南方城市园林绿化植物对重金属的富集能力

南方城市园林绿化植物对重金属的富集能力

土壤不仅是人类生存的重要自然资源之一，也是人类栖息地的重要组成部分。随着城市化、工业化、矿产资源的开发利用和大量化学品的广泛使用，土壤重金属污染日益严重，威胁人类的生存和发展。土壤中的重金属不仅具有隐蔽性和可逆性，而且能够通过水和植物等手段进入人体，并最终影响人类健康。因此，控制和减少土壤污染及其损害已成为一个日益突出的问题。由于土壤重金属污染的管理和恢复难度大，目前还没有找到理想的方法。重金属土壤自然处理过程非常漫长，通常需要几千年的时间。采用物理和化学治理技术（如客观土壤法、碱性方法、化学改良剂等），不仅需要特定的设备和培训师，还需要处理和培训特定的技术人员。其中大部分只能暂时缓解重金属污染，也可能导致二次污染，因此无法从根本上解决。植物重量的积累和积累。例如，魏树河等植物的结果表明，植物地上部分的重金属含量与地上部分的生物量无关。在选择超积液植物时，植物地上部分的重金属含量可以高于植物地上部分的生物量。因此，除了植物本身的生长特点（如植物大小和生长速度）外，植物对重金属的吸收和积累能力以及对重金属毒性的耐受性是植物修复技术的主要因素。邵云等人调查了五种重金属植物在不同植物器官中的分布特点。杨军等人研究了香根草在铅锌矿中的生长及其对重金属的吸收。莫争等人研究了六种重金属植物。重金属cu、pb、zn、cr和cd植物。魏树河等植物对重金属的吸收和积累功能包括：植物大小和生长速度。因此，除了植物本身的生长特点外，植物对重金属的吸收和积累能力以及重金属毒性的耐受性是决定植物是否适合植物修复技术的主要因素。邵云等人用五种重金属在不同植物器官中的分布特点，杨军等人研究了香根草在铅锌矿中的生长及其对重金属的吸收特征。莫争等人研究了六种杂草对重金属cu、pb、zn、cr和cd植物中的财富和分布。魏树河等植物研究了18种杂草对重金属的超积累功能。蔡顺香等植物分析了毛枝莲提取、。1南适地形地貌.南屏罗仑毗江西西障,北托国试验地点设在湖南长沙市园林绿化地内.长沙位于湘中东北部之湘江下游,跨湘江两岸,东经110°53′～114°15′,北纬27°51′～28°40′,扼南北要冲;东屏罗霄毗江西,西障雪峰连云贵,南峙衡岳达广州,北托洞庭通武汉.地貌属低山丘陵,地形起伏较大,整个地势为东西南高,北部低;气候属亚热带季风湿润性气候,年平均气温为17.2℃,年积温为5457℃,年平均降水量为1300mm,且多分布在4～9月份,无霜期275d.气候特征是:气候温和,降水充沛,雨热同期,四季分明,春温多变,夏初雨水多,夏末秋季多旱,春秋季短,夏冬季长,伏秋高温久,冬季严寒少.以香樟为市树,以杜鹃花为市花.土壤以板页岩风化物为主,夹有红土、沙砾岩等土壤.2土壤样品的分析在韶山路、湘府路和中南林业科技大学校园园林绿地内,采用随机布点法,分别在杜鹃花、桂花、栀子花生长的地方各选20个采样点,每个采样点采集表层土壤(0～20cm),重复6次,混合约1kg作为该点的土壤分析样品;同时,对3种园林植物(杜鹃花、桂花、栀子花)按根、茎、叶分别采集分析样品0.5kg.在实验室,先用自来水充分冲洗植物样品,再用去离子水冲洗,晾干,在105℃下杀青30min,然后在85℃恒温下烘干至恒质量,粉碎过60目尼龙筛充分混合均匀,放在样品瓶中备用.土壤样品自然风干后磨碎,过100目尼龙筛备用.土壤中重金属元素(Mn、Cu、Zn、Ni、Cd、Pb)含量用碳酸钠碱熔-盐酸提取后,采用Hp3510原子吸收分光光度计测定.植物中重金属元素含量采用干灰化法,用盐酸溶解提取,由Hp3510原子吸收分光光度计测定.3结果与分析3.1土壤重金属含量与来源的关系土壤中重金属元素的含量既与母岩及成土母质有密切的关系,又受到局部环境质量状况、地形和生物地球化学循环的深刻影响.由表1可以看出,绿地土壤中6种重金属的平均含量由高到低的顺序为:Zn>Mn>Pb>Cu>Ni>Cd,平均含量分别为221.111、104.791、82.238、57.289、42.673、5.113mg/kg.不同采样点之间,各种重金属含量变异程度不一致,其中Mn、Zn、Pb变异程度比较大,分别为56%、48%、47%,而Cu、Ni、Cd变异程度比较小,分别为13%、15%和27%,可能是由于各采样点土壤受人类活动影响程度不同或是土壤来源不同所造成的.与国家土壤环境质量(GB15618-1995)二级标准(Cd含量≤0.60mg/kg)比较,除Mn外,土壤中Zn、Pb、Cu、Ni平均含量均没有超标,但Cd含量超过国家土壤环境质量二级标准的7.52倍.再与湖南省土壤重金属背景值比较,除Mn外,Cd、Pb、Zn、Cu、Ni分别超过湖南省土壤背景值的62.1、2.13、1.46、1.29、0.42倍;同样,除Mn外,Cd、Pb、Zn、Cu、Ni含量分别超过中国土壤重金属平均值的52.71、3.16、2.98、2.53、1.59倍.研究土壤中重金属的相关性可以推测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,否则来源不止一个.相关性分析结果(表2)表明,Cu与Cd、Pb相关系数分别为0.564、0.567,达显著相关水平(p<0.05);Ni与Cd、Pb相关系数分别为0.707、0.654,达极显著相关水平(p<0.01);Cd与Pb的含量相关系数为0.732,达极显著相关水平(p<0.01),表明Cu、Ni、Cd、Pb元素的来源可能相同.3.23植物重金属含量由表3可以看出,生长在相似的土壤环境中,3种园林植物同一器官中同一种重金属的含量不同,但除Mn的含量差异比较明显外,其它5种重金属的含量差异不明显;同一器官中的Mn含量以杜鹃花最高,其次为桂花,最低为栀子花.即使是同一种植物,同一种重金属在不同器官中的含量也不尽相同.如杜鹃花叶片中的6种重金属含量普遍高于根系和茎中相应重金属的含量;桂花、栀子花叶片中Mn、Zn、Cd的含量高于其根系、茎中的含量,茎中的Cu、Pb的含量高于其根系、叶片的含量,根系中Ni元素的含量高于其叶片、茎中的含量.不同植物同一器官中不同的重金属元素的含量也不同.说明了不同植物即使是同一种植物对不同元素吸收迁移、累积不一样,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.3.33植物重金属富集能力富集系数和转移系数是衡量超富集植物的两个重要特征.不同植物种类以及同一植物的不同器官对重金属的吸收富集作用明显不同.植物器官重金属含量与土壤含量的比值即富集系数(也称吸收系数),更能够反映植物对重金属的富集(吸收)能力.由表3可计算出杜鹃花、桂花、栀子花各器官对6种重金属元素的富集系数(见表4).如表4所示,杜鹃花、桂花、栀子花各器官对6种重金属元素的总平均富集能力分别为0.34、0.28、0.19,且杜鹃花、桂花、栀子花均表现出对Mn的富集能力最强,平均富集系数分别为1.23、0.73、0.31,对Zn、Ni的富集能力最小,Zn的富集系数分别为0.08、0.07和0.07,Ni的富集系数分别为0.08、0.06和0.07.3种园林植物对6种重金属的吸收富集规律不尽相同.杜鹃花对6种重金属的富集能力从高到低的次序为Mn>Cu>Pb=Cd>Zn=Ni,桂花为Mn>Cd>Pb>Cu>Zn>Ni,栀子花为Mn>Pb>Cu>Cd>Zn=Ni.不同器官对6种重金属元素的富集能力存在着一定的差异,由大到小依次排列基本为:叶>茎>根.杜鹃花各器官对不同重金属的富集能力由大到小依次排列为:根,Mn>Cu>Cd>Pb>Zn>Ni;茎,Mn>Pb>Cu>Cd>Zn>Ni;叶,Mn>Cd>Pb=Cu>Zn>Ni.桂花各器官对不同重金属的富集能力由大到小依次排列为:根,Mn>Cu>Pb>Cd>Ni>Zn;茎,Mn>Pb>Cd>Cu>Zn>Ni;叶,Mn>Cd>Cu=Pb>Zn>Ni.栀子花各器官对不同重金属的富集能力由大到小依次排列为:根,Mn>Cu>Pb>Cd>Ni>Zn;茎,Pb>Cu>Mn>Cd>Zn>Ni;叶,Mn>Pb>Cu>Cd>Zn>Ni.从表3和表4可以看出,杜鹃花对6种重金属的富集均表现为茎、叶的富集系数高于根,且茎、叶、根中Mn的含量均明显高于土壤中Mn的含量;桂花对Mn、Zn、Cd的富集表现为茎、叶的富集系数高于根,但其体内Mn、Zn、Cd的含量却明显低于土壤中Mn、Zn、Cd的含量;栀子花对Zn、Pb的富集表现为茎、叶的富集系数高于根,但同样其体内Zn、Pb的含量也明显低于土壤中Zn、Pb的含量.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的运输和富集能力.转移系数越大,则重金属从根系向地上器官转运能力越强.本研究采用植物叶片中元素含量与植物根系中元素含量的比值作为该元素的转移系数.如表5所示,杜鹃花对6种重金属的转移能力最大,总平均转移系数为1.92;其次是桂花,总平均转移系数为1.62;栀子花为最小,总平均转移系数为1.09.与前面的富集系数的研究结果基本一致.从表5可以看出,同一种植物对不同的重金属的转移能力也有一定的差异;杜鹃花对6种重金属的转移系数均大于1,其中对Ni的转移能力最高,其次为Cd、Pb,而对Mn的转移能力最低;桂花对Mn、Zn、Cd的转移系数大于1,其中对Cd的转移能力最高,但对Cu、Ni、Pb的转移系数小于1,对Cu的转移能力最低;栀子花对Mn、Cu、Zn、Cd、Pb的转移系数大于1,其对Pb的转移能力最高,其次是对Zn,但对Ni的转移系数最小,仅为0.55.由表4和表5可以看出,3种植物对Mn的富集系数最大,但对Mn的转移系数并不是最大;相反,杜鹃花对Ni富集系数最小,但对Ni转移系数最大.可见,富集系数和转移系数是有一定的区别,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.Stalt等认为,只有那些地上部分重金属含量大于根部,且地上部分重金属含量大于土壤重金属含量的少数植物对于重金属超富集植物的筛选可能更有意义.因此,杜鹃花对Mn元素同时具有超富集植物的两个基本特征.3.4植物器官对重金属吸收及富集的影响根据论文分析结果,杜鹃各器官对重金属的吸收能力较强,为此论文只对杜鹃各器官中重金属的含量与土壤重金属含量相关性进行分析.分析结果(见表6)表明,根的Zn、Cd、Pb含量与土壤中Zn、Cd、Pb含量相关系数分别为0.584、0.725、0.699,茎的Cd、Pb含量与土壤中Cd、Pb含量相关系数分别为0.713、0.708,叶的Zn、Cd的含量与土壤中Zn、Cd的含量相关系数分别为0.782、0.710,且均达到了显著水平(p<0.05),其余的相关性未达到显著水平(p>0.05).表明植物的不同器官对不同重金属元素吸收、富集特性不同.4植物重金属含量城市园林绿地土壤中Zn、Mn、Pb、Cu、Ni、Cd重金属的平均含量分别为221.111、104.791、82.238、57.289、42.673、5.113mg/kg,由高到低的排序为:Zn>Mn>Pb>Cu>Ni>Cd,且Cu、Ni、Cd、Pb元素的来源可能相同.不同园林植物同一器官中同一种重金属的含量不同,但除Mn的含量差异比较明显外,其它5种重金属的含量差异不明显;同一器官中的Mn的含量以杜鹃花最高,其次为桂花,最低为栀子花.同一种植物,同一种重金属在不同器官中的含量以及不同植物同一器官中不同的重金属元素的含量也不同.杜鹃花、桂花、栀子花各器官对6种重金属元素的总平均富集能力分别为0.34、0.28、0.19,且均表现出对Mn的富集能力最强,平均富集系数分别为1.23、0.73、0.31,而对Zn、N