北京市部分樹種吸滯重金屬的生態轉化率

李少寧+趙云閣+丁杰+谷建才+陳波+魯紹偉

摘要：為了研究綠化樹種吸滯重金屬的凈化潛力及有效利用率，以油松、側柏、白皮松、銀杏、雪松5種常見綠化樹種為研究對象，采集不同污染區林木葉片，利用HNO3-H2O2消解法和原子熒光法測定重金屬含量，計算不同地點不同樹種吸滯重金屬的生態轉化率。結果表明，不同樹種對各金屬元素的生態轉化率存在明顯差異，針葉樹種對銅（Cu）、鋅（Zn）的生態轉化率較高，而闊葉樹種銀杏則對鉻（Cr）、鉛（Pb）、鋅（Zn）有較高的轉化率，尤其在污染程度較高的南海子公園，各針葉樹種對Cu、Zn的生態轉化率最高分別達到（94.32±3.65）%、（96.82±3.24）%，最低生態轉化率也分別達到（61.81±2.29）%、（59.93±19.65）%，銀杏對Cr、Pb、Zn的生態轉化率分別為（77.43±10.98）%、（65.09±7.35）%、（72.84±6.42）%。不同地點各樹種的重金屬吸滯功能生態轉化率也存在差異，但整體轉化率變化規律為按高污染區（市中心和城區）—中等污染區（近郊公園區）—低污染區（近郊淺山區）—較清潔區（遠郊）逐漸降低。

關鍵詞：綠化樹種；重金屬；生態服務；生態轉化率

中圖分類號：X173文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2017）07-0265-04

隨著工業化和城市化進程不斷加快，城市重金屬污染已成為嚴重困擾世界城市環境與發展的污染問題之一。因此，對重金屬污染、修復的研究顯得尤為重要。目前，重金屬污染治理包括物理、化學、生物及植物修復等方法[1]。其中，植物修復因經濟高效的特點引起了社會各界的高度關注[2]。Alfani等的研究表明，植物葉片對大氣重金屬具有一定的吸滯能力[3-5]。Kumar等驗證了植物能夠吸收土壤中部分重金屬[6]。阿衣古麗·艾力亞斯等研究了17種園林樹木的鉛（Pb）、鎘（Cd）積累特征，結果表明桑樹（Morus alba Linn.）、桃樹（Juglans regia L.）、黃金樹（Catalpa spciosa）對Pb吸收量較高；新疆楊（Populus alba var.）、桑樹、復葉械（Acer negundo）對Cd吸收量較高，且同一樹種Pb的積累量高于Cd的積累量[7]。尚德隆等也證明了楊樹（Populus L.）、京桃（Prunus persica f. rubro-plena）、紫丁香（Syringa oblata Lindl.）對銅（Cu）、鋅（Zn）、鉻（Cr）、Pb等元素有較強的凈化能力[8]。但目前缺少植物吸滯重金屬生態轉化率的研究，為此，在北京市的不同污染區公園內對不同樹種葉片重金屬生態轉化率進行研究，可為北京市重金屬污染的治理提供理論依據，并為北京市森林生態環境服務價值的精確評估提供基礎測算數據。

1材料與方法

1.1研究地概況

本研究選取景山公園、南海子公園、北京植物園、西山國家森林公園、松山國家級自然保護區分別代表北京市中心、城區、近郊區、近郊淺山區、遠郊區（圖1）。園內植被覆蓋率高，植物種類豐富。其中，常見的綠化喬木有油松（Pinus tabuliformis Carrière）、側柏[Platycladus orientalis （L.） Franco]、雪松[Cedrus deodara （Roxb.） G.Don.]、銀杏（Ginkgo biloba Linn.）、國槐（Sophorajaponica Linn.）、白皮松（Pinus bungeana Zucc. ex Endl.）、白蠟（Fraxinus chinensis）等。

1.2樹種選擇

在研究地依據北京市綠化樹種應用的廣泛性，選擇5種較為常見且具有代表性的綠化樹種，其中4種針葉樹種：油松、側柏、白皮松、雪松；1種闊葉樹種：銀杏。

1.3葉片采集

2014年4月29日、8月4日、10月13日、11月24日前后（分別代表春、夏、秋、冬4個季節），在各采樣點根據長勢良好、林齡等生長狀況相近的標準在待測樹種中每種樹種選擇3株標準樣樹，分別在樣樹東、南、西、北4個方向的上、中、下3個層次均勻采集樣葉，每種樹種共采集50張功能葉片，封存于塑料袋中帶回實驗室。

1.4重金屬含量測定

將葉片用去離子水清洗、晾干，105 ℃下殺青，65 ℃烘干至恒質量，粉碎，過篩備用。精確稱取2 g葉片粉末加 50 mL 水振蕩1 h、過濾、離心（13 000 r/min）取上清液1 mL定容至10 mL（稀釋10倍），過0.45 μm濾膜進樣分析。葉片中重金屬Cu、Zn、Pb、Cr的含量利用HNO3-H2O2消解法測定（儀器為ICP-MS電感耦合等離子體質譜儀，Agilent 7700x）；Cd含量利用原子熒光法測定（儀器為AFS3000原子熒光光度計）[9]。

1.5生態服務功能轉化效率計算

1.5.1生態系統服務功能轉化效率生態系統服務功能與生態系統服務[10-11]是2個不同的概念，本研究中所指的生態系統服務功能轉化率是與人類福祉有關的生態系統功能向生態系統服務轉化的效率（簡稱生態轉化率）。故生態系統功能向服務轉化率計算公式如下：

1.5.2吸滯重金屬功能的轉化率計算方法將位于市中心景山公園內樹種的吸滯重金屬含量設定為飽和含量，即為最大理論值，吸滯重金屬生態轉化率計算公式如下：

2結果與分析

2.1同一地點不同樹種吸滯重金屬生態轉化率

2.1.1南海子公園不同樹種吸滯重金屬的生態轉化率南海子公園內不同樹種吸滯重金屬元素的生態轉化率不同（圖2）。從不同重金屬元素的生態轉化率來看，對Zn的生態轉化率較高的樹種是油松、雪松，轉化率分別為（96.82±3.24）%、（96.30±2.55）%，其次是白皮松和銀杏，最低的是側柏，轉化率只有（59.93±19.65）%。銀杏對Cr的生態轉化率明顯高于其他樹種，其生態轉化率是最低的側柏的3.4倍；而對Cu的生態轉化率最高的樹種是白皮松，為（94.32±3.65）%，最低的則是銀杏，僅為（23.5±6.21）%；對Pb的生態轉化率排序為白皮松（91.51±5.33%）>油松（80.36±8.21%）>雪松（79.15±7.85%）>銀杏（65.09±7.35%）>側柏（34.49±6.21%）（圖2）。由此可見，南海子公園中吸滯重金屬元素的生態轉化綜合能力較強的樹種為油松、白皮松、雪松。