工业搬迁区常见乔木树种重金属累积特征分析

宋雪英，胡晓钧，郝一力，姜春阳，梁茹荆，孙礼奇，金彩霞

（1.沈阳大学 区域污染环境生态修复教育部重点实验室，辽宁 沈阳 110044；

2.沈阳大学 生物与环境工程学院，辽宁 沈阳 110044；

3.河南师范大学 黄淮水环境与污染防治省部共建教育部重点实验室，河南 新乡 453007）

工业搬迁区常见乔木树种重金属累积特征分析

宋雪英1，胡晓钧1，郝一力2，姜春阳2，梁茹荆2，孙礼奇2，金彩霞3

（1.沈阳大学 区域污染环境生态修复教育部重点实验室，辽宁 沈阳 110044；

2.沈阳大学 生物与环境工程学院，辽宁 沈阳 110044；

3.河南师范大学 黄淮水环境与污染防治省部共建教育部重点实验室，河南 新乡 453007）

以沈阳市铁西工业区常见绿化乔木为研究对象，经野外采样和实验室分析，对8种植物的根、枝条和叶片内的4种重金属元素铜（Cu）、镉（Cd）、铅（Pb）和锌（Zn）的含量进行分析测试和统计学分析.结果表明，调查区域土壤中4种重金属的变异程度均较大，其中Cd的变异系数最大，为75%，其次为Pb，变异系数为54%，这与历史上该区域受工业活动影响程度较大有关.不同种景观植物根、枝条和叶片对重金属的蓄积能力差异显著（p＜0.05），同种植物不同部位的重金属提取能力也有所差别.综合分析，对Cu、Cd、Pb和Zn 4种重金属蓄积能力均较好的植物为垂柳、旱柳、国槐和银中杨.

绿化乔木；老工业区；重金属；富集能力

近年来，国内外对城市土壤环境特性及污染场地的修复研究日益重视［1－3］.沈阳市铁西工业区素有“东方鲁尔”之称，该区大部分工业企业生产历史较长，“三废”排放的重金属污染物较多，土壤重金属污染严重［4］.自2004年以来，随着铁西区产业结构的调整和经济的发展，一些污染严重的老工业企业大部分已经搬迁或关闭，铁西区整体环境有所好转.但土壤环境作为大气、水体和固体废弃物中污染物的重要受纳体，其重金属污染若不经修复治理则将长期存在.因此，针对典型工业区企业搬迁后土壤污染场址的修复迫在眉睫.植物修复被认为是治理重金属污染土壤有效而又实用的环境生物技术，鉴于目前被发现的重金属超积累植物种群主要分布于长期受人为干扰破坏（污染）的环境中，因而从长期受重金属污染的环境中可望筛选到高效的重金属污染修复植物［5－7］.本论文以沈阳市铁西区老工业厂区路旁绿化带常见景观乔木植物为研究对象，通过野外采样和室内分析对其重金属的吸收与富集特性进行调查研究，以期为沈阳市及其周边地区的工业区重金属污染土壤植物修复及功能植物的优化配置提供科学依据.

1 实验部分

1.1 样品采集

于2011年9月在沈阳铁西区老工业企业聚集区，沿北一路、北二路、北三路街道和公路两侧绿化带，采集表层0～20 cm土壤及其地上绿化植物样品，按新生枝条、叶片以及须根分别采集.共选取8种绿化乔木树种，包括银中杨（Salixalba var.Tristis）、榆树 （UlmuspumilaL.）、垂柳（SalixbabylonicaLinn.）、 旱 柳 （Salix matsudanaKoidz.）、银杏（Ginkgobiloba）、榆叶梅 （AmygdalustrilobaLindl.）、山 桃 （Prunus davidianaCarr.）和 国 槐 （Sophorajaponica Linn.），每种植物至少2株.

1.2 土样处理

土壤样品于室内自然风干，去除沙砾、植物碎屑等杂质，四分法取样，用玛瑙研钵研磨，过100目尼龙筛，备用.称取0.5 g土壤样品，置于100m L三角瓶中，采用HCl－HF－HNO3－HCl O4消煮至无棕色烟雾，定容至25 m L，用火焰－原子吸收分光光谱仪（Varian－AA 220）测定 Cd、Pb、Cu和Zn的含量.

1.3 植物样品处理

植物样品用自来水充分冲洗数遍，去除粘附于植物样品上的泥土和夹杂物，再用去离子水冲洗3次，于烘箱中105℃杀青30 min，70℃烘干至恒重，用小型不锈钢植物粉碎机磨碎植物，过60目尼龙筛，备用.植物样品的消化采用干灰化法，HNO3－HClO4（V（HNO3）∶V（HCl O4）＝4∶1）消煮，火焰法测定样品中Cu和Zn的含量，石墨炉系统测定样品中Cd和Pb的含量［8］.

1.4 数据处理与分析

数据分析结果以平均值±标准差的形式表示，采用SPSS 13.0统计软件包，用Excel 2007作图.

2 结果与讨论

2.1 绿地土壤重金属元素含量及其相关性

资料表明，沈阳市土壤中Cu、Cd、Pb和Zn元素的背景值分别为24.57 mg／kg、0.61 mg／kg、22.15 mg／kg和59.04 mg／kg［4］，本研究区域土壤样品中该4种重金属的平均含量分别为沈阳市背景含量的3.01倍、1.96倍、6.03倍和4.74倍，是国家土壤质量二级标准［9］（GB 15618—1995）的0.74倍、3.98倍、0.44倍和1.12倍（表1），因此重金属Cd和Zn存在超标现象.在不同采样点之间，4种重金属含量变异程度均较大，其中Cd的变异程度最大，为75%；其次为Pb，为54%；Cu和Zn次之，分别为44%和38%.各采样点土壤重金属含量变异较大与历史上该区域受工业活动影响程度较大有关，王春光等对哈尔滨市内工业活动较少地带土壤的重金属污染调查结果表明，该区域重金属含量的变异系数均在36%以下［10］.

2.2 不同树种相同部位重金属累积特征

通过对同一地点不同树种叶片重金属含量分析，结果表明（见表2），对于重金属Cu，银中杨叶子含Cu量最高，为（12.93±0.63）mg／kg；其次依次为垂柳、榆叶梅、国槐、山桃、旱柳和榆树；银杏叶片Cu含量最低，为（7.06±0.60）mg／kg.在叶片 Cd累积量方面，旱柳含Cd量为（1.98±0.15）mg／kg，显著高于其他树种；其次依次为银中杨、榆树、山桃、垂柳、银杏和榆叶梅；国槐叶片Cd含量最低，为（0.18±0.06）mg／kg.在叶片Pb累积量方面，垂柳含Pb量为（5.47±0.19）mg／kg，显著高于其他树种；其次依次为国槐、山桃、旱柳、银中杨、榆叶梅；银杏和榆树叶片Pb含量最低，分别为（2.47±0.19）mg／kg和（2.47±0.12）mg／kg.对于重金属Zn，银中杨叶片Zn含量最高，为（186.32±4.93）mg／kg；其次依次为旱柳、国槐、垂柳、榆树、山桃和榆叶梅；银杏叶片Zn含量最低，为（31.96±7.03）mg／kg.

表1 土壤重金属含量的统计特征值Table 1 Statistical eigenvalue of heavy metals in soil

表2 不同树种叶片重金属累积量Table 2 Heavy metal accumulation of different species of leaves mg·kg－1

通过对不同树种枝条重金属含量分析，结果表明（见表3），对于重金属Cu，榆叶梅枝条中Cu含量最高，为（13.16±1.92）mg／kg；其次依次为垂柳、旱柳、银杏、国槐、榆树和银中杨；山桃枝条中Cu含量最低，为（3.52±0.29）mg／kg.在枝条Cd累积量方面，榆树为（2.24±0.79）mg／kg，显著高于其他树种；其次依次为旱柳、银中杨、榆叶梅、垂柳、银杏和山桃；国槐Cd含量最低，为（0.46±0.12）mg／kg.在枝条Pb累积量方面，垂柳为（3.99±0.11）mg／kg，显著高于其他树种；其次依次为银中杨、榆树、榆叶梅、银杏、旱柳和山桃；国槐Pb含量最低，为（0.49±0.08）mg／kg.对于重金属Zn，垂柳枝条Zn含量最高，为（280.24±50.48）mg／kg；其次依次为旱柳、国槐、银杏、银中杨、榆树和榆叶梅；山桃枝条中Zn含量最低，为（30.10±4.45）mg／kg.

表3 不同树种枝条重金属累积量Table 3 Heavy metal accumulation of different species of branches mg·kg－1

不同树种根内重金属累积量见表4.在Cu累积量方面，榆叶梅显著大于其他树种，含量为（18.26±2.75）mg／kg；其次依次为旱柳、垂柳、榆树、国槐、银杏、银中杨，山桃根的Cu累积量最低，为（5.26±0.23）mg／kg.在 Cd累积量方面，旱柳含量为（2.73±0.33）mg／kg，显著大于其他树种；其次依次为垂柳、榆叶梅、银中杨、银杏、榆树和山桃；国槐根的Cd累积量最低，为（0.64±0.28）mg／kg.在 Pb累积量方面，榆树含量为（11.38±1.37）mg／kg，显著大于其他树种；其次依次为垂柳、山桃、银杏、榆叶梅、旱柳和银中杨，国槐根的Pb累积量最低，为（0.78±0.39）mg／kg.在Zn累积量方面，垂柳为（257.62±64.84）mg／kg，显著大于其他树种；其次依次为旱柳、国槐、银中杨、榆树、银杏和榆叶梅；山桃根的Zn累积量最低，为（45.67±6.81）mg／kg.

表4 不同树种根部重金属累积量Table 1 Heavy metal accumulation of different species of roots mg·kg－1

2.3 绿化植物对不同金属元素的富集规律

绿化植物总体上对4种重金属的富集能力的排序为Zn＞Cu＞Pb＞Cd，其在不同植物体内的平均含量 分别为 103.10 mg／kg、7.79 mg／kg、2.01 mg／kg和1.29 mg／kg，而实际土壤中重金属含量的排序为Zn＞Pb＞Cu＞Cd，这说明Pb相比其他3种金属是更难于富集的金属.

不同乔木树种对Cu元素的富集特征，基本上表现为根＞叶＞枝或者叶＞根＞枝，而且不同部位Cd含量差异显著（p＜0.05）.例如，杨树的根中 Cu含量为（7.41±0.66）mg／kg，叶中为（12.93±0.63）mg／kg，枝 中 为 （4.55±0.29）mg／kg，此外，榆树、国槐、桃树均表现相同的规律，榆叶梅叶中Cu的含量低于枝，表现不同于一般.对于Cd元素，其不同部位的富集规律较为一致，除榆树和山桃外均表现为根＞枝＞叶，说明Cd的转移过程主要来自蒸腾作用.对于元素Pb，8种乔木均表现为叶片＞枝条，这与交通污染有关，植物叶片吸收了较多交通来源的Pb.对于金属Zn，除银中杨和榆树的叶片＞枝外，其他树种均表现为两者差异不显著（p＞0.05）.

2.4 不同树种重金属累积特征比较

为比较不同树种重金属累积的总体特征，将植物地上部枝条和叶片按照干重比例求得地上部重金属平均含量，这一数值对采用绿化植物进行植物修复时是最主要的参考，结果如图1所示.对于重金属Cu，垂柳和榆叶梅的地上部Cu含量显著高于其他植物，Cu含量最低的植物为山桃；对于重金属Cd，旱柳和榆树的地上部Cd含量显著高于其他植物，Cd含量最低的植物为银杏.对于重金属Pb，垂柳的地上部Pb含量显著高于其他植物，国槐Pb含量则最低.对于重金属Zn，垂柳地上部的Zn含量显著高于其他植物，山桃则含量最低.综合分析，对Cu、Cd、Pb和Zn 4种重金属吸收能力均较好的植物为垂柳、旱柳、国槐和银中杨.

图1 不同植物对重金属的积累特征Fig.1 Characteristics of different plants on the accumulation of heavy metals

3 结 语

（1）沈阳市铁西区老工业搬迁区遗留的一些公共绿地土壤中Cu、Cd、Pb和Zn 4种重金属含量变异程度均较大，尤其是Cd和Pb.Cd和Zn的平均含量存在超标现象，应引起重视.

（2）不同种景观植物根、枝条和叶片对重金属的蓄积能力差异显著（p＜0.05），同种植物不同部位的重金属提取能力也有所差别.

（3）对Cu、Cd、Pb和Zn 4种重金属蓄积能力均较好的乔木树种为垂柳、旱柳、国槐和银中杨，可以将这些树种在沈阳及其周边地区的工业区重金属污染土壤植物修复及功能植物优化配置中进行推广应用.

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Accumulation Characteristic Analysis of Common Afforestation Plants in Industrial Moving Region

SONGXueying1，HUXiaojun1，HAOYili2，JIANGChunyang2，LIANGRujing2，SUNLiqi2，JINCaixia3
（1.Key Laboratory of Regional Environment and Eco－Remediation （Ministry of Education），Shenyang University，Shenyang 110044，China；2.College of Biological and Environmental Engineering，Shenyang University，Shenyang 110044，China；3.Key Laboratory for Yellow River and Huai He River Water Environmental and Pollution Control，Ministry of Education，Henan Normal University，Xinxiang 453007，China）

The total contents of four heavy metals including copper（Cu），cadmium （Cd），lead（Pb），and zinc（Zn）in the root，branch and leaf of eight species of common afforestation arbors in Shenyang Tiexi Industrial Region were investigated and determined by field sampling and laboratory analysis.Results showed that the variation degree of the four heavy metals in the studied soil was much significant.The variation coefficient of Cd was the biggest with value of 75%，followed by Pb with value of 54%.The significant variation of heavy metals had more to do with the historical industrial activities.The difference of accumulation capacities among different arbor species in the roots，stems，and leaves was significant（p＜0.05）.The difference was also significant（p＜0.05）among different parts for the same arbor species.In total，the better arbor species for their relatively higher accumulation capacity of the four studied heavy metals wereSalixbabylonicaLinn.，Salix matsudanaKoidz.，SophorajaponicaLinn.andSalixalbavar.Tristis.

afforestation arbor；old industrial region；heavy metal；accumulation capacity

X 703.1

A

1008－9225（2012）02－0010－05

2011－12－28

国家科技支撑计划项目（2011BAJ06B02）；国家自然科学基金项目（41101289，21107023）.

宋雪英（1978－ ），女（满族），黑龙江佳木斯人，沈阳大学副教授，博士.

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