杭州灣沿岸城市區(qū)域香樟行道樹重金屬累積特征及來源

中圖分類號：S792.23 文獻標識碼：A doi：10.13601/j.issn.1005—5215.2025.04.001

Accumulation Characteristics and Sources of Heavy Metals in Cinnamomum camphora Street Trees Along the Hangzhou Bay Coastal Urban Area

Li Rongxi1，2，3

（1.Shanghai Academy of Landscape Architecture and Planning，Shanghai 2Oo232，China; 2. Shanghai Enginering Research Center for Greening Technologyof Challenging Urban Sites，Shanghai 200232，China; 3.Key Laboratory of National Forestry and Grassland Administration on Ecological Landscaping of ChallengingUrban Sites，Shanghai 2Oo232，China）

Abstract To investigate the accumulation characteristics and main pollution sources of heavy metals in Cimmamomum camphora （the primary stret tree in theHangzhou Baycoastalurban area），124 sampling sites weresetupin1l districts/ countiesoffivecities（ShanghaiJiaxing，Hangzhou，ShaoxingandNingbo）．Atotalof248plantleafandrootsamples were collected to detect and analyze the mass fraction five heavy metals：cadmium （Cd），chromium （ ∣Cr? ，nickel （Ni），mercury （ Hg ，and arsenic（As）.The functionalareas wherethesampling sites were located included industrial zones，residentialareas，and road traffic areas.The results showedas the following four aspects.1）The mass fractionof heavy metals in leaves and rootsof Cimamomumcamphora in industrial zones was generally higher than those in residential areasandroad traffic areas，especiallforelements suchas Cr，Ni，andAs，mainlyderived fromfosilfuelcombustionand industrialemissons.2） Heavy metalpolltion in residentialareas primarilyoriginated from fosil fuel combustionand domestic polutionsources， such as waste incineration.3）Heavy metal polution inroad trafic areas was mainly associated with motor vehicle exhaust emissions，brake pad wear，anddiesel combustion.4）Diferencesexisted in theenrichment sequences of heavy metals between plant rootsand leaves：root enrichment was more dependent on the plant’sownabsorption characteristics，while leaf enrichment was mainly influenced by atmospheric particulate matter deposition.

收稿日期：2025—02—21

基金項目：國家重點研發(fā)計劃項目“城市藍綠空間宜居需求與生態(tài)服務供給耦合評價及管控平臺構建”（2022YFC3802601）；上海市財政專項“上海典型綠地土壤質量監(jiān)測保障體系\"（ZX一07）；上海市財政專項“上海市林地土壤質量監(jiān)測體系\"（ZX-08）。

作者簡介：李蓉汐（1986—），男，山東煙臺人，博士，工程師，主要從事土壤重金屬生態(tài)健康風險評價。E-mail：lirongxi198 163.com

Key wordsCinnamomum cam phora ;heavy metals;source analysis; Hangzhou Bay;accumulation characteristics

城市化進程中導致多種重金屬直接或間接通過各種渠道進人大氣、土壤和植被生物圈等，引起城市區(qū)域的重金屬污染[1-2]。其中，城市交通基礎設施的不斷完善，人均汽車保有量穩(wěn)步增長，車流量日趨增加等多重因素促使機動車尾氣成為城市大氣的主要污染源之一，加劇公路綠化帶中土壤及植物的重金屬污染[3]。城市道路林帶是城市綠化建設的重要組成部分，具有美化道路景觀及改善、保護道路生態(tài)環(huán)境的作用[4-5]，城市道路兩側綠化樹木對重金屬污染具有積極的屏障作用[6-7]。樹木憑借其可觀的生物量、巨大的根系富集吸收能力，可一定程度上修復重金屬污染的土壤9，同時具有降噪、凈化空氣等功效，實現對重金屬富集、吸收、轉化和降解作用[°，并穩(wěn)固在植物體內，防止重金屬造成再次污染，降低重金屬潛在威脅[1]。因此，探究重金屬在城市植物中的累積、遷移以及重金屬來源，對城市植物的有效利用和城市生態(tài)環(huán)境保護是十分必要的。目前，關于重金屬對植物影響的研究比較廣泛，但多數研究集中在試驗條件下重金屬對單一植物的影響。系統(tǒng)了解城市區(qū)域植物中的重金屬累積特征及來源尚未引起廣泛關注。香樟（Cinnamomumcamphora）在各大城市綠化中被廣泛運用[1，香樟的枝葉破裂散發(fā)香氣，對蚊、蟲有一定的驅除作用，是重要的環(huán)保樹種[13]。

本試驗通過研究3種功能區(qū)（工業(yè)區(qū)、居民區(qū)及交通道路）中樟樹行道樹的根和葉中鎘（Cd）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、汞（ Hg ）、砷（As）5種代表性的重金屬污染物的累計特征，探究杭州灣沿岸城市區(qū)域植物中的重金屬分布特征及來源，更好地為城市重金屬污染治理與防護提供理論依據。

1材料與方法

1. 1 研究區(qū)概況

環(huán)杭州灣沿岸城市群位于我國東部長三角沿岸地區(qū)，浙江省北部，包括上海、嘉興、杭州、寧波、紹興和舟山等城市，總面積為 4.54×10⁴km² ，人口約為5249.02萬人。該區(qū)域的經濟水平在近年來更是呈現出高速發(fā)展態(tài)勢。

1. 2 樣品采集及預處理

1.2.1樣品采集選擇杭州灣沿岸區(qū)域常見的常綠行道樹香樟，采集其葉片樣品124個?？紤]到香樟樹的分布特點，采樣點所在功能區(qū)選擇為居民區(qū)、工業(yè)區(qū)和道路交通區(qū)。同時，由于本研究注重分析“土壤一降塵一植物\"整體系統(tǒng)中重金屬的相互關聯，所以植物樣品采集點選擇在降塵和土壤采集點周邊。葉片樣品選擇在生長年份較長、健康的香樟樹上采集，佩戴一次性手套，主要采集香樟樹不同生長方向、顏色和尺寸相類似的葉片 8～10 枚，裝人聚乙烯密封袋密封，貼好標簽并記錄采樣地點、采樣編號和采樣時間等信息后帶回實驗室。將采集到的葉片用超純水清洗干凈 3～4 遍，等待自然風干后將葉片放入80°C 烘箱中烘干至恒質量，再用小型植物研磨機將烘干的葉片進行研磨后裝入聚乙烯密封袋密封，貼好標簽并置于干燥處保存，用于后續(xù)試驗檢測。

采集植物根部樣品124個，植物種類、采樣點選擇與葉片一致。用鋤頭采集表土 10～30cm 層香樟樹根莖（長度為 10～15cm） ，去除根莖表面土壤，用聚乙烯密封袋封裝，貼好標簽并記錄采樣地點、采樣編號和采樣時間等信息后帶回實驗室。將采集到的根部樣品用超純水將其表面的泥土全部沖洗干凈，用吸水紙擦干后放入 80^°C 烘箱中持續(xù)烘干至恒質量，再用小型植物研磨機將烘干的根莖進行研磨裝入聚乙烯密封袋密封、貼好標簽置于干燥處保存，用于后續(xù)試驗檢測。

1.2.2樣品消解采用 HNO₃-H₂O₂ 混酸對植物葉片樣品進行消解。使用萬分之一電子天平稱取粉碎后的植物葉片樣品 0.5000g ，放于聚四氟乙烯消解罐中，加入 HNO₃ 和 H₂O₂ 后消解 24h ，冷卻后趕酸、復溶，提取 0.2mL 消解液通過體積分數為3% 的稀硝酸定容至 25mL 容量瓶中，密封待測。植物根部樣品消解過程與葉片樣品消解過程一致。1.2.3樣品測定本研究中的重金屬 Hg 、As采用AFS一8220原子熒光光度計進行測定，重金屬Cd、Cr、Ni采用7900型電感耦合等離子體質譜聯用儀（ICPMS）測定。

1.3 主成分一多元線性回歸 （PCA-MLR）

PCA一MLR屬于統(tǒng)計學方法，可以定量解析研究區(qū)域污染物各個來源的貢獻度[14]。本研究中，在主成分分析方法的基礎上，通過因子得分來計算5種重金屬在每個主成分中的貢獻度。

具體計算過程：

1）將樣品中5種重金屬質量分數的檢測結果進

行標準化處理，統(tǒng)一單位及小數點后位數。2）利用SPSS23.0軟件對重金屬質量分數進行主成分分析，獲得各成分的因子得分。3）利用SPSS23.0軟件對得分進行回歸分析，獲得每個因子的貢獻率。

2結果與分析

2.1 植物葉重金屬總量累積特征

各采樣點植物葉中的重金屬總量累積情況見圖1。由圖1可知，在工業(yè)區(qū)、居民區(qū)、道路交通區(qū)中香樟葉片As的平均質量分數分別為 0.226，0.225 、0.200mg ?kg^-1 Cd 分別為 0.016，0.015，0.015mg? （204kg^-1 ： Cr 分別為 0.691，0.692，0.766mg?kg^-1 ： Hg 分別為 0. 030?0. 028?0. 026mg?kg^-1 ： Ni 分別為0.672、0.704，0.616mg?kg^-1 。其中，工業(yè)區(qū)中Cd、As、 Hg 質量分數高于居民區(qū)和道路交通區(qū)。工業(yè)活動引起工業(yè)區(qū)周圍的空氣中含有大量攜帶重金屬的粉塵，植物葉片一方面通過大氣沉降吸收重金屬[15]，另一方面通過植物根部吸收富集重金屬[16]。道路交通區(qū)的Cr 平均質量分數要高于居民區(qū)，這是因為汽車尾氣顆粒物中含有重金屬 Cr^[17] 。此外，汽車部件的摩擦磨損也會導致各種重金屬的形成，輪胎磨損會產生Cr，Cu，Zn 和 Pb 等重金屬[18]，汽車剎車片中也同時含有 Cr，Cu 和 Zn 等重金屬[19]。公路交通帶來的汽車尾氣、部件摩擦等產生的攜帶重金屬顆粒的揚塵是引起道路沿線重金屬污染的主要來源[19]。揚塵經過自然沉降或降雨等形式沉降到植物葉片表面和土壤中，因此，作為直接暴露在大氣揚塵污染環(huán)境中的植物葉片，其直接對重金屬的吸附是凈化重金屬的重要途徑[20]。居民區(qū)的重金屬Ni平均質量分數要高于道路交通區(qū)，這可能意味著Ni元素受人類活動影響較大。張丹龍等[21調查淮南市不同功能區(qū)葉面灰塵中各重金屬質量分數也發(fā)現，居住區(qū)中的重金屬質量分數要高于商業(yè)交通區(qū)[21]，這與華東地區(qū)火電行業(yè)相對發(fā)達，大型電廠排出的煙塵集合體中大量重金屬物質易被植物葉片截留有關[22]

圖1功能區(qū)植物葉中的重金屬總量累積

圖1分析表明，工業(yè)區(qū)植物葉中各重金屬質量分數均值由大到小為 Cr（0.691mg?kg^-1） 、Ni（0.672mg?kg^-1 ） As（0.226mg?kg^-1） ） Hg（0.030 mg ?kg^-1 ） Cd（0.016mg?kg^-1） ）；居民區(qū)植物葉中各重金屬質量分數均值由大到小為 Ni（0.704mg =kg^-1 ）、 Cr（0.692mg?kg^-1 ）、 As（0.225mg?kg^-1） 、Hg（0.028mg?kg^-1 ）、 Cd（0.015mg?kg^-1 ；道路交通區(qū)植物葉中各重金屬質量分數均值由大到小為Cr（0.766mg kg^-1 ）、 Ni（0.616mg 1 kg^-1 ）、As（0，200mg ？ kg^-1 ）、 Hg （0.026 mg kg^-1 ）、Cd（0.015mg?kg^-1） 。由此可知，一方面，各區(qū)域的降塵中含有的重金屬質量分數不一致，引起不同區(qū)域中植物葉片重金屬質量分數不一致；另一方面，植物葉片對不同的重金屬的富集吸收能力也不相同。

2.2 植物根中的重金屬總量累積特征

各采樣點植物根中的重金屬總量累積情況見圖2。由圖2可知，工業(yè)區(qū)、居民區(qū)、道路交通區(qū)中As的質量分數均值分別為 0. 074，0. 061，0. 063mg ：kg^-1 ， Cd 分別為 0. 014，0.009，0.009mg?kg^-1，Cr 分別為 0.259L0.246L0.181mg?kg^-1，Hg 分別為0.004，0.003，0.002mg?kg ?kg^-1 ，Ni分別為0.091、0. 078?0. 065mg?kg^-1 。本研究顯示，工業(yè)區(qū)中植物根部各重金屬質量分數均高于居民區(qū)和道路交通區(qū)，這與工業(yè)區(qū)中含有大量工業(yè)企業(yè)、密集的工業(yè)活動緊密相關。道路交通區(qū)的Cd、As平均質量分數要高于居民區(qū)。植物從土壤中吸收重金屬主要集中于根部[23]。有大量監(jiān)測研究結果[24]表明，公路沿線處土壤受到不同程度的 Pb，Cd，Ni，Cr，Zn 和 Cu 等重金屬影響，其中重金屬Pb、Cd影響最嚴重。交通排放、公路附近礦山開采活動或化工工業(yè)生產，都會引起公路周邊土壤中存在大量如As類重金屬污染[25]。居民區(qū)重金屬 Cr，Ni，Hg 平均質量分數要高于道路交通區(qū)，這可能意味著這3種重金屬元素受人類活動影響較大。夏輝[26通過調查鄭州市不同功能區(qū)表層土壤中重金屬分布發(fā)現，工業(yè)區(qū)和生活區(qū)重金屬的質量分數相對于綠化區(qū)和交通區(qū)高，推測居民區(qū)中Cr質量分數高是由于基礎建設落后，配套的垃圾清理設施在一些居民居住區(qū)沒有或者不全，垃圾清理方式也不夠先進，城市許多區(qū)域為人工清理，且不是密封的運輸，導致生活垃圾等城市廢棄物不能及時清理或者清理不徹底，遇到大風天氣或者雨天，造成居民區(qū)生活垃圾中的重金屬元素就會隨大氣的沉降、雨水淋洗而最終進入土壤環(huán)境中。杭州灣地區(qū)城市處于長三角經濟帶中心，是長三角經濟發(fā)展的示范區(qū)，大量城市建設和城區(qū)改造工程可能是造成居民區(qū)中重金屬 Cr，Ni，Hg 質量分數較高的原因之一。

工業(yè)區(qū)、居民區(qū)、道路交通區(qū)植物根中各重金屬質量分數均值由大到小順序均為 Cr 、Ni、As、Cd、Hg ，這可能意味著植物根部的重金屬質量分數與降塵、王壤相關性較小，而主要與植物根部本身的重金屬富集特性有關，對不同重金屬富集能力不同。

圖2功能區(qū)植物根中的重金屬總量累積

2.3 PCA-MLR分析

用OriginPro9.1軟件根據主成分分析結果定量分析各污染源貢獻率，具體污染源貢獻率見圖3和圖4。本研究僅對能夠確定的污染源進行貢獻分析。

工業(yè)區(qū)的樟樹根部提取出2個主成分，總方差累積解釋率為 69.659% 。其中，PCla解釋了總方差的 46.264% ， Cr 、Ni、As呈強正荷載 （0.814～ 0.906），主要污染源為化石燃料的燃燒，貢獻率分別為 44% 、 45% ！ 46% ；PC2a解釋了總方差的

23.395% ， Hg 呈強正荷載（0.844），主要污染源為工業(yè)污染排放，貢獻率為 50% 。樟樹葉部提取出2個主成分，總方差累積解釋率為 60.727% 。其中，PCla解釋了總方差的 35.798% ， Cr 、Ni、Cd、As呈強正荷載 （0.522～0.837 ）， Cr 主要來源于工業(yè)污染排放，貢獻率為 21% ，Ni、Cd和As主要來自化石燃料的燃燒，貢獻率分別為 23% 、 23% 、 28% ;PC2a解釋了總方差的 24.929% ， Hg 呈強正荷載（0.843），Hg 主要來源于工業(yè)污染排放，貢獻率為 20% 。

圖3植物根部中的重金屬污染源貢獻率

圖4植物葉片中的重金屬污染源貢獻率

居民區(qū)的樟樹根部提取出2個主成分，總方差累積解釋率為 68.296% 。其中，PC1b解釋了總方差的34.846% ，Ni、Cd、As呈強正荷載 （0.633～0.843） ，主要污染源為化石燃料的燃燒，貢獻率分別為 24% 、31%.24% ： PC2b 解釋了總方差的 33.45% ， Cr 、Ni、Hg 呈強正荷載 （0.541～0.865） ，主要污染源為工業(yè)污染排放，貢獻率分別為 39%.21%.50% 。樟樹葉部提取出2個主成分，總方差累積解釋率為 72.156% 。

其中，PCla解釋了總方差的 44.550% Cr 、Ni、As、 Hg 呈強正荷載 （0.551～0.853） ，主要來自化石燃料的燃燒，貢獻率分別為 28%.18%.25.11% PC2a 解釋了總方差的 27.606% . Cd 和 Hg 呈強正荷載 （0.518～ 0.934），主要來源于工業(yè)污染排放，貢獻率分別為29% 和 11% 。

道路交通區(qū)的樟樹根部提取出2個主成分，總方差累積解釋率為 67.626% 。其中，PC1c解釋了總方差的 36.999% ， Cr 、 Hg 呈強正荷載 （0.878～ 0.893），主要污染源為工業(yè)污染排放，貢獻率分別為33%.67% ；PC2c解釋了總方差的 30.627% ， Ni As呈強正荷載 （0.808～0.818） ，主要污染源為化石燃料的燃燒，貢獻率分別為 23%.24% 。樟樹葉部提取出2個主成分，總方差累積解釋率為 60.491% 。其中，PClc解釋了總方差的 34.708% ，Ni、As呈強正荷載 （0.840～0.874） ，主要來自化石燃料的燃燒，貢獻率分別為 20%.30% ;PC2c解釋了總方差的25.783% ， Hg 呈強正荷載（0.747），主要來源于工業(yè)污染排放，貢獻率為 10% 。

綜合工業(yè)區(qū)、居民區(qū)及道路交通區(qū)，根據主成分分析結果定量分析各污染源貢獻率，研究區(qū)域樟樹根部提取出2個主成分，總方差累積解釋率為66.926% 。其中，PC1d解釋了總方差的 43.067% Cr、Ni、As呈強正荷載 （0.773～0.830） ，主要污染源為化石燃料的燃燒，貢獻率分別為 36%.41% 、37% ;PC2d解釋了總方差的 23.859% ， Hg 呈強正荷載（0.856），主要污染源為工業(yè)污染排放，貢獻率為 50% 。樟樹葉部提取出2個主成分，總方差累積解釋率為 60.167% 。其中，PC1d解釋了總方差的31.576% . Cr 、Ni呈強正荷載 （0.753～0.758） ，主要來自化石燃料的燃燒，貢獻率分別為 27%20% ：PC2d解釋了總方差的 28.591% ，Cd 和 Hg 呈強正荷載 （0.692～0.711） ，主要來源于工業(yè)污染排放，貢獻率分別為 22% 和 15% 。源解析根部所得到的結果和葉片類似，具有相同的污染源，表明植物根部和葉片受到的污染相同，但是對不同重金屬的吸附能力不同，導致提取的不同主成分重金屬元素不同。

3討論

3.1 污染源類型的區(qū)域分異

工業(yè)區(qū)植物根部和葉部的PC1均以 Cr 、Ni、As等元素為主，貢獻率高達 44%～46% （根部）和23%～28% （葉部），表明化石燃料燃燒是核心污染源。這與此類區(qū)域燃煤鍋爐、金屬冶煉等工業(yè)活動密集的特征相符。PC2中 Hg 的高荷載（根部50% ，葉部 20% 則指向工業(yè)廢水排放或含汞催化劑使用。研究顯示，工業(yè)區(qū)重金屬污染具有復合性，須同時管控燃燒源與工業(yè)排放。

居民區(qū)植物根部Ni、Cd、As的強荷載 24%～ 31% ）與葉部 Cr 、As的貢獻 （18%～25% 顯示化石燃料與生活污染源（垃圾焚燒）的疊加效應。值得注意的是， Hg 在植物根部的貢獻率高達 50% ，可能來自廢棄電子產品處理或含汞建材的長期釋放，這與居民區(qū)周邊隱蔽污染源特性相關。

道路交通區(qū)的植物根部 Cr-Hg 組合（荷載0.878～0.893） 與機動車剎車片磨損（ Cr 源）和含汞車燈廢棄相關，而葉部 Ni-As 的組合（荷載0.845～0.874? 則對應柴油燃燒產生的顆粒物沉降。研究證實，交通源重金屬具有顯著的空間衰減特征，距道路 50m 處質量分數可下降 40% 。

3.2 污染貢獻率的空間分異

工業(yè)區(qū) Hg 的貢獻率 （50%） 是居民區(qū) （20% ）的2.5倍，反映產業(yè)集群對特定污染物的放大效應。而居民區(qū) Cr 的貢獻率 （39%） 高于工業(yè)區(qū)（ 33% ），可能與老舊管道腐蝕等城市隱性污染源相關。

化石燃料燃燒對As的貢獻率從工業(yè)區(qū) （46%） 向居民區(qū) （24%） 遞減，符合能源結構空間差異，但交通區(qū)Ni貢獻率 23% ）仍保持高位，揭示柴油車保有量對區(qū)域污染的持續(xù)影響。

3.3植物根部與葉片重金屬富集順序生物學機制

本次研究中，植物根部重金屬質量分數由高到低順序（ Cr 、Ni、As、Cd、 Hg ）與葉片（如工業(yè)區(qū)為Cr 、Ni、As、 Hg，Cd） 存在差異，表明根部富集更依賴于植物自身的吸收特性，而非單純受環(huán)境驅動。根部通過分泌有機酸活化土壤中的重金屬，并通過離子載體或通道蛋白主動吸收。例如， Cr 在根部的高積累可能與鐵載體介導的轉運機制有關，而Ni的優(yōu)先吸收則與植物螯合素的結合能力相關。相比之下，葉片對重金屬的吸附更依賴于大氣顆粒物的沉降量及葉表形態(tài)（如角質層厚度）。

4結論

本研究對杭州灣沿岸城市區(qū)域香樟行道樹中的重金屬累積特征及來源進行系統(tǒng)分析。工業(yè)區(qū)、居民區(qū)和道路交通區(qū)的香樟葉片和根部中的重金屬質量分數存在顯著差異，且不同重金屬的累積特征與污染源類型密切相關。結果表明：1）工業(yè)區(qū)香樟葉片和根部中的重金屬質量分數普遍高于居民區(qū)和道路交通區(qū)，尤其是Cr、Ni、As等元素，主要來源于化石燃料燃燒和工業(yè)排放。工業(yè)區(qū)的高貢獻率（44%～46%） 表明，化石燃料燃燒是該區(qū)域重金屬污染的核心來源，而 Hg 的高貢獻率 （50%） 則與工業(yè)廢水排放或含汞催化劑的使用有關。2）居民區(qū)中的重金屬污染主要來自化石燃料燃燒和生活污染源（如垃圾焚燒），其中 Hg 的高貢獻率（ 50% 可能與廢棄電子產品處理或含汞建材的長期釋放有關。居民區(qū)的 Cr 貢獻率 （39%） 高于工業(yè)區(qū)，表明城市隱性污染源（如老舊管道腐蝕）對重金屬污染的貢獻不可忽視。3）道路交通區(qū)的重金屬污染主要與機動車尾氣排放、剎車片磨損和柴油燃燒有關。 Cr 和 Hg 的高荷載表明，交通源重金屬污染具有顯著的空間衰減特征，距離道路越遠，重金屬質量分數越低。4）植物根部與葉片對重金屬的富集順序存在差異，根部富集更依賴于植物自身的吸收特性，而葉片富集則主要受大氣顆粒物沉降的影響。研究結果為城市重金屬污染治理提供了理論依據，建議針對不同功能區(qū)的污染源采取差異化的管控措施，以降低重金屬對城市生態(tài)環(huán)境和人體健康的潛在風險。

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