植物生態(tài)修復技術在城市公園綠地重金屬污染土壤中的應用研究

胡振園　趙卉　閆寶興

關鍵詞：重金屬；植物生態(tài)修復；公園綠地；土壤

中圖分類號：X171.4 文獻標志碼：B

前言

城市是人類生活和生存的地方，集中了大量的工業(yè)和建筑集群，而且是人口密度相對集中的地塊。城市存在的地方，對大自然的環(huán)境造成了嚴重的干擾和污染。城市土壤作為土壤的一部分，具備生態(tài)環(huán)境、經濟和人居的功能。城市公園土壤承擔著綠色植物生長的媒介，作為公園綠化植物養(yǎng)分和水分的提供者，是關系到城市人類生活的健康及城市生態(tài)系統(tǒng)平衡的關鍵因素。

目前，對土壤重金屬處理的方法有很多。包括重金屬固化、熱處理、物理修復、化學修復、微生物修復、植物修復等多種方法。植物修復法是一種重金屬常用的方法，在不破壞公園綠地土壤結構和微生物系統(tǒng)的條件下，利用植物體和植物根系對土壤的重金屬進行吸附處理，定期的對吸附完的植物進行收割，對城市公園綠地重金屬污染土壤進行修復，減少土壤中的重金屬含量。

研究針對城市公園綠地重金屬污染土壤，采用植物修復法對土壤中的重金屬吸附效果，對公園內綠地上的草本和木本植物進行調查采樣，選擇自然生長良好、覆蓋率較高的植物確定為優(yōu)勢植物。篩選出對重金屬極具富集能力的植物，為城市公園綠地土壤重金屬污染土壤植物修復方法提供參考依據(jù)。

1實驗部分

1.1公園綠地土壤采集

研究在某市公園的種植綠地上開展，選擇公園內種植的小葉楊、榆樹、紫丁香、高羊茅、五節(jié)芒、小蓬草3種草本和3種木本植物進行調查。每種類別的植物選擇8棵對應的種植點進行取樣。此外，在公園綠化種植土壤懸著20個點，對不同的點進行取樣分析。采集的植物挖出完整的植物根系，用純水洗滌根系上的土壤，并自然晾干，放入到自封袋中。取的土壤過100目篩子，去除土壤里面的石子和其它固體雜質，備用。

1.2重金屬分析方法

植物樣品采集完后，把采集的樣品剪切為地上部分和地下部分，根據(jù)種植植物的類別，把相同作物的相同部分混合在一起，用自來水把各部分清洗干凈，再用純凈水洗滌5次，放在搪瓷托盤中自然晾干。放入烘箱中，設定溫度為110℃，烘干60 min殺青。繼續(xù)在85℃下烘干至恒重。通過100目的篩子后裝袋備用。重金屬土壤中的Cu、Zn、Cd、Pb、Mn、Ni、Cr、As和植物的樣品稱取0.2 g，放入消解管中，加入5mL的分析純硝酸和2 mL的氫氟酸，在溫度為180℃消解24h；再加入2 mL的高氯酸，在電爐上加熱到210℃消解4h，打開消解管的蓋子，在通風櫥中使酸霧散盡，加2mL的硝酸把殘渣溶解，轉移到50 mL的容量瓶中定容待測。為保證檢測結果的準確性，需同時檢測標準物質和植物標準系列的基準物作為參考，控制檢測誤差在3%以內。所用的試劑皆為分析純試劑。檢測金屬Mn采用火焰原子吸收光譜儀，其余重金屬元素采用電感耦合等離子質譜儀（ICP-MS）測定。

1.3數(shù)據(jù)分析

評估植物對土壤重金屬的富集和轉運能力，采用富集系數(shù)和轉運系統(tǒng)來評價。富集系數(shù)是指重金屬在植物體內的富集程度，轉運系數(shù)是指植物的地上部分和地下部分重金屬含量的比值。根據(jù)這2個指標，可以對不同植物對土壤中重金屬的吸附能力和對土壤的修復能力。

2結果與討論

2.1城市公園綠地土壤重金屬含量

通過檢測發(fā)現(xiàn)，與土壤背景值相比，Cr、Ni、Co、Zn、Pb、Cu、As、Fe、Mn重金屬元素在土壤中已經有了明顯的累積，對土壤已經有了明顯的污染。不同重金屬的累積強度排序為Pb>Cu> Co> Fe>Zn> Cr> Mn> Ni> As。砷的平均值接近于土壤的背景值，可以得出砷的累積不是人為因素所導致的。但是最大值還是大于背景值，說明公園內的部分位置砷有累積。Mn、Zn含量的最小值和土壤背景值較為接近，平均值為背景值的0.98和1.42倍，該兩種金屬存在少量的累積。Cu、Pb的含量最大和最小值差異較大，Cu的最大值和最小值分別為86.0mg/kg、27.1mg/kg，Pb的最大值和最小值分別為100.6 mg/kg、28.8 mg/kg，相差分別為7.5和6.5倍。說明Cu和Pb在綠地土壤中的富集程度較高，且各分布點的含量差異較大。Fe、Ni、Co的最小值比公園綠地的背景值大，證明這3種元素原本存在于土壤中，并不是后期人類活動或者工業(yè)生產產生的富集。不同的金屬元素受人類活動和工業(yè)生產所產生的影響差異較大。金屬Zn、Pb、Cu的變異系數(shù)較大，說明了這3種金屬在公園綠地土壤中污染程度差異較大。其余6種金屬變異系數(shù)較小，說明污染的相關程度和污染相似程度相對輕。

2.2綠地公園植物重金屬含量

如表1所示6種植物生態(tài)修復后，植物不同部分重金屬含量。小葉楊、榆樹的地上和地下部分Cr、Ni、Zn、Mn的差異較大。其余植物的重金屬含量地上部分和地下部分差異較小。Mn元素除了小蓬草和小葉楊以外，在其它植物中差異不大。說明其它植物對于Mn元素的富集能力基本相同，具有相同的吸附性能。

2.3公園綠地土壤重金屬含量相關性分析

對城市公園表層土壤中重金屬元素含量相關性分析結果如圖1所示。相關性分析可以判斷土壤中重金屬的來源是否一致。若兩者相關性顯著，說明兩者的來源相同，而且來源可能較多。從圖1可以得出，Pb和Cu、Zn的相關性極顯著，F(xiàn)e和Ni和Mn的相關性也極顯著，表明Pb、Cu、Zn和Fe、Ni、Mn的來源相似，而且通常來源于礦石和礦物鹽的存在。Mn、Fe和Pb、Zn、Cu相關性顯著，說明這些金屬有著相似的來源性和相似性。Cr、Co和As、Ni、Mn、Fe的相關性不顯著，說明這些金屬的來源和相似性無關，同時可以得出，城市公園綠地的土壤重金屬來源較為復雜，且來源不單一。

2.4植物修復土壤重金屬富集系數(shù)

不同植物對土壤重金屬的富集系數(shù)如圖2所示，相對于其它重金屬，3種草本植物和3種禾本植物對Cd具有較強的富集能力。小葉楊、榆樹、紫丁香、高羊茅、五節(jié)芒、小蓬草的富集系數(shù)為2.13、0.67、1.12、0.32、0.87、1.14。小葉楊、五節(jié)芒、小蓬草對金屬Cu的富集能力較強，分別為1.34、1.13、2.18。榆樹、五節(jié)芒、紫丁香對Ni有較強的富集能力，富集系數(shù)分別為3.87、2.23、1.46。紫丁香和高羊茅對Zn和Cd有較強的富集能力。五節(jié)芒相比其它植物，對Mn、Pb具有較強的富集能力。對于公園綠地重金屬的富集植物來說，榆樹和紫丁香的富集能力最強，其次是小葉楊和高羊茅。

2.5植物修復土壤重金屬轉運系數(shù)

如圖3所示公園綠地植物生態(tài)修復對重金屬的專業(yè)系數(shù)。轉運系數(shù)反應了重金屬在植物體內運輸遷移的能力。轉運系數(shù)越大，說明植物對重金屬的轉運能力越大，該植物適合此種金屬的修復富集。紫丁香對Cr、Ni、Cu、Zn的轉運能力較強，轉移系數(shù)分別為3.84、1.12、1.21、1.12。小葉楊對Cr、Zn、Mn的轉運能力很強，轉運系數(shù)分別為4.2、1.23、3.72。高羊茅對Ni、Cu、Mn的轉運能力也很強，轉運系數(shù)分別為3.24、3.12、3.94。轉運系數(shù)最大的植物是小葉楊和高羊茅，紫丁香和榆樹較大。

3結論

土壤中不同重金屬的累積強度排序為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較為接近，Cu、Pb的含量最大和最小值差異較大。Pb、Cu、Zn和Fe、Ni、Mn的來源相似，而且通常來源于礦石和礦物鹽的存在。Mn、Fe和Pb、Zn、Cu相關性顯著，Cr、Co和As、Ni、Mn、Fe的相關性不顯著，說明這些金屬的來源和相似性無關，同時可以得出，城市公園綠地的土壤重金屬來源較為復雜，且來源不單一。不同的植物對土壤重金屬的富集能力各不相同，需要根據(jù)重金屬進行選擇。紫丁香對Cr、Ni、Cu、Zn的轉運能力較強，轉運系數(shù)最大的植物是小葉楊和高羊茅，紫丁香和榆樹較大。