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不同园林植物对土壤重金属的吸收及修复效应

花匠小妙招
2024-10-29 06:01

1、不同园林植物对土壤重金属的吸收及修复效应重金属元素是一类难降解、污染严重、累积性元素，它们可以通过生物链的富集作用危及人类健康，对生态系统构成了潜在的威胁，也对城市本身的生存与发展提出严峻的挑战1-2。随着现代化农业生产中各种含有重金属的农药、化肥的大量使用、城市生活污水和垃圾处理不当以及工业“三废”的不合理排放，导致土壤重金属污染日趋严重3。土壤重金属元素通过食物链危及人类的生命和健康，重金属污染土壤的修复和治理成为全球面临的一个亟待解决的环境问题4-6。植物提取是利用植物将土壤中的重金属吸收、转移到植物的可收获部分，通过收获植物来减少土壤重金属含量，是目前研究较多且有发展前

2、景的一种植物修复技术7。目前较为完善的土壤重金属污染治理技术主要通过植物修复、利用超富集植物吸收土壤中大量富集重金属、通过定期收割植物将重金属元素从土壤中带走以达到清除土壤污染的效果8。就目前的研究成果来看，寻找对重金属具有较高吸收能力，同时又能够耐受重金属毒性的植物成为植物修复技术的关键。据不完全统计，目前全世界发现了大约400种超富集植物，我国陆续报道的超富集植物有螟蚣草富集砷（As）、东南景天富集锌（Zn）、商陆富集锰（Mn）、龙葵富集镉（Cd）等9。园林植物是城市景观复合生态系统的重要组成部分，对大气中的粉尘、颗粒物有过滤、阻挡和吸附的作用，在净化空气、重金属修复、调节

3、气候、改善城市生态环境等方面起着除污吐新的作用，通过种植园林植物修复重金属污染土壤已成为近年来的研究热点9-10。为建立良性的城市生态系统，迫切需要认识园林植物与生态环境之间的关系，尤其是园林植物在土壤重金属修复方面10。有研究表明，通过种植园林植物修复土壤的方法一一植物修复技术已成为城市进程研究的热点4-6。因此，城市园林植物对重金属的富集和修复效应是促进城市绿化高效发展的有效途径之一，将园林植物作为特色经济植物用于土壤重金属富集及修复具有重要的实用和经济意义11-12。而不同园林植物有其本身的生物学差异，选择适合城市发展的园林树种是城市绿地建设的基础，也是改善城市环境质量

4、的重要保障。因此，选择适合城市发展的园林绿化树种，促进土壤中重金属的溶解、运输和转移，提高其修复效率已经成为当前该领域研究的新热点 13。近年来，有关园林植物对重金属元素吸收和富集特征的研究报道不断涌现，而人们关注的焦点也主要集中在对城市生态系统园林植物种类、区系等方面的研究，忽视了园林植物在城市建设过程中发挥的重要作用。因此，本研究以陕西省西安市城区主要园林植物为研究对象，对不同园林植物和土壤重金属含量的变化进行比较，为园林植物在景观功能性配置、土壤污染防治、重金属的富集及修复方面的应用提供更多的物种资源和理论依据。1材料与方法1.1研究区概况西安市作为我国北方交通枢纽中心城

5、市之一，日益严重的交通阻塞和城市热岛效应带来了严重的尘埃污染。自改革开放以来，西安市的园林绿化得到逐渐恢复和发展，1983年西安市政府提出“四季长青，三季有花”和“绿化、净化、美化”的绿化奋斗目标；1985年开始建设三桥至秦俑馆的万里风景路；2004年建成了青龙寺公园、西郊公园、文景公园等，随着西安城区的扩大，西安市人口已达800多万人，不仅对道路进行了绿化，还增加了张家堡绿化广场数、南门、大雁塔南、北广场以及曲江芙蓉园等；2012年西安市政府组织编制了西安市创建国家生态园林城市实施方案，继续以广栽乔木、多植花卉、增加公园广场、提升绿地景观档次为重点，未来3年内，拟

6、建成350条林阴路，进一步提高绿地乔木比重，拓展城市发展空间，同时建设迎宾景观大道。2013年，西安市又出台新的园林规划，3年内要全部达到评估指标，全面完成创建任务，借力生态提升，建设绿色家园。到2015年西安市将建成国家森林城市，将新增公园、绿地2 043.9 hm2，到2020年，人均公园绿地面积超过12 m2。西安市位于黄河流域中部的关中盆地(107 40109 49 E, 33 3934 45 N)，东西长约204 km，南北跨度92 km，总面积9 983 km2，市区面积1 066 km2，海拔约424 m。西安市属于暖温带半湿润的季风气候，气候温和，四季分明，雨量

7、适中，春季温暖干燥多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽，冬季寒冷多雾，无霜期227 d，年平均气温13.6 C,年极端最低气温-20.6 C,年极端最高气温43.4 C,年降水量507.7 719.8 mm,降水集中在7一9月，由北向南？ f增。年平均湿度696%年平均降雪日为13.8 d，年日照时数1 9832 267 h。土壤类型复杂多样，多由石灰岩玄页岩等成土母岩发育而成，主要有棕壤红壤石灰岩土水稻土、黄棕壤沼泽土等，多呈弱酸性，红壤为基带土壤。截至2013 年统计显示，西安市有578条道路和165条分车绿带，经过多年建设已全部进行了绿化，其中市管道路38条，绿化养护面积22

8、8万m2区管道路540条，行道绿化树约42万株，人均公共绿地面积约715 m2,建成区绿地率约19.95%，建成区绿化覆盖率3043%。据不完全统计，西安市园林植物种类繁多,可开发利用的园林观赏植物资源丰富,园林植物约有 56科113属312余种(含变种、变型和亚种)。1.2试验方法2014年8月中旬，根据西安市城区道路园林绿化植物的分布及种类, 分别在西安市的莲湖公园、革命公园、儿童公园、雁塔西苑、春晓园、新纪元公园采集棕榈、广玉兰、夹竹桃和海桐，采集和挖取整株植物（挖取部分根，枝剪部分茎和叶片），在挖取植株的同时用四分法采集不同植物根系周围（0 20 cm）的土壤混合样品，

9、不同园林植物基本生长特征如表1所示。土壤经自然风干，去除石块、植物残体等残杂物，研磨后过60目筛备用。分别从东、西、南、北均匀收集大量成熟叶片，将叶片小心封存于锥形瓶内，蒸馏水洗净整个植株（分为根、茎、叶），晾干，在105 C杀青30 min , 70 C烘干至恒质量，烘干样品粉碎过40目筛。13测定指标称取粉碎后的植物或自然晾干的土壤样品02 g，放入聚四氟乙烯消解罐中，加入混合酸HCIO4-HNO3-HF （HN03 HCI04 体积比为5 :KG-*31）后，用新仪MDS6型微波消解仪消解，消解后的样品经加热赶酸后用蒸馏水定容，采用等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定Zn、

10、Mn铅（Pb）、铜（Cu）、镍（Ni）、Cd的含量，冷原子吸收微分测仪ICP配置氢化物发生器，确保所需仪器的灵敏度。植物各器官重金属含量富集系数=各器官重金属含量/土壤重金属含量8；转移系数=植物地上重金属含量（茎、叶的平均值）/地下（根）重金属含量10。1.4数据统计与分析采用Excel 2009统计数据，用SPSS 18.0进行方差分析、LSD多重比较G =0.05、0.01 ）、分析土壤与植物重金属含量的Pearson相关系数。2结果与分析2.1不同园林植物土壤重金属含量由表2可知，不同园林植物土壤中6种重金属的平均含量表现为 ZnMnPbCuNiC，d6种土壤重金属含量基本表现为

11、棕榈广玉兰夹竹桃海桐。与国家土壤环境质量二级标准（GB1561 1995土壤环境质量标准）14比较，土壤中Zn、Pb、Cu、Ni的平均含量均没有超标，土壤中Cd的含量是国家土壤环境质量二级标准的2.17倍；除Mn夕卜，Cu Zn、Ni、Cd Pb的含量分别是我国土壤平均值的2.80、2.56、1.20、13.40、2.91倍。综合比较可知，西安市土壤重金属污染较严重，其中以Cd的污染较为严重，造成这种现象的原因可能是由于城市园林植物土壤受人类活动的影响程度不同，或是栽培园林植物过程中土壤来源不同，也可能是由环境和大气污染所导致的。2.2不同园林植物不同器官重金属含量由表3可知，不

12、同园林植物的相同器官中重金属含量差异较大，不同园林植物各器官中重金属含量的变化趋势一致，基本表现为棕榈广玉兰夹竹桃海桐，局部有所波动；不同园林植物重金属含量的平均值基本表现为ZnMn CuPb NiC;d重金属在同一植物不同器官中的含量也不尽相同，基本表现为叶茎根,且重金属在叶、茎中的含量远高于根中，表现出明显的富集作用。不同园林植物的Mn含量变化范围在123.4135.2 mg/kg之间，Cu含量变化范围在62481.3 mg/kg之间，Zn含量变化范围在253.9362.1 mg/kg 之间，Ni含量变化范围在37.148.3 mg/kg之间，Cd含量变化范围在3.4 5

13、.3 mg/kg之间，Pb含量变化范围在47.162.5 mg/kg之间。其中，棕榈和广玉兰植株体内Mn含量的平均值差异不显著，夹竹桃植株体内Mn 含量的平均值显著低于其他园林植物（P茎根；不同园林植物对Mn、Zn、Ni 的平均富集系数相近，且均大于1,对Cd的平均富集系数最大，对Cu的平均富集系数接近1,而对Pb的平均富集系数均小于1。2.4不同园林植物重金属的转移系数转移系数是植物地上部分元素的含量与地下部分同种元素含量的比值，用来评价植物将重金属从地下向地上运输和富集的能力。转移系数越大，则重金属从根系向地上器官转运的能力越强7。本研究采用植物叶、茎中元素的平均含量与植物根系中

14、元素含量的比值作？楦迷？素的转移系数。由图1可知，不同园林植物对 Mn的转移系数变化范围在1.03105之间，对Cu的转移系数变化范围在1.101.17之间，对Zn的转移系数变化范围在1.031.23之间，对Ni 的转移系数变化范围在1.121.16之间，对Cd的转移系数变化范围在 1.181.38之间，对Pb的转移系数变化范围在1.071.14之间。不同园林植物对Mn的转移能力差异并不显著，海桐对Cu的转移能力较高，夹竹桃对Zn的转移能力较高，海桐和夹竹桃对Ni的转移能力较高，广玉兰对Cd的转移能力较高，海桐和广玉兰对Pb的转移能力较高。综合比较可知，海桐和广玉兰对重金属的转

15、移能力较高，不同园林植物对Cd、 Ni、Pb的吸收能力高于对Zn、Mn Cu的吸收能力。2.5不同器官?c 土壤重金属含量的相关性分析由土壤与植物体内重金属的相关性可以推测植株重金属的来源是否相同，如果重金属含量有显著的相关性，说明其同源的可能性较大，对不同园林植物各器官中重金属含量与土壤中重金属含量的相关性进行分析。如表5所示，棕榈根部与土壤中Cu、Zn、Cd Pb的含量呈极显著正相关（PMnPbCuNiC，同一器官中重金属含量基本表现为棕榈广玉兰夹竹桃海桐，局部有所波动；重金属含量在同种植物不同器官中基本表现为叶茎根。不同植物各器官对6种重金属元素的富集能力存在着一定的差异

16、，基本表现为叶茎根，并且不同园林植物对6种重金属的吸收富集规律不尽相同，同一器官中重金属含量均表现为棕榈广玉兰夹竹桃海桐，局部有所波动。说明同一种植物对不同金属元素吸收、迁移、累积的能力不同，不同器官对不同重金属元素吸收、富集、吸收的特性也不同。一方面反映植物本身的特性，另一方面也反映重金属对植物的影响及其在植物体内的迁移能力7， 10， 15-16。相关性分析结果表明，不同园林植物体内重金属含量主要依赖于土壤重金属含量，而根和茎对Cu、Zn、 Cd的吸收起着主要的依赖作用，海桐和广玉兰对重金属的吸收、富集效果较好。不同园林植物对Zn的富集系数较大，但对Zn的转移系数

17、并不大，表明不同植物对Zn元素同时具有超富集植物的2个基本特征，同时也表明不同园林植物对土壤Cd污染比较敏感，即植物能将重金属Zn大量地富集在地下部，表现出一定的富集重金属的能力；相反，不同植物对Cd的富集系数较小，但对Cd的转移系数最大。可见，富集系数和转移系数具有一定的区别，分别表征植物的富集能力和转运能力，与植物的生理生化和遗传变异关系密切17-18。有研究表明，地上部分重金属含量大于根部（转移系数大于1）的植物对于重金属超富集植物的筛选可能更有意义17-18，因此，园林植物对重金属的转移系数越大说明它们对土壤重金属的修复效应越大。本研究中，不同园林植物对6种重金属的转

18、移系数均大于1,对于植物修复来说非常有利，是良好的土壤修复效应的园林绿化植物；并且对 Cd的吸收能力较强（不同园林植物Cd的转移系数最大），从土壤重金属修复意义来看，园林草本植物更具有土壤修复意义。综合分析可知，西安市不同园林植物对土壤重金属的吸收能力均较强，具备超富集植物和修复重金属污染土壤的潜力，今后应进一步对它们所存在的环境风险进行评估。不同园林植物土壤重金属含量的平均值表现为ZnMn PbCuNiCd不同园林植物土壤重金属含量基本表现为棕榈广玉兰夹竹桃海桐，其中土壤Pb含量在不同园林植物之间差异显著（P广玉兰夹竹桃海桐；不同园林植物重金属含量平均值基本表现为 ZnMnCuPbNiC;d同种植物重金属含量在各器官间基本表现为