北京地区8种园林树木的叶片和枝条重金属含量比较

2019-10-29兰欣宇

中国园林 2019年9期

关键词：木槿紫薇枝条

兰欣宇

程佳雪

万映伶

张欣

刘燕*

重金属是指相对密度大于5g/cm3的元素。造成环境污染的主要是铅、镉、锌、铜、铬、锰和镍等[1]。它们既可以成为各类环境要素的直接污染，也可以在环境中相互迁移，形成间接污染。更为重要的是，一旦重金属通过食物进入人体后，会干扰人体正常生理功能，危害人体健康[2]。城市的生态环境是人类赖以生存的基础与保障。但是伴随城镇化进程的加快，工业活动、交通运输以及大量的建筑垃圾等问题使得城市生态环境中重金属的含量不断升高[3]。北京作为中国城市发展迅速的代表城市之一，目前以铅(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)等为主要重金属元素污染的问题已经不容小觑[4-8]。

城市中的园林树木不仅可以美化环境，而且对环境中重金属具有吸收和积累的作用[9]。研究表明植物可以从2个途径实现重金属吸收：1)通过根系吸收土壤中重金属；2)通过叶片或枝条的气孔或皮孔等吸收大气中的重金属[10]。目前国内外树木吸收重金属的相关研究主要以幼苗为对象[11-14]，而对北京城市园林绿地中成年木本植物重金属吸收的研究较少，如庞静[15]以首都钢铁集团烧结厂(工业区)中的28种木本植物叶片为研究对象，对比分析了不同植物对重金属富集能力的差异；鲁绍伟[16]研究了北京市不同污染区7种乔木叶片中金属含量。这些研究涉及的园林树种有限，为了解更多的园林树种富集重金属的能力，本研究在北京城区二环至五环内6个不同的园林绿地中，选取8种成年树木，研究了其叶片及一年生枝条中Cd、Pb、Cu含量，分析了不同树种叶片和一年生枝条吸收特征，旨在评价筛选重金属含量高的树种，为北京市城市生态建设树种的选择提供依据。

1 研究方法

1.1 实验场地与树种选择

有文献表明[5]，北京城市绿地土壤中的重金属含量总体上从市中心向四周郊区呈逐渐降低的趋势，因此从北京市城区二环至五环选择了陶然亭公园、紫竹院公园、北京市中国科学院植物研究所北京植物园、马甸公园、皇城根遗址公园以及北京营城建都滨水绿道6个样地(表1)。在上述6个样地选择了8种树木：珍珠梅、紫薇、紫丁香、木槿、太平花、金银木、锦带和砂地柏。

1.2 样品的采集预处理

样品采自2016年10月。为了便于比较，不同树种均选择生长健康、胸径约5～7cm、株高在1.5～1.8m的植物(砂地柏条长0.5～0.8m)。从每株树木距地面1.0m树冠东、南、西、北4个方向随机采集叶片及8～15cm的一年生枝条。每个样地每个树种选择3个样本树，采集后混匀，用聚乙烯塑料袋封装，立即带回实验室后，用去离子水冲洗叶片及一年生枝条3次后吸干表面水分，于105℃杀青30min后装于信封40℃烘干至恒重。将干燥后的植物叶片和一年生枝条粉碎，过80目筛，放入自封袋中存于4℃至分析。

2016年10月份同步采集样树生长地的土壤样品，在植物采样样地内根据其面积大小布置8～15个采样点；按照五点采样法，每个样品由在5m×5m的区域中心和四角共采集的5个子样组成，采样深度为20cm，共计500g，混匀；采集的样品经风干，剔除石子、树叶、植物根系等杂质后过80目筛后保存于4℃冰箱中至分析。

表1 实验样地位点及概况

表2 8个树种的叶片和一年生枝条中重金属含量比较(单位：mg/kg)

表3 树木不同器官中重金属含量相关性分析

表4 树木与相应土壤重金属含量相关性分析

1.3 重金属含量测定

植物样品：准确称取1.00g粉碎好的样品于锥形瓶中；加入30ml高氯酸与浓硝酸混合酸溶液(比例为1:5)；加热消煮至瓶内充满白烟；冷却后过滤并定容至100ml；采用ICP光谱仪(optima 8X00系列)进行Cd、Pb以及Cu测定，重复3次，取均值。每次测定样品时皆进行空白试验，并在测定过程用国家标准物质GBW10052(GSB—30)进行含量监控，以确保测定结果准确可靠。

土壤样品：采用HNO3-H2O2湿式消解法将土壤样品进行消解，用电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定其Cd、Pb以及Cu的含量，重复3次。每次检测样品时皆进行空白试验及校准曲线制作，确保测定结果准确可靠。

1.4 数据处理

采用SPSS软件进行方差分析与相关性分析。数据平均值和标准差的计算以及图表制作在Microsoft Excel 2013中完成。

2 结果

2.1 不同园林树木3种重金属含量变化

来自6个样地的8种树木，其叶片和一年生枝条中Cd、Pb、Cu含量不同，差异显著，且因重金属种类而异，结果见表2。

从秋季采集的叶片和一年生枝条中总含量看，8种树木Cd总含量在0.257～0.102mg/kg之间，从高到低依次为：紫薇＞金银木＞太平花＞锦带＞珍珠梅＞紫丁香＞木槿＞砂地柏；位列第一的紫薇是木槿的1.7倍、砂地柏的2.5倍。

Pb总含量在9.945～23.294mg/kg之间，从高到低依次为：锦带＞木槿＞太平花＞金银木＞紫丁香＞紫薇＞砂地柏＞珍珠梅。位列第一的锦带是珍珠梅的2.3倍、砂地柏的2倍。

Cu总含量在6.182～22.699mg/kg之间，从高到低依次为：金银木＞紫薇＞紫丁香＞珍珠梅＞木槿＞太平花＞锦带＞砂地柏。位列第一的金银木是锦带的2.7倍、砂地柏的3.7倍。

2.2 8种树木不同器官重金属含量的差异

为了进一步了解树木不同器官吸收重金属的情况，分别计算树木一年生枝条和叶片重金属含量，结果显示，叶片和一年生枝条对重金属吸收能力不同，且不同器官中重金属含量差异因重金属种类而异(图1～3)。

图1 8种园林树木叶片与枝条中镉含量变化

图2 8种园林树木叶片与枝条中铅含量变化

图3 8种园林树木叶片与枝条中铜含量变化

从叶片和枝条Cd含量来看(图1)，50%树种的一年生枝条含量高于叶片，37.5%树种一年生枝条与叶片含量相似，有12.5%的树种叶片含量高于一年生枝条。叶片中珍珠梅和紫薇Cd含量较高，从高到低排序为：珍珠梅＞紫薇＞太平花＞紫丁香＞金银木＞木槿＞锦带＞砂地柏；一年生枝条中紫薇、锦带和金银木Cd含量较高，从高到低排序为：紫薇＞锦带＞金银木＞太平花＞紫丁香＞木槿＞珍珠梅＞砂地柏；与Cd总含量排序并不完全一致。此外，紫薇和锦带叶片与一年生枝条中Cd含量差值较大，紫丁香、木槿和砂地柏差值较小。

不同器官的Pb含量见图2。各树种一年生枝条含量均高于叶片。叶片中锦带和太平花Pb含量较高，从高到低排序为：锦带＞太平花＞木槿＞珍珠梅＞金银木＞紫丁香＞砂地柏＞紫薇；一年生枝条中锦带、木槿和金银木Pb含量较高，从高到低排序为：锦带＞木槿＞金银木＞太平花＞紫薇＞紫丁香＞砂地柏＞珍珠梅；这与Pb总含量排序也不一致。锦带叶片与一年生枝条中Pb含量差值较大，珍珠梅差值较小。

树木不同器官Cu含量见图3。62.5%树种一年生枝条含量高于叶片，37.5%树种叶片含量高于一年生枝条。叶片中紫薇、木槿和珍珠梅Cu含量较高，从高到低排序为：紫薇＞木槿＞珍珠梅＞太平花＞金银木＞锦带＞紫丁香＞砂地柏；一年生枝条中金银木、紫丁香和紫薇Cu含量较高，从高到低排序为：金银木＞紫丁香＞紫薇＞太平花＞珍珠梅＞木槿＞锦带＞砂地柏；与Cu总含量排序不一致。金银木和紫丁香叶片与一年生枝条总Cu含量差值较大，太平花差值较小。

一年生枝条和叶片重金属含量相关分析，结果显示(表3)，枝条与叶片的Pb含量存在一定程度正相关关系，但相关系数仅为0.496；而Cd与Cu无显著相关性。

2.3 树木重金属含量与环境土壤重金属相关性

树木重金属含量和其生长环境中土壤重金属含量相关性不同，因重金属种类而异，结果见表4。

树木叶片中Cd含量与土壤Cd含量呈现一定正相关，相关系数0.471；而Pb和Cu不相关；枝条中Cd、Pb含量与土壤含量呈显著正相关，相关系数分别为0.487和0.400，Cu不相关。表明植物叶片和一年生枝条在吸收环境土壤中的Cd、一年生枝条吸收环境土壤中的Pb有积极作用。

3 讨论

不同树种表现出吸收重金属含量的差异可能与每个树种对重金属的积累能力和耐受机理不同[17-18]，也有学者提出可能与树木叶片表面结构、湿润程度、树木叶片距地高度、重金属元素的性质、土壤及气候条件等有关[19]。本研究中砂地柏叶片和枝条中Cd、Pb、Cu的含量都排在后位，这可能与裸子植物运输水分和无机盐靠管胞，导致运输能力相对较弱有关，砂地柏根部富集重金属的能力可能较强；也可能与常绿树年落叶量，累计积累能力下降有关。

本研究中叶片与一年生枝条重金属含量不同，表明在植物体内不同器官中，重金属的吸收和储藏积累能力是不同的。而且在2个器官中并非所有重金属含量皆具有显著正相关关系。因此在对树木进行吸收重金属能力评价时，叶片这一器官可否完全表明树木对重金属吸收的能力还有待商榷。

植物可通过根系吸收土壤中的重金属，其中一部分重金属储藏积累在根部，而另一部分则会通过共质体途径以及质外体途径从根部运输到维管束从而抵达枝叶[20]，并且TAKEDA[21]与URAGUCHI[22]先后通过相关实验表明通过木质部装载及运输是决定植物地上部分重金属积累的主要生理过程。本研究表明，树木叶片和一年生枝条中Cd及树木枝条中Pb可能部分来源于土壤，而叶片和一年生枝条中的Cu及叶片中的Pb主要来源于大气，这与前人的研究比较接近[23-25]，在城市重金属污染中，大气污染不容小觑，而园林树木对土壤和空气中的重金属Cd、Pb和Cu都有一定的吸收能力。