桐鄉(xiāng)市主要喬木樹種重金屬累積特征研究

吳初平，蔡建武，高洪娣，黃玉潔，金 凱，朱錦茹，袁位高，江 波

（1. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023；2. 浙江省桐鄉(xiāng)市林業(yè)工作站，浙江 桐鄉(xiāng) 314500；3. 浙江省林業(yè)生態(tài)工程管理中心，浙江 杭州 310020）

桐鄉(xiāng)市主要喬木樹種重金屬累積特征研究

吳初平1，蔡建武2，高洪娣3，黃玉潔1，金 凱2，朱錦茹1，袁位高1，江 波1

（1. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023；2. 浙江省桐鄉(xiāng)市林業(yè)工作站，浙江 桐鄉(xiāng) 314500；3. 浙江省林業(yè)生態(tài)工程管理中心，浙江 杭州 310020）

對(duì)桐鄉(xiāng)市主要喬木樹種按主要干線通道、干線河道、片林（苗圃和桑園）不同功能區(qū)、不同器官（根、皮、干、枝和葉）吸收重金屬的能力進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果表明：樹種的不同部位累積重金屬的能力，在通道枝、葉＞根＞皮、干，在河道根＞枝、葉＞皮、干；從吸收重金屬的效益看，通道綠化應(yīng)選擇枝葉比較茂盛的樹種，河道綠化應(yīng)選擇根系發(fā)達(dá)的樹種。

重金屬；污染防護(hù)；喬木樹種

從 1983年美國科學(xué)家Chaney首次提出利用某些能夠富集重金屬的植物清除土壤重金屬污染的設(shè)想即植物修復(fù)技術(shù)的思想以來，植物修復(fù)（Phytoremediation）技術(shù)已經(jīng)成為目前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。國外對(duì)植物修復(fù)研究的較早[1~5]，我國對(duì)植物修復(fù)也進(jìn)行了探討和初步嘗試[6~11]，但系統(tǒng)性研究目前還處于起步階段。一般的植物修復(fù)是指利用超富集植物（Hyperaccmulators）的提取作用去除污染土壤中的重金屬，也就是通過重復(fù)種植和收獲超富集植物將污染土壤中重金屬濃度降低到可接受的水平。因此，選擇合適的植物種類修復(fù)污染土壤，將大大提高其修復(fù)的效果。尋找更多、更理想的能有效富集重金屬的植物，為污染土壤的植物修復(fù)提供豐富的種質(zhì)資源[12]，具有重要意義。

桐鄉(xiāng)市位于浙江省北部杭嘉湖平原腹地，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，涉重金屬行業(yè)眾多，如皮革、毛皮、羽毛（絨）及其制品業(yè)和有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)等。根據(jù)《浙江省重金屬污染綜合防治規(guī)劃》，桐鄉(xiāng)市為省級(jí)重點(diǎn)防控區(qū)域，廢水重金屬污染物排放量達(dá)1 563.44 kg/a（占嘉興市重金屬污染物總排放量的22.59%），皮革及其制品業(yè)重金屬排放量占總量的98.67%，含重金屬固廢產(chǎn)生每年貯存量約85 t/a。經(jīng)過多年的整治努力，桐鄉(xiāng)市的環(huán)境略有改善，但總體情況不容樂觀，特別是土壤重金屬污染嚴(yán)重。為了探討桐鄉(xiāng)市主要喬木樹種對(duì)重金屬吸收能力的差異，本研究選擇了不同地段的樟、水杉等主要喬木樹種，采集其根、枝、葉等不同部位，測(cè)定其鉛（Pb）、鎘（Cd）和鎳（Ni）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以此了解不同植物對(duì)重金屬（Pb、Cd和Ni）的吸收與富集作用，以及可能的耐性機(jī)制，為植物抗重金屬污染研究提供科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)資料，并為桐鄉(xiāng)市污染退化地的植被恢復(fù)提供參考。

1 研究地區(qū)概況

桐鄉(xiāng)市屬浙北平原區(qū)，境內(nèi)地勢(shì)平坦低洼，無一山丘，大致東南高，西北低，略向太湖傾斜，平均海拔5.3 m，相對(duì)高差約3 m。該區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，具有日照充足、雨量充沛、溫和濕潤、四季分明、無霜期較長的氣候特點(diǎn)。多年平均氣溫16.0℃，無霜期243 d。境內(nèi)河流屬長江流域太湖運(yùn)河水系，境內(nèi)河道縱橫密布，但河道底坡平緩、流量小、流速低，河水流向、流量多變。土壤主要為河流沖積土和湖泊沼澤淤積土。

2 研究方法

2.1 樣品收集

在桐鄉(xiāng)市主要干線通道、干線河道、片林（苗圃和桑園）內(nèi)選擇種植較多的樟（Cinnamomum camphora）、水杉（Metasequoia glyptostroboides）、櫸樹（Zelkova serrata）、梧桐（Firmiana platanifolia）、楊樹（Populus spp.）、垂柳（Salix babylonica）、全緣葉欒樹（Koelreuteria bipinnata var. in tegrifoliola）和桑（Morus alba）為研究樹種，采樣樹木的基本情況見表1。按區(qū)域各樹種選擇3株，采集樹木的營養(yǎng)部位，每株樹按東、南、西和北4個(gè)方向采集樣品。樣品分根、皮、干、枝和葉。枝條和葉子為樹冠上中下部樣品的混合樣。

2.2 樣品測(cè)定方法

采用王水—高氯酸消化、原子吸收分光光度法測(cè)定供試樣品的Pb、Cd、Ni全量。

表1 調(diào)查樹種基本情況Table1 Growth of sampled trees

3 結(jié)果與分析

3.1 不同區(qū)域樹種重金屬累積特征比較

表2 不同區(qū)域各樹種重金屬累積量Table 2 Heavy metal accumulation in different tree species at different areas

為比較不同樹種重金屬累積的總體特征，將不同樹種各部位的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)按生物量加權(quán)平均，得出每種樹種的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值，結(jié)果如表 2。在通道，樟和水杉對(duì)鉛，樟、水杉和楊樹對(duì)鎘，樟和水杉對(duì)鎳的累積較多，說明在通道兩側(cè)種植樟和水杉有利于吸收重金屬。在河道，水杉對(duì)鉛的累積最高，垂柳對(duì)鎘和鎳的累積在3樹種中均為最高，樟對(duì)重金屬的累積不如水杉和垂柳，但差異并不十分明顯。因此，3種植物的富集能力雖然因重金屬種類而異，但都適合作為重金屬污染河道的防護(hù)綠化樹種，其中水杉和垂柳效果更好。在片林，水杉對(duì)鉛，水杉和全緣葉欒樹對(duì)鎘，樟和水杉對(duì)鎳的累積較多。

以上結(jié)果說明，不同樹種對(duì)重金屬的累積能力不盡相同。同時(shí)，相同樹種在不同區(qū)域?qū)χ亟饘俚睦鄯e能力也不盡相同。從表2可以看出，樟和水杉在通道對(duì)重金屬特別是鉛的累積能力，明顯大于河道和片林。這是因?yàn)檫^往車輛引起的汽車尾氣中有大量含鉛化合物，導(dǎo)致通道兩側(cè)的樹木受到的污染程度大于河道和片林。

3.2 植物不同部位累積重金屬特征比較

植物的不同部位累積重金屬的能力不同[13]。表3顯示通道和河道的樟、水杉的不同器官中重金屬的累積量。從鉛看，通道中的樟和水杉均是枝、葉＞根＞皮、干，而河道中的樟和水杉是根＞枝、葉＞皮、干。一般重金屬被樹木吸收后，主要先停留在根部，再逐步向地上部分遷移[14]。不同器官對(duì)重金屬的累積雖然因種類而異，大都為根＞枝、葉＞皮、干[15]。通道中的樟和水杉對(duì)鉛的累積量均是枝、葉較大，說明含鉛化合物較多的汽車尾氣是通道的重要污染源。從鎘看，通道和河道的樟、水杉均為根最高，干最小，與余娜等[14]、劉偉濤等[15]的研究結(jié)果一致。從鎳看，通道和河道的樟、水杉均為枝、葉較高，干最小。

表3 樟和水杉不同部位重金屬累積量Table 3 Heavy metal accumulation in different organs of C. camphora and M. glyptostroboides

4 結(jié)論與討論

國內(nèi)對(duì)耐性植物的調(diào)查研究已有一定的報(bào)道，如邱媛等[16]對(duì)礦區(qū)內(nèi)的植被和立地條件進(jìn)行調(diào)查分析，楊學(xué)軍等[17]對(duì)上海地區(qū)近20種常見綠化樹種的重金屬污染的防護(hù)特性進(jìn)行了比較研究。綜合本文試驗(yàn)結(jié)果，關(guān)于植物不同部位累積重金屬的能力，通道中的樟和水杉均是枝、葉＞根＞皮、干，而河道中的樟和水杉是根＞枝、葉＞皮、干。說明，通道綠化應(yīng)選擇枝葉比較茂盛的樹種，河道綠化應(yīng)選擇根系發(fā)達(dá)的樹種。實(shí)際結(jié)果也證實(shí)在通道兩側(cè)種植樟有利于吸收重金屬，在河道垂柳對(duì)鎘和鎳的累積最高。

本研究對(duì)桐鄉(xiāng)市主要喬木樹種分不同功能區(qū)、不同器官探討了吸收重金屬的凈化能力，但喬木樹種相對(duì)較少，也未涉及灌木和草本。隨著環(huán)境問題的日益突出和人類對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，在桐鄉(xiāng)市等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)但污染嚴(yán)重的平原地區(qū)，利用近十幾年剛剛興起的植物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行修復(fù)的方法已經(jīng)成為目前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。因此，今后有必要開展對(duì)平原地區(qū)常見綠化樹種（喬灌草）在不同污染地帶的重金屬污染防護(hù)特性的研究，以促進(jìn)植物修復(fù)技術(shù)在重金屬污染地帶生態(tài)防護(hù)綠化中的應(yīng)用。

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Accumulation of Heavy Metals in Arbor Species in Tongxiang City

WU Chu-ping1，CAI Jian-wu2，GAO Hong-di3，HUANG Yu-Jie1，JIN Kai2，ZHU Jin-ru1，YUAN Wei-gao1，JIANG Bo1
（1. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China; 2. Tongxiang Forestry Station of Zhejiang , Tongxiang 314500, China; 3. Zhejiang Forestry Ecological Engineering Administration, Hangzhou 310020, China）

Determinations were conducted on heavy metals in different organs of the arbor species in different functional areas of Tongxiang city, Zhejiang province. The results showed that metal accumulation ability of different parts of road trees was ordered by branch and leaf > root > bark and trunk, that of trees along river was: root > leaf and branch > bark and stem. The result indicated that tree species with more branch and leaf should selected for afforestation of highway, and that with better root system for river banks.

heavy metal; pollution protection; arbor species

S718.43

A

1001-3776（2014）04-0017-04

2014-01-08；

2014-06-05

森林生態(tài)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（2011R50027）

吳初平（1979－），男，浙江東陽人，助理研究員，從事森林生態(tài)研究。