4个绿化树种叶片和枝条重金属含量差异研究

摘要 [目的]了解不同车流量区域中不同园林绿化树种对不同重金属的吸收情况，探讨其影响因素。[方法]选取陕西科技大学校园内外红叶石楠、女贞、冬青和广玉兰4个园林绿化树种展开相关调查。分别选取校园内无车流、校园外车流较大处4个树种的叶片和枝条为研究对象，利用电感耦合等离子体光谱仪对叶片和枝条内重金属（铬、镍、锌、铜、铅、镉）含量进行分析，使用扫描电子显微镜对其叶片上下表皮形态结构进行观察。[结果]4个树种对Zn的吸收能力显著高于其他5种重金属，校园外红叶石楠叶片对Cr、Cu、Ni的吸收能力较强，红叶石楠枝条对Ni的吸收能力较强，广玉兰枝条对Cu的吸收能力较强;校园内冬青叶片对Cd的吸收能力较强。广玉兰枝条中的Zn含量校园内显著高于校园外，广玉兰叶片及其他树种叶片和枝条的重金属含量在校园内外无明显差异。校园内外不同树种叶片和枝条中重金属含量部分有显著差异，且因重金属种类而异。不同园林绿化树种叶片表皮具有不同的形态结构，叶表皮的蜡质结构、沟壑、脊柱、绒毛等增加了其表面粗糙度，从而吸滞不同的重金属元素颗粒。[结论]该研究结果为选择城市防污树种提供参考依据。

关键词 园林绿化树种;叶片;枝条;重金属;含量;吸收能力

中图分类号 X173文献标识码 A文章编号 0517-6611（2022）19-0089-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.19.021

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on the Difference of Heavy Metal Contents in Leaves and Branches of Four Landscaping Tree Species

ZHOU Ting-ting， LIU Wen-jian， WANG Jing et al

（School of Environmental Science and Engineering， Shaanxi University of Science & Technology， Xi’an， Shaanxi 710021）

Abstract [Objective]To understand the uptake of different heavy metals by different landscape tree species in regions of different traffic density and to explore their influencing factors.[Method] Four landscaping tree species， including Photinia serrulate， Ligustrum lucidum， Ilex chinensis，Magnolia grandiflora， were selected inside and outside the campus of Shaanxi University of Science and Technology to carry out related investigations.The leaves and branches of four tree species in the campus without traffic flow and outside the campus with large traffic flow were selected as the research objects，the contents of heavy metals （Cr， Ni， Zn， Cu， Pb， Cd） in leaves and branches were analyzed by inductively coupled plasma spectrometer， and the morphology and structure of the upper and lower epidermis of leaves were observed by scanning electron microscope.[Result]The absorption capacity of four tree species for Zn was significantly higher than the other five heavy metals，and the absorption capacity of the leaves of P. serrulate outside the campus for Cr， Cu and Ni was stronger，the absorption capacity of the branches of P. serrulate for Ni was stronger，the absorption content of the branches of M. grandiflora outside the campus for Cu was stronger， and the absorption capacity of the leaves of I. chinensis inside the campus for Cd was higher. The Zn content in the branches of M. grandiflora was significantly higher outside the campus than inside the campus， there were no significant differences for content of other heavy metals in leaves of M. grandiflora. nor between branches and leaves of other species inside and outside the campus.The content of heavy metals in the leaves and branches of different tree species inside and outside the campus partially differed significantly， and varied according to the type of heavy metals. The leaf epidermis of different landscaping tree species had different morphological structures， and the waxy structure， furrows， ridges and villi of the leaf epidermis increased the roughness of the leaf surface， thus absorbing different heavy metal particles. [Conclusion]The results of this study will provide a reference for the selection of anti-pollution tree species.

Key words Landscaping tree species;Leaves;Branches;Heavy metals;Content;Absorptive capacity

城市绿化树种有许多作用，除了可以有效阻碍太阳辐射、改善噪音问题、美化城市形象之外，还可以通过吸收、附着有效防治重金属污染的扩散[1-2]。美国环境保护署（EPA）强调21种有毒物质与道路交通有关，其中包括铬、镍、锌、铜、铅、镉6种重金属元素[3]。

该研究采取陕西科技大学学校附近车流量较大处和校内无车流的科大湖畔、图书馆附近处2个不同地点的广玉兰（Magnolia grandiflora）、女贞（Ligustrum lucidum）、红叶石楠（Photinia serrulata）、冬青（Ilex chinensis）4个常见园林绿叶树种的叶片和枝条进行研究，利用电感耦合等离子体光谱仪（ICP-MS）分析技术，测量其中铬、镍、锌、铜、铅、镉6种重金属含量，探讨不同绿化树种对不同重金属元素的吸收作用差异;利用扫描电子显微镜（SEM）观察4个树种叶片结构，研究不同叶片结构差异对重金属吸收含量的影响;通过对车流量不同的相同树种叶片和枝条中重金属含量进行测定分析，探究交通尾气污染对绿化树种的影响，以期为城市防污绿化树种的选择、生物监测和环境质量评价提供科学理论依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与预处理

每个树种校园内外各采集3株树的叶片和枝条。将所采集的样品带到实验室用自来水冲洗3次，剪碎放在锡箔纸中标号，放置60 ℃烘箱中烘干24 h至恒重，备用。

1.2 样品消解

样品110 ℃杀青，70 ℃烘干至恒重。准确称取粉碎后的植物样品0.1 g置于玻璃消解管中，一个待测样品设置3个消解平行，加入10 mL浓硝酸浸泡10 h，在消解炉中80 ℃条件下加热1.5 h，120 ℃条件下加热1.5 h，150 ℃条件下加热3 h;打开消解盖，175 ℃条件下赶酸液体至1 mL左右;待消解样冷却后用1%硝酸定容样品至10 mL得到待测样品。

1.3 重金属含量测定方法

使用ICP-MS测定叶片和枝条中Cr、Ni、Zn、Cu、Pb、Cd的含量。

1.4 标准曲线的绘制（以Cd为例）

在1 000 μL/mL的标准Cd溶液中吸取37.5 μL定容至50 mL，此梯度为0.75 mg/L，并依次稀释，分别为0.75、0.60、0.45、0.30、0.15 mg/L。按上述Cd的测定条件，对各梯度浓度标准溶液进行ICP-MS测定，绘制Cd浓度（mg/L）对应吸光度的标准曲线。

1.5 叶片形态结构观察

样品在2.5%的戊二醇溶液中4 ℃固定过夜，然后按照下列步骤处理样品：

①采用0.1 mol/L的磷酸缓冲液（pH 7.0）漂洗样品3次，每次15 min;

②采用1%的锇酸溶液固定样品1～2 h，再采用0.1 mol/L的磷酸缓冲液（pH 7.0）漂洗样品3次，每次15 min;

③采用梯度浓度（30%、50%、70%、80%、90%和95%）的乙醇溶液对样品进行脱水处理，每种浓度处理15 min，再用100%的乙醇处理2次，每次20 min;

④临界点干燥;

⑤镀膜，观察。处理好的样品在日立SU-8010型场发射扫描电镜中观察。

1.6 数据分析

采用Excel 2016和SPSS 20.0进行数据分析。采用SPSS软件进行方差分析，图表绘制采用origin软件，图版采用Photoshop制作。

2 结果与分析

2.1 不同园林绿化树种各重金属含量的差异

从图1～2可以看出，不同的园林绿化树种中同一重金属含量不同。Cd含量最低，不超过2.5 mg/kg;校园外4个树种叶片和枝条中Cd含量没有显著差异;校园内冬青叶片中Cd含量显著大于红叶石楠和广玉兰，校园内4个树种枝条中Cd含量没有显著差异。校园外红叶石楠叶片中Cr含量显著大于女贞和广玉兰，校园内广玉兰叶片中Cr含量显著大于女贞;校园内外4个树种枝条中Cr含量均没有显著差异。校园外红叶石楠叶片中Cu含量显著大于女贞、冬青和广玉兰，但校园外广玉兰枝条中Cu含量显著大于其他3个树种;校园内4个树种叶片和枝条中Cu含量均没有显著差异。

校园外红叶石楠叶片中Ni含量显著大于女贞，校园外红叶石楠枝条中Ni含量显著大于其他3个树种;校园内4个树种叶片和枝条中Ni含量均没有显著差异。4个园林绿化树种叶片和枝条中Zn含量明显高于其他重金属含量，均高于30 mg/kg，校园内外4个树种叶片和枝条中Zn含量均没有显著差异。校园内外4个树种叶片和枝条中Pb含量也没有显著差异。

综上所述，4个树种吸收Zn的能力显著高于吸收其他几种重金属，且4个树种吸收Zn的能力没有显著差异。校园外红叶石楠叶片对Cr、Cu、Ni的吸收能力较强，红叶石楠枝条对Ni的吸收能力较强，广玉兰枝条对Cu的吸收能力较强;校园内冬青叶片对Cd的吸收能力较强。校园内外4个树种对Pb的吸收能力没有显著差异。

2.2 同种园林绿化树种各重金属含量在不同车流量处的差异

从图3～4可以看出，校园内冬青、女贞和红叶石楠的叶片和枝条中6种重金属（Cr、Ni、Zn、Cu、Pb、Cd）的含量与校园外无显著差异。校园内广玉兰叶片中6种重金属的含量与校园外无显著性差异，但校园内广玉兰枝条中Zn含量显著高于校园外，其他5种重金属含量没有显著差异。

2.3 同一园林绿化树种叶片和枝条重金属含量差异

从图5～6可以看出，校园内外的4个园林绿化树种叶片和枝条内Cd、Ni、Zn的含量均无显著差异。校园外女贞枝条中Cr含量显著大于叶片，其他3个园林绿化树种叶片和枝条中Cr含量无显著差异;校园内红叶石楠、冬青、广玉兰枝条中Cr含量显著大于叶片，女贞叶片和枝条中Cr含量无显著差异。校园内外红叶石楠叶片中Cu含量均显著大于枝条，其他3个园林绿化树种叶片和枝条中Cu含量无显著差异。校园外广玉兰叶片中Pb含量显著大于枝条，其他3个园林绿化树种叶片和枝条中Pb含量无显著差异;校园内女贞和冬青叶片中Pb含量显著大于枝条，广玉兰和红叶石楠叶片与枝条中Pb含量没有显著差异。