北京地區(qū)8種園林樹木的葉片和枝條重金屬含量比較

蘭欣宇

程佳雪

萬映伶

張 欣

劉 燕*

重金屬是指相對(duì)密度大于5g/cm3的元素。造成環(huán)境污染的主要是鉛、鎘、鋅、銅、鉻、錳和鎳等[1]。它們既可以成為各類環(huán)境要素的直接污染，也可以在環(huán)境中相互遷移，形成間接污染。更為重要的是，一旦重金屬通過食物進(jìn)入人體后，會(huì)干擾人體正常生理功能，危害人體健康[2]。城市的生態(tài)環(huán)境是人類賴以生存的基礎(chǔ)與保障。但是伴隨城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，工業(yè)活動(dòng)、交通運(yùn)輸以及大量的建筑垃圾等問題使得城市生態(tài)環(huán)境中重金屬的含量不斷升高[3]。北京作為中國(guó)城市發(fā)展迅速的代表城市之一，目前以鉛(Pb)、鎘(Cd)、銅(Cu)等為主要重金屬元素污染的問題已經(jīng)不容小覷[4-8]。

城市中的園林樹木不僅可以美化環(huán)境，而且對(duì)環(huán)境中重金屬具有吸收和積累的作用[9]。研究表明植物可以從2個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)重金屬吸收：1)通過根系吸收土壤中重金屬；2)通過葉片或枝條的氣孔或皮孔等吸收大氣中的重金屬[10]。目前國(guó)內(nèi)外樹木吸收重金屬的相關(guān)研究主要以幼苗為對(duì)象[11-14]，而對(duì)北京城市園林綠地中成年木本植物重金屬吸收的研究較少，如龐靜[15]以首都鋼鐵集團(tuán)燒結(jié)廠(工業(yè)區(qū))中的28種木本植物葉片為研究對(duì)象，對(duì)比分析了不同植物對(duì)重金屬富集能力的差異；魯紹偉[16]研究了北京市不同污染區(qū)7種喬木葉片中金屬含量。這些研究涉及的園林樹種有限，為了解更多的園林樹種富集重金屬的能力，本研究在北京城區(qū)二環(huán)至五環(huán)內(nèi)6個(gè)不同的園林綠地中，選取8種成年樹木，研究了其葉片及一年生枝條中Cd、Pb、Cu含量，分析了不同樹種葉片和一年生枝條吸收特征，旨在評(píng)價(jià)篩選重金屬含量高的樹種，為北京市城市生態(tài)建設(shè)樹種的選擇提供依據(jù)。

1 研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地與樹種選擇

有文獻(xiàn)表明[5]，北京城市綠地土壤中的重金屬含量總體上從市中心向四周郊區(qū)呈逐漸降低的趨勢(shì)，因此從北京市城區(qū)二環(huán)至五環(huán)選擇了陶然亭公園、紫竹院公園、北京市中國(guó)科學(xué)院植物研究所北京植物園、馬甸公園、皇城根遺址公園以及北京營(yíng)城建都濱水綠道6個(gè)樣地(表1)。在上述6個(gè)樣地選擇了8種樹木：珍珠梅、紫薇、紫丁香、木槿、太平花、金銀木、錦帶和砂地柏。

1.2 樣品的采集預(yù)處理

樣品采自2016年10月。為了便于比較，不同樹種均選擇生長(zhǎng)健康、胸徑約5～7cm、株高在1.5～1.8m的植物(砂地柏條長(zhǎng)0.5～0.8m)。從每株樹木距地面1.0m樹冠東、南、西、北4個(gè)方向隨機(jī)采集葉片及8～15cm的一年生枝條。每個(gè)樣地每個(gè)樹種選擇3個(gè)樣本樹，采集后混勻，用聚乙烯塑料袋封裝，立即帶回實(shí)驗(yàn)室后，用去離子水沖洗葉片及一年生枝條3次后吸干表面水分，于105℃殺青30min后裝于信封40℃烘干至恒重。將干燥后的植物葉片和一年生枝條粉碎，過80目篩，放入自封袋中存于4℃至分析。

2016年10月份同步采集樣樹生長(zhǎng)地的土壤樣品，在植物采樣樣地內(nèi)根據(jù)其面積大小布置8～15個(gè)采樣點(diǎn)；按照五點(diǎn)采樣法，每個(gè)樣品由在5m×5m的區(qū)域中心和四角共采集的5個(gè)子樣組成，采樣深度為20cm，共計(jì)500g，混勻；采集的樣品經(jīng)風(fēng)干，剔除石子、樹葉、植物根系等雜質(zhì)后過80目篩后保存于4℃冰箱中至分析。

表1 實(shí)驗(yàn)樣地位點(diǎn)及概況

表2 8個(gè)樹種的葉片和一年生枝條中重金屬含量比較(單位：mg/kg)

表3 樹木不同器官中重金屬含量相關(guān)性分析

表4 樹木與相應(yīng)土壤重金屬含量相關(guān)性分析

1.3 重金屬含量測(cè)定

植物樣品：準(zhǔn)確稱取1.00g粉碎好的樣品于錐形瓶中；加入30ml高氯酸與濃硝酸混合酸溶液(比例為1:5)；加熱消煮至瓶?jī)?nèi)充滿白煙；冷卻后過濾并定容至100ml；采用ICP光譜儀(optima 8X00系列)進(jìn)行Cd、Pb以及Cu測(cè)定，重復(fù)3次，取均值。每次測(cè)定樣品時(shí)皆進(jìn)行空白試驗(yàn)，并在測(cè)定過程用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10052(GSB—30)進(jìn)行含量監(jiān)控，以確保測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

土壤樣品：采用HNO3-H2O2濕式消解法將土壤樣品進(jìn)行消解，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀測(cè)定其Cd、Pb以及Cu的含量，重復(fù)3次。每次檢測(cè)樣品時(shí)皆進(jìn)行空白試驗(yàn)及校準(zhǔn)曲線制作，確保測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS軟件進(jìn)行方差分析與相關(guān)性分析。數(shù)據(jù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算以及圖表制作在Microsoft Excel 2013中完成。

2 結(jié)果

2.1 不同園林樹木3種重金屬含量變化

來自6個(gè)樣地的8種樹木，其葉片和一年生枝條中Cd、Pb、Cu含量不同，差異顯著，且因重金屬種類而異，結(jié)果見表2。

從秋季采集的葉片和一年生枝條中總含量看，8種樹木Cd總含量在0.257～0.102mg/kg之間，從高到低依次為：紫薇＞金銀木＞太平花＞錦帶＞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總含量在9.945～23.294mg/kg之間，從高到低依次為：錦帶＞木槿＞太平花＞金銀木＞紫丁香＞紫薇＞砂地柏＞珍珠梅。位列第一的錦帶是珍珠梅的2.3倍、砂地柏的2倍。

Cu總含量在6.182～22.699mg/kg之間，從高到低依次為：金銀木＞紫薇＞紫丁香＞珍珠梅＞木槿＞太平花＞錦帶＞砂地柏。位列第一的金銀木是錦帶的2.7倍、砂地柏的3.7倍。

2.2 8種樹木不同器官重金屬含量的差異

為了進(jìn)一步了解樹木不同器官吸收重金屬的情況，分別計(jì)算樹木一年生枝條和葉片重金屬含量，結(jié)果顯示，葉片和一年生枝條對(duì)重金屬吸收能力不同，且不同器官中重金屬含量差異因重金屬種類而異(圖1～3)。

圖1 8種園林樹木葉片與枝條中鎘含量變化

圖2 8種園林樹木葉片與枝條中鉛含量變化

圖3 8種園林樹木葉片與枝條中銅含量變化

從葉片和枝條Cd含量來看(圖1)，50%樹種的一年生枝條含量高于葉片，37.5%樹種一年生枝條與葉片含量相似，有12.5%的樹種葉片含量高于一年生枝條。葉片中珍珠梅和紫薇Cd含量較高，從高到低排序?yàn)椋赫渲槊罚咀限保咎交ǎ咀隙∠悖窘疸y木＞木槿＞錦帶＞砂地柏；一年生枝條中紫薇、錦帶和金銀木Cd含量較高，從高到低排序?yàn)椋鹤限保惧\帶＞金銀木＞太平花＞紫丁香＞木槿＞珍珠梅＞砂地柏；與Cd總含量排序并不完全一致。此外，紫薇和錦帶葉片與一年生枝條中Cd含量差值較大，紫丁香、木槿和砂地柏差值較小。

不同器官的Pb含量見圖2。各樹種一年生枝條含量均高于葉片。葉片中錦帶和太平花Pb含量較高，從高到低排序?yàn)椋哄\帶＞太平花＞木槿＞珍珠梅＞金銀木＞紫丁香＞砂地柏＞紫薇；一年生枝條中錦帶、木槿和金銀木Pb含量較高，從高到低排序?yàn)椋哄\帶＞木槿＞金銀木＞太平花＞紫薇＞紫丁香＞砂地柏＞珍珠梅；這與Pb總含量排序也不一致。錦帶葉片與一年生枝條中Pb含量差值較大，珍珠梅差值較小。

樹木不同器官Cu含量見圖3。62.5%樹種一年生枝條含量高于葉片，37.5%樹種葉片含量高于一年生枝條。葉片中紫薇、木槿和珍珠梅Cu含量較高，從高到低排序?yàn)椋鹤限保灸鹃龋菊渲槊罚咎交ǎ窘疸y木＞錦帶＞紫丁香＞砂地柏；一年生枝條中金銀木、紫丁香和紫薇Cu含量較高，從高到低排序?yàn)椋航疸y木＞紫丁香＞紫薇＞太平花＞珍珠梅＞木槿＞錦帶＞砂地柏；與Cu總含量排序不一致。金銀木和紫丁香葉片與一年生枝條總Cu含量差值較大，太平花差值較小。

一年生枝條和葉片重金屬含量相關(guān)分析，結(jié)果顯示(表3)，枝條與葉片的Pb含量存在一定程度正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)系數(shù)僅為0.496；而Cd與Cu無顯著相關(guān)性。

2.3 樹木重金屬含量與環(huán)境土壤重金屬相關(guān)性

樹木重金屬含量和其生長(zhǎng)環(huán)境中土壤重金屬含量相關(guān)性不同，因重金屬種類而異，結(jié)果見表4。

樹木葉片中Cd含量與土壤Cd含量呈現(xiàn)一定正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.471；而Pb和Cu不相關(guān)；枝條中Cd、Pb含量與土壤含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.487和0.400，Cu不相關(guān)。表明植物葉片和一年生枝條在吸收環(huán)境土壤中的Cd、一年生枝條吸收環(huán)境土壤中的Pb有積極作用。

3 討論

不同樹種表現(xiàn)出吸收重金屬含量的差異可能與每個(gè)樹種對(duì)重金屬的積累能力和耐受機(jī)理不同[17-18]，也有學(xué)者提出可能與樹木葉片表面結(jié)構(gòu)、濕潤(rùn)程度、樹木葉片距地高度、重金屬元素的性質(zhì)、土壤及氣候條件等有關(guān)[19]。本研究中砂地柏葉片和枝條中Cd、Pb、Cu的含量都排在后位，這可能與裸子植物運(yùn)輸水分和無機(jī)鹽靠管胞，導(dǎo)致運(yùn)輸能力相對(duì)較弱有關(guān)，砂地柏根部富集重金屬的能力可能較強(qiáng)；也可能與常綠樹年落葉量，累計(jì)積累能力下降有關(guān)。

本研究中葉片與一年生枝條重金屬含量不同，表明在植物體內(nèi)不同器官中，重金屬的吸收和儲(chǔ)藏積累能力是不同的。而且在2個(gè)器官中并非所有重金屬含量皆具有顯著正相關(guān)關(guān)系。因此在對(duì)樹木進(jìn)行吸收重金屬能力評(píng)價(jià)時(shí)，葉片這一器官可否完全表明樹木對(duì)重金屬吸收的能力還有待商榷。

植物可通過根系吸收土壤中的重金屬，其中一部分重金屬儲(chǔ)藏積累在根部，而另一部分則會(huì)通過共質(zhì)體途徑以及質(zhì)外體途徑從根部運(yùn)輸?shù)骄S管束從而抵達(dá)枝葉[20]，并且TAKEDA[21]與URAGUCHI[22]先后通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明通過木質(zhì)部裝載及運(yùn)輸是決定植物地上部分重金屬積累的主要生理過程。本研究表明，樹木葉片和一年生枝條中Cd及樹木枝條中Pb可能部分來源于土壤，而葉片和一年生枝條中的Cu及葉片中的Pb主要來源于大氣，這與前人的研究比較接近[23-25]，在城市重金屬污染中，大氣污染不容小覷，而園林樹木對(duì)土壤和空氣中的重金屬Cd、Pb和Cu都有一定的吸收能力。

4 結(jié)語

不同樹種對(duì)不同重金屬吸收量是有顯著差異的，且與重金屬種類有關(guān)。8種園林樹木中Cd、Pb、Cu吸收最高的分別是紫薇、錦帶和金銀木；紫薇和金銀木同時(shí)對(duì)Cd和Cu、太平花同時(shí)對(duì)Cd和Pb有較強(qiáng)的吸收力，而砂地柏吸收力較弱。

樹木可回收器官葉片和一年生枝條中重金屬含量因樹種、重金屬種類而異。本研究顯示：葉片與一年生枝條僅Pb含量顯著正相關(guān)，與Cd、Cu不相關(guān)。

樹木葉片和一年生枝條的Cd、Pb、Cu重金屬既來源于土壤，也來源于大氣污染。