兴安落叶松林中检出最多（0.041 kg/hm2），按累积量排序为：兴安落叶松林>黄菠罗林=蒙古栎林=水曲柳林>樟子松林>白桦林>黑皮油松林。As在水曲柳林中未检出，在蒙古栎林中检出最多（0.018 kg/hm2），按累积量排序为：蒙古栎林>白桦林>兴安落叶松林>樟子松林>黄菠罗林>黑皮油松林>水曲柳林。

3　讨论

3.1森林可以对周围环境中的重金属进行吸附、累积和转移，但其累积能力因树种、重金属种类不同而存在差异。通过统计7种人工林对6种重金属的累积水平，可以得到以下结论：（1）7种人工林重金属累积量平均值为0.899 kg/hm2，不同林分的重金属吸附能力存在差异，大致可分为3个量级。第一量级为白桦林和兴安落叶林，均为1.0 kg/hm2以上水平；第二量级为水曲柳林、樟子松林和蒙古栎林，分别为0.731 kg/hm2、0.643 kg/hm2和0.569 kg/hm2，均为0.5～1.0 kg/hm2水平；第三量级为黄菠罗和黑皮油松，分别为0.374 kg/hm2和0.346 kg/hm2，均为0.5 kg/hm2以下水平。（2）不同类型人工林具有不同的重金属累积特征。白桦林对Zn的累积能力最强，兴安落叶松林对Cd与Hg的累积能力最强，水曲柳林对Pb和Cu的累积能力最强，蒙古栎林对As的累积能力最强。

3.2有研究表明，对不同地区人工林下0～30cm处土壤重金属综合污染程度进行调查发现，土壤的重金属综合污染程度与人工林的重金属累积量趋于一致。因此，若要充分发挥林木消减环境重金属的作用，应根据不同人工林对重金属的吸纳特性，筛选出适宜修复本区特定污染物的树种，并与抗性强的树种进行合理搭配，进而实现改善城市生态环境、缓解城市污染的目的。

参考文献

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（责任编辑：王岳）

AccumulationCharacteristicsofHeavyMetalsforSevenPlantationsinHarbinCity

XUE Jiameng
（Heilongjiang Institue Enviromental Scicnces, Harbin 150056）

Abstract Taking Larix gmelinii, Pinus sylvestris, Pinus tabulaeformis var. mukdensis, Phellodendron amurense, Quercus mongolica, Fraxinus mandshurica, and Betula platyphylla of Northeast Forestry University's forestry station as the research object, determined the six heavy metals content of Zn, Cu, Pb, Cd, Hg, and As in the tree trunk.The results show that the comprehensive accumulation ability of heavy metals by different plantations is different, the ordering result as: Betula platyphylla>Larix gmelinii >Fraxinus mandshurica >Pinus sylvestris >Quercus mongolica >Phellodendron amurense >Pinus tabulaeformis var. mukdensis.

Key words Urban forestry；Plantations; Heavy metals; Accumulation quantity

收稿日期：2015 - 11 - 02

通讯作者：孙慧珍（1973-），女，副教授、博士，主要从事树木水分生理及城市林业研究。

作者简介：第1薛佳梦（1986-），女，硕士，主要从事生态遥感方向研究。

文章编号：1001 - 9499（2016）01 - 0021 - 03

中图分类号：S718. 55+1. 2

文献标识码：A