本文摘要：摘要选取福州市10种常见普通公路绿化树种为研究材料，运用电感耦合等离子体发射光谱仪测定叶片重金属(Fe、Mn、Zn、Cu、Pb、Cd)含量，分析绿化树种累积重金属能力及污染特征，为筛选有效治理道路生态系统中重金属污染的绿化树种提供科学依据。结果表明：(1)绿
摘要选取福州市10种常见普通公路绿化树种为研究材料，运用电感耦合等离子体发射光谱仪测定叶片重金属(Fe、Mn、Zn、Cu、Pb、Cd)含量，分析绿化树种累积重金属能力及污染特征，为筛选有效治理道路生态系统中重金属污染的绿化树种提供科学依据。结果表明：(1)绿化树种对重金属的累积量差异显著。紫薇的Cu累积量最高，紫叶李对Fe累积能力最强，鸡冠刺桐具有较强Cd累积能力，榕树和美丽异木棉累积Zn、Pb较强，小叶榄仁对Mn累积量最高。但不同绿化树种对重金属累积量综合排序一致，均为Fe>Zn>Mn>Cd>Cu>Pb。(2)绿化树种叶片中重金属累积量及污染特征存在季节性差异，对重金属吸滞累积集中在夏秋两季，其中常绿树种对Cu累积量在冬季较高。富集因子分析表明，春季Zn、Cd污染受人为活动影响较大，Fe秋季较大。Mn、Pb主要来源于自然源，Zn为轻度富集，Fe、Cd主要来源于人为源。(3)绿化树种对重金属累积能力存在显著差异。通过聚类分析及分值评价，不同绿化树种对重金属的累积能力综合排序为：美丽异木棉>榕树>鸡冠刺桐>紫叶李>黄花槐、小叶榄仁>羊蹄甲>香樟>白兰、紫薇。累积6种重金属综合能力最强树种为美丽异木棉，可作为福州地区道路生态系统重金属污染防治的首选绿化树种。
关键词重金属;绿化树种;叶;季节;来源分析;福州
改革开放以来，我国经济迅猛发展，城市化和工业化进程加快，灵活而有效的道路运输系统发挥着重要作用，然而也由此产生空气污染、噪声等一系列环境问题。随着机动车数量持续增加，汽车尾气排放、刹车和轮胎及道路磨损[1]产生的重金属微粒锰(Mn)、铜(Cu)、镉(Cd)等污染物也日益增加[2]，这些微粒容易与汽车经过产生的二次扬尘及空气中的灰尘(如PM2.5、PM10)结合形成重金属污染颗粒物，分散于城市各处，空气中过量重金属暴露通过接触人体皮肤和进入呼吸系统[3]，诱发皮肤病、心血管疾病、白血病和癌症等疾病[4-6]，对人体健康造成危害。因此，城市空气中重金属污染微粒的吸附研究对于改善城市人居环境具有重要的现实意义。
绿化论文范例： 园林绿化工程反季节绿化施工技术措施研究
绿化树种具有降低空气流速[7]、降温增湿[8]、吸附颗粒物[9]、富集重金属[10]等功能，通过叶片丰富的表皮绒毛、分泌黏性油脂或枝叶[11]，能够有效吸附空气中粉尘颗粒物，同时，树木叶片拥有大量气孔，能够通过呼吸作用吸收大气中的重金属物质[12]。因此，通过绿化树种的合理配置，合理规划城市绿化布局，对大气粉尘和重金属污染进行防治，对于美化环境，构建良好的城乡人居环境具有重要的现实意义。
近年来，我国学者在许多城市相继开展了绿化树种叶片滞尘与吸滞重金属能力研究，取得了诸多有意义的成果。王丹丹等[13]、杨淏舟等[14]、王爱霞等[15]的研究指出叶片中重金属累积量与绿化树种滞尘量呈显著正相关。高海波[16]的研究显示，国槐叶片具有较浅的波浪状突起和较短而稀疏分布的表皮毛，有利于大气颗粒物滞留。魏忠平等[17]对沈阳地区主要绿化树种的研究则表明，吸收大气污染物综合能力较强的树种是银中杨，较弱的是国槐、刺槐。陈波等[18]以天津市主要绿化树种为研究对象，结果表明，不同绿化树种对重金属元素和S元素吸滞能力的总排序为：白蜡>槐树>雪松>柳树>杨树>桧柏。
曹旖旎等[19]的研究发现浙江省余姚市常见绿化树种叶片滞尘能力较强的是夹竹桃、海桐和紫薇，累积重金属能力以紫薇、金边黄杨和红花檵木较强。目前多数研究集中在不同城市功能区植物叶片滞尘与累积重金属能力上，对不同植物叶片重金属累积量差异性、重金属富集的季节动态变化及普通公路适用植物功能性状的综合性研究较少。同时，受地理、季节、树种、污染物种类差异的限制，同一树种在不同区域对重金属的累积效果不同[20-21]，因此根据环境特点有针对性地开展树种重金属累积研究，对于区域树种的选择和配置具有重要的实践意义。
福州市是国家森林城市，植物资源丰富，其中常用的园林植物有160余种[22]。随着福州经济快速发展，城市规模不断扩大，汽车保有量迅速增加，路网建设密集，随之而来的是汽车尾气排放造成的生态环境问题。当前，福州对城市园林绿化植物的滞尘效应[23-25]和在城市建设中的应用[26-28]方面开展了一定的研究，但是对福州市普通公路适用植物功能性状的相关研究尚为空白。
因此，本文以福州市道路10种绿化树种为研究对象，比较不同绿化树种叶片累积重金属能力及分析其与四季变化的关系，借助单因子污染指数和富集因子分析法探究重金属的可能来源，以评价福州普通公路典型绿化树种叶片重金属累积能力，为城乡道路绿化树种的选择、城镇一体化景观布局规划以及生态文明建设提供数据参考。
1材料与方法
1.1研究区概况
福州市是福建省省会城市，位于福建省东部沿海闽江下游，东经118°08'—120°31',北纬25°15'—26°39'，属亚热带海洋性季风气候，温暖湿润，四季常青，雨量充沛，年均气温16~20℃，年均降水量900~2100mm，年相对湿度77%[29]。福州市分属南亚热带季雨林和中亚热带常绿阔叶林2种植被地带，受多种自然条件影响，植被类型复杂，植物种类繁多，以常绿阔叶树种占优势。
公路区域常见的绿化树种主要包括豆科(Leguminosae)、桑科(Moraceae)、木兰科(Magnoliaceae)、樟科(Lauraceae)、木棉科(Bombacaceae)、木樨科(Oleaceae)、蔷薇科(Rosaceae)、漆树科(Anacardiaceae)等。采样区域为福州市西三环路(K1+100-K2+100)绿化带，该路段位于乌龙江畔，车流量较大，汽车尾气污染较为严重。
1.2实验方法
1.2.1树种选取
根据福州市地理气候特征及树种多样性和代表性，兼顾城市道路和普通公路的特点，选取福州市公路事业发展中心提供的，市政道路和公路绿化中普遍使用的10种园林绿化树种作为研究对象。以福州市西三环路(K1+100~K2+100)为采样区域，经调查和统计，所选的树种在采样区域内均有分布，且数量满足采样要求。
1.2.2样品采集
在距离公路中心15m以内、无其他污染源、主辅路无车辆出入口的区域设置采样点，每个树种选取5个采样点，每个采样点内选取长势良好且树龄相近的植株3株进行采样。于2017年4月(春季)、7月(夏季)、10月(秋季)和2018年1月(冬季)选择3天天气较为晴好的时间(若遇降雨则选择降雨7d后的晴好天气)分别对10种树木进行采样，冬季只对常绿树种进行采样。
按不同植物叶片面积大小，在树冠内部和外围的东南西北4个方位，分为上、中、下3个层次，随机采集叶片长势良好、健康完整的成熟叶片，较大的叶片采集10片左右，中等大小的叶片采集30片左右，较小的叶片则采集50片左右。将采集的叶片用蒸馏水润湿过的滤纸包裹后小心放入自封袋，带回实验室。
1.2.3样品处理及重金属测定
将叶片用去离子水清洗晾干，在105℃下杀青后于65℃烘干至恒重，粉碎并过100目筛。先对处理完的叶片样品进行消煮，再利用美国PerkinElmer公司4300DV型电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)测定消煮液中的铅(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)、锌(Zn)、锰(Mn)及铁(Fe)元素含量。
1.3数据处理与综合评价
用Excel2016软件进行数据整理、处理和作图，用R软件对不同树种吸附的重金属含量数据进行方差分析、多重比较(Duncan，<0.05)和聚类分析。
1.4评价方法
采用单因子污染指数法和富集因子分析法分析绿化树种叶片中重金属的富集程度和污染来源。(1)单因子污染指数[30]是重金属含量与福州市相应土壤重金属元素背景值[31]之比，一般认为比值在0-1之间为无污染，在1~2之间为轻度污染，2~5为中度污染，大于5为重度污染。(2)富集因子(EF)是一个反演人类活动对自然环境扰动程度的重要指标，判断和分析人为源与自然源对绿化树种重金属元素含量的贡献水平，以此表征重金属来源[32]。
2结果与分析
2.1绿化树种叶片对重金属的累积能力分析
2.1.1不同绿化树种叶片重金属累积量比较
本研究测定了10种道路绿化树种叶片中Mn、Zn、Fe、Cu、Pb和Cd的含量，并对其进行多重分析(<0.05)，发现不同树种对不同重金属的累积量有显著差异。对Mn而言，小叶榄仁、榕树与白兰、紫薇的累积量之间具有显著性差异，且小叶榄仁累积量(0.129mg/g)较高，紫薇累积量(0.082mg/g)较低，各树种累积量排序为：小叶榄仁>榕树>黄花槐>美丽异木棉>香樟>紫叶李>鸡冠刺桐>羊蹄甲>白兰>紫薇。
对Zn而言，累积量较高的是榕树、鸡冠刺桐、羊蹄甲和美丽异木棉，但相互间差异不显著，分别为0.207、0.199、0.203、0.209mg/g，紫薇、香樟的累积量(0.182、0.181mg/g)比其余树种累积量显著偏低，且其余树种累积量差异也不显著。各树种的Zn累积量排序为：美丽异木棉>榕树>羊蹄甲>鸡冠刺桐>小叶榄仁>紫叶李>黄花槐>白兰>紫薇>香樟。
紫薇、香樟、小叶榄仁、黄花槐和紫叶李对Fe的累积量表现出显著差异，其中紫叶李的累积量(1.277mg/g)显著高于其他树种，紫薇的累积量(0.714mg/g)则显著低于其他树种。各树种对Fe累积量排序为：紫叶李>黄花槐>香樟>白兰>美丽异木棉>榕树>鸡冠刺桐>羊蹄甲>小叶榄仁>紫薇。
对Cu而言，各树种累积量差异较为显著，紫薇的累积量为(0.058mg/g)，显著高于其他树种，比美丽异木棉的累积量(0.019mg/g)高205.3%，各树种排序为：紫薇>黄花槐>香樟>小叶榄仁>白兰>鸡冠刺桐>羊蹄甲>榕树>紫叶李>美丽异木棉。绿化树种对Pb累积量差异不显著，美丽异木棉的累积量(0.0167mg/g)较高，而黄花槐(0.0149mg/g)较低，各树种累积量排序为：美丽异木棉>榕树>紫薇>羊蹄甲>鸡冠刺桐>香樟>紫叶李>小叶榄仁>白兰>黄花槐。
对Cd而言，所测定的绿化树种叶片累积量差异不显著，均在0.049mg/g附近，其中鸡冠刺桐叶片累积量(0.053mg/g)较高，排序为：鸡冠刺桐>紫叶李>白兰>美丽异木棉>羊蹄甲>小叶榄仁>榕树>香樟>黄花槐>紫薇。通过对以上各树种叶片中6种重金属累积量进行打分，累积量最高的树种记作10分，其后记作9分，依此类推，直至累积量最低的树种记作1分，然后将每一树种各元素得分相加，综合得出各树种对重金属的累积能力排序为：美丽异木棉>榕树>鸡冠刺桐>紫叶李>黄花槐、小叶榄仁>羊蹄甲>香樟>白兰、紫薇。
主要绿化树种叶片累积重金属的季节差异绿化树种对重金属的累积量存在季节差异。紫叶李、紫薇和小叶榄仁在不同季节对Mn的累积量差异不显著，其余7个树种在春季显著(<0.05)低于其他季节。榕树、鸡冠刺桐和紫薇对Mn的累积量随着季节变化不断增加，其余树种在夏季累积量最大。10个树种对Zn的累积量随着季节变化呈先增加后减少趋势，羊蹄甲、香樟、黄花槐、鸡冠刺桐和美丽异木棉在夏季累积量最高，其余5个树种在秋季累积量最高，其中香樟、紫薇和小叶榄仁在不同季节的累积量差异不显著。
各树种在不同季节对Fe的累积量差异较显著，其中5个落叶树种和羊蹄甲的累积量随着季节变化呈上升趋势，其余树种呈先上升后下降趋势且在秋季最高。榕树、鸡冠刺桐和紫薇在不同季节对Cu的累积量差异不显著;鸡冠刺桐和小叶榄仁对Cu的累积量随季节变化呈先增加后减少趋势，香樟和黄花槐累积量在秋季最低，冬季最高;其余树种累积量随季节变化呈增加趋势。绿化树种在春季对Pb的累积量显著低于其他季节，大部分树种(除香樟和黄花槐外)在夏季对Pb的累积量显著高于其他季节。
白兰、香樟、黄花槐、紫叶李、紫薇和小叶榄仁在不同季节对Cd的累积量差异不显著，羊蹄甲在春季的累积量显著低于其他季节，榕树在夏季的累积量显著高于其他季节，鸡冠刺桐、紫薇和美丽异木棉的累积量随季节变化均是呈现上升趋势。榕树、紫叶李和小叶榄仁对Cd的夏季累积量较高于其他季节，其余树种秋季较高。综上所述，大部分绿化树种对大气重金属Mn、Zn、Fe、Pb、Cd吸滞累积集中在夏秋两季，对于Cu，常绿树种冬季累积量较高，落叶树种集中于夏秋两季，大部分绿化树种在春季对以上重金属元素累积较低。
2.3重金属单因子污染指数及富集系数
利用各树种叶片重金属平均值获得不同季节重金属单因子污染指数。其中，Mn、Pb单因子污染指数小于1，属于无污染，而Zn、Cu的比值大多在1左右，属于轻度污染。说明这四种元素与土壤背景值相近，人为活动对绿化树种的重金属污染几乎无影响。
Mn、Pb和Zn与土壤背景值的比值季节变化不大，说明季节变化对三种重金属元素富集无明显影响。Cu在春季比值小于1，为无污染，冬季为2-5之间，为中度污染，说明在冬季受污染较严重。Fe、Cd的比值远远大于5，属于重度污染，且二者在秋季单因子污染指数最大，春季最小。通过对不同季节绿化树种叶片重金属富集因子分析，除Cu作为参比元素，获得其余5种重金属EF值。
Fe、Cd的富集系数均大于40，表明存在严重富集，说明这两种元素的产生受人类活动的严重影响，研究区位于道路附近，且附近无其他污染源，因此可认为主要来源于交通运输即汽车尾气、刹车和轮胎及道路磨损。Fe、Cd在冬季的EF值明显减小，说明绿化树种对其累积效果受人为因素的影响在冬季减小。Zn在春夏秋季的富集因子EF值大于1但小于5，为轻度富集，受到一定的人类活动影响。而不同季节Mn和Pb的富集指数均小于1，认为绿化树种叶片中Mn和Pb元素来源于自然源，且无明显季节变化。Zn、Cd均在春季受到人为活动影响最大，冬季最小，而Fe秋季最大，冬季最小。
总体来看，Fe、Cd受到人为活动影响时间最长，且影响程度最大，其次是Zn，影响最小的是Mn和Pb。对各树种叶片重金属含量富集因子分析，表明不同树种受到不同程度的重金属污染。其中，美丽异木棉、榕树和紫叶李对重金属的富集因子系数比其他树种较大，表明这三种树种具有一定的重金属累积能力，同时也反映出它们受重金属污染较为严重。其中，美丽异木棉对Fe的富集因子系数除略小于紫叶李外，对其他重金属元素的EF值均大于其他树种，而紫薇对所有重金属(除Cu作为参比元素)的EF值均小于其他树种。
Fe、Cd在所有树种中的EF值均大于40，表明绿化树种受这两种重金属的污染较为严重，也反映出这两种重金属来源于人类活动。而Mn、Pb在所有树种中的EF均小于1，表明绿化树种受其污染较轻，来源于人为源。紫薇和黄花槐对Zn的富集因子系数小于1，属于无污染，来源于自然源，其他树种EF值在1-5之间，属于轻度污染。由此表明，美丽异木棉受重金属污染较为严重，紫叶李受Fe元素污染较强，紫薇较轻。同时，重金属Fe、Cd污染受人类活动影响较大，Zn、Cu为轻度污染，Mn、Pb属于无污染，且各种金属夏秋两季污染指数及富集因子指数较高。
3讨论
3.1绿化树种叶片重金属累积量季节变化
本研究对福州市10种主要绿化树种叶片内重金属累积量测定表明，绿化树种对重金属的累积能力存在季节差异。研究结果一方面体现了绿化树种生命活动季节变化的差异性，另一方面则表明绿化树种累积重金属能力会受到季节变化的影响。绿化树种对重金属Mn、Zn、Fe、Pb、Cd吸滞累积作用主要集中在夏秋两季，这与李少宁等[34]的研究结论相近。
据中华人民共和国交通部公开数据显示，福建省夏秋两季交通货运量和客运量均高于冬春两季，其中秋季最高。而过高的交通运输量容易造成道路生态系统重金属污染程度增高，其中，重金属元素Fe、Cd污染指数秋季表现最高，污染程度最强。钟圣[35]和史梅娟[36]分别对福建地区优势树种的研究表明季节变化影响着光照强度和降水强度，从而影响植物生理活性变化，而植物通过各项生命活动从自然界中获取营养元素，包括重金属元素。
除此之外，江畅[37]的研究表明气候条件差异影响大气颗粒物沉降至叶片或土壤的速率，从而影响绿化树种累积重金属的效果。因此，夏秋较高的重金属吸滞积累可能与车流量[38-39]、气候状况[40]、植物生理生化作用[41]有关。绿化树种利用光合作用、呼吸作用及蒸腾作用将土壤-生物-大气联为一体，在进行生命活动过程中，不断将生态环境中重金属元素吸收并累积于体内。
其中，交通排放的重金属污染物[42-44]能够以气态或颗粒态形式干沉降到植物叶表面[45]，也可以随着降水等湿沉降方式到植物表面或土壤中[46]，叶片表面部分被绿化树种通过表皮气孔或吸附作用吸收[47]，土壤中溶于水的部分通过绿化树种根系吸收并随着木质部转移至叶片[48]，这些转移过程都需要依靠植物的光合、呼吸和蒸腾作用，而不同绿化植物在不同季节的光合作用、呼吸作用、蒸腾作用等生理作用速率不同[49-52]。
福州属于亚热带海洋性季风气候，夏季高温多雨，新陈代谢和蒸腾速率较高[53]，与大气交换比较频繁，因此有可能导致叶片所累积重金属较多。冬春两季温度较低且降雨较少，日照时间较短，植物活性较低，同时冬春两季叶片处于换叶期或生长早期，且由于一些落叶树种在冬季无法测定叶片重金属累积量，因此表现出主要绿化树种在冬春两季重金属累积量偏低。
3.2绿化树种累积重金属能力差异
绿化树种对重金属累积能力表现出一定的差异性，通过聚类分析及热图分析，可以直观地看出紫薇对Cu累积量最高，紫叶李对Fe累积能力最强，榕树和美丽异木棉对Pb、Zn具有较好的累积效果，对Mn累积最高的是小叶榄仁，反映了道路生态系统绿化树种的生物多样性，为筛选和培育具有高效净化能力的树种提供丰富物种资源。彭小东等[54]对乌鲁木齐快速路域绿化树种的研究表明红皮云杉、复叶槭、圆冠榆、樟子松、火炬树对各重金属的富集转运能力相对较强。
穆立蔷等[55]以哈尔滨主要道路树种为研究对象，结果显示，不同树种对重金属污染物的吸收存在差异性，其中白桦等对Pb吸附量较高，小黑杨等对Cd吸附量较高。杨淏舟等[14]对昆明常见绿化树种的研究则表明，龙柏对Cd、As、Pb、Zn富集能力较强，对Ni和Cu富集能力最强的分别是天竺桂和杜鹃，香樟叶片对各重金属元素的富集能力均较弱。而本次研究中，美丽异木棉对重金属综合累积效果最好，其次是榕树。因此，树种对重金属累积效应同时表现出地域性差异，郑瑶瑶等[3]的研究显示香樟叶片对Pb、Cd的吸滞量受地域环境变化的影响较小，在中国南方城市更具有应用普适性;女贞叶片对Cu、Zn的吸滞量受地域环境变化的影响较小。据此，选育种植道路绿化树种应考虑选择适应当地生态环镜且对重金属累积能力最强的本土树种。
4结论
通过对普通公路适用绿化树种叶片6种重金属(Fe、Mn、Zn、Cu、Pb、Cd)累积量测定及污染特征分析发现：
(1)绿化树种累积重金属能力存在树种差异。通过聚类分析及分值评价得出绿化树种累积重金属能力综合排序为：美丽异木棉>榕树>鸡冠刺桐>紫叶李>黄花槐、小叶榄仁>羊蹄甲>香樟>白兰、紫薇。但重金属在不同绿化树种叶片中累积量表现出一致性，综合排序为Fe>Zn>Mn>Cd>Cu>Pb。(2)绿化树种累积重金属能力存在季节差异。对不同季节重金属元素在绿化树种累积量分析，绿化树种对大气重金属Mn、Zn、Fe、Pb、Cd吸滞累积集中在夏秋两季，对于Cu，常绿树种冬季累积量较高，落叶树种集中于夏秋两季，绿化树种在春季对以上重金属元素累积较低。
(3)重金属Fe、Cd污染较为严重，富集指数大于40，受人类活动影响较大。Zn、Cu为轻度污染，Mn、Pb属于无污染。各种重金属夏秋两季污染指数及富集因子指数较高。各树种受重金属污染特征亦不相同，其中，紫薇受污染较轻，而美丽异木棉较为严重。(4)有些绿化树种对单一重金属具有强累积作用，紫叶李对Fe累积能力最强，小叶榄仁吸附累积Mn最强，榕树和美丽异木棉对Zn、Pb的吸附累积较强，鸡冠刺桐对Cd的累积效果最好，紫薇对Cu的累积能力比其他绿化树种均强。
综上所述，不同绿化树种具有不同的重金属累积能力，美丽异木棉对各种重金属的综合累积效应较好，且随着季节、气候变化而变化，因此，根据交通区污染物特点，有针对性地选择功能绿化树种与传统绿化树种进行合理搭配，不但能够根据不同树种在不同季节具有不同的形态特征，增加道路或城市的美化效果，还可以有效吸附空气中的颗粒物及净化重金属污染，从而实现生态效益最大化，达到更好的应用价值。
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作者：张邦裕1，冯清玉1，薛烨1，柳冬香3，赵朝辉2，闫淑君4，李键
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