天津市常见针叶树吸滞重金属及硫能力分析

李少宁，鲁绍伟*，丁 杰，鲁少波，陈 波，石 媛

(1.北京市农林科学院林业果树研究所，北京 100093；2.北京林果业生态环境功能提升协同创新中心，北京 100093；3.北京燕山森林生态系统定位观测研究站，北京 100093；4.河北农业大学 林学院，河北 保定 071000；5.河北省林业厅，河北 石家庄 050081)

【研究意义】中国城市随着城市化和工业化进程的加快已经遭受到了鲜见的重金属污染[1]，空气污染也受到了越来越多人的关注。大气污染源主要来自于城市工业计划，车辆交通，家庭取暖等，它们的所产生的污染物主要由三部分构成，分别为粉尘、有机污染物、无机污染物以及重金属[2]。作为传统的工业城市，天津市重金属的外源输入速率随着城市化进程的加快而加重，据天津市环保统计局统计分析，天津市2007年烟尘排放总量为7.38万吨，其中工业排放量为6.27万吨，工业粉尘排放量为0.94万吨，在1999-2007年间，天津市的烟尘及工业粉尘排放量虽然从总体上看属于下降趋势，但是其排放量缺一直属于较高水平[3]。甚至在2013年11月，天津南疆港区一散货场的TSP指数已经超过了二级标准，已经满足不了区域功能的要求[4]，城市降尘已经成为了天津市重金属污染的主要原因之一，烟尘的大量排放，不仅影响了天津市民的日常生活，更影响了港口城市的对外形象，寻求治理重金属及硫化污染物等污染物的方法已经迫在眉睫。【前人研究进展】植物对一定浓度范围内的污染物，不仅具有一定的抵抗力，而且还具有一定的调节能力。在污染的环境下，许多植物经过了一段时间的适应后，已经初步具备了抵抗和吸收净化的能力，最典型的就是相关植物可以吸收大气中的SO2、Cl2、HF以及重金属等污染物[5]，治理重金属污染具有极其重要的意义[6-10]。蒋高明[11]发现了油松针叶中的硫元素含量与大气污染物中的硫元素含量具有显著的相关性，张颖[12]等人更是证实了植物对大气污染物中的硫、氟、氯等具有一定的吸收能力。【本研究切入点】以上研究分别在宏观上发现了植物富集重金属的能力和重金属污染物对植物的危害，缺乏对不同污染条件下植物吸滯重金属污染物和硫的能力的定量对比和树种的研究筛选。【拟解决的关键问题】筛选出不同污染条件下对重金属及S吸滞较强的树种，为天津城市生态文明建设提供理论依据。

1 研究地概况

本研究地点选择在天津昆仑桥(市中心)、水上公园(近郊公园)、杨柳青庄园(近郊园林区)和蓟县盘山风景区(远郊山区)，分别代表重金属和S污染由重及轻的污染程度变化，各取样点分布如图1所示。

2 研究方法

2.1 实验树种选择

依据对天津市常见绿化树种的统计资料和野外调查结果，此次研究主要选择了长势中等，树种年龄为10年左右的3个针叶树种。他们分别是龙柏，桧柏和雪松。

2.2 样品采集

分别在2016年5月16日、7月27日、9月24日、11月14日采集叶片，依次代表春、夏秋、冬四个季节，为了使实验具有较强的代表性，在每个季节时期每个树种选取长势良好，树龄相近的3颗样树，并且分别取其东、西、南、北方向上、中、下3个层次各50个叶片，将其保存好以用于实验研究。

图1 采样点分布Fig.1 The distribution of sampling points

2.3 样品处理

进行多次实验测定，将用于实验研究的叶片均匀混合后取样，叶片用离子水清洗、晾干，之后在105 ℃条件下杀青，65 ℃条件下烘干至恒重、粉碎，过100目筛，备用。精密称取2 g样品加水50 mL，震荡1 h、过滤、离心。取上清液1 mL稀释10倍，过0.45 μm滤膜选样分析。

2.4 样品测定

Cd、As、Cu、Pb、Cr几种元素含量测定，称取0.5 g样品，用16 mL HNO3+4MIHCLO4消融，使用ICP-OES等离子发射光谱法;S的测定，使用Elementa Vario EL CHNOS元素分析仪测定 。

3 结果与分析

3.1 不同地点桧柏吸滞能力分析

3.1.1 吸滞As能力分析 由图2A可见，叶片中As含量全年平均值排序是：杨柳青庄园(141.96 mg/kg)>蓟县(141.49 mg/kg)>水上公园(130.49 mg/kg)>昆仑桥(112.90 mg/kg)，含量最高的杨柳青庄园(远郊园林区)是含量最低的昆仑桥(市区)的1.26倍。桧柏叶片中As含量在昆仑桥和杨柳青庄园是春季最低，冬季最高；在水上公园是夏季最高，秋季最低；在蓟县是秋季最高，春季最低。

3.1.2 吸滞Cd能力分析 由图2B分析表明，叶片中Cd含量全年平均值排序是：水上公园(2.12 mg/kg)>杨柳青庄园(1.24 mg/kg)>蓟县(0.60 mg/kg)>昆仑桥(0.24 mg/kg)，含量最高的水上公园是含量最低的昆仑桥的8.83倍。桧柏叶片中Cd含量在4个地点均是春季最高，在水上公园和昆仑桥秋季最低，在杨柳青庄园和蓟县夏季最低。

3.1.3 吸滞Cr能力分析 叶片中Cr含量全年平均值排序是：水上公园(23.88 mg/kg)>杨柳青庄园(14.90 mg/kg)>蓟县(12.58 mg/kg)>昆仑桥(11.32 mg/kg)，含量最高的水上公园是含量最低的昆仑桥的2.11倍(图2C)。桧柏叶片中Cr含量在昆仑桥冬季最高，春季最低；在水上公园和蓟县春季最高，秋季最低。全年平均值水上公园含量最高。

3.1.4 吸滞Cu能力分析 由图2D可见，叶片中Cu含量全年平均值排序是：水上公园(35.31 mg/kg)>昆仑桥(25.10 mg/kg)>蓟县(24.14 mg/kg)>杨柳青庄园(23.06 mg/kg),含量最高的水上公园(近郊)是含量最低的杨柳青庄园(远郊)的1.53倍。不同地点桧柏叶片中Cu含量基本是夏季最高(除水上公园外)，春季最低。

图2 不同地点桧柏叶片吸滞重金属及S含量动态变化Fig.2 Dynamic changes of leaves absorption heavy metals and S content for Sabina chinensis in different sites

3.1.5 吸滞Pb能力分析 由图2E可知，叶片中Pb含量全年平均值排序是：昆仑桥(39.55 mg/kg)>水上公园(38.06 mg/kg)>蓟县(37.51 mg/kg)>杨柳青庄园(35.85 mg/kg)。桧柏叶片中Pb含量在四个地点都是冬季最高，夏季最低。不同地点之间差异性不显著，市区高于远郊，不同季节之间存在显著性差异。

3.1.6 吸滞S能力分析 叶片中S含量全年平均值排序是：水上公园(2.15 g/kg)>杨柳青庄园(1.83 g/kg)>蓟县(1.53 g/kg)>昆仑桥(1.43 g/kg)，含量最高的水上公园是含量最低的昆仑桥的1.41倍(图2F)。季节不同，各地点桧柏叶片中S含量变化趋势相一致，季节差异性不大。

3.2 不同地点龙柏吸滞能力分析

3.2.1 吸滞As能力分析 由图3A可见，叶片中As含量全年平均值排序是：水上公园(154.96 mg/kg)>杨柳青庄园(133.51 mg/kg)>昆仑桥(126.35 mg/kg)>蓟县(105.72 mg/kg)，含量最高的水上公园(近郊)是含量最低的蓟县(远郊)的1.47倍。4个地点龙柏叶片中As含量随着季节变化均呈现不同的变化趋势，夏季的含量高于春季，不同地点之间变化不大。

3.2.2 吸滞Cd能力分析 叶片中Cd含量全年平均值排序与桧柏相一致，为：水上公园(1.56 mg/kg)>蓟县(0.45 mg/kg)>杨柳青庄园(0.43 mg/kg)>昆仑桥(0.28 mg/kg)，含量最高的水上公园是含量最低的昆仑桥的5.57倍(图3B)。各地区龙柏叶片中Cd含量变化趋势相同，均是在春季最高，之后下降，秋季再升高，然后再下降。

3.2.3 吸滞Cr能力分析 由图3C可见，叶片中Cr含量全年平均值排序是：水上公园(18.78 mg/kg)>昆仑桥(11.31 mg/kg)>杨柳青庄园(8.39 mg/kg)>蓟县(8.11 mg/kg)，含量最高的水上公园(近郊)是含量最低的蓟县(远郊)的2.32倍，其排序与Cr的排序相近。龙柏叶片中Cr含量在昆仑桥(市区)和水上公园(近郊)均是冬季达到最高值，在杨柳青庄园和蓟县(远郊)均为春季时最高。

3.2.4 吸滞Cu能力分析 经图3D分析，叶片中Cu含量全年平均值排序是：昆仑桥(28.46 mg/kg)>蓟县(22.77 mg/kg)>水上公园(15.91 mg/kg)>杨柳青庄园(13.68 mg/kg)，含量最高的昆仑桥(市区)是含量最低的杨柳青庄园(远郊)的2.08倍。随季节变化，不同地点龙柏叶片中Cu含量季节变化不稳定。

3.2.5 吸滞Pb能力分析 由图3E可见，叶片中Pb含量全年平均值排序是：杨柳青庄园(53.64 mg/kg)>蓟县(48.78 mg/kg)>水上公园(37.63 mg/kg)>昆仑桥(21.33 mg/kg)。含量最高的杨柳青庄园是含量最低的昆仑桥的2.51倍。其排序与Cu含量排序正相反。除昆仑桥外，其他地点龙柏叶片中Pb含量差异性不大，季节之间差异性显著。

3.2.6 吸滞S能力分析 叶片中Pb含量全年平均值排序是：水上公园(1.71 g/kg)>杨柳青庄园(1.43 g/kg)>昆仑桥(1.40 g/kg)>蓟县(1.23 g/kg)，含量最高的水上公园是含量最低的蓟县(远郊)的1.39倍(图3F)。

3.2.7 综合分析 由以上分析可知，不同地点龙柏林木叶片吸滞污染元素综合排序为：S>As>Pb>Cu>Cr>Cd。在不同地点龙柏吸滞能力在不同地点差异显著，大致为水上公园—昆仑桥—杨柳青庄园—蓟县逐渐显著减弱，每种元素含量的最高值与最低值相差在1～5倍左右，排序基本为：Cd>Pb> Cr> Cu>As>S(表1)，其中龙柏对Cd的吸滞能力相差最大，为5.57倍。

表1 不同地点龙柏林木叶片吸滞能力排序汇总

图3 不同地点龙柏叶片吸滞重金属及S含量动态变化Fig.3 Dynamic changes of leaves absorption heavy metals and S content for Juniperus chinensis in different sites

3.3 不同地点雪松吸滞能力分析

3.3.1 吸滞As能力分析 由图4A可见，叶片中As含量全年平均值排序是：水上公园(171.20 mg/kg)>杨柳青庄园(156.22 mg/kg)>昆仑桥(103.22 mg/kg)>蓟县(76.57 mg/kg)，含量最高的水上公园是含量最低的蓟县(远郊)的2.24倍。雪松叶片中As含量在昆仑桥、杨柳青庄园和蓟县都是秋季最高。

3.3.2 吸滞Cd能力分析 叶片中Cd含量全年平均值排序是：水上公园(1.22 mg/kg)>蓟县(0.88 mg/kg)>杨柳青庄园(0.43 mg/kg)>昆仑桥(0.26 mg/kg)，含量最高的水上公园是含量最低的昆仑桥的4.69倍(图4B)。雪松叶片中Cd含量在水上公园和昆仑桥的变化趋势一致，为先降低，在冬季突然升高。杨柳青庄园和蓟县的变化趋势一致，为春季最高，夏季最低，再逐渐升高。

3.3.3 吸滞Cr能力分析 由图4C可见，叶片中Cr含量全年平均值排序是：水上公园(18.88 mg/kg)>昆仑桥(17.69 mg/kg)>蓟县(17.28 mg/kg)>杨柳青庄园(8.83 mg/kg)，含量最高的水上公园是含量最低的杨柳青庄园(远郊)的2.14倍。雪松叶片中Cr含量在昆仑桥、水上公园和蓟县均为冬季最高，秋季最低。全年平均值水上公园含量最高。

3.3.4 吸滞Cu能力分析 经图4D分析表明，叶片中Cu含量全年平均值排序是：水上公园(18.88 mg/kg)>昆仑桥(17.69 mg/kg)>蓟县(17.28 mg/kg)>杨柳青庄园(8.83 mg/kg)，含量最高的水上公园是含量最低的杨柳青庄园(远郊)的1.53倍，其排序与Cr含量排序相一致。不同地点雪松叶片中Cu含量基本是夏季最高，春季最低，只有在杨柳青庄园是逐渐升高的。

3.3.5 吸滞Pb能力分析 由图4E可见，叶片中Pb含量全年平均值排序是：杨柳青庄园(55.28 mg/kg)>昆仑桥(44.96 mg/kg)>水上公园(41.06 mg/kg)>蓟县(39.93 mg/kg)，含量最高的杨柳青庄园是含量最低的蓟县的1.38倍。雪松叶片中Pb含量在昆仑桥、水上公园、杨柳青庄园和蓟县都是冬季最高，次高值是秋季(水上公园除外)。

3.3.6 吸滞S能力分析 叶片中S含量全年平均值排序是：水上公园(2.03 g/kg)>昆仑桥(1.85 g/kg)>杨柳青庄园(1.77 g/kg)>蓟县(1.46 g/kg)，含量最高的水上公园是含量最低的蓟县的1.39倍(图4F)。在不同季节，雪松叶片中S含量随地点变化趋势相一致，从近郊到远郊逐渐下降，蓟县含量最低。

图4 不同地点雪松叶片吸滞重金属及S量动态变化Fig.4 Dynamic changes of leaves absorption heavy metals and S content for Pins cedrus in different sites

4 讨 论

4.1 不同地点桧柏吸滞能力

由以上分析可知，不同地点桧柏林木叶片吸滞污染元素综合排序为：S>As>Pb>Cu>Cr>Cd。在不同地点桧柏吸滞能力相差显著，与污染程度密切相关，从远郊—近郊—市区逐渐显著增强，每种元素含量的最高值与最低值相差在1～2倍左右(Cd除外)，排序基本为：Cd>Cr>Cu>S>As>Pb。其中对Cd的吸滞能力相差最大，水上公园中人流密集区的桧柏吸滞各种元素的能力最强。

4.2 不同地点龙柏吸滞能力

由以上分析可知，不同地点龙柏林木叶片吸滞污染元素综合排序为：S>As>Pb>Cu>Cr>Cd。在不同地点龙柏吸滞能力在不同地点差异显著，大致为水上公园—昆仑桥—杨柳青庄园—蓟县逐渐显著减弱，每种元素含量的最高值与最低值相差在1～5倍左右，排序基本为：Cd>Pb> Cr> Cu>As>S，其中龙柏对Cd的吸滞能力相差最大，为5.57倍。

4.3 不同地点雪松吸滞能力

由以上分析可知，不同地点雪松林木叶片吸滞污染元素综合排序为：S> As> Pb>Cu>Cr>Cd。在不同地点雪松吸滞能力相差显著，与污染程度密切相关，从远郊—近郊逐渐显著增强，每种元素含量的最高值与最低值相差在1～5倍左右，排序基本为：Cd>As> Cr> Cu>S>Pb。其中对Cd的吸滞能力相差最大，水上公园的雪松吸滞各种元素的能力最强。

5 结 论

不同地点相同树木叶片中吸滞重金属和S的能力差异较小，但季节差异性较大。各元素在树木体内随着时间的推移不断积累，桧柏中的As和Pb元素在冬季达到最高值，Cd元素则是春季最高，夏季和秋季不断减少，所有树种的Cu元素些在夏季具有最高值。

不同地点桧柏吸滞能力由远郊-近郊-市区逐渐显著增强，不同地点龙柏吸滞能力为近郊-市区-远郊风景区-远郊园林区逐渐减弱，不同地点雪松从远郊-近郊逐渐显著增强。不同地点相同树种的变化规律并不完全相同，不同林木叶片中吸滞各元素量的总体排序基本一致。大多为：S> As> Pb>Cu>Cr>Cd。

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