宿遷市桂花葉內(nèi)重金屬分布特征

韓佳怡　劉宇　徐倩　陸婉婷　王穎　晏慧春　周晨曦　李家利

摘要 以宿遷地區(qū)常見的常綠小喬木桂花為研究對象，采集主城區(qū)5個不同功能區(qū)（居住區(qū)、商業(yè)區(qū)、公園綠地、風景區(qū)、交通區(qū)）種植的桂花葉片，分析葉片中Cr、Cu、Zn、As和Cd的分布特征及來源。結(jié)果表明，不同功能區(qū)桂花葉片中重金屬含量均值存在差異，Cr、Cu、Zn、As和Cd含量分別在58.85～81.36、53.11～69.49、163.67～440.87、2.12～3.76、0.95～3.90 mg/kg，交通區(qū)和商業(yè)區(qū)的桂花葉片中多數(shù)重金屬含量要高于風景區(qū)對桂花葉片內(nèi)重金屬元素進行相關(guān)性分析，得到葉片中Cd與Zn呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），Zn與Cr、Cd與Cu呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。Cr、Cu和Zn主要來自燃料燃燒、輪胎磨損和機動車零部件老化等因素產(chǎn)生的粉塵，表明桂花作為宿遷地區(qū)優(yōu)良的行道樹種，多種植在不同功能區(qū)的主次干道邊，受到了大量的交通運輸源的重金屬影響。

關(guān)鍵詞 桂花；重金屬含量；城市污染；宿遷

中圖分類號 X173；X53? ?文獻標識號 A

文章編號 1007-7731（2023）08-0094-05

Distribution Characteristics of Heavy Metals in Osmanthus fragrans Leaves in Suqian City

HAN Jiayi1? ?LIU Yu1*? ?XU Qian2? ?LU Wanting1? ?WANG Ying1? ?YAN Huichun1? ?ZHOU Chenxi1? ?LI Jiali1

（1Architecture and Civil Engineering of Suqian College，Suqian Jiangsu 223800；

2Jiangsu Subei Flower Co.， Ltd.， Suqian Jiangsu 223600）

Abstract Taking the common evergreen small arbor Osmanthus fragrans in Suqian area as the research object， the leaves of Osmanthus fragrans planted in five different functional areas （residential area， commercial area， park green space， scenic area and traffic area） in the main urban area were collected， and the distribution characteristics and sources of Cr， Cu， Zn， As and Cd in the leaves were analyzed. The results showed that the mean values of heavy metals in the leaves of Osmanthus fragrans were different. The contents of Cr， Cu， Zn， As and Cd were 58.85～81.36， 53.11～69.49， 163.67～440.87， 2.12～3.76 and 0.95～3.90 mg/kg， respectively. The contents of most heavy metals in the leaves of traffic areas and commercial areas were higher than those of scenic spots and parks; Through the correlation analysis of heavy metal elements in the leaves of Osmanthus fragrans， it was found that there was a very significant positive correlation between Cd and Zn （P<0.01）， Zn and Cr， Cd and Cu （P<0.05）. Cr， Cu and Zn mainly come from dust generated by fuel burning， tire wear， aging of motor vehicle parts and other factors， which indicates that Osmanthus fragrans， as an excellent street tree species in Suqian， is mostly planted near the main and secondary roads in different functional areas， and is affected by a large number of transportation sources.

Keywords Osmanthus fragrans; heavy metal content; municipal pollution; Suqian

重金屬元素對植物生長發(fā)育具有潛在威脅[1]，且在環(huán)境中普遍存在，具有累積性強、難降解等特點[2-3]。園林植物通過吸收土壤中的重金屬元素和吸附大氣顆粒物中的重金屬微粒，從而降低環(huán)境中重金屬含量[4]，在城市環(huán)境保護中起著非常積極的作用。目前，國內(nèi)外對許多城市植物葉片內(nèi)重金屬含量開展了相關(guān)研究，主要集中在污染評價[5-6]、來源解析[7-8]、植物差異[9-10]等方面，但針對單一樹種葉片內(nèi)重金屬的空間分布特征的相關(guān)研究甚少。

桂花屬木犀科，樹形優(yōu)美，喜陽耐陰、耐高溫、耐寒，對土壤要求不高，是江蘇北部地區(qū)常見的常綠小喬木。桂花葉片為革質(zhì)，經(jīng)冬不調(diào)，外形呈長橢圓，兩面均無毛，具向葉脈內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，中脈在上面凹入，下面凸起，能截留較多大氣顆粒物中的重金屬元素，相對于其他植物具有良好的生態(tài)效益。本研究以蘇北地區(qū)常見的桂花葉片為研究對象，研究宿遷城區(qū)5個不同功能區(qū)桂花葉片內(nèi)重金屬的分布特征，進一步研究桂花葉片中重金屬的來源，為改善宿遷市城市環(huán)境提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗地點設在宿遷市主城區(qū)內(nèi)（含宿城區(qū)、宿豫區(qū)、湖濱新區(qū)、經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、蘇宿工業(yè)園區(qū)）。宿遷市屬于暖溫帶落葉闊葉林的過渡區(qū)，受季風影響，該區(qū)域易形成春旱、夏澇、秋冬干旱的氣候。

試驗材料為宿遷市5個不同功能區(qū)內(nèi)（居住區(qū)、商業(yè)區(qū)、公園綠地、風景區(qū)、交通區(qū)）完整健康的桂花葉片。其中居住區(qū)包括宿院教師公寓、新宿中花園、中亞小區(qū)、朱瓦村、和諧家園、盛世景園、明州家園7個樣點；商業(yè)區(qū)選擇樂華超市、中央廣場、寶龍廣場3個樣點；公園綠地選擇雙塔公園、新莊、千鳥園、鳴鳳傅、東關(guān)口、下相公園6個樣點；風景區(qū)選擇威尼斯酒店、羅曼園、梨園灣、駱馬湖4處樣點；交通區(qū)選擇洋河大道、上海路、高鐵公園、迎賓大道。共計24個樣點。

1.2 試驗材料及樣品采集

2021年1—3月，選擇晴朗無風的天氣采集樣本。每個采樣點選取20株完整健康的桂樹，采用不銹鋼剪刀均勻修剪葉片。為保證樣品采集盡量一致，將樹冠按上、中、下3部分和東西南北4個方向分層隨機取樣，每棵樹采集30片，存放于實驗袋中，并標注編號。

1.3 樣品處理

將采摘的桂花葉片浸泡于純水中約20 min，進行充分浸洗，然后用小刷子輕輕洗掉葉片附著物，用鑷子小心夾出葉片，放在衛(wèi)生紙上自然風干。再將葉片放進烘箱，在恒溫下烘干。烘干后的每株葉片樣品稱量0.2 g，置于研缽中研磨至粉末狀，倒入消解罐中，先滴入0.2 mL的HNO3，靜置20 min，繼續(xù)依次加入0.2 mL的HNO3和0.1 mL的H2O2，再放入微波消解儀消解30 min后再冷卻30 min，將最終樣品液體裝入試劑管備用。樣品采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）測定桂花葉片內(nèi)重金屬鋅（Zn）、銅（Cu）、鉻（Cr）、砷（As）和鎘（Cd）的含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 21.0軟件分析，并用最小顯著差數(shù)法（LSD）檢測數(shù)據(jù)之間的差異性，圖表采用Excel 2010軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 桂花葉片內(nèi)重金屬含量分布

由表1可知，桂花葉片內(nèi)重金屬含量均值存在較大差異，含量由高到低依次為Zn>Cr>Cu>As>Cd。其中，Zn含量最高，達到243.180 mg/kg，Zn是植物必需的微量元素之一，影響植物生長素的合成，還可增強植物的抗逆性，改變籽實與莖桿的比率。Cd和As含量較低，分別為2.417、2.737 mg/kg，2者對植物都有較強的生理毒害作用，包括破壞植物葉綠素結(jié)構(gòu)，促進細胞產(chǎn)生氧自由基，引起水分代謝以及必需元素代謝紊亂。Ｃr和Cu含量中等，平均含量為72.087、62.094 mg/kg。

2.2 不同功能區(qū)桂花葉片內(nèi)重金屬含量分布特征

對不同功能區(qū)桂花葉片內(nèi)Cr含量的統(tǒng)計結(jié)果表明（圖1），Cr含量由高到低依次為風景區(qū)>公園綠地>交通區(qū)>居住區(qū)>商業(yè)區(qū)。其中風景區(qū)北側(cè)有化工廠，導致葉片內(nèi)Cr含量較高，達到81.36 mg/kg；商業(yè)區(qū)的Cr含量較低，為58.85 mg/kg，這可能是商業(yè)區(qū)內(nèi)的桂花栽植時間較短，葉片內(nèi)Cr含量累積較少。

從圖2可以看出，5個不同功能區(qū)桂花葉片內(nèi)Cu含量差異較小，最高值風景區(qū)與次高值居住綠地Cu含量幾乎相當，分別為69.49、69.37 mg/kg，交通綠地的Cu含量最低，為53.11 mg/kg，為風景區(qū)的76.42%；整體上葉片內(nèi)Cu含量按高到低排序為：風景區(qū)>居住綠地>公園綠地>商業(yè)綠地>交通綠地。Cu的來源較為復雜多樣，主要污染源是Cu冶煉廠和Cu礦開采以及Cu工業(yè)的“三廢”排放。過量使用Cu肥和含Cu農(nóng)藥，也是造成土壤Cu污染的重要污染來源。此外，有機肥的施用也可使土壤的含Cu量大大升高。

從圖3可以看出，5個功能區(qū)葉片內(nèi)Zn含量在163.67～440.87 mg/kg，與Cu不同，功能區(qū)間Zn含量存在顯著差異，含量由高到低依次為：交通區(qū)>公園綠地>風景區(qū)>居住區(qū)>商業(yè)區(qū)。交通區(qū)含量最高，達440.87 mg/kg，這可能與較為密集的車流量有關(guān)，其次為公園綠地，也達到232.22 mg/kg，居住綠地、風景區(qū)含量中等，分別為205.62、195.35 mg/kg，而商業(yè)綠地表現(xiàn)較好，為163.67 mg/kg。

As是植物生長過程中的有害元素，可導致葉片失綠發(fā)黃，植株長勢弱，生長發(fā)育延遲，嚴重時不能開花結(jié)實，甚至死亡。由圖4可知，桂花葉片中As含量分布表現(xiàn)為商業(yè)區(qū)最高，為3.76 mg/kg。公園區(qū)、居住區(qū)、風景區(qū)的As含量較為適中，分別為2.90、2.68、2.47 mg/kg。交通區(qū)As含量最低，為2.12 mg/kg。說明As受到商業(yè)區(qū)內(nèi)人流量較大的影響更為明顯。

如圖5所示，不同功能區(qū)桂花葉片內(nèi)Cd含量存在較大差異，含量由高到低依次為：交通綠地>公園綠地>居住綠地>商業(yè)綠地>風景區(qū)。其中，交通綠地桂花葉片內(nèi)Cd含量最高，達到3.90 mg/kg。交通綠地周邊為交通主干道，交通工具油料燃燒所排放的尾氣含有Cd等污染物，污染物進入土壤后不能被土壤微生物降解，易被植物吸收和累積；風景區(qū)內(nèi)主要是森林公園和駱馬湖，交通運輸和車流量較小，Cd含量較低，為0.95 mg/kg，與交通綠地相差4.11倍。

2.3 桂花葉片內(nèi)重金屬的相關(guān)性

日常生活中的重金屬主要來源于工業(yè)、交通排放和民用煤炭燃燒，地表灰塵來源的首要渠道是交通排放，其次可能是建筑物、公共設施磨損和土壤母質(zhì)[11]。重金屬的來源或其遷移途徑可以通過重金屬元素之間的相關(guān)性進行有效地說明。各功能區(qū)桂花葉片內(nèi)重金屬的Pearson相關(guān)系數(shù)矩陣見表2，其中Cd與Zn呈極顯著相關(guān)（P<0.01），相關(guān)系數(shù)為0.598，Zn與Cr，Cd與Cu呈顯著相關(guān)（P<0.05），相關(guān)系數(shù)分別為0.166、0.435。這表明這些重金屬的來源存在著較大相似性。

3 結(jié)論與討論

本研究對宿遷城區(qū)5個不同功能區(qū)桂花葉片內(nèi)重金屬含量進行了分析，結(jié)果表明，整體上Cr含量由高到低依次為風景區(qū)>公園綠地>交通區(qū)>居住區(qū)>商業(yè)區(qū)；Cu含量按高到低排序為風景區(qū)>居住綠地>公園綠地>商業(yè)綠地>交通綠地；Zn均值含量在163.67～440.87 mg/kg；As含量分布表現(xiàn)為商業(yè)區(qū)最高，達到3.76 mg/kg，交通區(qū)含量最低，為2.12 mg/kg；Cd含量存在較大差異，按高到低排序為交通綠地>公園綠地>居住綠地>商業(yè)綠地>風景區(qū)。這與張丹龍等[12]的研究結(jié)果基本一致。

宿遷是一個新興城市，位于蘇北重要交通樞紐位置，快速的城市化造成交通區(qū)和商業(yè)區(qū)中桂花葉片中多數(shù)重金屬含量要高于風景區(qū)和公園綠地，交通綠地由于交通頻繁成為經(jīng)濟和現(xiàn)代化發(fā)展的首要標志，城市居民選擇機動車代替步行或者騎行，造成更多重金屬的釋放。商業(yè)區(qū)大多是位于城市的核心區(qū)，人流密集，且多臨近主干道，汽車輪胎的磨損、尾氣排放及發(fā)動機運轉(zhuǎn)或者剎車都在釋放Zn、As等重金屬元素[13-14]，造成該區(qū)域的污染。

通過對桂花葉片內(nèi)重金屬元素的相關(guān)性分析，得出葉片內(nèi)Cd與Zn呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），Zn與Cr、Cd與Cu呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。Cd、Cu和Zn主要來自交通運輸，例如燃料燃燒、輪胎磨損、機動車零部件老化、車身的磨損掉漆及含重金屬的發(fā)動機機油的泄漏等[15]。桂花作為蘇北地區(qū)為數(shù)不多的常綠小喬木，多種植在不同功能區(qū)的主次干道邊，受到大量的日常交通運輸?shù)挠绊?。As元素的來源比較復雜，所以植物葉片As的空間分布無明顯的相關(guān)性。此外，本試驗的時間段為1—3月，并非全年時間段，試驗結(jié)果存在一定局限性，還需要進行進一步的研究。

4 參考文獻

[1] 王宏鑌，束文圣，藍崇鈺.重金屬污染生態(tài)學研究現(xiàn)狀與展望[J].生態(tài)學報，2005，25（3）：596-605.

[2] 柳后起，方正，孟巖，等. 環(huán)太湖水體污染現(xiàn)狀分析[J].生態(tài)環(huán)境學報，2020，29（11）：2262-2269.

[3] 陳東平，沈文杰，羅松英，等.南三島紅樹林沉積物汞累積與礦物特征及其關(guān)系分析[J].生態(tài)環(huán)境學報，2020，29（11）：2279-2287.

[4] LUO X，BING H，LUO Z，et al. Impacts of atmospheric particulate matter pollution on environmental biogeochemistry of trace metals in soil-plant system：A review[J]. Environmental Pollution，2019，255：113138.

[5] 朱慧萍，方鳳滿，林躍勝，等. 荻港鎮(zhèn)某水泥廠周邊不同介質(zhì)中重金屬含量、來源及潛在生態(tài)風險分析[J]. 環(huán)境化學，2017，36（2）：2711-2718.

[6] 方晰，金文芬，李開志，等.長沙市韶山路沿線不同綠地土壤重金屬含量及其潛在生態(tài)風險[J].水土保持學報，2010（3）：64-70.

[7] 林燕萍，趙陽，胡恭任，等.多元統(tǒng)計在土壤重金屬污染源解析中的應用[J].地球與環(huán)境，2011，39（4）：536-542.

[8] 趙曦，于岑，陸克定，等.固體廢物焚燒廠周邊土壤和植物葉片中重金屬含量水平與來源分析[J]. 環(huán)境工程，2018，36（11）：141-146.

[9] 張軍，梁青芳，高煜.寶雞市綠植葉片重金屬空間分布及污染特征[J]. 環(huán)境科學，2020，41（10）：4504-4513.

[10] 龐博，張銀龍，王丹.城市不同功能區(qū)內(nèi)葉面塵與地表灰塵的粒徑和重金屬特征[J]. 生態(tài)環(huán)境學報，2009，18（4）：1312-1317.

[11] 盧繪，張銀龍，吳永波. 植物葉面吸收污染物機制研究進展[J].環(huán)境化學，2020，39（12）：3371-3383.

[12] 張丹龍，方鳳滿，姚有如，等. 淮南市不同功能區(qū)葉面塵和地表灰塵中重金屬分布特征、來源及健康風險評價[J].環(huán)境科學學報，2016，36（9）：3322-3332.

[13] 吳明宏，方鳳滿，姚有如，等.淮南市石楠葉片重金屬分布特征，來源及對大氣污染的指示作用[J]. 水土保持學報，2018，32（1）：6-12.

[14] 李晶，徐玉玲，黎桂英，等.蘭州市交通道路主要喬灌木植物葉片重金屬積累及生理特性的分析[J].生態(tài)環(huán)境學報，2019，28（5）：999-1006.

[15] 劉宇，張銀龍.植物葉面吸附與吸收PM（2.5）等顆粒物中重金屬研究進展[J].世界林業(yè)研究，2022，35（4）：8-13.

（責編：何 艷）

基金項目 宿遷市科技計劃資助項目（S202002）；宿遷學院2022年校級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目（2022XSJ088Y）；宿遷市園林植物與觀賞園藝重點實驗室資助項目（M202001）；宿遷學院學科建設資助項目（2021ZDJS04）；宿遷市科技計劃項目（S202112）。

作者簡介 韓佳怡（2002—），女，江蘇人，本科。研究方向：園林生態(tài)。

收稿日期 2022-11-21