隋超英，孙亚旭，李舒月，杨月莹，时婷婷，陈永亮

（临沂大学 生命科学学院，山东 临沂 276005）

大气中的重金属主要来自工业生产、生活炉灶与采暖锅炉、交通运输所产生的有害气体和粉尘等[1]，重金属具有隐蔽性、长期性、毒性大、易累积的特点，并在一定条件下能形成强毒性金属有机化合物，在以PM2.5（Particle matter,粒径＜2.5 μm）等大气细颗粒物为载体被吸附后，可通过口腔的呼吸作用或食物链等接触途径进入人体，从而对人体健康造成严重危害，因此城市大气重金属污染越来越成为城市污染治理中的棘手问题之一[2]。已有许多研究表明，利用木本植物治理大气中重金属污染问题具有非常重要的广阔前景，尤其是木本植物主要用于造林绿化，不像草本植物那样构成食物链的环节而进入人体内，所以能更好地起到对大气中重金属污染的净化作用[3-4]。植物对大气中重金属的净化主要是通过叶片的持留和去除过程。持留过程主要是截获或吸附大气中污染物，而去除过程主要包括吸收、转化以及同化过程，从而起到对大气重金属污染的清洁作用[5-6]。近年来，临沂市作为鲁南的经济和交通中心，在经济迅速发展的同时也产生了一些负面的环境效应，鉴于此，本研究拟对临沂市典型绿化树木叶片中的镉和铅等重金属污染物的含量进行测定与分析，以期筛选出对重金属污染物富集能力强的绿化树种，为城市绿化树种的选择及大气重金属污染的科学防治提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

临沂市位于山东省东南部，地跨北纬34°22′—36°13′N，东经117°24′—119°11′E，总面积17191.2 km2。临沂生物资源种类丰富，其中木本植物65 科，367 种。境内海拔1000 m 以上的山峰有10 余座，其中蒙山海拔1156 m，为山东第2 高峰。临沂气候属暖温带季风区大陆性气候，具有气候适宜，四季分明，光照充足，雨量充沛，无霜期长等特点。年均温13.3 ℃，年降水量793.9 mm，年日照时数2314 h。

1.2 样品的采集

选取临沂市常见绿化树种为研究对象，其中阔叶树和针叶树各为4 种，分别为毛白杨（Populus tomentosa）、银杏（Ginkgo biloba）、白蜡（Fraxinus chinensis）、小叶女贞（Ligustrum quihoui），黑松（Pinus thunbergii）、雪松（Cedrus deodara）、白皮松（Pinus bungeana）和水杉（Metasequoia glyptostroboides）。于2021年5月中上旬（春季）和9月中下旬（秋季），选择3 个有代表性的功能区，即重度污染区：位于临沂市罗庄区沂河路与科技大道交汇西北，该区域建有多家大型化工、能源等公司，属典型工业区，污染较为严重（土壤Cd和Pb 含量分别为5.14 mg·kg-1和57.61 mg·kg-1）；中度污染区：位于临沂市交通主干道之一的沂蒙路人民广场路段（土壤Cd 和Pb 含量分别为1.98 mg·kg-1和32.35 mg·kg-1）；清洁区：临沂市人民公园内（土壤Cd 和Pb 含量分别为0.83 mg·kg-1和6.56 mg·kg-1）。在3 个功能区内进行布点，分别采取上述8 种植物的叶样。采样时，每个树种选取3 株样树，在各样树东、西、南、北4 个方向的上、中、下各部位有代表性的采取当年生叶片样品，每株阔叶树采取约60 个叶片，每株针叶树采取质量约为10.0 g。叶片采取后立即封存于塑料袋内并防止挤压或破坏，及时带回实验中对样品预处理并进行重金属含量的测定。

1.3 样品的测定

首先将采集的植物叶片表面的灰尘用自来水冲洗干净，再用蒸馏水漂洗，于105 ℃杀青15 min，65 ℃烘12 h，用电动粉碎机粉碎并过40 目筛后装入清洁密封袋中备用。称取1.5000 g 样品置于小三角瓶中，加入硝酸和高氯酸（4:1）混合酸25 mL 在通风柜中用电热板消煮至溶液澄清，加人10 mL 稀硝酸（浓硝酸和水1:1）消煮至白烟冒尽。将澄清的溶液转移到25 mL 容量瓶并定容，用原子吸收分光光度计测定吸光度值，结合Cd、Pb 等重金属元素的标准曲线，计算出叶片中Cd、Pb 等重金属含量。

1.4 数据处理

所得数据用SPSS 22.0 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同功能区及不同季节绿化树种叶片中镉含量变化

不同功能区及不同季节绿化树种叶片中镉含量的变化特点见表1。由表1中数据可知，绿化树种叶片中镉含量表现为同一功能区不同绿化树种之间、同一绿化树种在不同功能区及不同季节等方面均存在一定变异。在重度污染区，无论是春季还是秋季，均表现为黑松、雪松和女贞叶片镉含量相对较高（春季均大于1.50 mg·kg-1，秋季均大于1.90 mg·kg-1），毛白杨、银杏和白蜡叶片镉含量相对较低（春季均小于0.80 mg·kg-1，秋季均小于1.14 mg·kg-1），白皮松和水杉叶片镉含量居中，排序为黑松＞雪松＞女贞＞白皮松＞水杉＞银杏＞白蜡＞毛白杨；在中度污染区，就绿化树种叶片镉含量而言，春季时黑松和雪松相对较高，毛白杨和白蜡相对较低，女贞、白皮松、水杉和银杏居中，排序为黑松＞雪松＞白皮松＞女贞＞银杏＞水杉＞毛白杨＞白蜡，而在秋季时表现为黑松、白皮松和雪松较高，银杏和女贞居中，水杉、白蜡和毛白杨相对较低，排序为黑松＞白皮松＞雪松＞女贞＞银杏＞水杉＞白蜡＞毛白杨；在清洁区，无论是春季还是秋季，各绿化树种叶片中镉含量均较重度污染区和中度污染区显著降低，总体表现为黑松最高，其次为白皮松和雪松，其他树种均很低（小于0.20 mg·kg-1），叶片中镉含量排序为黑松＞白皮松＞雪松＞银杏＞水杉＞女贞＞毛白杨＞白蜡。从上述结果可以看出，无论是重度污染区、中度污染区还是清洁区，总体表现为黑松叶片中镉含量相对最高，其次为雪松和白皮松，表明针叶树对镉的富集效应较强，但值得注意的是，在重度污染区女贞作为阔叶树种，对镉也表现出较强的富集作用。

表1 不同功能区及不同季节绿化树种叶片镉含量的变化（mg·kg-1）Table 1 Contents of Cd in leaves of major greening species in different polluted areas and seasons (mg·kg-1)

同一绿化树种叶片中的镉含量，在污染程度不同的功能区均表现出显著差异（p＜0.05），无论是春季还是秋季，均表现为重度污染区＞中度污染区＞清洁区。如，春季时重度污染区黑松叶片中镉含量分别为中度污染区和清洁区的1.67 倍和4.00 倍，秋季时重度污染区黑松叶片中镉含量分别为中度污染区和清洁区的2.08 倍和4.40 倍，表明同一树种在大气污染越严重的区域，其叶片中镉的含量越高。

就同一树种叶片镉含量的季节变化而言，其规律表现为春季较低，秋季较高。例如，在重度污染区、中度污染区和清洁区，秋季时雪松叶片镉含量分别是春季时的1.14 倍、1.17 倍和1.19 倍；秋季时白皮松叶片镉含量分别是春季时的1.42 倍、1.62 倍和1.21 倍。在重度污染区，同一绿化树种叶片镉含量具有显著季节性差异的有银杏、白蜡、女贞、黑松、雪松和白皮松（p＜0.05）；在中度污染区，毛白杨、银杏、白蜡、雪松和白皮松叶片镉含量表现出显著性季节差异（p＜0.05）；在清洁区，只有黑松和白皮松叶片镉含量表现出显著性季节差异（p＜0.05）。同一树种叶片镉含量的季节差异，可能主要是受绿化树种在不同季节时期生理代谢活动等方面的影响。

2.2 不同功能区及不同季节绿化树种叶片中铅含量变化

不同功能区及不同季节绿化树种叶片中铅含量的变化特点见表2。由表2中数据可知，类似于铬，绿化树种叶片中铅含量也表现为同一功能区不同绿化树种之间、同一绿化树种在不同功能区及不同季节等方面均存在一定变异。在重度污染区，就绿化树种叶片铅含量而言，春季时表现为女贞和毛白杨相对较高（均大于6.10 mg·kg-1），银杏、白蜡和水杉居中，黑松、雪松和白皮松相对较低（小于3.10 mg·kg-1），排序为女贞＞毛白杨＞水杉＞白蜡＞银杏＞黑松＞雪松＞白皮松，而在秋季时表现为女贞、毛白杨和白蜡相对较高（均大于8.40 mg·kg-1），排序为女贞＞毛白杨＞白蜡＞银杏＞水杉＞黑松＞白皮松＞雪松；在中度污染区，就绿化树种叶片铅含量而言，春季时女贞和毛白杨较高（均大于3.10 mg·kg-1），白皮松和雪松相对较低（均小于1.85 mg·kg-1），排序为女贞＞毛白杨＞水杉＞白蜡＞银杏＞黑松＞雪松＞白皮松，而在秋季时表现为女贞、白蜡和毛白杨较高（均大于5.10 mg·kg-1），银杏和黑松居中，雪松、白皮松和水杉相对较低（均小于2.30 mg·kg-1），排序为女贞＞毛白杨＞白蜡＞黑松＞银杏＞水杉＞雪松＞白皮松；在清洁区，无论时春季还是秋季，各绿化树种叶片中铅含量均较重度污染区和中度污染区显著降低，总体表现为女贞含量相对最高，其次为银杏，其他树种均相对很低（均小于0.60 mg·kg-1），排序为女贞＞银杏＞白蜡＞毛白杨＞水杉＞黑松＞白皮松＞雪松。从上述结果可以看出，各功能区总体表现为女贞叶片中铅含量相对最高，其次为毛白杨和银杏，而白皮松和雪松等相对最低，表明阔叶树种对铅的富集效应较强，而针叶树种对铅的富集效应相对较弱。

表2 不同功能区及不同季节绿化树种叶片铅含量的变化（mg·kg-1）Table 2 Contents of Pb in leaves of major greening species in different polluted areas and seasons (mg·kg-1)

同一绿化树种叶片中的铅含量，在污染程度不同的功能区均表现出显著差异（p＜0.05），无论是春季还是秋季，均表现为重度污染区＞中度污染区＞清洁区。例如，春季时重度污染区女贞叶片铅含量分别为中度污染区和清洁区的1.58 倍和8.02 倍，而秋季时重度污染区女贞叶片铅含量分别为中度污染区和清洁区的1.56 倍和9.45 倍。

就同一树种叶片铅含量的季节变化而言，其规律也表现为春季较低，秋季较高。例如，在重度污染区、中度污染区和清洁区，秋季时女贞叶片铅含量分别是春季时的1.27 倍、1.29 倍和1.08 倍；秋季时毛白杨叶片铅含量分别是春季时的1.41 倍、1.69 倍和1.28 倍。在重度污染区，除银杏和雪松外，其他树种叶片镉含量均具有显著季节性差异（p＜0.05）；在中度污染区，雪松和水杉外，其他树种叶片镉含量均表现出显著性季节差异（p＜0.05）；在清洁区，毛白杨、白蜡、白皮松和水杉叶片铅含量表现出显著性季节差异（p＜0.05）。叶片中铅含量的这种季节性差异，可能主要也是受绿化树种在不同季节时期生理代谢活性等方面的影响。此外，对于同种绿化树种，其叶片中铅含量明显大于镉含量。

3 结论与讨论

不同绿化树种叶片镉、铅含量具有很大差异。就叶片镉含量而言，各功能区总体表现为黑松叶片中镉含量相对最高，其次为雪松和白皮松，表明针叶树对镉的富集效应较强；就叶片铅含量而言，各功能区总体表现为女贞叶片中铅含量相对最高，其次为毛白杨和银杏，而白皮松和雪松等相对最低，表明阔叶树对铅的富集效应较强，而针叶树对铅的富集效应相对较弱。存在这中差异的主要原因可能与树种叶片表面的结构特征、湿润程度、叶片距地面的高度、重金属元素的自身性质、土壤性质及气候条件等多种因素有关[7]。

同一绿化树种叶片中的镉和铅含量，在污染程度不同的功能区表现出显著差异（p＜0.05），均表现为重度污染区＞中度污染区＞清洁区，这与许多研究者的结果是一致的，也表明利用绿化树种叶片中的重金属含量来监测或指示大气污染的程度或许是可行的。已有一些研究者就绿化树种与大气污染程度尤其是大气重金属污染程度之间的关系进行了研究，如梁鸿霞等对南充市绿化植物叶片重金属含量及其与大气污染的关系进行了评价[8]，刘玲等研究了悬铃木叶片的重金属含量，认为基于悬铃木叶片重金属的累积特性能够对大气污染程度进行一定的分析和评价[9]。因此，从某种意义上说，大气重金属污染物浓度的高低可以间接地利用绿化树种叶片重金属含量的多少来体现，这也可为评价环境质量，判断污染程度或等级，进行生态修复等提供依据。

就同一树种叶片镉、铅含量的季节变化而言，其规律表现为春季较低，秋季较高。同一树种叶片重金属镉、铅含量的季节差异，可能主要是受绿化树种在不同季节时期生理代谢活动特点等方面的影响，春季时伴随着绿化树种的快速生长，生理代谢活动旺盛，被吸收的镉在树体不同的器官和组织内移动性较强，可以较迅速地扩散，致使叶片中镉含量相对较低；秋季时叶片生长几乎停滞，生理代谢活动明显减弱，叶片内可以慢慢积累较多的重金属镉，从而表现出较明显的季节性差异[10]。