幾種主要綠化樹種吸滯大氣重金屬Fe、Zn能力評(píng)價(jià)

方玉鳳，劉文環(huán)，王煒燁，張?zhí)煸?，李?黑龍江省森林與環(huán)境科學(xué)研究院，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

幾種主要綠化樹種吸滯大氣重金屬Fe、Zn能力評(píng)價(jià)

方玉鳳，劉文環(huán)，王煒燁，張?zhí)煸?，李?br/>(黑龍江省森林與環(huán)境科學(xué)研究院，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

通過對(duì)齊齊哈爾市幾種主要城市綠化樹種近2年的觀測(cè)，比較分析了城區(qū)內(nèi)不同環(huán)境下綠化樹種對(duì)重金屬Fe、Zn的吸滯作用及特點(diǎn)。結(jié)果表明：在對(duì)Fe的吸滯中，糖槭是最佳的樹種，銀中楊次之；銀中楊是吸滯Zn能力最強(qiáng)的樹種，而糖槭是最差的樹種；植株葉片中Fe和Zn的含量之間存在5%顯著性負(fù)相關(guān)，由此可以根據(jù)一種元素的含量預(yù)測(cè)另一種元素的變化趨勢(shì)。綜合對(duì)Fe、Zn的吸滯情況，確定在楊樹中銀中楊是黑龍江省西部地區(qū)較適宜的城市園林綠化樹種。

齊齊哈爾；綠化樹種；重金屬；Fe；Zn；吸滯能力

隨著中國(guó)工業(yè)化和城市化的不斷發(fā)展，各種廢氣排放等造成的植物吸滯重金屬問題日益嚴(yán)重[1]，大氣重金屬污染(heavy metal pollution)仍是困擾世界城市環(huán)境與發(fā)展的嚴(yán)重環(huán)境污染之一[2]。重金屬污染由于其長(zhǎng)期性、隱蔽性和不可逆轉(zhuǎn)性的特點(diǎn)，并能通過食物鏈進(jìn)入人體，近年來已成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一[3,4]。已有研究表明，利用木本植物防治大氣重金屬污染不僅可行，而且生物效應(yīng)較高[5]。不同物種對(duì)重金屬的富集和累積存在明顯的差異[6,7]。國(guó)內(nèi)外大量關(guān)于重金屬吸滯問題的研究多是側(cè)重于重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)以及篩選對(duì)重金屬忍耐力和富集能力高的樹種[8,9]，城市大氣重金屬在植物體內(nèi)富集的研究多集中于沿海地帶和京津地區(qū)[10,11]，對(duì)于北方城市主要樹種的研究還很少。本研究以富拉爾基區(qū)主要園林綠化樹種為研究對(duì)象，在兩個(gè)重工業(yè)小區(qū)、一個(gè)住宅民小區(qū)周邊進(jìn)行相同樹種的定位試驗(yàn)檢測(cè)，根據(jù)同一大氣環(huán)境下幾個(gè)綠化樹種對(duì)重金屬吸滯情況的變化，分析不同樹種對(duì)重金屬元素的吸滯能力，為篩選出最佳吸滯大氣重金屬的城市宜植樹種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣小區(qū)概況

采樣區(qū)位于齊齊哈爾市富拉爾基區(qū)，選取3個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行定位采樣：華電富拉爾基發(fā)電廠于1955年投產(chǎn)，是高溫高壓熱電廠，年發(fā)電能力可達(dá)84億kWh；黑化集團(tuán)始建于1958年，是黑龍江省唯一的大型煤化工基地。以上兩個(gè)取樣小區(qū)屬于重工業(yè)區(qū)。綠源林業(yè)科技示范基地位于富拉爾基區(qū)全合臺(tái)，東側(cè)有省道302，西側(cè)有林木覆蓋率較高的試驗(yàn)地，周邊無重工業(yè)生產(chǎn)。

1.2 采樣時(shí)間

采樣期為2年，分2個(gè)階段，第1年分別于2014年6月12日、7月23日、8月19日、9月16日、10月16日五個(gè)時(shí)期在上述3個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行采樣；第2年于2015年6—9月在上述同一地點(diǎn)進(jìn)行采樣測(cè)定分析。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 2014年試驗(yàn)共設(shè)7個(gè)采樣對(duì)象，分別為：電廠糖槭(DT)、電廠柳樹(DL)、黑化銀中楊(HY)、黑化糖槭(HT)、林研糖槭(LT)、林研銀中楊(LY)、林研柳樹(LL)。2015年試驗(yàn)在2014年的基礎(chǔ)上新增了3個(gè)采樣對(duì)象。依次分別為：電廠糖槭(DT)、電廠柳樹(DL)、電廠楊樹(DY)、黑化糖槭(HT)、黑化銀中楊(HZ)、黑化云杉(HS)、林研糖槭(LT)、林研銀中楊(LZ)、林研柳樹(LL)、林研云杉(LS)。相同樹種的樹齡及長(zhǎng)勢(shì)基本一致，選取有代表性、生長(zhǎng)旺盛的單株作為采樣樹，并進(jìn)行標(biāo)記。分別在采樣樹樹冠的上、中、下3個(gè)部位及東、西、南、北4個(gè)方向各采集樹葉，混勻后裝入塑料袋中帶回試驗(yàn)室。

1.3.2 重金屬的測(cè)定 用自來水充分沖洗樣葉以去除黏附于植物樣品上的泥土和污物，再用去離子水沖洗。瀝干水分后，于105 ℃下殺青30 min，在70 ℃下烘干至恒質(zhì)量，用研缽磨碎、過篩、混合均勻。

樣葉重金屬含量采用CAAM-2001北京翰時(shí)研究所設(shè)計(jì)的原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理 采用Excel 2003統(tǒng)計(jì)軟件及SPSS 19.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樹種吸滯重金屬Fe的比較

圖1顯示的是2014年不同大氣環(huán)境下各樹種對(duì)重金屬Fe的吸滯變化情況，可以看出，在植物一年的生長(zhǎng)階段內(nèi)，各樹種對(duì)重金屬Fe的吸滯在8月達(dá)到最大值，8月是黑龍江省一年中溫度最高、光照最強(qiáng)的月份，植物的光合作用和呼吸作用也達(dá)到峰值。由于Fe是合成葉綠素的必要元素，并參與植物的呼吸作用，所以各樹種對(duì)周圍大氣環(huán)境中Fe的吸滯在8月達(dá)到最大值。8—9月各樹種對(duì)Fe的吸滯有明顯的下降趨勢(shì)，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的吸滯量顯著下降。9月氣溫、光照強(qiáng)度和時(shí)間開始下降，各樹種的光合作用和呼吸作用逐漸減弱，但對(duì)大氣中Fe的吸滯能力不變，這可能是導(dǎo)致9—10月Fe含量又略有增加趨勢(shì)的原因。

圖1 2014年不同時(shí)間不同樹種對(duì)重金屬Fe吸滯的比較

為了更清晰地辨別對(duì)重金屬Fe吸滯作用最明顯的樹種，我們將同一大氣環(huán)境下的樹種單獨(dú)分析，如表1，可以直觀比較2014年6—10月同一大氣環(huán)境下不同樹種吸滯重金屬Fe的含量情況。2014年6—10月，電廠大氣環(huán)境下，糖槭對(duì)Fe的吸滯量明顯高于柳樹；6—9月，黑化大氣環(huán)境下，糖槭對(duì)Fe的吸滯量也要明顯高于銀中楊，10月，糖槭低于銀中楊；林研大氣環(huán)境下，糖槭吸滯重金屬Fe的含量全年皆高于銀中楊和柳樹。

對(duì)這3個(gè)樹種吸滯重金屬Fe的含量做差異性分析表明，所有月份的糖槭與銀中楊、柳樹都存在極顯著性差異，7月的銀中楊與柳樹之間存在5%顯著性差異，其余月份的銀中楊與柳樹之間無差異性，由此說明糖槭是對(duì)重金屬Fe的吸滯作用最佳的樹種。

表1 2014年不同月份相同大氣環(huán)境下不同樹種吸滯重金屬Fe的比較分析 mgkg-1

表1 2014年不同月份相同大氣環(huán)境下不同樹種吸滯重金屬Fe的比較分析 mgkg-1

采樣地點(diǎn)6月7月8月9月10月電廠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：差異性比較為同一大氣環(huán)境下同一月份不同樹種之間的比較。英文大寫字母A、B等表示達(dá)到1%水平上的差異，小寫字母a、b等表示達(dá)到5%水平上的差異。下同

2015年在上年基礎(chǔ)上新增了電廠楊樹、黑化云杉和林研云杉，同一大氣環(huán)境下的不同樹種對(duì)重金屬Fe的吸滯變化特征如圖2。由圖2a可以看出，除7月外，8—10月電廠大氣環(huán)境下的糖槭吸滯重金屬Fe最多，根據(jù)差異性分析我們得到：7月糖槭與楊樹之間存在5%顯著性差異；8月3個(gè)樹種之間達(dá)到1%極顯著性差異；9—10月糖槭與柳樹、楊樹皆存在1%極顯著性差異，說明在電廠環(huán)境下，糖槭對(duì)重金屬Fe的吸滯作用最強(qiáng)，且和柳樹、楊樹存在差異。

圖2b表示的是2015年黑化環(huán)境下不同樹種對(duì)重金屬Fe的吸滯變化情況，除7月外，8—10月糖槭較其他兩個(gè)樹種吸滯更多的重金屬Fe，差異性分析得到：7、9月3個(gè)樹種之間存在1%極顯著性差異；8、10月糖槭與銀中楊存在5%顯著性差異。說明在黑化環(huán)境下，糖槭吸滯重金屬Fe的能力較銀中楊和云杉強(qiáng)，結(jié)合圖2a和圖2b吸滯重金屬Fe的含量變化趨勢(shì)，可以預(yù)測(cè)楊樹類樹種是繼糖槭后，吸滯重金屬Fe能力較好的樹種，優(yōu)于柳樹和云杉。

圖2c表示的是2015年林研環(huán)境下四個(gè)樹種對(duì)重金屬Fe的吸滯情況，除8月外，糖槭較柳樹、銀中楊和云杉對(duì)重金屬Fe的吸滯量要高，且明顯表現(xiàn)為7、10月的糖槭與其他3個(gè)樹種之間存在1%極顯著性差異；9月糖槭與銀中楊之間無差異，與柳樹、云杉達(dá)到1%極顯著性差異。這也符合上文所作楊樹類樹種對(duì)重金屬Fe的吸滯能力僅次于糖槭，強(qiáng)于柳樹和云杉的預(yù)測(cè)。

圖2 2015年不同環(huán)境下各樹種對(duì)重金屬Fe吸滯比較

2.2 不同樹種吸滯重金屬Zn的比較

圖3表示的是2014年不同樹種對(duì)重金屬Zn吸滯情況的時(shí)間變化情況，由圖3可以看出，各樹種對(duì)重金屬Zn的吸滯基本為6—9月呈現(xiàn)或大或小的下降趨勢(shì)，9—10月呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)。趙承易對(duì)北京交通干道旁楊樹葉中的重金屬元素進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)楊樹葉吸收重金屬是隨時(shí)間的推移逐漸增多的[12]，這與本研究的結(jié)果相悖，這可能是由于Zn屬于易移動(dòng)元素，在植物體內(nèi)多分布于莖尖和幼嫩葉片中，而試驗(yàn)采集的多是中下部葉片，因此出現(xiàn)了6—9月的Zn含量總體下降的趨勢(shì)。同時(shí)Zn又是影響光合作用的重要元素，9月開始表現(xiàn)出同F(xiàn)e一致的變化趨勢(shì)。

圖3 不同時(shí)間不同樹種對(duì)重金屬Zn吸滯的比較

針對(duì)同一地點(diǎn)各時(shí)期不同樹種對(duì)重金屬Zn的吸滯情況作圖4。由圖4可以明顯發(fā)現(xiàn)，在同一大氣環(huán)境下的樹種，不同月份吸滯重金屬Zn的累積量最低的為糖槭。

圖4 不同環(huán)境下各樹種對(duì)重金屬Zn吸滯比較

2015年林研4個(gè)樹種對(duì)重金屬Zn的吸滯變化情況如圖4d所示，可以清晰地發(fā)現(xiàn)7—10月每個(gè)月份銀中楊積累的重金屬Zn的含量最多，且與其他3個(gè)樹種達(dá)到1%極顯著性差異；云杉對(duì)重金屬Zn的吸滯能力僅次于銀中楊，由于云杉是常綠針葉樹種，其針葉中的元素Zn可能是多年積累的結(jié)果，但是仍與闊葉樹種銀中楊的積累量存在極顯著性差異，如8月，銀中楊葉片所積累的重金屬Zn的含量是云杉的2.53倍，二者差距最小的10月也達(dá)到了1.13倍，說明闊葉樹種銀中楊是吸滯重金屬Zn的最佳宜植樹種，而糖槭是吸滯重金屬Zn能力最差的樹種。

2.3 吸滯Fe和Zn的相關(guān)性分析

我們將電廠、黑化、林研的不同樹種對(duì)重金屬Fe、Zn吸滯的含量進(jìn)行相關(guān)系分析，圖5表示的是2015年7—10月共計(jì)40個(gè)樣品積累Fe和Zn的線性相關(guān)，r=-0.201 7*，達(dá)到5%顯著性負(fù)相關(guān)，可以根據(jù)重金屬Fe的變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)重金屬Zn的含量變化情況；同時(shí)也說明林木對(duì)重金屬Fe、Zn的吸滯能力表現(xiàn)相反，吸滯重金屬Fe能力最強(qiáng)的糖槭對(duì)重金屬Zn的吸滯能力最弱。

圖5 吸滯Fe和Zn的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

不同樹種對(duì)重金屬的忍耐存在差異，同樹種對(duì)不同濃度的重金屬離子也表現(xiàn)出反應(yīng)差異。根據(jù)對(duì)2014年不同樹種對(duì)重金屬Fe、Zn吸滯情況的分析，可以初步確定糖槭是最佳吸滯重金屬Fe的宜植樹種，銀中楊僅次于糖槭；而對(duì)重金屬Zn的吸滯能力，糖槭最弱，銀中楊最佳。2015年的測(cè)定驗(yàn)證了2014年的推測(cè)，相關(guān)性分析表明重金屬Fe、Zn之間存在5%顯著性負(fù)相關(guān)，說明在林木對(duì)重金屬Fe吸滯含量多時(shí)，其吸滯的重金屬Zn含量少，結(jié)合兩年對(duì)重金屬Fe、Zn的吸滯情況來看，糖槭并不具備最佳吸滯環(huán)境中重金屬Fe和Zn的能力，而銀中楊是可以同時(shí)吸滯重金屬Fe、Zn的最佳宜植樹種。

植物在重金屬含量較高的土壤中生長(zhǎng)時(shí)，一旦重金屬含量超過其忍受臨界值，植物生長(zhǎng)就會(huì)受到抑制，其葉色、株高等形態(tài)指標(biāo)就會(huì)發(fā)生不同程度的變化。本試驗(yàn)中的樹種沒有明顯受重金屬毒害的癥狀，在痕量檢測(cè)中，根據(jù)已有的數(shù)據(jù)只能預(yù)測(cè)電廠、黑化、林研環(huán)境中的重金屬Fe、Zn的含量沒有超標(biāo)。

綜合不同樹種對(duì)重金屬Fe、Zn的吸滯情況，表明銀中楊是黑龍江西部地區(qū)較佳的宜植園林綠化樹種。

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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

方玉鳳(1988-)，女，黑龍江齊齊哈爾人，碩士，工程師，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究.

李峰(1963-)，男，黑龍江呼蘭人，研究員級(jí)高工，主要從事森林生態(tài)研究.

S79；TB484.4

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.06.022