鄒春萍 陳金峰 張佩霞

摘 要 有針對性地選取廣東地區(qū)常見的六種綠化鄉(xiāng)土樹種進行重金屬富集特性試驗研究。在輕度污染的Cd-Pb-Cu土壤上，六種植物生物量均未顯著下降。植物重金屬富集系數(shù)與土壤重金屬質(zhì)量分數(shù)相關，與植株生物量沒有顯著相關關系。香樟、小葉榕、構(gòu)樹、人面子的根部Cd的富集系數(shù)大于1，石斑木地上部及根部Cd的富集系數(shù)均大于1；香樟、小葉榕、構(gòu)樹的根部Pb的富集系數(shù)大于1；小葉榕的根部Cu的富集系數(shù)大于1。六種植物對重金屬均有不同程度的富集能力，且表現(xiàn)為根部富集能力大于地上部，并非超富集植物?？鼓嫘詮姟⒏蛋l(fā)達、生物量大的鄉(xiāng)土樹種可作為修復城市低Cd-Pb-Cu復合污染場地的園林植物。

關鍵詞 鄉(xiāng)土樹種；重金屬污染；植物修復；生物量；質(zhì)量分數(shù)；富集系數(shù)

中圖分類號：S-3；X53 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2016.16.006

知網(wǎng)出版網(wǎng)址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/50.1186.s.20160705.2329.003.html 網(wǎng)絡出版時間：2016-7-5 23：29：00

城市化過程中的工業(yè)發(fā)展、城建工程的實施和居民日常生活等人類活動排放的污染物，以各種形式直接或間接地進入城市土壤，改變城市土壤的理化屬性，造成城市土壤的重金屬污染[1]。城市土壤 Pb、Zn、Cu、Cd等重金屬多介質(zhì)復合污染給人體健康帶來極大的風險[2]。城市土壤為園林綠化植物提供養(yǎng)分，為微生物提供棲息地，對維護城市生態(tài)平衡起著重要的作用。受污染土壤是一種特殊的介質(zhì)，清除其中的污染物極為困難?？茖W家從20世紀80年代起提出利用植物清除土壤污染的新思路，即利用超富集植物吸收土壤中的重金屬，通過收割植物帶走重金屬，進而將重金屬提純?yōu)橛杏玫墓I(yè)原料，以達到清污和回收雙重目的。其運作成本低，對環(huán)境擾動少，且能永久性解決重金屬污染問題，因而在重金屬污染土壤修復的應用中越來越受到重視。

有研究表明，一個環(huán)境優(yōu)良的城市，林木覆蓋率應達到40%；加強城市的生態(tài)建設，搞好城市綠化，才能讓城市實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。鄉(xiāng)土植物最能適應當?shù)貧夂?、土壤等生態(tài)環(huán)境，是城市園林綠化的首選植物。廣東自然條件優(yōu)越，植物種類繁多，維管植物有8000多種，其中有著豐富的園林綠化優(yōu)良鄉(xiāng)土樹種。同時，廣東鄉(xiāng)土樹種大多為闊葉喜光樹種，喜溫暖濕潤氣候，主根發(fā)達，須、側(cè)根少，深根性好[3]，生物量大，從中篩選污染修復種類具有堅實的物質(zhì)基礎。本研究選取的六種供試材料是廣州地區(qū)常見的綠化用鄉(xiāng)土樹種，采用田間盆栽模擬實驗的方法，探討鄉(xiāng)土樹種對重金屬的積累特性、土壤重金屬復合污染狀況對植物富集系數(shù)的影響以及富集系數(shù)與植株生物量的相關情況，以期從鄉(xiāng)土植物中篩選出具有修復利用潛力的種類，為城市污染土壤修復提供基礎資料。

1 材料與方法

1.1 對照土壤

試驗場地設在廣東省農(nóng)業(yè)科學院內(nèi)（113°04′E，23°08′N），屬亞熱帶地區(qū)海洋性季風氣候，年平均氣溫23°C，年均降水量1860 mm，全年無霜，光照充足，雨量充沛。采用本院內(nèi)雞籠山的表層土壤為實驗用土，土壤類型為紅黃壤土。土壤基本理化性質(zhì)測定結(jié)果：土壤pH=6.15，有機質(zhì)含量為18.7 g/kg，全N、全P、全K含量分別為0.965， 0.657， 24.7 mg/kg。以未添加重金屬的土壤作為對照。

1.2 污染處理土壤

土壤模擬Cd-Pb-Cu復合污染模式，往對照土壤中添加一定濃度重金屬作為污染處理。具體方法是：均勻剝離地表土壤，自然風干后過4 mm篩，往土中投加Cd、Pb、Cu三種重金屬，形態(tài)分別為CdCl2·2.5H2O、Pb（CH3COO）2·3H2O和CuSO4·5H2O，試劑均為分析純等級。根據(jù)土壤背景值情況，重金屬質(zhì)量分數(shù)分別達到1.8 mg/kg、350 mg/kg和300 mg/kg，Cd是國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準二級標準的3倍，Pb超過二級標準，Cu是二級標準的3倍，處于輕度污染狀態(tài)（見表1）。三種重金屬均配成水溶液投加在土壤中，每3 d將土壤徹底翻動1次，并始終保持濕潤狀態(tài)，平衡30 d后待用。

根據(jù)土壤肥力狀況，對照土壤及污染處理土壤均加入適量商品有機肥，有機肥的N、P、K總含量≥7%，有機質(zhì)含量≥30%，施用量為300 kg/667 m2。土壤裝入塑料盆中（φ=32 cm，H=25 cm，配φ>32 cm、可分離的盆托），每個盆內(nèi)裝土10.0 kg。

1.3 供試植物

采用六種廣東綠化用鄉(xiāng)土樹種為供試植物，即香樟（Cinnamomum camphora）、石斑木（Rhaphiolepis indica）、紅花羊蹄甲（Bauhinia blakeana）、小葉榕（Ficus concinna）、構(gòu)樹（Broussonetia papyrifera）、人面子（Dracontomelon duperreanum）。2014年4月初，選取大小一致、生長健壯、無病蟲害的一年生幼苗，剪去主根，將幼苗根系浸泡于ABT生根粉溶液中（質(zhì)量分數(shù)為50 mg/kg），處理時間為8 h。將浸泡處理后的樹苗在基質(zhì)（耕作土、細河沙質(zhì)量比為3∶1）中扦插培育，待苗木長出10～12 cm長的新芽后，選取長勢均勻一致的幼苗備用。

1.4 試驗方法

（1）2014年5月中旬，選擇長勢均勻的六種植物幼苗分別栽種在對照土壤和加有三種重金屬處理土壤的盆中，每盆栽種1株植物，每個處理設置12次重復，置于半控制性的遮雨塑料大棚栽培，根據(jù)盆土干濕情況，不定期澆灌不含Cd、Pb、Cu等重金屬的自來水，每次澆水避免過多的水滲漏出培養(yǎng)盆，盆托內(nèi)的水要回澆至培養(yǎng)盆土內(nèi)，以免重金屬流失。

（2）處理4個月后，于2014年9月中旬整株收獲植物，植株表面先用自來水沖洗，再用去離子水反復沖洗。晾干材料表面水分，將植株置于牛皮紙袋中，先放入105℃烘箱殺青，30 min后將烘箱溫度降至70℃，處理12 h，待樣品至恒質(zhì)量后取出。將樣品分為地上部和根部，分別稱量干質(zhì)量，然后磨碎混合均勻。

（3）按照Chen JF等[4]的方法消解，火焰原子吸收分光光度計法測定重金屬質(zhì)量分數(shù)。

富集系數(shù)BCF=植株中重金屬質(zhì)量分數(shù)/土壤中重金屬質(zhì)量分數(shù)

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

實驗數(shù)據(jù)采用Excel XP、SPSS 19.0進行處理和統(tǒng)計分析，采用單因素方差分析的最小顯著性法（LSD）對不同處理間的差異性進行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物生物量

六種植物種植在對照與處理土壤上相比，外觀整體長勢一致，地上部及根部生物干質(zhì)量兩者也沒有顯著差異（P<0.05），構(gòu)樹的地上部干重、石斑木和小葉榕的根部干重在處理土壤上還略有增加（見表2），表明植物雖然受到重金屬污染但生長正常，未受明顯抑制。

2.2 植物體及其不同部位對重金屬的吸收特點

富集系數(shù)反映了植物對重金屬的積累能力，富集系數(shù)越大，單位重量內(nèi)能積累越多的重金屬。由表2可見，不同鄉(xiāng)土植物種類以及同一種植物不同器官對重金屬的吸收能力明顯不同：對照土壤中，三種重金屬質(zhì)量分數(shù)很低，香樟、構(gòu)樹、人面子根部Cd的富集系數(shù)大于1，石斑木地上部及根部Cd富集系數(shù)均大于1，香樟根部的富集系數(shù)遠遠大于其余9種植物；小葉榕根部Pb的富集系數(shù)大于1；污染土壤中，植株內(nèi)三種重金屬質(zhì)量分數(shù)大幅提高，且香樟、小葉榕、構(gòu)樹、人面子根部Cd的富集系數(shù)大于1，石斑木地上部及根部Cd富集系數(shù)均大于1；香樟、小葉榕、構(gòu)樹根部Pb的富集系數(shù)大于1；小葉榕根部Cu的富集系數(shù)大于1。從植物地上部和根部對重金屬的富集系數(shù)看，均表現(xiàn)為根部富集系數(shù)大于地上部富集系數(shù)。

2.3 富集系數(shù)與土壤重金屬質(zhì)量分數(shù)的相關性

表3為六種植物對三種重金屬的富集系數(shù)與土壤重金屬質(zhì)量分數(shù)的相關系數(shù)。由表可見，地上部與根部的重金屬富集系數(shù)與土壤中重金屬質(zhì)量分數(shù)均表現(xiàn)極顯著相關，且地上部和根部相關系數(shù)接近。

由表4可見，六種植物對三種重金屬的富集系數(shù)與植株地上部及根部生物量均沒有顯著相關關系，說明生物量大小與植株內(nèi)重金屬質(zhì)量分數(shù)無關，生物量大的植物也可以富集更多的重金屬。

3 結(jié)論與討論

（1）植物地上部和根部干重與對照沒有顯著差異，表明輕度Cd-Pb-Cu復合污染不顯著影響植物生長，說明香樟、石斑木、紅花羊蹄甲、小葉榕、構(gòu)樹、人面子這六種鄉(xiāng)土植物對土壤重金屬污染有較強的耐受性，沒有受到毒害，特別是石斑木和小葉榕的根部干重還略有增加，表現(xiàn)出比其余植物更強的耐性特征。六種植物根部富集系數(shù)均高于地上部富集系數(shù)，表明根系比莖葉部能積累更多的重金屬，這可能也是大部分植物對污染物的普遍反應。耐性強、根系發(fā)達的植物可以優(yōu)先考慮作為植物穩(wěn)定修復的篩選對象。

（2）污染土壤中，除了紅花羊蹄甲，其余植物對Cd的富集系數(shù)大部分高于或接近對Pb和Cu的富集系數(shù)，表明Cd具有更強的活性和遷移性，適合利用高生物量植物進行提取修復，即通過收割地上部將重金屬移出土壤，從而達到降低污染程度的目的。對遷移性不強的Pb、Cu也可以通過改善土壤微環(huán)境等措施提高活性，促進植物吸收效率。如結(jié)合施肥、培土等作業(yè)，攪動土壤，改善根際圈環(huán)境，促進根系發(fā)育，加大與污染物的接觸面積，促進吸收；適當降低土壤pH值，提高金屬可溶性，增加土壤溶液中的重金屬濃度，也能促進植物吸收。還有研究表明，EDTA能夠促進土壤中Pb的移動性，從而促進油菜植物對Pb的吸收[5]；加入改良劑（CaCO3）和有機肥（菜枯）能使生長在Pb、Zn尾礦污染土壤上的4種草坪草Cu的質(zhì)量分數(shù)上升[6]。

（3）六種植物地上部與根部的重金屬質(zhì)量分數(shù)與土壤中重金屬質(zhì)量分數(shù)均表現(xiàn)極顯著相關，而富集系數(shù)與植株生物量沒有顯著相關關系，表明在不受毒害情況下，提高土壤重金屬質(zhì)量分數(shù)，植物能吸收更多重金屬，同時生物量大的植物也可以積累更多的重金屬。六種植物地上部富集系數(shù)均小于根部富集系數(shù)，不是傳統(tǒng)意義上的超富集植物，但從地上部與根部的生物量比例看，植株吸收的重金屬總量的50%以上分布在可收割的部位，也能達到提取修復的目的。因此植物修復技術(shù)走向工程實踐的主要任務是篩選與開發(fā)大生物量、富集重金屬能力強且具有觀賞性的復合型修復植物[2]。鄉(xiāng)土樹種生命旺盛，吸收光、水、肥的能力強，生長迅速，能積累極大的生物量，是篩選修復植物的理想種類。

（4）在廣東，清潔土壤只占11%，輕度污染耕地占耕地總量的77%，重度污染耕地占耕地總量的12%左右[7]，Pb污染最為普遍，Cd和Cu是主要的污染物[8-9]，土壤修復刻不容緩。城市土壤同樣成為制約城市生態(tài)功能發(fā)揮的制約因素，土壤質(zhì)量急需提升。園林綠化對改善人們生活環(huán)境、美化城市、維護生態(tài)平衡起著重要作用。鄉(xiāng)土樹種在園林中栽培應用易獲得良好生長，養(yǎng)護成本低廉，能保持優(yōu)良的生長發(fā)育特性和世代相傳的穩(wěn)定性，不構(gòu)成對生態(tài)安全的危害，具有適地適樹和可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)價值。

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（責任編輯：丁志祥）