植物生态修复技术在城市公园绿地重金属污染土壤中的应用研究

胡振园　赵卉　闫宝兴

关键词：重金属；植物生态修复；公园绿地；土壤

中图分类号：X171.4 文献标志码：B

前言

城市是人类生活和生存的地方，集中了大量的工业和建筑集群，而且是人口密度相对集中的地块。城市存在的地方，对大自然的环境造成了严重的干扰和污染。城市土壤作为土壤的一部分，具备生态环境、经济和人居的功能。城市公园土壤承担着绿色植物生长的媒介，作为公园绿化植物养分和水分的提供者，是关系到城市人类生活的健康及城市生态系统平衡的关键因素。

目前，对土壤重金属处理的方法有很多。包括重金属固化、热处理、物理修复、化学修复、微生物修复、植物修复等多种方法。植物修复法是一种重金属常用的方法，在不破坏公园绿地土壤结构和微生物系统的条件下，利用植物体和植物根系对土壤的重金属进行吸附处理，定期的对吸附完的植物进行收割，对城市公园绿地重金属污染土壤进行修复，减少土壤中的重金属含量。

研究针对城市公园绿地重金属污染土壤，采用植物修复法对土壤中的重金属吸附效果，对公园内绿地上的草本和木本植物进行调查采样，选择自然生长良好、覆盖率较高的植物确定为优势植物。筛选出对重金属极具富集能力的植物，为城市公园绿地土壤重金属污染土壤植物修复方法提供参考依据。

1实验部分

1.1公园绿地土壤采集

研究在某市公园的种植绿地上开展，选择公园内种植的小叶杨、榆树、紫丁香、高羊茅、五节芒、小蓬草3种草本和3种木本植物进行调查。每种类别的植物选择8棵对应的种植点进行取样。此外，在公园绿化种植土壤悬着20个点，对不同的点进行取样分析。采集的植物挖出完整的植物根系，用纯水洗涤根系上的土壤，并自然晾干，放入到自封袋中。取的土壤过100目筛子，去除土壤里面的石子和其它固体杂质，备用。

1.2重金属分析方法

植物样品采集完后，把采集的样品剪切为地上部分和地下部分，根据种植植物的类别，把相同作物的相同部分混合在一起，用自来水把各部分清洗干净，再用纯净水洗涤5次，放在搪瓷托盘中自然晾干。放入烘箱中，设定温度为110℃，烘干60 min杀青。继续在85℃下烘干至恒重。通过100目的筛子后装袋备用。重金属土壤中的Cu、Zn、Cd、Pb、Mn、Ni、Cr、As和植物的样品称取0.2 g，放入消解管中，加入5mL的分析纯硝酸和2 mL的氢氟酸，在温度为180℃消解24h；再加入2 mL的高氯酸，在电炉上加热到210℃消解4h，打开消解管的盖子，在通风橱中使酸雾散尽，加2mL的硝酸把残渣溶解，转移到50 mL的容量瓶中定容待测。为保证检测结果的准确性，需同时检测标准物质和植物标准系列的基准物作为参考，控制检测误差在3%以内。所用的试剂皆为分析纯试剂。检测金属Mn采用火焰原子吸收光谱仪，其余重金属元素采用电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）测定。

1.3数据分析

评估植物对土壤重金属的富集和转运能力，采用富集系数和转运系统来评价。富集系数是指重金属在植物体内的富集程度，转运系数是指植物的地上部分和地下部分重金属含量的比值。根据这2个指标，可以对不同植物对土壤中重金属的吸附能力和对土壤的修复能力。

2结果与讨论

2.1城市公园绿地土壤重金属含量

通过检测发现，与土壤背景值相比，Cr、Ni、Co、Zn、Pb、Cu、As、Fe、Mn重金属元素在土壤中已经有了明显的累积，对土壤已经有了明显的污染。不同重金属的累积强度排序为Pb>Cu> Co> Fe>Zn> Cr> Mn> Ni> As。砷的平均值接近于土壤的背景值，可以得出砷的累积不是人为因素所导致的。但是最大值还是大于背景值，说明公园内的部分位置砷有累积。Mn、Zn含量的最小值和土壤背景值较为接近，平均值为背景值的0.98和1.42倍，该两种金属存在少量的累积。Cu、Pb的含量最大和最小值差异较大，Cu的最大值和最小值分别为86.0mg/kg、27.1mg/kg，Pb的最大值和最小值分别为100.6 mg/kg、28.8 mg/kg，相差分别为7.5和6.5倍。说明Cu和Pb在绿地土壤中的富集程度较高，且各分布点的含量差异较大。Fe、Ni、Co的最小值比公园绿地的背景值大，证明这3种元素原本存在于土壤中，并不是后期人类活动或者工业生产产生的富集。不同的金属元素受人类活动和工业生产所产生的影响差异较大。金属Zn、Pb、Cu的变异系数较大，说明了这3种金属在公园绿地土壤中污染程度差异较大。其余6种金属变异系数较小，说明污染的相关程度和污染相似程度相对轻。

2.2绿地公园植物重金属含量

如表1所示6种植物生态修复后，植物不同部分重金属含量。小叶杨、榆树的地上和地下部分Cr、Ni、Zn、Mn的差异较大。其余植物的重金属含量地上部分和地下部分差异较小。Mn元素除了小蓬草和小叶杨以外，在其它植物中差异不大。说明其它植物对于Mn元素的富集能力基本相同，具有相同的吸附性能。

2.3公园绿地土壤重金属含量相关性分析

对城市公园表层土壤中重金属元素含量相关性分析结果如图1所示。相关性分析可以判断土壤中重金属的来源是否一致。若两者相关性显著，说明两者的来源相同，而且来源可能较多。从图1可以得出，Pb和Cu、Zn的相关性极显著，Fe和Ni和Mn的相关性也极显著，表明Pb、Cu、Zn和Fe、Ni、Mn的来源相似，而且通常来源于矿石和矿物盐的存在。Mn、Fe和Pb、Zn、Cu相关性显著，说明这些金属有着相似的来源性和相似性。Cr、Co和As、Ni、Mn、Fe的相关性不显著，说明这些金属的来源和相似性无关，同时可以得出，城市公园绿地的土壤重金属来源较为复杂，且来源不单一。

2.4植物修复土壤重金属富集系数

不同植物对土壤重金属的富集系数如图2所示，相对于其它重金属，3种草本植物和3种禾本植物对Cd具有较强的富集能力。小叶杨、榆树、紫丁香、高羊茅、五节芒、小蓬草的富集系数为2.13、0.67、1.12、0.32、0.87、1.14。小叶杨、五节芒、小蓬草对金属Cu的富集能力较强，分别为1.34、1.13、2.18。榆树、五节芒、紫丁香对Ni有较强的富集能力，富集系数分别为3.87、2.23、1.46。紫丁香和高羊茅对Zn和Cd有较强的富集能力。五节芒相比其它植物，对Mn、Pb具有较强的富集能力。对于公园绿地重金属的富集植物来说，榆树和紫丁香的富集能力最强，其次是小叶杨和高羊茅。

2.5植物修复土壤重金属转运系数

如图3所示公园绿地植物生态修复对重金属的专业系数。转运系数反应了重金属在植物体内运输迁移的能力。转运系数越大，说明植物对重金属的转运能力越大，该植物适合此种金属的修复富集。紫丁香对Cr、Ni、Cu、Zn的转运能力较强，转移系数分别为3.84、1.12、1.21、1.12。小叶杨对Cr、Zn、Mn的转运能力很强，转运系数分别为4.2、1.23、3.72。高羊茅对Ni、Cu、Mn的转运能力也很强，转运系数分别为3.24、3.12、3.94。转运系数最大的植物是小叶杨和高羊茅，紫丁香和榆树较大。

3结论

土壤中不同重金属的累积强度排序为Pb> Cu>Co> Fe> Zn> Cr> Mn> Ni> As。砷的平均值接近于土壤的背景值，Mn、Zn含量的最小值和土壤背景值较为接近，Cu、Pb的含量最大和最小值差异较大。Pb、Cu、Zn和Fe、Ni、Mn的来源相似，而且通常来源于矿石和矿物盐的存在。Mn、Fe和Pb、Zn、Cu相关性显著，Cr、Co和As、Ni、Mn、Fe的相关性不显著，说明这些金属的来源和相似性无关，同时可以得出，城市公园绿地的土壤重金属来源较为复杂，且来源不单一。不同的植物对土壤重金属的富集能力各不相同，需要根据重金属进行选择。紫丁香对Cr、Ni、Cu、Zn的转运能力较强，转运系数最大的植物是小叶杨和高羊茅，紫丁香和榆树较大。