免费文献传递   相关文献

草地早熟禾对叶面尘与土壤重金属的吸收作用



全 文 :北方园艺2014(15):81~84 植物·园林花卉·
第一作者简介:刘将(1989-),女,硕士研究生,研究方向为园林植
物与生态效益。E-mail:469558234@qq.com.
基金项目:山东省自然科学基金资助项目(6210a5)。
收稿日期:2014-03-14
草地早熟禾对叶面尘与土壤重金属的吸收作用
刘   将,周 春 玲,宋 慧 慧
(青岛农业大学 园林与林学院,山东 青岛266109)
  摘 要:选择青岛市4条主干道和青岛农业大学校园路段作为具有不同交通流量的采样地
区,以草地早熟禾为试材,研究了草地早熟禾的叶片、根和相应的叶面尘、土壤的Pb、Zn、Cu、Cd重
金属含量的关系。结果表明:随着距道路边缘水平距离的增加,叶面尘Pb、Zn、Cd含量呈减少趋
势,其中Pb含量在0.5m和10.5m处差异显著(P<0.05),Zn、Cd含量在0.5m处显著高于5.5
m和10.5m处(P<0.05);Cu含量随距离的增加无明显变化规律;随水平距离的增加草地早熟禾
叶片的Pb、Zn、Cu、Cd含量均呈减少趋势,其中Pb、Zn、Cu含量在0.5m处与10.5m处差异显著
(P<0.05);叶面尘Pb、Zn、Cd含量与滞尘量极显著或显著相关;叶片Pb、Zn、Cu含量与滞尘量呈
极显著或显著相关关系,Cd含量与滞尘量相关性不明显;不同道路叶面尘Pb、Zn、Cd含量与叶片
Pb、Zn、Cd含量极显著或显著相关,叶面尘Pb、Zn、Cu、Cd含量与根重金属含量无显著相关关系;
不同道路土壤Pb含量与根Pb含量极显著相关,土壤Cd含量与根Cd含量呈负极显著相关关系;
土壤Pb、Zn、Cu、Cd含量与叶片重金属含量无显著相关关系。
关键词:草地早熟禾;叶片;根;叶面尘;土壤;重金属含量
中图分类号:S 688.4 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2014)15-0081-04
  伴随城市化进程的不断加快,由人类活动造成的污
染加剧,其中大气颗粒物污染成为我国面临的一个新的
大气环境问题[1]。在工业、交通和生活等不同污染源的
共同作用下,沉降颗粒物中的重金属含量不断增加[2]。
美国EPA强调21种有毒物质与道路交通有关,一些重
金属如Pb、Cu、Cd、Zn等[3]也列入了其中,也有相关研究
表明[4-6],这4种元素存在于机动车辆排放物、柴油机、
润滑油以及车闸释放物等中。居民的身体健康受大气
颗粒物直接影响[7],这就需要植物的生态效应来保护环
境问题。植物因其特殊的叶表面结构可以截取和固定
大气颗粒污染物而成为消减城市大气污染的重要过滤
体[8]。由于富集了大量金属元素的空气粉尘以及地面
扬尘被植物叶片捕获[7],因而分析叶面尘重金属含量与
叶片重金属含量的关系对研究植物的滞尘效应具有重
要意义。目前,国内外一些学者研究了不同植物叶片的
滞尘能力、滞尘累积量和作用机理[7,9],但具体对植物叶
片、根与叶面尘、土壤的相关关系研究尚鲜见报道。该
试验通过分析青岛市不同交通流量道路草地早熟禾的
叶面尘、土壤和草坪植物草地早熟禾叶片、根重金属含
量,讨论了草地早熟禾对叶面尘、土壤重金属的吸收
作用。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
该试验选取青岛市长城路、重庆北路、崇阳路、民航
路4条城市主干道路段和对照区青岛农业大学校园路
段为采样区,不同道路平均车流量从多到少依次为长城
路1 398次/h,重庆北路1 308次/h,崇阳路984次/h,民
航路456次/h,校园60次/h。
1.2 试验材料
以道路两侧的草地早熟禾为试验材料,在重庆北路
分别距道路缘石0.5、5.5、10.5m处设置3个采样区,在
长城路、崇阳路、民航路、青岛农业大学校园路段分别距
道路缘石5.5m处设置采样区。于2013年4月雨后
1周,选择晴朗无风的天气进行取样。对每个采样区的
草地早熟禾叶片、根以及3~8cm土壤进行取样,保存于
自封袋中,每次采样3个重复。
1.3 试验方法
1.3.1 滞尘量的测定 取适量叶片浸泡于蒸馏水中,超
声清洗20min后,将清洗的叶片晾干,用叶面积仪测量
其面积,同时将浸洗液用已烘干称重(W1)的滤纸过滤,
过滤后将滤纸放入70℃烘箱中烘24h,烘干后称重
(W2),单位面积滞尘量=(W2-W1)/叶面积。
18
·园林花卉·植物 北方园艺2014(15):81~84
1.3.2 重金属含量的测定 将采集的植物叶片分成两
部分,一部分叶片用去离子水清洗,洗脱液转至蒸发皿,
经烘箱烘干得到叶面尘干样[10],另一部分叶片同根一起
清洗干净,晾干后于105℃杀青30min,研磨成粉末放于
密封袋中备用.将叶面尘、土壤晒干后过100目尼龙筛
子,密封保存。采用 HNO3-HF-HClO4 法消解样品,用
ICP-OES-Optima 8x00光谱仪测定 Pb、Zn、Cu、Cd
含量[11-15]。
2 结果与分析
2.1 草地早熟禾叶片的滞尘效应
2.1.1 不同水平距离草地早熟禾叶面尘的重金属含量
分布特征 对距重庆北路道路边缘0.5、5.5、10.5m
3处水平距离的叶面尘重金属含量进行多重比较,由
表1可知,重庆北路叶面尘的Pb、Zn、Cd含量随距离的
增加呈减少趋势,其中Pb含量在0.5m和10.5m处差
异显著(P<0.05),这表明离道路越远,Pb含量的减少量
越明显,Zn、Cd含量在0.5m处均显著高于5.5m和
10.5m处,而在5.5m和10.5m处之间差异不明显,这
表明在道路边缘0.5m处叶面尘的Zn、Cd含量积累较
多;叶面尘的Cu含量随距离的增加无明显变化规律。
表1 不同水平距离叶面尘重金属质量分数
  Table 1 The contents of heavy metals in
foliar dust of diferent distance
距离
Distance/m
叶面尘重金属 Heavy metals in foliar dust/mg·kg-1
Pb  Zn  Cu  Cd
0.5  63.877±4.883a 258.053±5.182a 56.233±2.515b 0.722±0.010a
5.5  58.847±3.494ab 227.367±11.683b 64.020±3.217a 0.673±0.008b
10.5  51.368±0.936b 218.383±3.002b 53.823±3.083b 0.673±0.005b
  注:同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05),下同。
2.1.2 不同水平距离草地早熟禾叶片的重金属含量分
布特征 由表2可知,重庆北路草地早熟禾叶片的Pb、
Zn、Cu、Cd含量随水平距离的增加均呈减少趋势,这表
明草地早熟禾叶片重金属的含量与交通污染有关,距道
路不同水平距离的草地早熟禾叶片积累重金属污染物
的量有所不同,其中Pb、Zn、Cu含量在0.5m处与10.5m
处呈显著减少趋势,证明离道路越远,植物的Pb、Zn、Cu
含量减少趋势越明显;草地早熟禾叶片吸收Cd含量较
少,减少趋势不明显。
表2 不同水平距离草地早熟禾叶片
重金属质量分数
  Table 2 The contents of heavy metals in
Poa pretensis leaves of diferent distance
距离
Distance/m
叶片重金属 Heavy metals in leaves/mg·kg-1
Pb  Zn  Cu  Cd
0.5  1.462±0.150a 16.233±1.206a 7.937±0.953a 0.080±0.005a
5.5  1.246±0.037a 13.183±0.558b 7.117±0.596ab 0.07±0.009a
10.5  0.961±0.059b 12.2±1.026b 5.703±0.270b 0.066±0.005a
2.1.3 不同水平距离叶面尘重金属含量、叶片重金属含
量与滞尘量的相关关系 用SPSS 17.0对重庆北路不同
水平距离的叶面尘重金属含量与滞尘量做Pearson相关
分析,由表3可知,叶面尘中的Pb、Zn、Cu、Cd含量均与
滞尘量呈正相关关系,其中Pb、Cd含量与滞尘量显著相
关,Zn含量与滞尘量极显著相关,说明草地早熟禾叶片
的单位叶面积滞尘量越多,叶面尘的Pb、Zn、Cd重金属
质量分数明显增多,这证明汽车尾气排放物对叶面尘的
含量影响显著。对叶片重金属含量与滞尘量做Pearson
相关分析,由表4可知,叶片的Pb、Cu含量与滞尘量呈
极显著相关关系,叶片的Zn含量与滞尘量呈显著相关
关系,表明叶片的Pb、Zn、Cu含量受单位叶面积滞尘量
的影响显著,叶片的Cd含量与单位面积滞尘量无显著
相关性。
表3 叶面尘重金属含量与滞尘量的相关系数
  Table 3 Correlation coeficients between the contents of
heavy metals in foliar dust and adsorbing dust quantity
叶面尘重金属含量
Contents of heavy metals in foliar dust
Pb  Zn  Cu  Cd
滞尘量
Adsorbing dust quantity
0.753* 0.803** 0.159  0.788*
  注:**在0.01水平上显著相关,*在0.05水平上显著相关,下同。
表4 叶片重金属含量与滞尘量的相关系数
  Table 4 Correlation coeficients between the contents of
heavy metals in leaves and adsorbing dust quantity
叶片重金属含量
Contents of heavy metals in leaves
Pb  Zn  Cu  Cd
滞尘量
Adsorbing dust quantity
0.881** 0.791* 0.880** 0.526
2.2 叶面尘重金属含量与叶片、根的重金属含量的相
关关系
2.2.1 不同道路叶面尘的重金属含量的分布特征 对
不同道路同一水平距离5.5m处的叶面尘重金属含量
进行多重比较,由表5可知,不同道路叶面尘各重金属
含量不同,车流量最低的校园路叶面尘的Pb、Cu、Cd含
量均显著低于车流量高的长城路、重庆北路、崇阳路
(P<0.05);车流量较高的长城路与重庆北路的叶面尘
Pb、Zn、Cu、Cd含量差异不显著,由于这2条道路的车流
量相近所致;不同道路叶面尘的Zn含量与车流量无
  表5   不同道路叶面尘各重金属质量分数
  Table 5 The contents of heavy metals in foliar dust of diferent roads
道路
Road
叶面尘重金属 Heavy metals in foliar dust/mg·kg-1
Pb  Zn  Cu  Cd
长城 60.341±4.030a 258.793±26.16ab 61.482±0.875b 0.628±0.079c
重北 58.847±3.494a 227.367±11.683b 64.020±3.218b 0.673±0.008bc
崇阳 50.032±1.475ab 300.098±38.783a 74.405±1.712a 0.744±0.025ab
民航 41.702±2.240bc 272.572±25.454ab 51.581±1.312c 0.807±0.020a
校园 31.222±7.108c 318.724±23.769a 52.171±0.428c 0.205±0.006d
28
北方园艺2014(15):81~84 植物·园林花卉·
明显变化规律,这是由于叶面尘的Zn含量除了受交通
影响外,还可能受其它因素影响。
2.2.2 不同道路叶面尘重金属与植物叶片、根的重金属
含量的相关关系 对不同道路叶面尘的Pb、Zn、Cu、Cd
含量与草地早熟禾的叶片、根的Pb、Zn、Cu、Cd含量进行
Pearson相关分析,由表6可知,叶面尘的Pb、Cd含量与
叶片相应重金属含量极显著相关,叶面尘的Zn含量与
叶片Zn含量显著相关,叶面尘的Pb、Zn、Cu、Cd含量与
根相应重金属含量无显著相关关系。
表6 叶面尘各重金属与叶片、根的相关分析
  Table 6 Correlation analysis between the contents of
heavy metals in foliar dust and leaves,roots
叶面尘
Foliar dust
Pb  Zn  Cu  Cd
叶片Leaves  0.918** 0.540* -0.479  0.761**
根Roots -0.175 -0.275 -0.068  0.046
2.3 土壤重金属含量与叶片、根的重金属含量的相关
关系
2.3.1 不同道路土壤的重金属分布特征 由表7可知,
不同道路土壤各重金属含量不同,车流量最小的校园的
土壤Pb、Zn、Cu、Cd含量与其它道路没有明显差异性,证
明土壤的重金属含量与车流量无明显关系;重庆北路土
壤的Zn、Cd含量明显高于其它样方,表明重庆北路土壤
Zn、Cd污染严重。
表7 不同道路土壤各重金属质量分数
  Table 7 The contents of heavy metals in soil of diferent roads
道路
Road
土壤重金属 Heavy metals in soil/mg·kg-1
Pb  Zn  Cu  Cd
长城 28.502±4.734a 85.286±3.343b 22.478±0.903c 0.453±0.070b
重北 16.058±2.136c 145.683±6.313a 37.187±3.224a  0.685±0.045a
崇阳 24.783±1.308ab  76.196±3.785b 31.073±0.727b  0.322±0.013c
民航 23.705±1.241ab  74.986±2.414b 33.516±0.585ab 0.276±0.018c
校园 19.159±0.899bc  62.319±1.819c 22.842±0.971c  0.219±0.001c
2.3.2 不同道路土壤重金属含量与叶片、根的重金属含
量的相关关系 由表8可知,草地早熟禾根部的Pb含
量与土壤极显著相关,表明草地早熟禾根的Pb含量受
土壤Pb含量影响极显著;根部Cd含量与土壤Cd含量
呈负极显著相关关系,表明随着土壤中Cd含量的增多
根部对Cd的吸收受到抑制;根部Cu、Zn含量与土壤
Cu、Zn含量无显著相关关系,叶片4种重金属含量与土
壤无显著相关关系。
表8 土壤各重金属含量与叶片、根的相关分析
  Table 8 Correlation analysis between the contents of
heavy metals in soil and leaves,roots
土壤重金属
Heavy metals in soil
Pb  Zn  Cu  Cd
叶片Leaves  0.213 -0.359 -0.030 -0.087
根Roots  0.723** 0.496  0.012 -0.736**
3 讨论
由于人类活动大大增加了大气降尘量以及二次扬
尘,致使距道路不同水平距离的草地早熟禾滞尘量不
同,距道路越近,滞尘量越高,这与植物作为城市大气污
染物的过滤体截取和固定大气颗粒污染物有关。汽车
轮胎磨损和排放废气中含有Pb、Zn、Cu、Cd等金属元素,
富集了大量金属元素的空气粉尘以及地面扬尘被植物
叶片捕获,从而导致叶面尘污染,因而离道路最近的叶
面尘Pb、Zn、Cd含量均高于其它水平距离的叶面尘Pb、
Zn、Cd含量.距道路5.5m处的叶面尘Cu含量高于0.5m
处,可能在5.5m处叶面尘的Cu含量受其它因素影响,
有待于进一步研究。离道路越近,草地早熟禾叶片Pb、
Zn、Cu、Cd重金属含量越高,表明草地早熟禾叶片重金
属含量受交通环境的影响,这与李寒娥等[16]研究一致。
该研究中不同道路叶面尘的重金属含量不同,车流
量高的地区,相应的叶面尘Pb、Cu、Cd含量较高,而Zn
含量与交通流量无明显变化规律,庞博等[10]研究表明
Pb含量在商业交通区最高,王会霞等[17]研究表明,Cu、
Cd含量也以交通枢纽区最高,Zn含量以工业区最高。
证明叶面尘中的Zn来源不一,除了受汽车尾气排放影
响外,还受房屋建设、废弃物、包装物、建筑物的金属、涂
料等的腐蚀剥落等其它方面影响[18]。
该研究中叶面尘的Pb、Cd含量与叶片Pb、Cd含量
极显著相关,叶面尘的Zn含量与叶片Zn含量显著相
关,这与王丹丹等[19]、邱媛等[20]研究趋同,叶面尘的Pb、
Zn、Cu、Cd含量与根无显著相关关系,证明叶片的Pb、
Zn、Cd含量主要受叶面尘重金属含量的影响[19];叶片的
Cu含量与叶面尘的Cu含量无显著相关关系,这可能由
于Cu是植物生长必需元素,是植物体内许多辅酶的组
成成分,春季草地早熟禾生长势旺盛,叶片吸收Cu含量
与植物自身的生长需要和所处环境等因素有关,其具体
原因有待于进一步研究。
土壤的Pb含量与草地早熟禾根部的Pb含量呈极
显著相关关系,证明草地早熟禾根部的Pb含量受土壤
Pb含量影响显著;土壤Zn、Cu含量与根无显著相关关
系,这与梁爽等[21]研究一致;土壤的Cd含量与根部的
Cd含量呈极显著负相关关系,这可能过高的土壤Cd含
量影响了根系对Cd的吸收[22]。土壤的Pb、Zn、Cu、Cd
含量与草地早熟禾叶片Pb、Zn、Cu、Cd含量相关性不显
著,可能是大气重金属污染对叶片的贡献超过了土壤
所致[23]。
参考文献
[1] 唐孝炎,王如松,宋豫秦.我国典型城市生态生态问题的现状与对策
[J].国土资源,2005(5):4-10.
38
·园林花卉·植物 北方园艺2014(15):81~84
[2] 杜佩轩,田晖,韩永明,等.城市灰尘粒径组成及环境效应[J].岩石矿
物学杂志,2002,21(1):93-98.
[3] Government U S.Control of emissions of hazardous air polutants from
mobile sources;final rule.Federal Register 40,CFR parts 80and 86[M].
Washington,DC:US Government Printing Ofice,2001.
[4] Onianwa P C.Monitoring atmospheric metal polution:a review of the
use of mosses as indicators[J].Environmental Monitoring and Assessment,
2001,71:13-50.
[5] Weckwerth G.Verification of trafic-emitted aerosol components in the
ambient air of Cologne(Germany)[J].Atmospheric Environment,2001,35:
5525-5536.
[6] Garg B D,Cadle S H,Mulawa P A,et al.Brake wear particulate matter
emissions[J].Environmental Science and Technology,2000,34,4463-4469.
[7] 王会霞,石辉,李秧秧.城市大气环境下绿化植物叶片比叶重和光合
色素含量[J].中国环境科学,2011,31(7):1134-1142.
[8] 王会霞,石辉,李秧秧.城市绿化植物叶片表面特征对滞尘能力的影
响[J].应用生态学报,2010,21(12):3077-3082.
[9] 冯朝阳,高吉喜,田美荣,等.京西门头沟区自然植被滞尘能力及效
益研究[J].环境科学研究,2007,20(5):155-159.
[10]庞博,张银龙,王丹.城市不同功能区内叶面尘与地表灰尘的粒径和
重金属特征[J].生态环境学报,2009,18(4):1312-1317.
[11]赵爱红,王建华,宋志刚,等.ICP-AES法测定丹参中的镉和铅[J].光
谱学与光谱分析,2006,26(11):2137-2139.
[12]张胜帮,孙培龙.ICP-AES法测定吴茱芋中多种微量元素的研究[J].
浙江工业大学学报,2006,34(1):43-44.
[13]Rossini Oliva S,Mingorance M D.Assessment of airborne heavy metal
polution by aboveground plant parts[J].Chemosphere,2006,65(2):177-182.
[14]Beccaloni E,Coccia A M,Musmeci L,et al.Chemical and microbial char-
acterization of indigenous topsoil and mosses in green urban areas of rome[J].
Microchemical Journal,2005,79(1-2):271-289.
[15]Irena B,Hanna Barchan’ska,Ewa P.Procedures of trophic chain
samples preparation for determination of triazines by HPLC and metals by
ICP-AES methods[J].Environmental Polution,2006,143(2):206-211.
[16]李寒娥,李秉滔.交通环境与城市行道树重金属铅和镉的关系[J].交
通环保,2001,22(5):10-14.
[17]王会霞,石辉,李秧秧,等.城市植物叶面尘粒径和几种重金属(Cu、
Zn、Cr、Cd、Pb、Ni)的分布特征[J].安全与环境学报,2012,12(1):170-174.
[18]De Miguel E,Llamas J F,Chacon E,et a1.Origin and patterns of distri-
bution of trace elements in street dust:unleaded petrol and urban lead[J].
Atmospheric Environment,1997,31(17):2733-2740.
[19]王丹丹,孙峰,周春玲,等.城市道路植物圆柏叶片重金属含量及其
与滞尘的关系[J].生态环境学报,2012,21(5):947-951.
[20]邱媛.城市植被的滞尘功能和植物监测重金属与大气SO2 的研究
[D].广州:中山大学,2007.
[21]梁爽,李立平,邢维芹,等.郑州市城市大叶黄杨叶片重金属含量研
究[J].西北林学院学报,2011,26(3):50-54.
[22]杨卓,王伟,李博文,等.高羊茅和黑麦草对污染土壤Cd,Pb,Zn的富
集特征[J].水土保持学报,2008,22(2):83-87.
[23]庄树宏,王克明.城市大气重金属 (Pb,Cd,Cu,Zn)污染及其在植物
中的富积[J].烟台大学学报,2000,13(1):31-37.
Effect of Poa pretensis on Absorption of Heavy Metals in
Foliar Dust and Soil
LIU Jiang,ZHOU Chun-ling,SONG Hui-hui
(Garden and Forest Colege,Qingdao Agricultural University,Qingdao,Shangdong 266109)
Abstract:Choosing the mainroads of Qingdao and Qingdao Agricultural University campus roads as diferent region of the
diferent trafic sample,used Poa pretensis as test material,the contents of Pb,Zn,Cu,Cd heavy metals relationship
between Poa pretensis leaves,roots and the corresponding of foliar dust and soil were researched.The results showed
with the increasing of the horizontal distance from the road edge,the contents of Pb,Zn,Cd heavy metals in foliar dust
tended to decrease,there were significant diferences between the contents of Pb in 0.5mand 10.5m(P<0.05),the
contents of Zn,Cd in 0.5mwere significantly higher than 5.5mand 10.5m(P<0.05);the contents of Cu was no
significant variation with the increasing of the horizontal distance from the road edge.With the increasing of the horizontal
distance from the road edge,the contents of Pb,Zn,Cu,Cd heavy metals in leaves tended to decrease,there were
significant diferences between the contents of Pb、Zn、Cu in 0.5mand 10.5m(P<0.05).The contents of Pb,Zn,Cd
between in foliar dust and absorbing dust positively and significantly related,the contents of Pb,Zn,Cu between in leaves
and absorbing dust positively and significantly related,while the contents of Cd was no obvious correlation between in
leaves and absorbing dust.The contents of Pb,Zn,Cd between in foliar dust and in leaves of diferent roads positively and
significantly related,while there were no obvious correlations of heavy metals between in foliar dust and roots.The
contents of Pb between in soil and roots in diferent roads was positively related,while the contents of Cd between in soil
and roots was negatively related;while there were no obvious correlations of heavy metals between in soil and leaves.
Key words:Poa pretensis;leaves;roots;foliar dust;soil;contents of heavy metals
48