居住区内植物叶面尘中重金属累积特征

高玉瑶 刘 宇 张 楠 杨 澜 赵 蕊 胡芯恬 徐翠苑 董苏梅

（宿迁学院信息工程学院，江苏 宿迁 223800）

大气粉尘是指分散在大气中的固态和液态颗粒状物质，具有化学组成复杂[1]，比表面积大[2]，悬浮距离远等特点[3]。其中，大气重金属易累积在固体颗粒物内，对人类和动植物造成较大的危害。植物叶表面具有特殊的结构和功能[4-5]，具有较强的滞尘能力，可以使粉尘状的大气颗粒物沉降并吸附、滞留在叶片表面，形成叶面尘，从而净化空气，改善环境空气质量。

近年来，有关植物吸滞大气粉尘的研究较多，主要集中在不同植物种类[6-7]、不同植物群落结构[8-9]及不同区域差异[10-11]等方面。而对于不同植物对大气粉尘中关键污染物吸滞特征的研究较少，特别是针对大气重金属等物质的研究有待深入。居住区的绿化树种多栽植于道路两侧，对消减大气污染起到重要的作用。本文以7 种常见园林植物为研究对象，结合园林植物实际应用，探讨不同绿化树种单位面积滞尘量，叶片内和叶面尘中重金属含量以及各重金属的相关性，筛选抗污能力强的绿化树种在园林中推广应用，为提高城市园林植物吸滞大气粉尘污染能力及生态环境管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与样品采集

根据研究区园林绿化树种的物理学特性和生长情况，选择生长状况良好、无病虫害且叶片完整，日常养护管理优良以及绿化使用频率较高的7种绿化树种（大叶女贞、海桐、金森女贞、广玉兰、大叶黄杨、香樟和桂花）作为调查研究对象。

样品采集分别从树木上部、中部、下部和内部4 个生长角度摘取叶片，存放于透明自封袋中并标记采样地点及植物名称，带回实验室置于4 ℃冰箱中保存，备用。

1.2 样品处理

1.2.1 植物叶片滞尘量测定采用重量差值法测定植物叶片滞尘量。将采摘的鲜叶片进行初步筛选，选取2 组叶表面完整无缺刻，无腐烂黑斑的叶片各20 g，分为清洗和不清洗组。将清洗组的叶片浸泡于纯水中20 min，然后用小毛刷充分清洗叶面，清洗干净叶片附着物后，用镊子小心夹出叶片，放在吸水纸上轻轻擦拭后使其自然风干。使用叶面积仪分别测量叶面积，然后将2 组叶片分别置入烘箱，在70 ℃恒温下烘至恒重，分别称量烘干后的叶片质量。烘干后的每组叶片样品分类整理好后，用剪刀剪成小块，再用研钵研磨直至粉末状，待用。

1.2.2 叶面尘内重金属含量测定称取0.2 g 叶片，收集叶表面灰尘，倒入消解罐中，用移液枪滴入0.2 mL HNO3，静置20 min后，依次加入0.2 mL HNO3和0.1 mL H2O2，放入微波消解仪消解3 h 后冷却。消解完成后，快速将消解罐转移至通风橱中，打开消解罐，静置一段时间，待黄色气体消散完毕后，将消解制得的液体缓慢倒入试剂管中，用纯水定容至10.0 mL，并用标签标明。采用电感耦合等离子发射光谱仪（ICP-MS）进行测量，得出植物叶面尘内重金属的含量。

叶片内重金属含量测定方法同上，测定前须清理干净叶片表面灰尘。

1.3 数据分析

采用Excel 2010 和Origin 2022 软件绘制柱状图和表格，采用SPSS 17.0 统计软件对绿化树种叶面尘重金属的含量进行Pearson 相关系数分析，并采用最小显著差数法（LSD）检测数据之间的差异性。

2 结果与分析

2.1 不同绿化树种的叶片滞尘能力

由图1 可知，不同植物单位叶面积滞尘量存在差异。整体上表现为海桐（2.50 g/m2）＞金森女贞（2.26 g/m2）＞桂花（2.01 g/m2）＞大叶女贞（1.50 g/m2）＞广玉兰（1.20 g/m2）＞香樟（1.11 g/m2）＞大叶黄杨（0.97 g/m2）。其中，海桐的滞尘量是大叶黄杨的2.58 倍。大叶黄杨叶面较光滑，无沟壑、绒毛等滞留大气粉尘等的叶面微观结构；而海桐叶片气孔较密集，可吸滞大量颗粒物。金森女贞和桂花等植物叶片较靠近地面，受冬季气压影响，颗粒物等聚集在地表附近，因此，冬季滞留颗粒物能力较强，而香樟和广玉兰等树体高大的乔木，冬季滞尘能力则较弱。

2.2 植物叶面尘中重金属含量

不同植物叶面尘中重金属含量见表1。其中，Cr和Ni 含量表现为海桐＞金森女贞＞桂花＞广玉兰＞大叶女贞＞大叶黄杨＞香樟；Mn 含量排序为桂花＞海桐＞金森女贞＞大叶女贞＞广玉兰＞大叶黄杨＞香樟；Cd 含量排序为桂花＞海桐＞金森女贞＞大叶女贞＞大叶黄杨＞广玉兰＞香樟；Cu为金森女贞＞海桐＞广玉兰＞桂花＞大叶黄杨＞大叶女贞＞香樟；As 为海桐＞桂花＞金森女贞＞大叶女贞＞大叶黄杨＞香樟＞广玉兰；而Pb表现为海桐＞桂花＞大叶女贞＞金森女贞＞香樟＞大叶黄杨＞广玉兰。大气粉尘中的重金属污染物易被叶片表面的黏性物质或被凹凸不平具有沟状组织的凹槽滞留附着，随着时间积累，部分重金属在叶片中累积。大气环境中，工业生产产生的煤炭飞灰颗粒、路面水泥和扬尘颗粒、汽车尾气都是叶面尘中重金属的主要来源之一。

表1 不同绿化树种叶片尘中重金属含量

2.3 植物叶片内重金属含量

植物叶片内的重金属含量可以表征大气的污染状况及污染来源。7 种不同植物叶片内重金属含量的测定结果见表2。整体上7 种植物叶内各重金属元素的平均含量表现为Mn（4.9026 mg/kg）＞Cr（5.308 mg/kg）＞Cu（5.138 mg/kg）＞Ni（2.436 mg/kg）＞Pb（1.986 mg/kg）＞As（0.359 mg/kg）＞Cd（0.063 mg/kg）。不同植物叶片内的重金属含量存在差异，其中大叶黄杨叶片内Cr 和Ni，香樟叶片内As，桂花叶片内Cu 和Cd，广玉兰叶片内Pb 以及大叶女贞叶片内Mn 的含量较高，分别为7.262、3.872、0.709、6.967、0.156、3.101 和74.100 mg/kg，而大叶黄杨叶片内Cu、Cd 和Pb，香樟叶片内Mn，金森女贞叶片内As，大叶女贞叶片内Cr和Ni含量较低，分别为3.186、0.012、1.093、37.241、0.180、3.872 和1.679 mg/kg。不同绿化树种对大气中颗粒污染物表现出不同的吸附能力，其主要通过植物叶片的呼吸作用进入叶片内部。

表2 不同绿化树种叶片重金属含量

2.4 叶片内和叶面尘中重金属来源的相关性

对绿化树种叶面尘重金属进行Pearson 相关系数矩阵分析（表3），发现Cr-Ni、Cr-Cu、Mn-Ni、Mn-Cu、Mn-Cd、Ni-Cu 及As-Pb 之间均存在明显相关关系（P＜0.01），相关性系数分别为0.781、0.654、0.488、0.769、0.600、0.776 和0.757；Cr-Mn、Cr-As、Ni-As 及Cu-Cd 之间存在相关关系（P＜0.05），其相关性系数分别为0.401、0.353、0.327 和0.368。对植物叶片内重金属进行Pearson 相关系数矩阵分析（表4），其中Cr-Ni、Mn-Cu、Mn-Cd和Cu-Cd 之间存在明显相关性（P＜0.01），相关系数分别为0.455、0.638、0.714 和0.522；Cr-Cd、Cu-As 存在相关关系（P＜0.05），相关系数为0.402 和0.380，这表明居住区内叶面尘中和叶内的重金属来源存在相关性。

表3 绿化树种叶面尘中重金属的Pearson相关系数矩阵

表4 绿化树种叶片内重金属的Pearson相关系数矩阵

2.5 叶面尘重金属与叶片重金属含量的关系

将居住区内不同树种的叶面尘重金属含量与叶片内重金属含量进行对比，结果见表5。由表5 可知，所有试验树种叶面尘中重金属的含量均高于叶片内的重金属含量。其中，Pb元素叶片与叶面尘含量之比为0.05，远低于其他重金属元素；Mn 元素叶片中的含量相对较高，叶片与叶面尘含量之比为0.57。

表5 不同绿化树种叶面尘重金属含量单位：（mg/kg）

3 结论与讨论

研究区内不同树种单位叶面积滞尘量表现为海桐（2.50 g/m2）＞金森女贞（2.26 g/m2）＞桂花（2.01 g/m2）＞大叶女贞（1.50 g/m2）＞广玉兰（1.20 g/m2）＞香樟（1.11 g/m2）＞大叶黄杨（0.97 g/m2）。不同植物叶面尘中各重金属的含量存在差异，其中海桐、大叶女贞等的叶片对重金属元素的吸附积累作用较强，香樟和大叶黄杨的吸附积累作用则相对较弱，而广玉兰等大型乔木对重金属的吸收滞留作用一般。这表明叶片表面光滑革质，结构平整，有少量细短毛甚至无毛的高大树种的滞尘能力偏弱[12]；而叶片表皮排列无序，表面粗糙具有密集长绒毛，叶片凹凸不平且具有沟状组织的树种滞尘能力较强[13]。

不同植物对重金属的富集能力存在差异，叶片中重金属平均含量大小排序为Mn（49.026 mg/kg）＞Cr（5.308 mg/kg）＞Cu（5.138 mg/kg）＞Ni（2.436 mg/kg）＞Pb（1.986 mg/kg）＞As（0.359 mg/kg）＞Cd（0.063 mg/kg）。叶面尘中Cr-Ni、Cr-Cu、Mn-Ni、Mn-Cu、Mn-Cd、Ni-Cu、As-Pb 和叶内Cr-Ni、Mn-Cu、Mn-Cd、Cu-Cd 之间均存在明显相关性（P＜0.01）；而叶面尘中Cr-Mn、Cr-As、Ni-As、Cu-Cd和叶内Cr-Cd、Cu-As存在相关性（P＜0.05）。本研究测定的叶面尘和叶内重金属含量相对较高，这可能与所选的场地、植物树龄以及采样湿重检测等有关。一方面，研究场地位于宿迁老城区，周边的汽车尾气等影响较大。另一方面，所选植物为常绿叶片，且树龄较高，多年的重金属累积导致含量较高。另外，在数据分析处理等方面也存在部分不足，在以后的研究中要加以完善。汽车尾气排放、建筑施工、矿产开采以及金属冶炼产生的废气废渣等都可能会造成大气重金属污染。一些小粒径重金属容易随着气流、雨水的携带到达城市各个角落，重金属污染是一个流动的过程。植物叶片富集的重金属的来源并不完全是自然大气粉尘，还可能受到人为因素影响造成的大气污染，以及绿化树种在生长过程中受到土壤背景值影响[4]。今后在城市绿化与生态建设中，根据不同功能区的需要，选择合适的绿化树种，对大气污染的治理和控制有一定积极意义。本文结合园林植物实际应用情况，探讨了不同绿化树种单位面积滞尘量，叶片内和叶面尘中重金属含量以及重金属的相关性，筛选抗污能力强的绿化树种在园林中推广应用，为提高城市园林植物吸滞大气粉尘污染能力及生态环境管理提供参考。