毛白杨道路林带对重金属元素的富集特征分析

摘 要：道路重金属污染是环境污染的主要体现，对周围大气、土壤与植物环境带来不良影响，并且污染物质通过食物链的传递将危害人体健康。本文针对毛白杨道路林带对重金属的富集特征进行分析，由于林木具有一定抗重金属能力，使其在净化大气重金属污染上起到重要作用，通过对毛白杨各部分重金属富集特征的研究，能更好利用林木来缓解重金属污染问题。

关键词：毛白杨道路林带;重金属;富集特征

目前国内公路两侧绿化带建设，更多从景观美化和生态保护的角度考虑，以减少土壤、大气环境污染为目的，进行林带配置模式的科学设计。公路交通被认为是产生重金属的污染源之一，监测数据表明，道路两侧的植物和土壤都受到较严重的重金属污染，因此，需要加大对行道树在重金属富集方面的研究，了解毛白杨的重金属富集情况，能为林带配置提供科学依据。

一、材料与方法

1.材料选取

调查场所内毛白杨的平均树高21米、平均胸径45.5厘米，在距道路最近的毛白杨林带中选择三颗长势良好、树高、无病虫害，同时光照、土壤条件等基本一致的树木作为研究对象。

2.样本采集和处理

使用直径12mm的生长锥采集树芯样，分别从树干胸径四个方向来采集，如靠近车道一侧、背离车道一侧、南侧、北侧，用小刀采集相同高度不同方向的树皮样，完成采样后封好采样口。之后将样品带回实验室，沿年轮线每隔一段距离划分一段，将得到多个年轮段样品。测量每段重量，在风干后测量每段长度。用蒸馏水洗干净树皮并风干，在80℃环境下烘干样品，然后将样品分成两份，将三颗树木相同方向和相同年轮段样品粉碎、混匀，放在干燥器中存储。

3.分析方法

取适量样品于锥形瓶中，利用硝酸—高氯酸消解完全后放到50mL容量瓶中。采用ICP法测量样品中的重金属铅、镉、铜、锌、镍等元素的含量。

二、结果和分析

采用上述分析方法能准确测量毛白杨林木不同部位的重金属含量，通过分析可得出以下结论：

1.叶片重金属元素浓度的分布特征

（1）春季叶片重金属浓度分布特征。在对春季不同毛白杨叶片中的重金属含量进行测量，可发现距离道路水平距离越远的林木，叶片中的铅、锰元素浓度呈下降趋势，铜、镍、镉等元素浓度则是上升的，而锌元素浓度变化是先降低后上升的。从不同元素的水平分布情况看，不同元素分布趋势各异，镉、铜、镍元素的最高浓度值都出现在50米处，最低浓度值出现在距道路水平距離的15米处;锰、铅元素最高值在35米处，最低浓度在50米处;锌元素在水平距离100米处达到峰值，在50米处达到最大值。对比行道树毛白杨叶片中不同重金属元素的含量变化情况，各个重金属元素最高值及最低值从大到小排列为：Mn（4.3）>Cr（3.14）>Ni（2.41）>Zn（1.62）>Pd（1.44）>Cu（1.23），其中锰元素、镉元素、镍元素变化波动较大，而铜、铅元素的浓度值变化幅度小。进一步分析各个重金属元素间的相关性，可发现镉和铜、铅和锰都是正相关的、镍和铜、镉是显著正相关。

（2）夏季叶片中的重金属浓度分布特征。对毛白杨叶片中各个重金属元素浓度进行测量，可发现除了锌元素外，其余重金属元素的浓度值都是随着距道路水平距离的增加而逐渐下降的，镍元素最高值在5米处，随着距离增加而呈现递减趋势，其余铜、锰、铅元素的峰值在15米处，最低值在50或100米处。

（3）秋季叶片中的重金属浓度分布特征。秋季道路两侧毛白杨叶片重金属浓度分布特征表现为：铅、锰、镍元素随水平距离的增加而呈现下降趋势，其余元素呈先下降后升高的趋势。而距离的增加，使得叶片中的镍元素水平分布特征是单调递减的，最高值和最低值间的差距显著。铅元素在100米处浓度最低，浓度值波动幅度小，峰值约是谷值的1.5倍。锰元素峰值在15米处，最低值在100米处。从各个元素间的相关性来说，镍元素和锰元素、铅元素和铜元素间是显著正相关的。

2.树干中的重金属元素分布特征

（1）树干中的重金属元素浓度分布特征。取道路两侧毛白杨胸径高度的树芯样，以5年为年龄组将树芯样分成5段，对每段样品进行重金属浓度的测定。从整体趋势看，铜、铅、锌元素的浓度分布特征表现为沿着髓心到树皮的方向不断降低，重金属锰、镍、镉则出现升高趋势。锌元素浓度最大值处于1992-1996年段，约为42.65mg/kg，然后急剧下降，谷值出现在2002-2006年段，约为4.51mg/kg，峰值约为谷值的9.44倍。铅是植物必需元素，而汽油燃烧是造成土壤和大气污染中重金属铅污染的主要原因。近年来道路车流量逐年增多，但年轮中的铅浓度没有逐年增加，随着无铅汽油的推广，使年轮中的铅浓度逐渐减少。铜元素浓度随着时间推移，从4.43mg/kg降低到1.81mg/kg，又在2007-2011年段升高至2.26mg/kg。

（2）垂直分布特征。对样品中的重金属浓度进行测量，结果显示，重金属元素在毛白杨林木中的垂直分布呈现一定分布趋势。随着树干高度上升，锰、铅、锌元素浓度呈现上升趋势，铅元素浓度范围为0.18-0.32mg/kg，锰元素浓度范围为73.12-105.51mg/kg，锌元素浓度范围为16.72-56.48mg/kg，上述三种元素最高浓度在5.5米处，最低浓度在1.3米处。铜元素和铅元素在树基部分浓度最高，在胸径处明显降低。镉元素最高浓度和最高浓度值分别在9.5米处和7.5米处，在0.3-7.5米范围内，随高度上升镉元素浓度值逐渐降低。镍元素整体呈现先降低后升高的趋势，最低浓度在7.5米处。

三、结语

综上所述，在对道路两侧毛白杨林带的重金属富集特征进行研究，能了解到林木对重金属镉、铜、铅、锰、镍等元素的吸收程度不是简单的线性关系，不同元素在林木中的分布趋势不同。其中锌元素呈现出先下降后升高的趋势，锰元素、锌元素在土壤和叶片中是正相关的。不同距离的叶片中同种重金属浓度随季节改变的变化趋势相似，其中锌、铅、锰等元素等元素随生长季节改变而不断增加，且春季的浓度最低。

参考文献：

[1]杨瑞卿，肖扬.采煤塌陷区土壤重金属污染及植物吸收富集特征[J].江苏农业科学，2018，46（20）：291-294.

[2]王荣芬，邱尔发.行道树毛白杨树干中重金属元素分布[J].生态学报，2014，34（15）：4212-4222.

作者简介：李建华（1964-10-）男，籍贯：山东省高密市密水街道东三里居委会，民族：汉，学历：大专，目前职称：助理工程师，研究方向：林业工程管理。