几种主要绿化树种吸滞大气重金属Fe、Zn能力评价

方玉凤，刘文环，王炜烨，张天云，李峰(黑龙江省森林与环境科学研究院，黑龙江 齐齐哈尔 161005)

几种主要绿化树种吸滞大气重金属Fe、Zn能力评价

方玉凤，刘文环，王炜烨，张天云，李峰
(黑龙江省森林与环境科学研究院，黑龙江 齐齐哈尔 161005)

通过对齐齐哈尔市几种主要城市绿化树种近2年的观测，比较分析了城区内不同环境下绿化树种对重金属Fe、Zn的吸滞作用及特点。结果表明：在对Fe的吸滞中，糖槭是最佳的树种，银中杨次之；银中杨是吸滞Zn能力最强的树种，而糖槭是最差的树种；植株叶片中Fe和Zn的含量之间存在5%显著性负相关，由此可以根据一种元素的含量预测另一种元素的变化趋势。综合对Fe、Zn的吸滞情况，确定在杨树中银中杨是黑龙江省西部地区较适宜的城市园林绿化树种。

齐齐哈尔；绿化树种；重金属；Fe；Zn；吸滞能力

随着中国工业化和城市化的不断发展，各种废气排放等造成的植物吸滞重金属问题日益严重[1]，大气重金属污染(heavy metal pollution)仍是困扰世界城市环境与发展的严重环境污染之一[2]。重金属污染由于其长期性、隐蔽性和不可逆转性的特点，并能通过食物链进入人体，近年来已成为人们关注的热点问题之一[3,4]。已有研究表明，利用木本植物防治大气重金属污染不仅可行，而且生物效应较高[5]。不同物种对重金属的富集和累积存在明显的差异[6,7]。国内外大量关于重金属吸滞问题的研究多是侧重于重金属污染的植物修复技术以及筛选对重金属忍耐力和富集能力高的树种[8,9]，城市大气重金属在植物体内富集的研究多集中于沿海地带和京津地区[10,11]，对于北方城市主要树种的研究还很少。本研究以富拉尔基区主要园林绿化树种为研究对象，在两个重工业小区、一个住宅民小区周边进行相同树种的定位试验检测，根据同一大气环境下几个绿化树种对重金属吸滞情况的变化，分析不同树种对重金属元素的吸滞能力，为筛选出最佳吸滞大气重金属的城市宜植树种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 采样小区概况

采样区位于齐齐哈尔市富拉尔基区，选取3个地点进行定位采样：华电富拉尔基发电厂于1955年投产，是高温高压热电厂，年发电能力可达84亿kWh；黑化集团始建于1958年，是黑龙江省唯一的大型煤化工基地。以上两个取样小区属于重工业区。绿源林业科技示范基地位于富拉尔基区全合台，东侧有省道302，西侧有林木覆盖率较高的试验地，周边无重工业生产。

1.2 采样时间

采样期为2年，分2个阶段，第1年分别于2014年6月12日、7月23日、8月19日、9月16日、10月16日五个时期在上述3个地点进行采样；第2年于2015年6—9月在上述同一地点进行采样测定分析。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 2014年试验共设7个采样对象，分别为：电厂糖槭(DT)、电厂柳树(DL)、黑化银中杨(HY)、黑化糖槭(HT)、林研糖槭(LT)、林研银中杨(LY)、林研柳树(LL)。2015年试验在2014年的基础上新增了3个采样对象。依次分别为：电厂糖槭(DT)、电厂柳树(DL)、电厂杨树(DY)、黑化糖槭(HT)、黑化银中杨(HZ)、黑化云杉(HS)、林研糖槭(LT)、林研银中杨(LZ)、林研柳树(LL)、林研云杉(LS)。相同树种的树龄及长势基本一致，选取有代表性、生长旺盛的单株作为采样树，并进行标记。分别在采样树树冠的上、中、下3个部位及东、西、南、北4个方向各采集树叶，混匀后装入塑料袋中带回试验室。

1.3.2 重金属的测定 用自来水充分冲洗样叶以去除黏附于植物样品上的泥土和污物，再用去离子水冲洗。沥干水分后，于105 ℃下杀青30 min，在70 ℃下烘干至恒质量，用研钵磨碎、过筛、混合均匀。

样叶重金属含量采用CAAM-2001北京翰时研究所设计的原子吸收分光光度计测定。

1.3.3 数据处理 采用Excel 2003统计软件及SPSS 19.0数据分析软件进行数据处理分析。

2 结果与分析

2.1 不同树种吸滞重金属Fe的比较

图1显示的是2014年不同大气环境下各树种对重金属Fe的吸滞变化情况，可以看出，在植物一年的生长阶段内，各树种对重金属Fe的吸滞在8月达到最大值，8月是黑龙江省一年中温度最高、光照最强的月份，植物的光合作用和呼吸作用也达到峰值。由于Fe是合成叶绿素的必要元素，并参与植物的呼吸作用，所以各树种对周围大气环境中Fe的吸滞在8月达到最大值。8—9月各树种对Fe的吸滞有明显的下降趋势，可能是由于8月的光合作用和呼吸作用消耗了大量的Fe元素，致使9月Fe的吸滞量显著下降。9月气温、光照强度和时间开始下降，各树种的光合作用和呼吸作用逐渐减弱，但对大气中Fe的吸滞能力不变，这可能是导致9—10月Fe含量又略有增加趋势的原因。

图1 2014年不同时间不同树种对重金属Fe吸滞的比较

为了更清晰地辨别对重金属Fe吸滞作用最明显的树种，我们将同一大气环境下的树种单独分析，如表1，可以直观比较2014年6—10月同一大气环境下不同树种吸滞重金属Fe的含量情况。2014年6—10月，电厂大气环境下，糖槭对Fe的吸滞量明显高于柳树；6—9月，黑化大气环境下，糖槭对Fe的吸滞量也要明显高于银中杨，10月，糖槭低于银中杨；林研大气环境下，糖槭吸滞重金属Fe的含量全年皆高于银中杨和柳树。

对这3个树种吸滞重金属Fe的含量做差异性分析表明，所有月份的糖槭与银中杨、柳树都存在极显著性差异，7月的银中杨与柳树之间存在5%显著性差异，其余月份的银中杨与柳树之间无差异性，由此说明糖槭是对重金属Fe的吸滞作用最佳的树种。

表1 2014年不同月份相同大气环境下不同树种吸滞重金属Fe的比较分析 mgkg-1

表1 2014年不同月份相同大气环境下不同树种吸滞重金属Fe的比较分析 mgkg-1

采样地点6月7月8月9月10月电厂DT265．91±20．11283．31±15．27476．38±23．95245．86±18．76367．33±1．90DL213．78±13．01140．94±25．68444．69±95．35212．21±2．63230．84±11．90黑化HT421．86±25．28406．11±27．92509．78±2．50250．01±23．12184．57±4．82HY377．92±32．53279．24±2．36380．88237．18±26．18373．48±16．45林研LT205．26±20．87Aa202．92±2．88Aa487．96±45．43Aa262．02±4．79Aa245．79±19．28AaLY82．64±3．96Bb139．55±6．96Bb261．78±56．89Bb122．89±5．86Bb152．74±2．45BbLL120．93±9．89Bb115．66±6．14Bc243．03±15．33Bb115．85±7．20Bb145．20±2．73Bb

注：差异性比较为同一大气环境下同一月份不同树种之间的比较。英文大写字母A、B等表示达到1%水平上的差异，小写字母a、b等表示达到5%水平上的差异。下同

2015年在上年基础上新增了电厂杨树、黑化云杉和林研云杉，同一大气环境下的不同树种对重金属Fe的吸滞变化特征如图2。由图2a可以看出，除7月外，8—10月电厂大气环境下的糖槭吸滞重金属Fe最多，根据差异性分析我们得到：7月糖槭与杨树之间存在5%显著性差异；8月3个树种之间达到1%极显著性差异；9—10月糖槭与柳树、杨树皆存在1%极显著性差异，说明在电厂环境下，糖槭对重金属Fe的吸滞作用最强，且和柳树、杨树存在差异。

图2b表示的是2015年黑化环境下不同树种对重金属Fe的吸滞变化情况，除7月外，8—10月糖槭较其他两个树种吸滞更多的重金属Fe，差异性分析得到：7、9月3个树种之间存在1%极显著性差异；8、10月糖槭与银中杨存在5%显著性差异。说明在黑化环境下，糖槭吸滞重金属Fe的能力较银中杨和云杉强，结合图2a和图2b吸滞重金属Fe的含量变化趋势，可以预测杨树类树种是继糖槭后，吸滞重金属Fe能力较好的树种，优于柳树和云杉。

图2c表示的是2015年林研环境下四个树种对重金属Fe的吸滞情况，除8月外，糖槭较柳树、银中杨和云杉对重金属Fe的吸滞量要高，且明显表现为7、10月的糖槭与其他3个树种之间存在1%极显著性差异；9月糖槭与银中杨之间无差异，与柳树、云杉达到1%极显著性差异。这也符合上文所作杨树类树种对重金属Fe的吸滞能力仅次于糖槭，强于柳树和云杉的预测。

图2 2015年不同环境下各树种对重金属Fe吸滞比较

2.2 不同树种吸滞重金属Zn的比较

图3表示的是2014年不同树种对重金属Zn吸滞情况的时间变化情况，由图3可以看出，各树种对重金属Zn的吸滞基本为6—9月呈现或大或小的下降趋势，9—10月呈现明显的上升趋势。赵承易对北京交通干道旁杨树叶中的重金属元素进行测定，发现杨树叶吸收重金属是随时间的推移逐渐增多的[12]，这与本研究的结果相悖，这可能是由于Zn属于易移动元素，在植物体内多分布于茎尖和幼嫩叶片中，而试验采集的多是中下部叶片，因此出现了6—9月的Zn含量总体下降的趋势。同时Zn又是影响光合作用的重要元素，9月开始表现出同Fe一致的变化趋势。

图3 不同时间不同树种对重金属Zn吸滞的比较

针对同一地点各时期不同树种对重金属Zn的吸滞情况作图4。由图4可以明显发现，在同一大气环境下的树种，不同月份吸滞重金属Zn的累积量最低的为糖槭。

图4 不同环境下各树种对重金属Zn吸滞比较

2015年林研4个树种对重金属Zn的吸滞变化情况如图4d所示，可以清晰地发现7—10月每个月份银中杨积累的重金属Zn的含量最多，且与其他3个树种达到1%极显著性差异；云杉对重金属Zn的吸滞能力仅次于银中杨，由于云杉是常绿针叶树种，其针叶中的元素Zn可能是多年积累的结果，但是仍与阔叶树种银中杨的积累量存在极显著性差异，如8月，银中杨叶片所积累的重金属Zn的含量是云杉的2.53倍，二者差距最小的10月也达到了1.13倍，说明阔叶树种银中杨是吸滞重金属Zn的最佳宜植树种，而糖槭是吸滞重金属Zn能力最差的树种。

2.3 吸滞Fe和Zn的相关性分析

我们将电厂、黑化、林研的不同树种对重金属Fe、Zn吸滞的含量进行相关系分析，图5表示的是2015年7—10月共计40个样品积累Fe和Zn的线性相关，r=-0.201 7*，达到5%显著性负相关，可以根据重金属Fe的变化趋势预测重金属Zn的含量变化情况；同时也说明林木对重金属Fe、Zn的吸滞能力表现相反，吸滞重金属Fe能力最强的糖槭对重金属Zn的吸滞能力最弱。

图5 吸滞Fe和Zn的相关性分析

3 结论与讨论

不同树种对重金属的忍耐存在差异，同树种对不同浓度的重金属离子也表现出反应差异。根据对2014年不同树种对重金属Fe、Zn吸滞情况的分析，可以初步确定糖槭是最佳吸滞重金属Fe的宜植树种，银中杨仅次于糖槭；而对重金属Zn的吸滞能力，糖槭最弱，银中杨最佳。2015年的测定验证了2014年的推测，相关性分析表明重金属Fe、Zn之间存在5%显著性负相关，说明在林木对重金属Fe吸滞含量多时，其吸滞的重金属Zn含量少，结合两年对重金属Fe、Zn的吸滞情况来看，糖槭并不具备最佳吸滞环境中重金属Fe和Zn的能力，而银中杨是可以同时吸滞重金属Fe、Zn的最佳宜植树种。

植物在重金属含量较高的土壤中生长时，一旦重金属含量超过其忍受临界值，植物生长就会受到抑制，其叶色、株高等形态指标就会发生不同程度的变化。本试验中的树种没有明显受重金属毒害的症状，在痕量检测中，根据已有的数据只能预测电厂、黑化、林研环境中的重金属Fe、Zn的含量没有超标。

综合不同树种对重金属Fe、Zn的吸滞情况，表明银中杨是黑龙江西部地区较佳的宜植园林绿化树种。

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Absorption and Purification Ability of Greening Species to Fe and Zn in the Atmosphere in Qiqihar Region

Fang Yufeng, Liu Wenhuan, Wang Weiye, Zhang Tianyun, Li Feng
(Academy of Forest and Environment of Heilongjiang Prov., Qiqihar 161005, China)

Based on the observation of several major urban greening trees in Qiqihar City, the absorption and purification ability and characteristics of greening species under different environment on Fe & Zn were analyzed. Result shows thatAcersaccharumis the optimal species to absorb Fe, followed byPopulusalba×P.berolinensis.Populusalba×P.berolinensisis the strongest species to absorb Zn, whileAcersaccharumis the worst species to absorb Zn. The content of Fe & Zn in the leaves of plant have significant negative correlation (5%); the change trend of the other element can be predicted according to the content of one element. Based on the comprehensive study of Fe & Zn, it is concluded thatPopuluseuphraticais the most suitable urban landscaping tree species in the western part of Heilongjiang Province.

Qiqihar;greening species; heavy metals; Fe;Zn;absorption and purification ability

1005-5215(2017)06-0058-04

2017-03-06

方玉凤(1988-)，女，黑龙江齐齐哈尔人，硕士，工程师，主要从事植物营养学研究.

李峰(1963-)，男，黑龙江呼兰人，研究员级高工，主要从事森林生态研究.

S79；TB484.4

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.06.022