幾種主要綠化樹種吸滯大氣重金屬Fe、Zn能力評價

方玉鳳，劉文環，王煒燁，張天云，李峰(黑龍江省森林與環境科學研究院，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能力評價

方玉鳳，劉文環，王煒燁，張天云，李峰
(黑龍江省森林與環境科學研究院，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

通過對齊齊哈爾市幾種主要城市綠化樹種近2年的觀測，比較分析了城區內不同環境下綠化樹種對重金屬Fe、Zn的吸滯作用及特點。結果表明：在對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%顯著性負相關，由此可以根據一種元素的含量預測另一種元素的變化趨勢。綜合對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

隨著中國工業化和城市化的不斷發展，各種廢氣排放等造成的植物吸滯重金屬問題日益嚴重[1]，大氣重金屬污染(heavy metal pollution)仍是困擾世界城市環境與發展的嚴重環境污染之一[2]。重金屬污染由于其長期性、隱蔽性和不可逆轉性的特點，并能通過食物鏈進入人體，近年來已成為人們關注的熱點問題之一[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，而且生物效應較高[5]。不同物種對重金屬的富集和累積存在明顯的差異[6,7]。國內外大量關于重金屬吸滯問題的研究多是側重于重金屬污染的植物修復技術以及篩選對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富集的研究多集中于沿海地帶和京津地區[10,11]，對于北方城市主要樹種的研究還很少。本研究以富拉爾基區主要園林綠化樹種為研究對象，在兩個重工業小區、一個住宅民小區周邊進行相同樹種的定位試驗檢測，根據同一大氣環境下幾個綠化樹種對重金屬吸滯情況的變化，分析不同樹種對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。

1 材料與方法

1.1 采樣小區概況

采樣區位于齊齊哈爾市富拉爾基區，選取3個地點進行定位采樣：華電富拉爾基發電廠于1955年投產，是高溫高壓熱電廠，年發電能力可達84億kWh；黑化集團始建于1958年，是黑龍江省唯一的大型煤化工基地。以上兩個取樣小區屬于重工業區。綠源林業科技示范基地位于富拉爾基區全合臺，東側有省道302，西側有林木覆蓋率較高的試驗地，周邊無重工業生產。

1.2 采樣時間

采樣期為2年，分2個階段，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日五個時期在上述3個地點進行采樣；第2年于2015年6—9月在上述同一地點進行采樣測定分析。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 2014年試驗共設7個采樣對象，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年試驗在2014年的基礎上新增了3個采樣對象。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勢基本一致，選取有代表性、生長旺盛的單株作為采樣樹，并進行標記。分別在采樣樹樹冠的上、中、下3個部位及東、西、南、北4個方向各采集樹葉，混勻后裝入塑料袋中帶回試驗室。

1.3.2 重金屬的測定 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北京翰時研究所設計的原子吸收分光光度計測定。

1.3.3 數據處理 采用Excel 2003統計軟件及SPSS 19.0數據分析軟件進行數據處理分析。

2 結果與分析

2.1 不同樹種吸滯重金屬Fe的比較

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

圖1 2014年不同時間不同樹種對重金屬Fe吸滯的比較

為了更清晰地辨別對重金屬Fe吸滯作用最明顯的樹種，我們將同一大氣環境下的樹種單獨分析，如表1，可以直觀比較2014年6—10月同一大氣環境下不同樹種吸滯重金屬Fe的含量情況。2014年6—10月，電廠大氣環境下，糖槭對Fe的吸滯量明顯高于柳樹；6—9月，黑化大氣環境下，糖槭對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。

對這3個樹種吸滯重金屬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境下不同樹種吸滯重金屬Fe的比較分析 mgkg-1

采樣地點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等表示達到1%水平上的差異，小寫字母a、b等表示達到5%水平上的差異。下同

2015年在上年基礎上新增了電廠楊樹、黑化云杉和林研云杉，同一大氣環境下的不同樹種對重金屬Fe的吸滯變化特征如圖2。由圖2a可以看出，除7月外，8—10月電廠大氣環境下的糖槭吸滯重金屬Fe最多，根據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個樹種之間達到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，說明在電廠環境下，糖槭對重金屬Fe的吸滯作用最強，且和柳樹、楊樹存在差異。

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

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

圖2 2015年不同環境下各樹種對重金屬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年不同樹種對重金屬Zn吸滯情況的時間變化情況，由圖3可以看出，各樹種對重金屬Zn的吸滯基本為6—9月呈現或大或小的下降趨勢，9—10月呈現明顯的上升趨勢。趙承易對北京交通干道旁楊樹葉中的重金屬元素進行測定，發現楊樹葉吸收重金屬是隨時間的推移逐漸增多的[12]，這與本研究的結果相悖，這可能是由于Zn屬于易移動元素，在植物體內多分布于莖尖和幼嫩葉片中，而試驗采集的多是中下部葉片，因此出現了6—9月的Zn含量總體下降的趨勢。同時Zn又是影響光合作用的重要元素，9月開始表現出同Fe一致的變化趨勢。

圖3 不同時間不同樹種對重金屬Zn吸滯的比較

針對同一地點各時期不同樹種對重金屬Zn的吸滯情況作圖4。由圖4可以明顯發現，在同一大氣環境下的樹種，不同月份吸滯重金屬Zn的累積量最低的為糖槭。

圖4 不同環境下各樹種對重金屬Zn吸滯比較

2015年林研4個樹種對重金屬Zn的吸滯變化情況如圖4d所示，可以清晰地發現7—10月每個月份銀中楊積累的重金屬Zn的含量最多，且與其他3個樹種達到1%極顯著性差異；云杉對重金屬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的相關性分析

我們將電廠、黑化、林研的不同樹種對重金屬Fe、Zn吸滯的含量進行相關系分析，圖5表示的是2015年7—10月共計40個樣品積累Fe和Zn的線性相關，r=-0.201 7*，達到5%顯著性負相關，可以根據重金屬Fe的變化趨勢預測重金屬Zn的含量變化情況；同時也說明林木對重金屬Fe、Zn的吸滯能力表現相反，吸滯重金屬Fe能力最強的糖槭對重金屬Zn的吸滯能力最弱。

圖5 吸滯Fe和Zn的相關性分析

3 結論與討論

不同樹種對重金屬的忍耐存在差異，同樹種對不同濃度的重金屬離子也表現出反應差異。根據對2014年不同樹種對重金屬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；而對重金屬Zn的吸滯能力，糖槭最弱，銀中楊最佳。2015年的測定驗證了2014年的推測，相關性分析表明重金屬Fe、Zn之間存在5%顯著性負相關，說明在林木對重金屬Fe吸滯含量多時，其吸滯的重金屬Zn含量少，結合兩年對重金屬Fe、Zn的吸滯情況來看，糖槭并不具備最佳吸滯環境中重金屬Fe和Zn的能力，而銀中楊是可以同時吸滯重金屬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時，一旦重金屬含量超過其忍受臨界值，植物生長就會受到抑制，其葉色、株高等形態指標就會發生不同程度的變化。本試驗中的樹種沒有明顯受重金屬毒害的癥狀，在痕量檢測中，根據已有的數據只能預測電廠、黑化、林研環境中的重金屬Fe、Zn的含量沒有超標。

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

[1] 畢君,郭偉珍,高紅真.9種植物對鎘的忍耐和富集能力研究[J].中國農學通報,2013,29(34):12-16

[2] 莊樹宏,王克明.城市大氣重金屬(Pb,Cd,Cu,Zn)污染及其在植物中的富集[J].煙臺大學學報:自然科學與工程版,2000,13(1):31-37

[3] Mohamed I,Ahamadou B,Li M,et al.Fractionation of copper and cadmium and their binding with soil organic matter in a contaminated soil amended with organic materials[J].Journal of Soils and Sediments,2010,10(6) : 973-982

[4] Lin Y S,Li B,Zhang X F.Problems of soil environmental security in China[J]. Environmental Protection, 2004, (10) :39-42

[5] 黃會一,張春興,張有標,等.木本植物對大氣重金屬污染物鉛、鎘、銅、鋅吸收積累作用的研究[J].生態學報,1983,3(4):305-312

[6] 周啟星,程云,張倩茹,等.復合污染生態毒理效應的定量關系分析[J].中國科學:C輯,2003,33(6):566-573

[7] 魏樹和,周啟星,王新,等.某鉛鋅礦坑口周圍具有重金屬超積累特征植物的研究[J].環境污染治理技術與設備,2004,5(3):33-39

[8] 莊家堯,張波,蘇繼申,等.城市土壤重金屬污染與植物修復技術研究進展[J].林業科技開發,2009,23(4):6-12

[9] 劉小寧,馬劍英,張慧文,等.植物修復技術在土壤重金屬污染中應用的研究進展[J].中國沙漠,2009,29(5):859-865

[10] 陳學澤,謝耀堅,彭重華.城市植物葉片金屬元素含量與大氣污染的關系[J].城市環境與城市生態,1997,10(1):45-47

[11] 阮宏華,姜志林.城郊公路兩側主要森林類型鉛含量及分布規律[J].應用生態學報,1999,10(3):362-364

[12] 趙承易,戚琦.北京交通干道旁楊樹葉中重金屬和硫的測定及大氣污染狀況的研究[J].北京師范大學學報:自然科學版,2001,37(6):795-799

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，主要從事植物營養學研究.

李峰(1963-)，男，黑龍江呼蘭人，研究員級高工，主要從事森林生態研究.

S79；TB484.4

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.06.022