工业污染山地植被修复造林树种适应性评价

王 燕，叶思群，刘建潮，苏 艳，何 茜，李吉跃

(1.华南农业大学林学与风景园林学院，广东 广州 510642；2.梅州市梅县区林业局，广东 梅州 514700)

工业污染山地植被修复造林树种适应性评价

王 燕1，叶思群2，刘建潮2，苏 艳1，何 茜1，李吉跃1

(1.华南农业大学林学与风景园林学院，广东 广州 510642；2.梅州市梅县区林业局，广东 梅州 514700)

以广东省梅州市明珠冶炼厂污染山地植被修复的6个乡土树种为研究对象，调查6个树种树木早期生长表现，并采集叶片测定其重金属元素(Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni)含量。结果表明：①6个乡土树种树木早期生长综合表现总体较好，树木成活率、存活率分别达到98%、85%以上，其中，黑木相思和香樟树早期生长表现最佳。②在6个乡土树种中，黧蒴、香樟树对工业污染山地重金属的吸滞能力较强，隶属函数平均值分别为0.76、0.51。③梅州市明珠冶炼厂Zn和Cu污染较为严重，黧蒴对Cu、Zn、Pb、Cr 4种重金属污染的吸附能力都最强，尤其是叶片Cu、Zn含量分别高达16.13、37.66 mg·kg-1。综合树木早期生长情况和植物对工业污染山地重金属的吸滞能力，香樟树和枫香的表现较佳。

工业污染；植被修复；适应性评价；梅县区

工业生产过程中广泛使用重金属元素，工矿企业将未经严格处理的废水直接排放，使得周围的土壤容易富集高含量的有毒重金属[1]。企业排放的烟尘、废气中也含有重金属，并最终通过自然沉降和雨淋沉降进入土壤[2-3]。矿业和工业固体废弃物在堆放或处理过程中，由于日晒、雨淋、水洗等，重金属极易移动，以辐射状、漏斗状向周围土壤扩散[4]。所有重金属对生物都存在潜在的危害[5]，重金属在植物体内的大量积累，不仅严重影响植物本身的生长发育[6]，而且使天然植被受到破坏，并通过食物链危及人类健康[7]。目前，国内外研究的植物修复主要应用于矿区废弃地的生态恢复、富营养化或受污染湖泊的植物修复(主要指非重金属如P、N元素)、农药污染、放射污染及城市垃圾污染等[8]。矿区的植物修复是其中重要的组成部分，尤其在我国，矿区废弃地的植物修复具有重要的现实意义[9]。利用绿色植物来转移、容纳或转化污染物的植物修复技术越来越为人们所重视[10～12]。本研究通过对梅州市明珠冶炼厂污染山地植被修复的6个树种生长指标和叶片重金属元素(Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni)含量进行测定分析，对6个树种的适应性进行评价，筛选出修复效果好、适应性强的乡土树种，为今后梅州市工矿区污染地植被修复提供参考。

1 研究方法

1.1 试验地概况

试验地位于梅州市梅县区雁洋镇对坑村，东经 115°18′—116°56′、北纬23°23′—24°56′。属亚热带季风气候，气候温和，日照充足，热量丰富，雨量充沛，雨热同季。年均气温 21.3 ℃，年均日照时间1874.2 h，年均降水量1528.5 mm，年相对湿度77%，年均无霜期306 d。长期以来，因工业废气排放严重污染试验地的自然环境，致使大面积土壤裸露，植物生长缓慢或死亡。

试验地首先进行全面清理整地，按照株行距2 m×2 m，植穴50 cm×50 cm×40 cm挖穴，然后对土壤进行改良(每穴施放熟石灰250 g、鸡粪肥500 g、钙镁磷肥500 g)。选用6个乡土树种进行造林，分别为黑木相思(Acaciamelanoxylon)、黧蒴(Castanopsisfissa)、香樟(Cinnamomumcamphora)、山杜英(Elaeocarpussylvestris)、红锥(Castanopsishystrix)、枫香(Liquidambarformosana)。整地造林时间为2014年2—5月，各树种均选用2年生苗木，造林面积共计49 hm2。

1.2 研究方法

1.2.1 野外调查方法 分别于2014年11月、2015年4月对试验样地内的造林树种进行生长指标的测定。对样地的每个树种分别设置3个15 m长的样带，每个样带15株树木进行具体的测量与调查。对样地内的树木进行每木调查，包括树木成活率、存活率、树高和冠幅。其中树木成活率是在造林后180 d进行统计，而存活率在1 a后进行统计。

1.2.2 样品采集与处理

1)植物叶片：2015年4月，选择健康、无病虫害的树木进行采样，在树冠外围东、南、西、北方向及上、中、下部位多点采集叶片，大约采集500～800 g。将叶片置于自封袋中，封口并编号，带回实验室。植物叶片先用蒸馏水洗净，放在温度为105 ℃的烘箱中杀青1 h，再在70 ℃温度下烘24 h直至样品全干，最后用粉碎机粉碎，过筛备用。

2)土壤：在每个林带拉一个5 m×10 m的长方形样方，于4个角及中心位置共取5个点，用环刀采集0～20、20～40 cm土层的原状土作为土壤物理性质测定样品；使用多点混合法，采集0～20 cm土层的土壤，将土壤置于自封袋中，封口并编号，带回实验室，土壤样品自然风干，混匀，剔除杂物再过筛，然后用研钵取少量样品进行研磨，最后过0.149 mm尼龙筛，用于土壤化学性质及硫含量、重金属含量测定。

1.2.3 样品测定

1)植物样品用硝酸-高氯酸[13]消化，待测液中重金属(Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni)含量用火焰原子吸收分光光度法(型号：Z-2300)测定[14]。

2)土壤样品用过氧化氢、氢氟酸、硝酸和高氯酸消化[16]，待测液中重金属(Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni)含量用火焰原子吸收分光光度计[15]测定。pH值(水∶土=25∶1)玻璃电极法测定，有机质测定使用高温外热重铬酸钾氧化-容量法，全氮为开氏-蒸馏滴定法，全磷为氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法，全钾为氢氧化钠熔融-火焰原子吸收分光光度计测定，碱解氮为碱解扩散法，有效磷使用盐酸-氟化铵提取-钼锑抗比色法，速效钾使用乙酸铵提取-火焰原子吸收分光光度法[13]。土壤物理性质采用环刀法[17]进行测定。

1.2.4 数据处理与分析 采用Excel 2007、SPSS 19.0进行数据统计，多重比较采用Duncans法，方差分析采用Tukey法。

2 结果与分析

2.1 试验地土壤分析

由表1、表2、表3可知，试验地土壤综合状况为：①田间持水量、毛管持水量和毛管孔隙度均偏低，土壤物理结构不良，持水保肥能力较差；②土壤为弱酸性，适合多数植物生长；③土壤N、P、K含量偏少，且养分不平衡，土壤营养并不是很丰富；④土壤碱解氮、速效钾含量较高，说明近期土壤氮素供应能力较强，土壤肥力高，利于植物生长；⑤除土壤铅和铜含量位于三级标准(农林业生产和植物正常生长的土壤临界值)外，锌、镉、铬、镍含量均位于二级标准[18]，试验地土壤质量基本对环境和植物不造成危害和污染。

表1 试验地土壤物理性质

表2 试验地土壤氮磷钾养分含量

表3 试验地土壤重金属含量 mg·kg-1

2.2 试验地6个造林树木生长表现分析

为研究试验样地不同造林树种的生长表现，对研究区域内6个树种的成活率、存活率、树高、冠幅进行对比，结果见表4。从表4可以看出，2014年11月枫香成活率较低，仅98%；而其余5个树种的成活率均为100%。2015年4月存活率较低的为山杜英、黧蒴，分别为95%、98%。2014年11月调查的树高均值较高的为黑木相思、山杜英，分别为1.78、1.56 m；2015年4月调查的树高均值较高的为黑木相思、枫香、山杜英，其中增值最高的为黧蒴、枫香，分别为0.75、0.43 m。2014年11月冠幅均值表现最好的为黑木相思，达到1.17 m，黧蒴的表现最差，仅0.44 m；2015年4月冠幅均值较高的为黑木相思、枫香，平均冠幅分别为1.59、1.14 m，其余4个树种冠幅均值相当，介于0.78～0.89 m之间，其中，枫香增值达到0.65 m，表现最佳；红锥增值最小，仅为0.24 m。

表4 试验地6个树种生长指标

2.3 试验地6个造林树木生长表现综合评价

树木成活率、存活率、树高均值、冠幅均值都可以直观反映树木的生长表现，而隶属函数值则与这4个指标呈正相关，即隶属函数平均值越大，则代表树木的生长表现越好。对梅州市明珠冶炼厂污染山地试验地的树木成活率、树木存活率、树高均值、冠幅均值进行隶属函数排名，结果见表5。从表5中可知，试验地6个乡土树种树木早期生长综合表现排名顺序为：黑木相思>香樟树>枫香>红锥>黎蒴>山杜英。而香樟树与枫香、黧蒴与红锥的生长指标隶属函数均值差别不大，但与排名第一的黑木相思差别较大，说明黑木相思在试验地早期生长状况最佳。

表5 试验地6个树种生长指标隶属函数值及综合排名

2.4 试验地6个树种Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni含量分析

重金属是指相对密度≥5.0的金属元素，如铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、镉(Cd)、铅(Pb)、汞(Hg)、铬(Cr)、镍(Ni)、钴(Co)等，但有些微量元素则兼具营养元素和污染物双重属性，如Cu、Zn等[19]。由梅州市明珠冶炼厂污染山地试验样地6个乡土树种叶片中铜(Cu)和锌(Zn)的含量(图1、图2)可知：不同树种对Cu和Zn的吸收能力不同，且树种间差别很大。例如，黧蒴吸收铜的量为16.13 mg·kg-1，枫香为6.87 mg·kg-1，两者叶片吸铜量相差很大，前者是后者的2.35倍，黧蒴叶片含铜量与其余5个树种呈现显著性差异(P<0.05)。图2中6个树种叶片含锌量差异也较为显著(P<0.05)，其中黧蒴的含锌量为37.66 mg·kg-1，分别是山杜英和黑木相思的2倍多，是香樟树、红锥和枫香的1.3～1.4倍。

从图3、图4可以看出，试验地6个乡土树种叶片含铅量整体高于叶片的含镉量，叶片含铅量最低的为黑木相思1.01 mg·kg-1，叶片含镉量最低的为山杜英0.14 mg·kg-1。并且，同一树种对不同的重金属吸附也有差异，因为不同树种抗性存在差异，对污染物敏感程度不同。如在图3中黎蒴含铅量最高，为2.65 mg·kg-1，但含镉量仅1.02 mg·kg-1，低于香樟树(2.67 mg·kg-1)、红锥(2.75 mg·kg-1)。对6个树种进行方差分析，可知它们之间叶片含铅量和含镉量存在显著性差异(P<0.05)。

由图5、图6可知：①不同树种对铬、镍的吸收能力不同，且差别较大，如黎蒴的铬含量为1.68 mg·kg-1，是枫香的近7倍；枫香的镍含量为4.15 mg·kg-1，是红锥的4倍。②同一树种对不同的重金属元素吸附量亦有差异，如山杜英对镍的吸收量大于铬，吸附铬的量为0.77 mg·kg-1，吸附镍的量为1.31 mg·kg-1。方差分析表明：6个树种叶片吸附铬和镍的量存在显著差异(P<0.05)。

图3 不同树种叶片中铅(Pb)元素的含量图4 不同树种叶片中镉(Cd)元素的含量

图5 不同树种叶片中铬(Cr)元素的含量图6 不同树种叶片中镍(Ni)元素的含量

2.5 试验地6个树种对重金属元素吸收能力综合评价

叶片对铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)和镍(Ni)等重金属元素的吸附量都可以直观反映树木吸收重金属污染的能力，隶属函数平均值越大，则代表树木吸收重金属污染的能力越强。梅州市明珠冶炼厂污染山地试验地6个乡土树种叶片对6种重金属元素含量均值进行隶属函数排名结果见表6。从表6可知，试验地6个乡土树种树木吸收重金属能力大小排序为：黧蒴>香樟树>枫香>红锥>黑木相思>山杜英。红锥、枫香的6种重金属含量隶属函数均值分别为0.37、0.38，说明这2个树种吸收重金属污染能力相当；黧蒴的6种重金属含量隶属函数均值为0.76，而排名最后的山杜英仅为0.10，与黧蒴的差距甚大，说明黧蒴在试验地吸收重金属污染的能力最强，显著优于山杜英。

表6 试验地6个树种重金属含量隶属函数值及综合排名

3 结论与讨论

3.1 结论

树木早期生长综合表现能够直观判断其对环境的适应性及其自身的抗逆性。梅州市明珠冶炼厂污染山地植被修复所用的6个乡土树种早期生长表现总体较好，树木成活率、存活率分别达到了98%、85%以上，2014年11月的树高和冠幅均值分别为1.35 m、0.61 m；2015年4月的树高和冠幅均值分别为1.71 m、1.01 m。6个造林乡土树种早期生长综合表现为：黑木相思>香樟树>枫香>红锥>黧蒴>山杜英。本研究中，试验地植被修复使用的6个树种早期生长表现总体较佳，表明工业污染山地植被修复所选用的造林树种比较合理。

本研究对试验地6个乡土树种的重金属吸滞能力综合评价结果为：黧蒴>香樟树>枫香>红锥>黑木相思>山杜英。黧蒴和香樟树对工业污染山地重金属的吸滞能力较强，隶属函数平均值分别为0.76、0.51。黧蒴是广东乡土阔叶树种，既是优良的生态树种，又是速生快长的商品林树种；香樟树对土壤要求不严，萌芽力强，存活期长，且具有很强的吸烟滞尘、涵养水源、固土防沙和美化环境的能力。这2个树种都可以成为今后梅州市工业污染地植被修复的首选造林树种。

梅州市明珠冶炼厂污染山地6种树木叶片对铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)、镍(Ni)污染都具有一定的吸收和吸附能力，并依污染物的种类和树种的不同具有明显差异。其中，黧蒴对Cu、Zn、Pb、Cr的吸附能力都最强，尤其是Cu和Zn吸附能力强，分别达16.13、37.66 mg·kg-1；吸附Cd较强的为红锥，达到2.75 mg·kg-1；枫香吸附Ni最强，为4.15 mg·kg-1。Zn是本研究中植物叶片含量普遍较高的一种重金属元素，6个树种叶片含Zn量平均达到了25.74 mg·kg-1，其次是叶片Cu含量，达到了8.97 mg·kg-1，而Cr则是植物叶片含量均值最小的一种，仅0.99 mg·kg-1。测定的植物叶片6种重金属元素含量中，Pb、Cr、Ni 3种元素平均含量相当，介于1.19～1.79 mg·kg-1之间。由此可知，梅州市明珠冶炼厂污染山地Zn和Cu污染较为严重。

3.2 讨论

生态恢复一定要因地制宜，符合当地的气候条件、污染状况和本地植物的生理生态特点[20]。在很大程度上，吸附是一种物理性过程，其与植物表面的结构，如叶片形态、粗糙程度、叶片着生角度和表面的分泌物有关，因此不同树种吸附重金属的能力不同[20]。如黧蒴叶背面被细片状腊鳞及微柔毛，纵沟棱明显，而山杜英叶片薄革质，2个树种叶片表面结构相差甚大。从试验结果可以看出，这2个树种的叶片重金属含量有显著差异，黧蒴叶片Cd含量是山杜英的7倍多，其余几种重金属含量也是山杜英的1～2倍多。因此，推测6个树种叶片对几种重金属吸收能力与其叶表面结构有密切关联，还需要进一步探讨才能得到证实。

植物对污染物的吸附和吸收是一个长期且复杂的过程，并且与土壤理化性质、污染物本身的性质、当地的气候条件、自然环境和植物本身的生理生态特征等多种因素有关[21]。在本研究中，仅仅对植物叶片进行采样测定，而未对植物的根、茎等部位进行测定分析，不能全面分析这6个树种的抗重金属污染性；并且本次研究只在2015年4月份进行采样，还未进行连续的季节采样，未能从动态变化的角度进行更加科学的评价。在今后的研究中，应加强对试验地土壤化学性质和树木叶片元素含量的定期连续监测。

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An Assessment on the Adaptability of Afforestation Tree of Vegetation Recoveryof Industrial Polluted Mountain

WANG Yan1，YE Si-qun2，LIU Jian-chao2，SU Yan1，HE Qian1，LI Ji-yue1

(1.CollegeofForestryandLandscapeArchitecture，SouthChinaAgricultureUniversity，Guangzhou510642，Guangdong，China； 2.ForestryBureauinMeiCountry，Meizhou514700，Guangdong，China)

Virescence species is the vector of environmental enhancement and the blade is the absorber of atmospheric pollutants.Ming-zhu smelter pollution mountain of Meizhou City in Guangdong province were investigated to study early growth performance of 6 local tree species through sample-plot survey，and the blade was sampled to determine their heavy metal content (Cu，Zn，Pb，Cd，Cr and Ni) respectively.The results showed：①the survival rate of 6 local tree species in experimental field were above 98% and 85%，at the same time，AcaciamelanoxylonandCinnamomumcamphorainitialwere best in growth performance.②CastanopsisfissaandCinnamomumcamphorashowed a stronger absorption ability of mountain heavy metal，and the average of membership function were 0.76 and 0.51 respectively.③Zn and Cu pollution of this pollution mountain were the most serious.The adsorption ability of heavy metals such as Cu，Zn，Pb and Cr ofCastanopsisfissawas the strongest，especially Cu and Zn as much as 16.13 mg·kg-1and 37.66 mg·kg-1respectively.Comprehensive analysis of early growth performance and absorption ability of heavy metals，CinnamomumcamphoraandLiquidambarformosanashowed a better performance.

industrial pollution；vegetation recovery；assessment of adaptability；Mei Country

2015-11-09；

2015-12-16

广东省林业科技创新专项资金项目(景观生态林带树种筛选及配置技术研究与示范，2013KJCX006-02、2015KJCX016)

王燕(1990—)，女，河南三门峡人，华南农业大学林学与风景园林学院研究生，从事风景园林研究。E-mail：372738878@qq.com。

李吉跃(1959—)，男，四川金堂人，华南农业大学林学与风景园林学院博士生导师，从事森林培育研究。E-mail：ljyymy@vip.sina.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.03.024

S731.6；S718.57

A

1002-7351(2016)03-0116-07