北京地區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*

重金屬是指相對密度大于5g/cm3的元素。造成環境污染的主要是鉛、鎘、鋅、銅、鉻、錳和鎳等[1]。它們既可以成為各類環境要素的直接污染，也可以在環境中相互遷移，形成間接污染。更為重要的是，一旦重金屬通過食物進入人體后，會干擾人體正常生理功能，危害人體健康[2]。城市的生態環境是人類賴以生存的基礎與保障。但是伴隨城鎮化進程的加快，工業活動、交通運輸以及大量的建筑垃圾等問題使得城市生態環境中重金屬的含量不斷升高[3]。北京作為中國城市發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不容小覷[4-8]。

城市中的園林樹木不僅可以美化環境，而且對環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個途徑實現重金屬吸收：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]。目前國內外樹木吸收重金屬的相關研究主要以幼苗為對象[11-14]，而對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]以首都鋼鐵集團燒結廠(工業區)中的28種木本植物葉片為研究對象，對比分析了不同植物對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，本研究在北京城區二環至五環內6個不同的園林綠地中，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，旨在評價篩選重金屬含量高的樹種，為北京市城市生態建設樹種的選擇提供依據。

1 研究方法

1.1 實驗場地與樹種選擇

有文獻表明[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呈逐漸降低的趨勢，因此從北京市城區二環至五環選擇了陶然亭公園、紫竹院公園、北京市中國科學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城建都濱水綠道6個樣地(表1)。在上述6個樣地選擇了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健康、胸徑約5～7cm、株高在1.5～1.8m的植物(砂地柏條長0.5～0.8m)。從每株樹木距地面1.0m樹冠東、南、西、北4個方向隨機采集葉片及8～15cm的一年生枝條。每個樣地每個樹種選擇3個樣本樹，采集后混勻，用聚乙烯塑料袋封裝，立即帶回實驗室后，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地的土壤樣品，在植物采樣樣地內根據其面積大小布置8～15個采樣點；按照五點采樣法，每個樣品由在5m×5m的區域中心和四角共采集的5個子樣組成，采樣深度為20cm，共計500g，混勻；采集的樣品經風干，剔除石子、樹葉、植物根系等雜質后過80目篩后保存于4℃冰箱中至分析。

表1 實驗樣地位點及概況

表2 8個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性分析

表4 樹木與相應土壤重金屬含量相關性分析

1.3 重金屬含量測定

植物樣品：準確稱取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)；加熱消煮至瓶內充滿白煙；冷卻后過濾并定容至100ml；采用ICP光譜儀(optima 8X00系列)進行Cd、Pb以及Cu測定，重復3次，取均值。每次測定樣品時皆進行空白試驗，并在測定過程用國家標準物質GBW10052(GSB—30)進行含量監控，以確保測定結果準確可靠。

土壤樣品：采用HNO3-H2O2濕式消解法將土壤樣品進行消解，用電感耦合等離子體原子發射光譜儀測定其Cd、Pb以及Cu的含量，重復3次。每次檢測樣品時皆進行空白試驗及校準曲線制作，確保測定結果準確可靠。

1.4 數據處理

采用SPSS軟件進行方差分析與相關性分析。數據平均值和標準差的計算以及圖表制作在Microsoft Excel 2013中完成。

2 結果

2.1 不同園林樹木3種重金屬含量變化

來自6個樣地的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

為了進一步了解樹木不同器官吸收重金屬的情況，分別計算樹木一年生枝條和葉片重金屬含量，結果顯示，葉片和一年生枝條對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，從高到低排序為：珍珠梅＞紫薇＞太平花＞紫丁香＞金銀木＞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，從高到低排序為：紫薇＞錦帶＞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，從高到低排序為：錦帶＞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，從高到低排序為：錦帶＞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，從高到低排序為：紫薇＞木槿＞珍珠梅＞太平花＞金銀木＞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，從高到低排序為：金銀木＞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分析，結果顯示(表3)，枝條與葉片的Pb含量存在一定程度正相關關系，但相關系數僅為0.496；而Cd與Cu無顯著相關性。

2.3 樹木重金屬含量與環境土壤重金屬相關性

樹木重金屬含量和其生長環境中土壤重金屬含量相關性不同，因重金屬種類而異，結果見表4。

樹木葉片中Cd含量與土壤Cd含量呈現一定正相關，相關系數0.471；而Pb和Cu不相關；枝條中Cd、Pb含量與土壤含量呈顯著正相關，相關系數分別為0.487和0.400，Cu不相關。表明植物葉片和一年生枝條在吸收環境土壤中的Cd、一年生枝條吸收環境土壤中的Pb有積極作用。

3 討論

不同樹種表現出吸收重金屬含量的差異可能與每個樹種對重金屬的積累能力和耐受機理不同[17-18]，也有學者提出可能與樹木葉片表面結構、濕潤程度、樹木葉片距地高度、重金屬元素的性質、土壤及氣候條件等有關[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輸水分和無機鹽靠管胞，導致運輸能力相對較弱有關，砂地柏根部富集重金屬的能力可能較強；也可能與常綠樹年落葉量，累計積累能力下降有關。

本研究中葉片與一年生枝條重金屬含量不同，表明在植物體內不同器官中，重金屬的吸收和儲藏積累能力是不同的。而且在2個器官中并非所有重金屬含量皆具有顯著正相關關系。因此在對樹木進行吸收重金屬能力評價時，葉片這一器官可否完全表明樹木對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藏積累在根部，而另一部分則會通過共質體途徑以及質外體途徑從根部運輸到維管束從而抵達枝葉[20]，并且TAKEDA[21]與URAGUCHI[22]先后通過相關實驗表明通過木質部裝載及運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 結語

不同樹種對不同重金屬吸收量是有顯著差異的，且與重金屬種類有關。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；紫薇和金銀木同時對Cd和Cu、太平花同時對Cd和Pb有較強的吸收力，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，與Cd、Cu不相關。

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。