绿化树种滞尘及对重金属的吸净效应

李艳芹　李艳梅　梁茂　陈奇伯　邓志华

摘要 为了更好地筛选昆明绿化树种，优化园林植被群落建设，以清洁区为对照，选定工业区及主城区使用频率较高且生长10年以上的10个树种，测定叶面尘及叶片重金属含量。分析表明，不管是叶面尘还是叶片重金属含量，10个树种均表现为工业区>主城区>清洁区，树高在2～3 m的滞尘量明显高于4～6 m，天竺桂和龙柏分别是阔叶树和针叶树中的滞尘量最高，其在工业区的滞尘量分别是清洁区的10.5和4.5倍，通过相关分析，叶片重金属含量与滞尘呈正相关，随着滞尘内重金属含量的增加而递增，不同树种对重金属的吸净效应不同，针叶树对重金属的吸收比阔叶树强，龙柏对Pb和Zn的富集能力突出，雪松、圆柏、天竺桂对Ni、Cr、Mn的吸收最佳。

关键词 植物；滞尘；重金属；吸净效应

中图分类号 S727.28 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）05-0212-03

Abstract In order to better screen the dominant tree species and optimize the building of garden plant community. Regarded the clear area as control plot，selected 10 greening tree species which grew more than 10 years and frequently been used in industrial area and main city area，collected the leaves of 10 greening tree species and determined the dust-retention contents and heavy metal contents in above. As the result showed that the dust-retention contents and heavy metal contents in 10 greening tree species all showed that industrial area>main city area>clean area，also，the dust-retention effect was better in 2～3 m than that in 4～6 m，Cinnamomum japonicum Sieb and Sabina chinensis had a great effect among the broadleaved tree species and the coniferous species，their highest dust-retention contents almost reached 10.5 times and 4.5 times compared to clear area. In all greening tree species，every heavy metal elements contents had a positive correlation property and increased with the increase of heavy metals in dust. Different trees had a different superiority to absorb the heavy metal，the coniferous species was better than the broadleaved tree species，Sabina chinensis had a great effect to storage the Pb and Zn，Cedrus，Sabinachinensis and Cinnamomum pedunculatum were top gallant plants which absorbed the Ni，Cr and Mn in three areas.

Key words plant；dust-retention；heavy metals；ability to absorb heavy metals

隨着社会经济和城市化的快速发展，空气颗粒物及重金属污染在工业区和主城区日益凸显。空气颗粒物污染可以直接或间接地危害人体健康，特别是可吸入的颗粒物PM10和PM2.5，由于颗粒物的表面积大，容易吸附大量Pb、Cd、Cu、Zn等为代表的重金属污染物，其重金属可引起心脏病、免疫系统等疾病[1-2]。植物作为一种经济、有效、持久的大气环境污染修复方式，其器官或组织是环境元素的良好收集器[3]，可从环境中吸收或积累生长所必需或非必需元素。从20世纪开始，许多研究者相继对植物修复大气污染开展了大量的研究工作，包括植物滞尘效果、植物对大气污染的响应、植物监测空气污染元素、植物对环境污染元素的吸收功能与效益等[4-6]，然而，这些研究主要集中在北方地区，对南方地区研究很少，对植物叶片与叶面尘重金属含量的相关性研究也很少涉及。事实上，植物滞留的粉尘直接与叶片接触，重金属污染物可通过气孔进入叶片内部，因此植物对粉尘及重金属污染具有联合修复的效果[7-8]。

昆明市是有名的“春城”，是著名的历史文化名城和旅游城市，空气质量的好坏不仅影响当地的环境和居民的身体健康，也将对社会经济和旅游发展带来影响，为此，本文以清洁区为对照，研究了不同污染区植物对大气颗粒物及重金属污染物的吸净能力，探讨滞尘及吸收富集重金属的优势树种，为未来城市园林植物的选择、园林植被群落的建设提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域及植物种类的确定

以清洁绿化区为对照，对昆明市工业区、主城区进行实地勘察，选择3个区域使用频率均较高且树龄在10年以上且树龄比较接近的典型绿化乔木，根据文献[9]，选择6种阔叶乔木和4种针叶乔木作为供试树种，即天竺桂（Cinnamo-mum pedunculatum）、大叶女贞（Ligustrum compactum）、桂花（Osmanthus fragrans）、广玉兰（Magnolia grandiflora），梧桐（Firmiana platanifolia）、滇朴（Celtis kunmingensis）、龙柏（Sa-bina chinensis）、圆柏（Sabinachinensis）、柳杉（Cryptomeria fortunei Hooibrenk）、雪松（Cedrus）。

1.2 滞尘的测定

在3个不同的污染区域，选择与道路中心距离相同的树种进行采样，从树冠外围在树高2～3 m和4～6 m的位置随机采集3～5个重复样本，阔叶乔木采集20～30个叶片，针叶乔木采集60～100 g的小枝，将采集的叶片或小枝放在自封袋内，在实验室内用蒸馏水浸泡2 h，清洗下叶片的附着物，把小片用镊子小心夹出，待叶片晾干后，阔叶树用LI-3000A型叶面积仪测量出叶面积（A），针叶树将小枝烘干，称重（W），清洗液用已烘干称重（W1）的滤纸过滤，过滤后将滤纸放在75 ℃的烘箱中烘至恒重，称出滤纸和粉尘的重量（W2），计算出滞尘量，阔叶树为（W2-W1）/A，针叶树为（W2-W1）/W。

1.3 重金属元素的测定

新鲜植物叶片经自来水和去离子水洗，烘干经粉碎后保存在干燥器内，采用HNO3—HCIO4消解法对叶片样品的处理[10]，用ICP-AES测定植物Pb、Cu、Zn、Cd、Ni、Cr、Mn的含量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2003及 SPSS17.0软件进行数据统计、相关性及多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 不同污染区阔叶树滞尘效应

葉面尘是空气颗粒物在重力、降水、吸附等因素作用下附着于植物叶片表面的颗粒物总称。从动态过程看，叶面尘与空气颗粒物互为源汇，可用于表征一定时间、一定区域的空气颗粒物的污染情况[11]。植物叶面滞尘量最大的是秋冬季节[12]，选择2015年10月、11月近40 d无雨、天气晴好的天气采样测定。从表1中不同污染区6种阔叶树种的滞尘量看，工业区>主城区>清洁区。工业区和主城区阔叶树种中最大滞尘量为19.661 g/m2和11.276 g/m2，分别为清洁区的10.5倍和6.0倍。采用LSD法对同一植物叶片滞尘量进行多重比较（表2），工业区、主城区与清洁区的滞尘量差异显著，说明植物在不同的污染环境下具有不同的滞尘效应，工业区主要以钢铁生产为主，煤炭及加工材料产的生固体废弃悬浮物及出入工厂区的运输车辆扬起大量尘土导致大气颗粒物含量较高，主城区的车辆尾气排放及汽车与地面接触产生的粉尘也是空气污染加剧的，从差异程度看，工业生产造成的污染大于交通运输所造成污染。

表1中阔叶树种滞尘量看，同一阔叶树在树高为2～3 m的叶片滞尘量比4～6 m大，两者相差1.5～1.9倍，6种阔叶树中滞尘量较大的是天竺桂和大叶女贞，广玉兰和滇朴的滞尘量小。根据采样情况，低位的枝叶茂密发达且延伸范围较大，与大气悬浮颗粒物接触面大，使粉尘更好地富集在植物叶片上，此外，开敞式环境条件下的车辆行人繁多，生产排放的污染物及路面二次扬尘是低位植物叶片滞留量增多的有利因素[13]。高位的植物枝叶稀疏度大，降水和大风等天气因素可减少叶片灰尘的现存量，受上下气流的影响可将滞尘重新沉降到下层树冠[14]。天竺桂的滞尘量最高，其在工业区中树高在2～3、4～6 m的滞尘最高达到19.661 g/m2和10.745 g/m2，这可能与天竺桂的枝叶浓密茂盛、叶片腹凹背凸有关，天竺桂叶片有油脂分泌物导致附着的灰尘不易脱落；大叶女贞的叶片由于叶挺、平展及较宽大，对滞留粉尘有利；对于叶片光滑的广玉兰和枝叶稀疏度较大且叶片相对单薄的滇朴没有明显的滞尘优势。因此，造成植物个体间滞尘差异的原因与叶面粗糙、凹凸不平和密附细毛有关，同时，受到树冠结构、枝叶密集程度、叶面倾角的影响[15]。

2.2 不同污染区针叶树滞尘效应

由于针叶树的叶表面方向变化较多，用叶表面计算滞尘的准确性不高，为此，本研究用单位叶片干重的滞尘量来反映针叶树的滞尘效果，3个区域针叶树滞尘量见表3。

表3中针叶树的滞尘规律与阔叶树相似，不同污染区同一树种滞尘量从大到小为工业区>主城区>清洁区，“低”位叶片滞尘高于“高”位。滞尘量最大的针叶树是龙柏，工业区2～3 m及4～6 m的滞尘量为45.082 0 g/kg和33.188 9 g/kg，分别为清洁区的4.50倍和4.53倍，4种针叶树的滞尘量存在差异但不显著，这可能与枝叶排列、叶形等有关，龙柏和圆柏的鳞叶小枝近圆形或四棱形且排列紧密，龙柏的枝条斜上伸展形成广圆形的树冠，利于灰尘的附着；柳杉和雪松的枝叶排列稀疏，其中柳杉小枝细长、常下垂，雪松的叶呈针状或圆锥形不利于附着粉尘[15]。

2.3 植物叶片及叶面尘重金属含量相关性分析

大气悬浮颗粒物通过植物各器官吸收滞留重金属元素，相关研究表明，植物叶片是空气中重金属的极好接收体，叶片内重金属的累积量与生长的土壤重金属含量无相关性[16-17]。本研究分析了植物叶片重金属含量与与滞尘内重金属相关性，见表4。由表4可知，工业区中叶片中各重金属含量与叶面尘对应重金属含量的相关系数大于主城区且大于清洁区，Pb、Cu、Zn、Cr、Mn的相关系数分别可达到0.885、1.000、0.985、0.922和0.931，说明工业区植物叶片重金属含量与叶片滞尘重金属含量的关系最为密切，呈显著性正相关，即随着大气悬浮颗粒增加，叶片内重金属含量递增。

2.4 不同污染物植物叶片对大气重金属的吸净效应

植物在能忍受污染浓度范围内，叶肉细胞通过气孔吸收大气污染物，溶于细胞加以同化利用[18]。测定不同大气污染区域植物叶片（经清洗处理）重金属污染物含量，结果见表5。从表5结果看，10个树种在不同区域的叶片重金属含量有类似的规律（除Cr），工业污染区的叶片重金属含量大于主城区显著高于清洁区，主要原因是工业区冶炼、金属加工、机械制造、钢铁生产等的工业排放，加之汽车轮胎磨损及煤燃烧产生的粉尘、烟尘中均有重金属污染物。10个树种对重金属均有吸收净化作用，同一树种中重金属元素含量按从大到小排序为Mn>Cr>Zn>Pb>Cu>Ni>Cd，其中Mn和Zn是植物必须元素，叶片中Mn含量比平均重金属含量高70.3%～205.9%，Cd是生物迁移性很强的重金属[19]，因此，Cd的含量最低。比较各树种重金属元素含量发现，龙柏对Pb、Zn吸收能力最强，工业污染区中龙柏的Pb、Zn重金属含量分别为清洁区的199.4%、131.24 %，对Ni、Cr、Mn吸收能力最大分别为雪松、圆柏、天竺桂，3个树种在工业区叶片Ni、Cr、Mn重金属含量分别比清洁区增长105.35%、114.80%和449.1%。天竺桂对Mn的吸收效果较好，最高为373.504 9 mg/kg，是清洁区的5.491倍，可能是由于树种的生理特性有所差异，对污染物的敏感程度不同导致的[10]。天竺桂的叶片有油脂分泌物，有助于与对Mn吸收富集。针叶树种对重金属量的吸收富集能力比阔叶树种强。

3 结论

大气颗粒物是大气污染的重要组成部分，程政红、鲁敏等[18，20]研究指出可用污染严重的工业区内绿化树种中大气污染物含量反应大气污染水平以及植物对大气污染的修复能力，植物的滞尘效应与植物生理形态有关[21]，本研究中滞尘效果较好的天竺桂和龙柏，与其表面结构有密切的关系，如果要进一步从形态学上揭示其滞尘的机理，后续可以借助对叶片进行电镜扫描进行分析[1]。针对大气重金属污染物，植物兼具抵抗力和吸收力，甚至利用重金属污染物[22]，叶片重金属含量与大气颗粒重金属污染物密切相关[23]，借助叶片的化学分析测得叶片重金属含量既可反映重金属污染程度也可反映植物吸收重金属污染物的能力。本研究中，同一树种不同区域及同一区域不同树种对重金属的吸收富集均有差异，说明不同污染区其污染源的成分及浓度不同，每个树种由于自身生理特征差异对污染的吸收富集能力不同，龙柏、圆柏、雪松表现出较强的吸收重金属能力，由于Mn、Zn本来就是植物的必须元素，因此其在叶片中含量较高，其他重金属污染物含量相对较低，由于本研究观测的区域大气重金属污染程度与其他区域不同，其观测数值与其他地方研究结果也有所差异[24-26]。3个污染区，工业区及主城区植物滞尘量和重金属富集量显著高于清洁区，局地污染环境是影响植物吸收空气污染物的主要因素。同一地区同一树种，受不同高度树型结构影响，2～3 m高度的叶片吸附粉尘能力明显，滞尘效果最好的阔叶树和针叶树分别是天竺桂和龙柏，其在工业区最大滞尘量相当于清洁区10.5倍和4.5倍。通过相关性分析，叶片中各重金属含量与叶面尘对应元素含量相关系数均大于0，工业区相关系数最高，说明叶片重金属含量与叶面尘呈正相关，随叶面尘重金属含量增加而增加。由于植物叶片生理基因不同，叶片对重金属各元素的吸收优势有所差异，针叶树对重金属的吸收较为突出，龙柏对Pb和Zn富集能力最好，圆柏、雪松和天竺桂是吸收Ni、Cr、Mn的优势树种。因此，充分利用各树种对粉尘及重金属污染物的净化优势，在城市绿地应该形成一个针叶树种和阔叶树种混交的群落结构。

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