工業(yè)搬遷區(qū)常見(jiàn)喬木樹(shù)種重金屬累積特征分析

宋雪英，胡曉鈞，郝一力，姜春陽(yáng)，梁茹荊，孫禮奇，金彩霞

（1.沈陽(yáng)大學(xué) 區(qū)域污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110044；

2.沈陽(yáng)大學(xué) 生物與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110044；

3.河南師范大學(xué) 黃淮水環(huán)境與污染防治省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 新鄉(xiāng) 453007）

工業(yè)搬遷區(qū)常見(jiàn)喬木樹(shù)種重金屬累積特征分析

宋雪英1，胡曉鈞1，郝一力2，姜春陽(yáng)2，梁茹荊2，孫禮奇2，金彩霞3

（1.沈陽(yáng)大學(xué) 區(qū)域污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110044；

2.沈陽(yáng)大學(xué) 生物與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110044；

3.河南師范大學(xué) 黃淮水環(huán)境與污染防治省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 新鄉(xiāng) 453007）

以沈陽(yáng)市鐵西工業(yè)區(qū)常見(jiàn)綠化喬木為研究對(duì)象，經(jīng)野外采樣和實(shí)驗(yàn)室分析，對(duì)8種植物的根、枝條和葉片內(nèi)的4種重金屬元素銅（Cu）、鎘（Cd）、鉛（Pb）和鋅（Zn）的含量進(jìn)行分析測(cè)試和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析.結(jié)果表明，調(diào)查區(qū)域土壤中4種重金屬的變異程度均較大，其中Cd的變異系數(shù)最大，為75%，其次為Pb，變異系數(shù)為54%，這與歷史上該區(qū)域受工業(yè)活動(dòng)影響程度較大有關(guān).不同種景觀植物根、枝條和葉片對(duì)重金屬的蓄積能力差異顯著（p＜0.05），同種植物不同部位的重金屬提取能力也有所差別.綜合分析，對(duì)Cu、Cd、Pb和Zn 4種重金屬蓄積能力均較好的植物為垂柳、旱柳、國(guó)槐和銀中楊.

綠化喬木；老工業(yè)區(qū)；重金屬；富集能力

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)城市土壤環(huán)境特性及污染場(chǎng)地的修復(fù)研究日益重視［1－3］.沈陽(yáng)市鐵西工業(yè)區(qū)素有“東方魯爾”之稱(chēng)，該區(qū)大部分工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)歷史較長(zhǎng)，“三廢”排放的重金屬污染物較多，土壤重金屬污染嚴(yán)重［4］.自2004年以來(lái)，隨著鐵西區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，一些污染嚴(yán)重的老工業(yè)企業(yè)大部分已經(jīng)搬遷或關(guān)閉，鐵西區(qū)整體環(huán)境有所好轉(zhuǎn).但土壤環(huán)境作為大氣、水體和固體廢棄物中污染物的重要受納體，其重金屬污染若不經(jīng)修復(fù)治理則將長(zhǎng)期存在.因此，針對(duì)典型工業(yè)區(qū)企業(yè)搬遷后土壤污染場(chǎng)址的修復(fù)迫在眉睫.植物修復(fù)被認(rèn)為是治理重金屬污染土壤有效而又實(shí)用的環(huán)境生物技術(shù)，鑒于目前被發(fā)現(xiàn)的重金屬超積累植物種群主要分布于長(zhǎng)期受人為干擾破壞（污染）的環(huán)境中，因而從長(zhǎng)期受重金屬污染的環(huán)境中可望篩選到高效的重金屬污染修復(fù)植物［5－7］.本論文以沈陽(yáng)市鐵西區(qū)老工業(yè)廠(chǎng)區(qū)路旁綠化帶常見(jiàn)景觀喬木植物為研究對(duì)象，通過(guò)野外采樣和室內(nèi)分析對(duì)其重金屬的吸收與富集特性進(jìn)行調(diào)查研究，以期為沈陽(yáng)市及其周邊地區(qū)的工業(yè)區(qū)重金屬污染土壤植物修復(fù)及功能植物的優(yōu)化配置提供科學(xué)依據(jù).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品采集

于2011年9月在沈陽(yáng)鐵西區(qū)老工業(yè)企業(yè)聚集區(qū)，沿北一路、北二路、北三路街道和公路兩側(cè)綠化帶，采集表層0～20 cm土壤及其地上綠化植物樣品，按新生枝條、葉片以及須根分別采集.共選取8種綠化喬木樹(shù)種，包括銀中楊（Salixalba var.Tristis）、榆樹(shù) （UlmuspumilaL.）、垂柳（SalixbabylonicaLinn.）、 旱 柳 （Salix matsudanaKoidz.）、銀杏（Ginkgobiloba）、榆葉梅 （AmygdalustrilobaLindl.）、山 桃 （Prunus davidianaCarr.）和 國(guó) 槐 （Sophorajaponica Linn.），每種植物至少2株.

1.2 土樣處理

土壤樣品于室內(nèi)自然風(fēng)干，去除沙礫、植物碎屑等雜質(zhì)，四分法取樣，用瑪瑙研缽研磨，過(guò)100目尼龍篩，備用.稱(chēng)取0.5 g土壤樣品，置于100m L三角瓶中，采用HCl－HF－HNO3－HCl O4消煮至無(wú)棕色煙霧，定容至25 m L，用火焰－原子吸收分光光譜儀（Varian－AA 220）測(cè)定 Cd、Pb、Cu和Zn的含量.

1.3 植物樣品處理

植物樣品用自來(lái)水充分沖洗數(shù)遍，去除粘附于植物樣品上的泥土和夾雜物，再用去離子水沖洗3次，于烘箱中105℃殺青30 min，70℃烘干至恒重，用小型不銹鋼植物粉碎機(jī)磨碎植物，過(guò)60目尼龍篩，備用.植物樣品的消化采用干灰化法，HNO3－HClO4（V（HNO3）∶V（HCl O4）＝4∶1）消煮，火焰法測(cè)定樣品中Cu和Zn的含量，石墨爐系統(tǒng)測(cè)定樣品中Cd和Pb的含量［8］.

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)分析結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示，采用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件包，用Excel 2007作圖.

2 結(jié)果與討論

2.1 綠地土壤重金屬元素含量及其相關(guān)性

資料表明，沈陽(yáng)市土壤中Cu、Cd、Pb和Zn元素的背景值分別為24.57 mg／kg、0.61 mg／kg、22.15 mg／kg和59.04 mg／kg［4］，本研究區(qū)域土壤樣品中該4種重金屬的平均含量分別為沈陽(yáng)市背景含量的3.01倍、1.96倍、6.03倍和4.74倍，是國(guó)家土壤質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［9］（GB 15618—1995）的0.74倍、3.98倍、0.44倍和1.12倍（表1），因此重金屬Cd和Zn存在超標(biāo)現(xiàn)象.在不同采樣點(diǎn)之間，4種重金屬含量變異程度均較大，其中Cd的變異程度最大，為75%；其次為Pb，為54%；Cu和Zn次之，分別為44%和38%.各采樣點(diǎn)土壤重金屬含量變異較大與歷史上該區(qū)域受工業(yè)活動(dòng)影響程度較大有關(guān)，王春光等對(duì)哈爾濱市內(nèi)工業(yè)活動(dòng)較少地帶土壤的重金屬污染調(diào)查結(jié)果表明，該區(qū)域重金屬含量的變異系數(shù)均在36%以下［10］.

2.2 不同樹(shù)種相同部位重金屬累積特征

通過(guò)對(duì)同一地點(diǎn)不同樹(shù)種葉片重金屬含量分析，結(jié)果表明（見(jiàn)表2），對(duì)于重金屬Cu，銀中楊葉子含Cu量最高，為（12.93±0.63）mg／kg；其次依次為垂柳、榆葉梅、國(guó)槐、山桃、旱柳和榆樹(shù)；銀杏葉片Cu含量最低，為（7.06±0.60）mg／kg.在葉片 Cd累積量方面，旱柳含Cd量為（1.98±0.15）mg／kg，顯著高于其他樹(shù)種；其次依次為銀中楊、榆樹(shù)、山桃、垂柳、銀杏和榆葉梅；國(guó)槐葉片Cd含量最低，為（0.18±0.06）mg／kg.在葉片Pb累積量方面，垂柳含Pb量為（5.47±0.19）mg／kg，顯著高于其他樹(shù)種；其次依次為國(guó)槐、山桃、旱柳、銀中楊、榆葉梅；銀杏和榆樹(shù)葉片Pb含量最低，分別為（2.47±0.19）mg／kg和（2.47±0.12）mg／kg.對(duì)于重金屬Zn，銀中楊葉片Zn含量最高，為（186.32±4.93）mg／kg；其次依次為旱柳、國(guó)槐、垂柳、榆樹(shù)、山桃和榆葉梅；銀杏葉片Zn含量最低，為（31.96±7.03）mg／kg.

表1 土壤重金屬含量的統(tǒng)計(jì)特征值Table 1 Statistical eigenvalue of heavy metals in soil

表2 不同樹(shù)種葉片重金屬累積量Table 2 Heavy metal accumulation of different species of leaves mg·kg－1

通過(guò)對(duì)不同樹(shù)種枝條重金屬含量分析，結(jié)果表明（見(jiàn)表3），對(duì)于重金屬Cu，榆葉梅枝條中Cu含量最高，為（13.16±1.92）mg／kg；其次依次為垂柳、旱柳、銀杏、國(guó)槐、榆樹(shù)和銀中楊；山桃枝條中Cu含量最低，為（3.52±0.29）mg／kg.在枝條Cd累積量方面，榆樹(shù)為（2.24±0.79）mg／kg，顯著高于其他樹(shù)種；其次依次為旱柳、銀中楊、榆葉梅、垂柳、銀杏和山桃；國(guó)槐Cd含量最低，為（0.46±0.12）mg／kg.在枝條Pb累積量方面，垂柳為（3.99±0.11）mg／kg，顯著高于其他樹(shù)種；其次依次為銀中楊、榆樹(shù)、榆葉梅、銀杏、旱柳和山桃；國(guó)槐P(pán)b含量最低，為（0.49±0.08）mg／kg.對(duì)于重金屬Zn，垂柳枝條Zn含量最高，為（280.24±50.48）mg／kg；其次依次為旱柳、國(guó)槐、銀杏、銀中楊、榆樹(shù)和榆葉梅；山桃枝條中Zn含量最低，為（30.10±4.45）mg／kg.

表3 不同樹(shù)種枝條重金屬累積量Table 3 Heavy metal accumulation of different species of branches mg·kg－1

不同樹(shù)種根內(nèi)重金屬累積量見(jiàn)表4.在Cu累積量方面，榆葉梅顯著大于其他樹(shù)種，含量為（18.26±2.75）mg／kg；其次依次為旱柳、垂柳、榆樹(shù)、國(guó)槐、銀杏、銀中楊，山桃根的Cu累積量最低，為（5.26±0.23）mg／kg.在 Cd累積量方面，旱柳含量為（2.73±0.33）mg／kg，顯著大于其他樹(shù)種；其次依次為垂柳、榆葉梅、銀中楊、銀杏、榆樹(shù)和山桃；國(guó)槐根的Cd累積量最低，為（0.64±0.28）mg／kg.在 Pb累積量方面，榆樹(shù)含量為（11.38±1.37）mg／kg，顯著大于其他樹(shù)種；其次依次為垂柳、山桃、銀杏、榆葉梅、旱柳和銀中楊，國(guó)槐根的Pb累積量最低，為（0.78±0.39）mg／kg.在Zn累積量方面，垂柳為（257.62±64.84）mg／kg，顯著大于其他樹(shù)種；其次依次為旱柳、國(guó)槐、銀中楊、榆樹(shù)、銀杏和榆葉梅；山桃根的Zn累積量最低，為（45.67±6.81）mg／kg.

表4 不同樹(shù)種根部重金屬累積量Table 1 Heavy metal accumulation of different species of roots mg·kg－1

2.3 綠化植物對(duì)不同金屬元素的富集規(guī)律

綠化植物總體上對(duì)4種重金屬的富集能力的排序?yàn)閆n＞Cu＞Pb＞Cd，其在不同植物體內(nèi)的平均含量 分別為 103.10 mg／kg、7.79 mg／kg、2.01 mg／kg和1.29 mg／kg，而實(shí)際土壤中重金屬含量的排序?yàn)閆n＞Pb＞Cu＞Cd，這說(shuō)明Pb相比其他3種金屬是更難于富集的金屬.

不同喬木樹(shù)種對(duì)Cu元素的富集特征，基本上表現(xiàn)為根＞葉＞枝或者葉＞根＞枝，而且不同部位Cd含量差異顯著（p＜0.05）.例如，楊樹(shù)的根中 Cu含量為（7.41±0.66）mg／kg，葉中為（12.93±0.63）mg／kg，枝 中 為 （4.55±0.29）mg／kg，此外，榆樹(shù)、國(guó)槐、桃樹(shù)均表現(xiàn)相同的規(guī)律，榆葉梅葉中Cu的含量低于枝，表現(xiàn)不同于一般.對(duì)于Cd元素，其不同部位的富集規(guī)律較為一致，除榆樹(shù)和山桃外均表現(xiàn)為根＞枝＞葉，說(shuō)明Cd的轉(zhuǎn)移過(guò)程主要來(lái)自蒸騰作用.對(duì)于元素Pb，8種喬木均表現(xiàn)為葉片＞枝條，這與交通污染有關(guān)，植物葉片吸收了較多交通來(lái)源的Pb.對(duì)于金屬Zn，除銀中楊和榆樹(shù)的葉片＞枝外，其他樹(shù)種均表現(xiàn)為兩者差異不顯著（p＞0.05）.

2.4 不同樹(shù)種重金屬累積特征比較

為比較不同樹(shù)種重金屬累積的總體特征，將植物地上部枝條和葉片按照干重比例求得地上部重金屬平均含量，這一數(shù)值對(duì)采用綠化植物進(jìn)行植物修復(fù)時(shí)是最主要的參考，結(jié)果如圖1所示.對(duì)于重金屬Cu，垂柳和榆葉梅的地上部Cu含量顯著高于其他植物，Cu含量最低的植物為山桃；對(duì)于重金屬Cd，旱柳和榆樹(shù)的地上部Cd含量顯著高于其他植物，Cd含量最低的植物為銀杏.對(duì)于重金屬Pb，垂柳的地上部Pb含量顯著高于其他植物，國(guó)槐P(pán)b含量則最低.對(duì)于重金屬Zn，垂柳地上部的Zn含量顯著高于其他植物，山桃則含量最低.綜合分析，對(duì)Cu、Cd、Pb和Zn 4種重金屬吸收能力均較好的植物為垂柳、旱柳、國(guó)槐和銀中楊.

圖1 不同植物對(duì)重金屬的積累特征Fig.1 Characteristics of different plants on the accumulation of heavy metals

3 結(jié) 語(yǔ)

（1）沈陽(yáng)市鐵西區(qū)老工業(yè)搬遷區(qū)遺留的一些公共綠地土壤中Cu、Cd、Pb和Zn 4種重金屬含量變異程度均較大，尤其是Cd和Pb.Cd和Zn的平均含量存在超標(biāo)現(xiàn)象，應(yīng)引起重視.

（2）不同種景觀植物根、枝條和葉片對(duì)重金屬的蓄積能力差異顯著（p＜0.05），同種植物不同部位的重金屬提取能力也有所差別.

（3）對(duì)Cu、Cd、Pb和Zn 4種重金屬蓄積能力均較好的喬木樹(shù)種為垂柳、旱柳、國(guó)槐和銀中楊，可以將這些樹(shù)種在沈陽(yáng)及其周邊地區(qū)的工業(yè)區(qū)重金屬污染土壤植物修復(fù)及功能植物優(yōu)化配置中進(jìn)行推廣應(yīng)用.

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Accumulation Characteristic Analysis of Common Afforestation Plants in Industrial Moving Region

SONGXueying1，HUXiaojun1，HAOYili2，JIANGChunyang2，LIANGRujing2，SUNLiqi2，JINCaixia3
（1.Key Laboratory of Regional Environment and Eco－Remediation （Ministry of Education），Shenyang University，Shenyang 110044，China；2.College of Biological and Environmental Engineering，Shenyang University，Shenyang 110044，China；3.Key Laboratory for Yellow River and Huai He River Water Environmental and Pollution Control，Ministry of Education，Henan Normal University，Xinxiang 453007，China）

The total contents of four heavy metals including copper（Cu），cadmium （Cd），lead（Pb），and zinc（Zn）in the root，branch and leaf of eight species of common afforestation arbors in Shenyang Tiexi Industrial Region were investigated and determined by field sampling and laboratory analysis.Results showed that the variation degree of the four heavy metals in the studied soil was much significant.The variation coefficient of Cd was the biggest with value of 75%，followed by Pb with value of 54%.The significant variation of heavy metals had more to do with the historical industrial activities.The difference of accumulation capacities among different arbor species in the roots，stems，and leaves was significant（p＜0.05）.The difference was also significant（p＜0.05）among different parts for the same arbor species.In total，the better arbor species for their relatively higher accumulation capacity of the four studied heavy metals wereSalixbabylonicaLinn.，Salix matsudanaKoidz.，SophorajaponicaLinn.andSalixalbavar.Tristis.

afforestation arbor；old industrial region；heavy metal；accumulation capacity

X 703.1

A

1008－9225（2012）02－0010－05

2011－12－28

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2011BAJ06B02）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41101289，21107023）.

宋雪英（1978－ ），女（滿(mǎn)族），黑龍江佳木斯人，沈陽(yáng)大學(xué)副教授，博士.

高起元】