孫正國

(南通科技職業(yè)學(xué)院 生物工程系，江蘇 南通 226007)

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4種園林植物及其根區(qū)土壤重金屬元素含量季相變化特征研究

孫正國

(南通科技職業(yè)學(xué)院 生物工程系，江蘇 南通 226007)

以南京市道路4種園林綠化植物(合歡、女貞、冬青和杜鵑)為試材，連續(xù)2年研究了土壤-植物系統(tǒng)中重金屬含量的季相變化。結(jié)果表明： 4種園林植物體內(nèi)及根區(qū)土壤重金屬和有效態(tài)重金屬含量均表現(xiàn)出秋季最高、春季最低的季相變化，4種園林植物根區(qū)土壤各重金屬元素含量依次為Zn>As>Cu>Pb>Cd>Ni。同一季節(jié)，不同植物根區(qū)土壤重金屬含量基本表現(xiàn)為合歡>女貞>冬青>杜鵑。合歡、女貞、冬青、杜鵑在一年四季對As，Cd，Cu的富集系數(shù)均大于1，表明其對As，Cd，Cu的富集能力較強(qiáng)。上述結(jié)果可為深入認(rèn)識園林植物與城市生態(tài)環(huán)境間的相互作用提供參考。

園林植物；重金屬；根區(qū)土壤

土壤生態(tài)系統(tǒng)是人類賴以生存的自然資源。近年來，隨著城市化、工業(yè)化的發(fā)展，土壤重金屬污染給人類帶來了新的危機(jī)[1-3]。土壤重金屬是一類難降解、累積性元素，可通過食物鏈危及人類健康，同時對城市本身的生存與發(fā)展也提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[4-5]。園林綠化植物是城市-自然-景觀復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的組成部分，在減少陽光輻射、凈化空氣、美化景觀、修復(fù)土壤重金屬污染、改善城市生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮著重要作用[6-7]。為建立良性循環(huán)的城市生態(tài)系統(tǒng)，保障城市經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，迫切需要深入認(rèn)識園林植物與城市生態(tài)環(huán)境間的相互作用，尤其是園林植物在重金屬修復(fù)方面的作用[1，8-9]。

近年來，通過種植園林植物來修復(fù)土壤，即植物修復(fù)技術(shù)，已成為相關(guān)研究中的熱點[10-12]，將園林植物作為特色經(jīng)濟(jì)植物用于土壤重金屬富集及修復(fù)兼具生態(tài)與經(jīng)濟(jì)意義[1，8-9]。選擇適合城市發(fā)展的園林樹種既是城市綠地建設(shè)的基礎(chǔ)，也是改善城市環(huán)境質(zhì)量的重要保障[8，13]。有鑒于此，本文選擇南京市區(qū)城市道路4種園林植物為研究對象，對其土壤重金屬含量季相變化進(jìn)行比較，為相關(guān)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與參考。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于江蘇省南京市(118°22′—119°14′E，31°14′—32°07′N)，平均海拔8.9 m，年均氣溫15.4℃，1月氣溫最低(可達(dá)-13.1℃)，8月氣溫最高(可達(dá)39.7℃)，年平均降雨量1 160 mm，年平均相對濕度76%，年均日照時數(shù)2 213 h，無霜期256 d，屬亞熱帶季風(fēng)氣候。南京地處北亞熱帶，多低山丘陵，農(nóng)業(yè)活動對土壤的影響深刻，水文條件各不相同，土壤類型較多，主要有黃棕壤、紅壤、石灰?guī)r土、紫色土、潮土、水稻土和沼澤土，為多種植物生長提供了豐富多彩的環(huán)境條件。

1.2試驗材料

南京市園林綠化植物具有分布零散、結(jié)構(gòu)形式多樣等特點，為了使研究結(jié)果更加具有科學(xué)性和代表性，通過對南京市主要街道綠化現(xiàn)狀的詳細(xì)調(diào)查，遵循樹種選擇的多樣性以及各樹種在4種樣地內(nèi)都有分布的原則，最后確定試驗材料為分布于南京市主要街道的園林植物合歡、女貞、冬青和杜鵑。

1.3試驗方法

于2013—2014年連續(xù)兩年，分別于每年的2月(春季)、7月(夏季)、10月(秋季)、12月(冬季)，在南京市街道采集4種園林植物樣品，采樣時帶上聚乙烯塑料手套，在每個樣地分別從東、西、南、北4個方向均勻采集成熟葉片12片，小心封存于錐形瓶內(nèi)，帶回實驗室處理；五點混合法采集園林植物根區(qū)土壤樣品并混合，土壤經(jīng)自然條件風(fēng)干20 d后，磨細(xì)，過100目篩，以待備用。

1.4測定指標(biāo)

將樣品(2年混合樣)置于70℃烘箱中烘干至恒重后粉碎，稱取粉碎后的植物或者土壤樣品0.2 g，在聚四氟乙烯罐內(nèi)經(jīng)HClO4-HNO3-HF高溫消解定容后，采用等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)測定土壤As，Cd，Cu，Zn，Ni，Pb含量，采用冷原子吸收微分測儀，并為ICP配置氫化物發(fā)生器，以確保所需儀器的靈敏度。

植物重金屬富集系數(shù)=植物重金屬含量/土壤重金屬含量[7]。

1.5數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，利用SPSS 21.0進(jìn)行方差分析，對有顯著差異的各處理采用LSD法進(jìn)行多重比較，基于Pearson相關(guān)系數(shù)分析植物與土壤重金屬含量的相關(guān)性。采用Origin 8.2作圖。

2　結(jié)果與分析

2.14種園林植物根區(qū)土壤重金屬的季相變化

由圖1可知，4種園林植物根區(qū)土壤As，Cd，Cu，Zn，Ni，Pb含量均表現(xiàn)為春季最低，秋季最高，呈現(xiàn)出明顯的季相變化。4種園林植物根區(qū)土壤各重金屬含量依次為：Zn>As>Cu>Pb>Cd>Ni。相同季節(jié)不同植物根區(qū)土壤重金屬含量基本表現(xiàn)為合歡>女貞>冬青>杜鵑。

2.24種園林植物根區(qū)土壤重金屬有效態(tài)的季相變化

由圖2可知，4種園林植物根區(qū)土壤As，Cd，Cu，Zn，Ni，Pb有效態(tài)含量同樣表現(xiàn)出秋季最高、春季最低的季相變化。相同季節(jié)不同植物根區(qū)土壤有效態(tài)重金屬含量基本表現(xiàn)為合歡>女貞>冬青>杜鵑。

表1顯示了4種園林植物根區(qū)土壤有效態(tài)重金屬所占比例?？傮w來看，As有效態(tài)所占比例為0.45%～2.51%，Cd為6.71%～24.17%，Cu為3.64%～16.19%，Zn為0.21%～0.75%，Ni為2.00%～8.25%，Pb為4.52%～8.04%。對比各元素，Cd有效態(tài)所占比例較高，As和Zn的有效態(tài)所占比例較小。從季相變化上來看，各元素在不同園林植物根區(qū)并未表現(xiàn)出一致的趨勢?？傮w來看，Cd，Cu有效態(tài)所占比例隨季相變化差異明顯，而其他元素的變化相對較小。

圖1　4種園林植物根區(qū)土壤重金屬全量的季相變化Fig.1　Seasonal variation of heavy metals in root region soil of four ornamental plants

圖2　4種園林植物根區(qū)土壤重金屬有效態(tài)含量的季相變化Fig.2　Seasonal variation of available heavy metals in root region soil of four ornamental plants

表14種園林植物根區(qū)土壤重金屬有效態(tài)占全態(tài)含量比例(%)

Table 1Proportions of available heavy metal to total heavy metal in root region soil of four ornamental plants(%)

植物時間AsCdCuZnNiPb合歡春季1.2518.429.490.442.846.76夏季2.5116.1514.230.648.255.91秋季1.449.3311.150.754.035.91冬季1.4718.2910.920.345.357.53女貞春季1.0419.3810.000.302.696.83夏季0.8918.573.640.212.096.67秋季1.3610.6810.240.646.064.52冬季1.4810.797.990.595.117.89冬青春季0.9211.3016.190.292.695.57夏季1.5115.489.930.313.505.54秋季1.386.7110.050.603.378.04冬季1.1810.0010.260.344.064.80杜鵑春季0.6124.178.080.652.005.19夏季0.4514.094.640.253.944.67秋季1.3110.498.260.534.327.24冬季0.889.585.530.284.116.72

2.34種園林植物重金屬含量的季相變化

由圖3可知，4種園林植物的As，Cd，Cu，Zn，Ni，Pb含量亦表現(xiàn)出明顯的季相變化，總體表現(xiàn)為秋季最高，春季最低。在相同季節(jié)，各元素在不同植物中的含量基本表現(xiàn)為合歡>女貞>冬青>杜鵑。

2.44種園林植物重金屬富集系數(shù)的季相變化

富集系數(shù)是衡量植物富集某種元素能力的重要參數(shù)。如表2所示，4種園林植物在各季節(jié)對As，Cd，Cu的富集系數(shù)均大于1，表明合歡、女貞、冬青、杜鵑對As，Cd，Cu的富集能力較強(qiáng)；但對Zn，Ni，Pb的富集能力較弱。整體來看，冬青對Cd的富集能力較強(qiáng)，而合歡、女貞、杜鵑對Cu的富集能力較強(qiáng)。從季相變化上來看，4種植物對Cu，Cd的富集能力季相變化較大，而對Zn，Ni，Pb的富集能力季相差異不大。

2.54種園林植物根區(qū)土壤與植物體重金屬含量的相關(guān)性分析

由表3可知，合歡植物Cd與土壤Cd含量、植物Zn與土壤Zn含量呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)；女貞植物Cd與土壤Cd含量、植物Zn與土壤Zn含量呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)，植物Cu與土壤Cu含量、植物Pb與土壤Pb含量呈顯著(P<0.05)正相關(guān)；冬青植物As與土壤As含量、植物Cd與土壤Cd含量、植物Zn與土壤Zn含量、植物Ni與土壤Ni含量呈顯著(P<0.05)正相關(guān)；杜鵑植物Cd與土壤Cd含量、植物Cu與土壤Cu含量、植物Zn與土壤Zn含量呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)。

圖3　4種園林植物重金屬含量的季相變化Fig.3　Seasonal variation of heavy metals contents in four ornamental plants

表24種園林植物重金屬富集系數(shù)的季相變化

Table 2Seasonal variation of enrichment coefficients of heavy metals in four ornamental plants

植物時間AsCdCuZnNiPb合歡春季2.03±0.152.11±0.624.92±0.820.75±0.210.76±0.210.76±0.23夏季1.59±0.681.86±0.583.13±0.750.72±0.230.71±0.191.25±0.15秋季2.75±0.252.62±0.611.50±0.630.65±0.340.77±0.140.79±0.19冬季2.42±0.181.41±0.431.66±0.510.50±0.170.79±0.230.70±0.14女貞春季2.02±0.362.67±0.375.38±0.560.57±0.180.84±0.170.84±0.23 夏季1.80±0.281.65±0.615.50±0.601.09±0.200.89±0.220.90±0.25秋季2.70±0.612.61±0.331.86±0.240.68±0.110.74±0.0150.85±0.27冬季1.74±0.532.71±0.272.96±0.380.55±0.090.68±0.080.84±0.16冬青春季2.43±0.275.75±0.712.33±0.270.57±0.310.81±0130.88±0.22 夏季2.27±0.353.44±0.653.73±0.350.73±0.270.78±0.110.90±0.21秋季2.61±0.693.59±0.631.96±0.220.72±0.210.79±0.240.80±0.18冬季3.16±0.532.38±0.552.65±0.380.90±0.080.76±0.261.05±0.14杜鵑春季1.97±0.291.71±0.311.86±0.290.63±0.361.17±0.120.93±0.23 夏季2.16±0.411.83±0.287.30±0.471.39±0.210.68±0.220.91±0.20秋季2.18±0.213.39±0.792.32±0.580.93±0.170.74±0.170.73±0.38冬季2.61±0.304.00±0.544.92±0.610.74±0.220.78±0190.73±0.15

表3植物與土壤重金屬含量的相關(guān)性

Table 3Correlation coefficients among plant heavy metals and soil heavy metals

植物土壤中元素含量與植物含量的相關(guān)性AsCdCuZnNiPb合歡0.3540.669**0.2570.691**0.1560.324女貞0.2170.825**0.554*0.834**0.2470.512*冬青0.569*0.551*0.1080.497*0.456*0.107杜鵑0.1230.814**0.712**0.669**0.0890.378

注：**表示相關(guān)性在0.01水平上顯著(雙尾)，*表示相關(guān)性在0.05水平上顯著(雙尾)。

3　結(jié)論

(1)合歡、女貞、冬青、杜鵑根區(qū)土壤As，Cd，Cu，Zn，Ni，Pb總量及有效態(tài)含量均總體表現(xiàn)出秋季最高、春季最低的季相變化。4種園林植物土壤6種重金屬元素總量由高到低依次為：Zn>As>Cu>Pb>Cd>Ni，相同季節(jié)各植物根區(qū)土壤重金屬總量及有效態(tài)含量基本表現(xiàn)為合歡>女貞>冬青>杜鵑。

(2)合歡、女貞、冬青、杜鵑植物體內(nèi)As，Cd，Cu，Zn，Ni，Pb含量總體同樣呈現(xiàn)出秋季最高、春季最低的季相變化，相同季節(jié)重金屬在各植物體基本表現(xiàn)為合歡>女貞>冬青>杜鵑。

(3)合歡、女貞、冬青、杜鵑在一年四季對As，Cd，Cu的富集系數(shù)均大于1，表明其對As，Cd，Cu的富集能力較強(qiáng)；但對Zn，Ni，Pb的富集能力較弱。

(4)相關(guān)性分析結(jié)果表明，植物Zn，Cd含量與土壤Zn，Cd含量表現(xiàn)出較好的相關(guān)性，而其他重金屬元素的相關(guān)性較弱。

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(責(zé)任編輯高峻)

Seasonal variation of heavy metal contents in four ornamental plants and root region soils

SUN Zheng-guo

(Department of Biological Engineering，Nantong Science and Technology College，Nantong 226007，China)

In the present study，four widely adopted ornamental plants，i.e.Albizia julibrissin Durazz，Ligustrum lucidum Ait，Ilex chinensis Sims，Rhododendron simsii Planch，were selected as study objects.Seasonal variation of heavy metal contents in these plants and their root region soils was explored.It was shown that heavy metals contents in these plants and their root region soils reached the highest value in autumn，while went down in spring.Heavy metal contents decreased in the order of Zn>As>Cu>Pb>Cd>Ni in root region soils of four ornamental plants.Within the same season，heavy metal contents in root region soils decreased as Albizia julibrissin Durazz>Ligustrum lucidum Ait>Ilex chinensis Sims>Rhododendron simsii Planch.The enrichment coefficients of these four plants to As，Cd，Cu were above 1，indicating that these plants possessed relatively higher accumulation ability to As，Cd and Cu.These results could provide

for the further understanding of interactions between ornamental plants and city environment.

ornamental plants;heavy metals;root region soils

浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報Acta Agriculturae Zhejiangensis，2016，28(3):447-451http://www.zjnyxb.cn

孫正國.4種園林植物及其根區(qū)土壤重金屬元素含量季相變化特征研究[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報，2016，28(3)： 447-451.

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.03.14

2015-07-27

江蘇省農(nóng)業(yè)三項工程項目[SXGC(2015)109]

孫正國(1966—)，男，江蘇南通人，碩士，副教授，研究方向為農(nóng)業(yè)生態(tài)。E-mail:zhengguosun@163.com

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1004-1524(2016)03-0447-05