4种园林植物及其根区土壤重金属元素含量季相变化特征研究

孙正国

(南通科技职业学院 生物工程系，江苏 南通 226007)



4种园林植物及其根区土壤重金属元素含量季相变化特征研究

孙正国

(南通科技职业学院 生物工程系，江苏 南通 226007)

以南京市道路4种园林绿化植物(合欢、女贞、冬青和杜鹃)为试材，连续2年研究了土壤-植物系统中重金属含量的季相变化。结果表明： 4种园林植物体内及根区土壤重金属和有效态重金属含量均表现出秋季最高、春季最低的季相变化，4种园林植物根区土壤各重金属元素含量依次为Zn>As>Cu>Pb>Cd>Ni。同一季节，不同植物根区土壤重金属含量基本表现为合欢>女贞>冬青>杜鹃。合欢、女贞、冬青、杜鹃在一年四季对As，Cd，Cu的富集系数均大于1，表明其对As，Cd，Cu的富集能力较强。上述结果可为深入认识园林植物与城市生态环境间的相互作用提供参考。

园林植物；重金属；根区土壤

土壤生态系统是人类赖以生存的自然资源。近年来，随着城市化、工业化的发展，土壤重金属污染给人类带来了新的危机[1-3]。土壤重金属是一类难降解、累积性元素，可通过食物链危及人类健康，同时对城市本身的生存与发展也提出了严峻的挑战[4-5]。园林绿化植物是城市-自然-景观复合生态系统的组成部分，在减少阳光辐射、净化空气、美化景观、修复土壤重金属污染、改善城市生态环境等方面发挥着重要作用[6-7]。为建立良性循环的城市生态系统，保障城市经济和环境的可持续发展，迫切需要深入认识园林植物与城市生态环境间的相互作用，尤其是园林植物在重金属修复方面的作用[1，8-9]。

近年来，通过种植园林植物来修复土壤，即植物修复技术，已成为相关研究中的热点[10-12]，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兼具生态与经济意义[1，8-9]。选择适合城市发展的园林树种既是城市绿地建设的基础，也是改善城市环境质量的重要保障[8，13]。有鉴于此，本文选择南京市区城市道路4种园林植物为研究对象，对其土壤重金属含量季相变化进行比较，为相关研究提供基础数据与参考。

1　材料与方法

1.1研究区概况

研究区域位于江苏省南京市(118°22′—119°14′E，31°14′—32°07′N)，平均海拔8.9 m，年均气温15.4℃，1月气温最低(可达-13.1℃)，8月气温最高(可达39.7℃)，年平均降雨量1 160 mm，年平均相对湿度76%，年均日照时数2 213 h，无霜期256 d，属亚热带季风气候。南京地处北亚热带，多低山丘陵，农业活动对土壤的影响深刻，水文条件各不相同，土壤类型较多，主要有黄棕壤、红壤、石灰岩土、紫色土、潮土、水稻土和沼泽土，为多种植物生长提供了丰富多彩的环境条件。

1.2试验材料

南京市园林绿化植物具有分布零散、结构形式多样等特点，为了使研究结果更加具有科学性和代表性，通过对南京市主要街道绿化现状的详细调查，遵循树种选择的多样性以及各树种在4种样地内都有分布的原则，最后确定试验材料为分布于南京市主要街道的园林植物合欢、女贞、冬青和杜鹃。

1.3试验方法

于2013—2014年连续两年，分别于每年的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种园林植物样品，采样时带上聚乙烯塑料手套，在每个样地分别从东、西、南、北4个方向均匀采集成熟叶片12片，小心封存于锥形瓶内，带回实验室处理；五点混合法采集园林植物根区土壤样品并混合，土壤经自然条件风干20 d后，磨细，过100目筛，以待备用。

1.4测定指标

将样品(2年混合样)置于70℃烘箱中烘干至恒重后粉碎，称取粉碎后的植物或者土壤样品0.2 g，在聚四氟乙烯罐内经HClO4-HNO3-HF高温消解定容后，采用等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定土壤As，Cd，Cu，Zn，Ni，Pb含量，采用冷原子吸收微分测仪，并为ICP配置氢化物发生器，以确保所需仪器的灵敏度。

植物重金属富集系数=植物重金属含量/土壤重金属含量[7]。

1.5数据处理

采用Excel 2010对所有数据进行整理，利用SPSS 21.0进行方差分析，对有显著差异的各处理采用LSD法进行多重比较，基于Pearson相关系数分析植物与土壤重金属含量的相关性。采用Origin 8.2作图。

2　结果与分析

2.14种园林植物根区土壤重金属的季相变化

由图1可知，4种园林植物根区土壤As，Cd，Cu，Zn，Ni，Pb含量均表现为春季最低，秋季最高，呈现出明显的季相变化。4种园林植物根区土壤各重金属含量依次为：Zn>As>Cu>Pb>Cd>Ni。相同季节不同植物根区土壤重金属含量基本表现为合欢>女贞>冬青>杜鹃。

2.24种园林植物根区土壤重金属有效态的季相变化

由图2可知，4种园林植物根区土壤As，Cd，Cu，Zn，Ni，Pb有效态含量同样表现出秋季最高、春季最低的季相变化。相同季节不同植物根区土壤有效态重金属含量基本表现为合欢>女贞>冬青>杜鹃。

表1显示了4种园林植物根区土壤有效态重金属所占比例。总体来看，As有效态所占比例为0.45%～2.51%，Cd为6.71%～24.17%，Cu为3.64%～16.19%，Zn为0.21%～0.75%，Ni为2.00%～8.25%，Pb为4.52%～8.04%。对比各元素，Cd有效态所占比例较高，As和Zn的有效态所占比例较小。从季相变化上来看，各元素在不同园林植物根区并未表现出一致的趋势。总体来看，Cd，Cu有效态所占比例随季相变化差异明显，而其他元素的变化相对较小。

图1　4种园林植物根区土壤重金属全量的季相变化Fig.1　Seasonal variation of heavy metals in root region soil of four ornamental plants

图2　4种园林植物根区土壤重金属有效态含量的季相变化Fig.2　Seasonal variation of available heavy metals in root region soil of four ornamental plants

表14种园林植物根区土壤重金属有效态占全态含量比例(%)

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

植物时间AsCdCuZnNiPb合欢春季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女贞春季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杜鹃春季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种园林植物重金属含量的季相变化

由图3可知，4种园林植物的As，Cd，Cu，Zn，Ni，Pb含量亦表现出明显的季相变化，总体表现为秋季最高，春季最低。在相同季节，各元素在不同植物中的含量基本表现为合欢>女贞>冬青>杜鹃。

2.44种园林植物重金属富集系数的季相变化

富集系数是衡量植物富集某种元素能力的重要参数。如表2所示，4种园林植物在各季节对As，Cd，Cu的富集系数均大于1，表明合欢、女贞、冬青、杜鹃对As，Cd，Cu的富集能力较强；但对Zn，Ni，Pb的富集能力较弱。整体来看，冬青对Cd的富集能力较强，而合欢、女贞、杜鹃对Cu的富集能力较强。从季相变化上来看，4种植物对Cu，Cd的富集能力季相变化较大，而对Zn，Ni，Pb的富集能力季相差异不大。

2.54种园林植物根区土壤与植物体重金属含量的相关性分析

由表3可知，合欢植物Cd与土壤Cd含量、植物Zn与土壤Zn含量呈极显著(P<0.01)正相关；女贞植物Cd与土壤Cd含量、植物Zn与土壤Zn含量呈极显著(P<0.01)正相关，植物Cu与土壤Cu含量、植物Pb与土壤Pb含量呈显著(P<0.05)正相关；冬青植物As与土壤As含量、植物Cd与土壤Cd含量、植物Zn与土壤Zn含量、植物Ni与土壤Ni含量呈显著(P<0.05)正相关；杜鹃植物Cd与土壤Cd含量、植物Cu与土壤Cu含量、植物Zn与土壤Zn含量呈极显著(P<0.01)正相关。

图3　4种园林植物重金属含量的季相变化Fig.3　Seasonal variation of heavy metals contents in four ornamental plants

表24种园林植物重金属富集系数的季相变化

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

植物时间AsCdCuZnNiPb合欢春季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女贞春季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杜鹃春季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植物与土壤重金属含量的相关性

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

植物土壤中元素含量与植物含量的相关性AsCdCuZnNiPb合欢0.3540.669**0.2570.691**0.1560.324女贞0.2170.825**0.554*0.834**0.2470.512*冬青0.569*0.551*0.1080.497*0.456*0.107杜鹃0.1230.814**0.712**0.669**0.0890.378

注：**表示相关性在0.01水平上显著(双尾)，*表示相关性在0.05水平上显著(双尾)。

3　结论

(1)合欢、女贞、冬青、杜鹃根区土壤As，Cd，Cu，Zn，Ni，Pb总量及有效态含量均总体表现出秋季最高、春季最低的季相变化。4种园林植物土壤6种重金属元素总量由高到低依次为：Zn>As>Cu>Pb>Cd>Ni，相同季节各植物根区土壤重金属总量及有效态含量基本表现为合欢>女贞>冬青>杜鹃。

(2)合欢、女贞、冬青、杜鹃植物体内As，Cd，Cu，Zn，Ni，Pb含量总体同样呈现出秋季最高、春季最低的季相变化，相同季节重金属在各植物体基本表现为合欢>女贞>冬青>杜鹃。

(3)合欢、女贞、冬青、杜鹃在一年四季对As，Cd，Cu的富集系数均大于1，表明其对As，Cd，Cu的富集能力较强；但对Zn，Ni，Pb的富集能力较弱。

(4)相关性分析结果表明，植物Zn，Cd含量与土壤Zn，Cd含量表现出较好的相关性，而其他重金属元素的相关性较弱。

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(责任编辑高峻)

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

浙江农业学报Acta Agriculturae Zhejiangensis，2016，28(3):447-451http://www.zjnyxb.cn

孙正国.4种园林植物及其根区土壤重金属元素含量季相变化特征研究[J].浙江农业学报，2016，28(3)： 447-451.

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.03.14

2015-07-27

江苏省农业三项工程项目[SXGC(2015)109]

孙正国(1966—)，男，江苏南通人，硕士，副教授，研究方向为农业生态。E-mail:zhengguosun@163.com

X53

A

1004-1524(2016)03-0447-05