阿克蘇市5種常見園林樹種葉片重金屬含量分析

阿克蘇市5種常見園林樹種葉片重金屬含量分析

影響城市生態(tài)系統(tǒng)、生活環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的主要環(huán)境污染物之一。城市空氣中重金屬元素主要以大氣顆粒物的形式,在城市生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中遷移、富集和轉(zhuǎn)化［１］。城市園林樹種可以通過呼吸作用,吸收大氣中的重金屬元素,是空氣中重金屬的有效清潔器。因此,可以根據(jù)園林樹種葉片的重金屬含量來估測(cè)大氣中的重金屬污染狀況,鑒別城市環(huán)境污染程度,判斷污染等級(jí)和評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量［２］。近年來,對(duì)園林樹種吸收重金屬能力方面的研究日漸增多［３－７］,主要集中在沿海城市的園林樹種對(duì)空氣中重金屬的吸收規(guī)律上。然而,對(duì)西部干旱區(qū)綠洲城市園林樹種葉片重金屬含量的相關(guān)研究尚為欠缺。阿克蘇市地處新疆南部塔克拉瑪干沙漠北緣,降水稀少,氣候干燥,大氣中的沙塵顆粒物含量較高,全年干旱多風(fēng)伴有沙塵天氣［８］。煤炭、石油天然氣和有色金屬等礦產(chǎn)資源的不斷開采和煤化工企業(yè)的增多,并以原煤為主的城市能源消費(fèi)量的不斷上升,使得城市空氣污染程度更為嚴(yán)重。因此需要采取有效的防治措施防止重金屬污染區(qū)域的擴(kuò)大和污染程度的加深,逐步解決當(dāng)前嚴(yán)峻的重金屬污染問題。分析園林樹種葉片重金屬污染物含量及其分布特征,對(duì)如何選用園林樹種并有效減輕城市空氣污染,提高人居環(huán)境質(zhì)量有著重要意義。本研究以阿克蘇市主要園林樹種葉片為材料,通過原子吸收光譜法,對(duì)城市不同功能區(qū)的不同園林樹種葉片重金屬含量進(jìn)行測(cè)定和分析,旨在探明城市園林樹種葉片重金屬分布特征,為阿克蘇市選擇抗污、吸污能力強(qiáng)的園林樹種提供科學(xué)依據(jù)。1材料和方法1.1葉片的采集和采集選擇阿克蘇市建成區(qū)范圍內(nèi)5個(gè)不同功能區(qū),即公園休閑區(qū)(刀郎公園)、交通樞紐帶(西大街)、居民生活區(qū)(電視臺(tái)家屬院)、工業(yè)區(qū)(水泥廠、西工業(yè)園)及城郊林區(qū)(柯柯牙)。每個(gè)采樣點(diǎn)選擇生長(zhǎng)良好的新疆楊(Populusbolleana)、圓冠榆(Ulmusdensa)、垂柳(Salixbabylonica)、大葉白蠟(Fraxi-nusrhynchophylla)和法國(guó)梧桐(Platanusoriental-is)5種常見園林樹種。葉片樣本于2012年8月10-22日(晴朗無雨)連續(xù)采集。在不同功能區(qū)選擇同一種胸徑、樹高和生長(zhǎng)情況基本保持一致的樹木(表1),在樹冠的東、西、南、北方位的不同樹高處(2、3m和4m)采集無病蟲害的葉片,將葉片小心置于塑料袋中,編號(hào)帶回實(shí)驗(yàn)室處理。1.2葉片處理及熱裂解葉片樣本用蒸餾水清洗3~5次,去除表面泥土、灰塵和雜物,然后用去離子水漂洗3~5次,晾干,在75℃條件下烘36h,用粉碎機(jī)粉碎,過60目尼龍篩,裝于樣品袋中,儲(chǔ)于干燥器中以備消解。稱取已粉碎研磨成粉的葉片樣本0.5g置于消解管中,加入8mL混合酸HClO４-HNO３-H２SO４(6∶1∶1),震蕩均勻,用帶孔管塞塞嚴(yán),放置過夜。隔天在消解爐上加熱至80℃,保持3~4h以至溶液變綠,繼續(xù)加熱至140℃,保持30min,再繼續(xù)加熱至180℃,持續(xù)1h。取出消化管,冷卻至室溫,每管加入lmL濃硝酸,升溫至180℃,保持1~2h,至溶液變清亮,產(chǎn)生白煙,反應(yīng)達(dá)到終點(diǎn)。取出消化管,冷卻至室溫,過濾,定容到50mL。分別各取10mL配液,用原子分光光度計(jì)測(cè)定溶液中的重金屬含量,每個(gè)樣本重復(fù)3次。1.3數(shù)據(jù)分析利用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件,對(duì)5種園林樹種葉片重金屬含量進(jìn)行多重比較分析,用Excel2010軟件來處理數(shù)據(jù)并繪圖。2結(jié)果與分析2.1指標(biāo)含量的pb和cu含量利用5種園林樹種葉片中的Pb、Cd、Cu和Zn含量數(shù)據(jù),并對(duì)其進(jìn)行單因素方差分析(表2),可以看出,不同樹種的葉片重金屬的含量存在顯著差異(p<0.05)。法國(guó)梧桐和大葉白蠟葉片的Pb含量明顯高于其他3種,前者在電視臺(tái)家屬院達(dá)7.27mg·kg－１,后者在西工業(yè)園達(dá)6.12mg·kg－１。所調(diào)查5個(gè)功能區(qū)平均含量為4.1mg·kg－１。綜合各區(qū)5個(gè)樹種葉片中的Pb含量平均值依次為法國(guó)梧桐>大葉白蠟>新疆楊>垂柳>圓冠榆;對(duì)Cd而言,新疆楊葉片Cd含量明顯高于其他4種,在西大街達(dá)0.71mg·kg－１。所調(diào)查5個(gè)功能區(qū)平均含量為0.35mg·kg－１,綜合各區(qū)5個(gè)樹種葉片中的Cd含量平均值依次為新疆楊>法國(guó)梧桐>大葉白蠟>圓冠榆>垂柳;新疆楊葉片的Cu含量最高,在西工業(yè)園達(dá)27.23mg·kg－１,所調(diào)查5個(gè)功能區(qū)平均含量為14.19mg·kg－１,綜合各區(qū)5個(gè)樹種葉片中的Cu含量平均值依次為新疆楊>法國(guó)梧桐>大葉白蠟>垂柳>圓冠榆;法國(guó)梧桐和新疆楊葉片的Zn含量明顯高于其他3種,分別為76.03mg·kg－１和61.54mg·kg－１,所調(diào)查5個(gè)功能區(qū)Zn平均含量為39.65mg·kg－１。綜合各區(qū)5個(gè)樹種葉片中的Zn含量平均值依次為新疆楊>法國(guó)梧桐>大葉白蠟>垂柳>圓冠榆。總的來看,在所調(diào)查的5種園林樹種中,法國(guó)梧桐葉片的Zn和Pb含量最高,而新疆楊葉片的Cd和Cu含量最高。其可能與不同樹種葉片的外部結(jié)構(gòu),內(nèi)部生理生化以及基因［１０－１２］不同而造成的。2.2各功能區(qū)園林樹種葉片cd和zn含量情況不同功能區(qū)樹種葉片中的重金屬含量差異分析結(jié)果表明,不同功能區(qū)樹種葉片Pb的含量差異不顯著,區(qū)平均含量為4.10mg·kg－１,Pb含量在電視臺(tái)家屬院和西大街為最高,其含量為5.18mg·kg－１和5.03mg·kg－１。各功能區(qū)樹葉中Pb平均含量依次為電視臺(tái)家屬院>西大街>西工業(yè)園>水泥廠>刀郎公園>柯柯牙。由此可以看出,人類活動(dòng)(居民生活)是阿克蘇市樹葉Pb積累的重要來源,其次汽車也產(chǎn)生了一定影響,因?yàn)闄C(jī)動(dòng)車尾氣是大氣中Pb的主要污染來源,尾氣中Pb的含量占城市大氣污染總排放量的88%,車流量大時(shí),加速、減速停止等行為更頻繁,會(huì)排放更多尾氣［１３］。各功能區(qū)園林樹種葉片Cd含量變化幅度較小,差異不顯著,區(qū)平均含量0.35mg·kg－１。西工業(yè)園和水泥廠樹種葉片的Cd含量為較高,其含量分別為0.44mg·kg－１和0.42mg·kg－１。各功能區(qū)樹種葉片Cd的平均含量依次為西工業(yè)園>水泥廠>西大街>電視臺(tái)家屬院>刀郎公園>柯柯牙。大氣中的Cd主要來源于汽車尾氣和與Cd生產(chǎn)有關(guān)的礦業(yè)和冶金業(yè)［１０，１２］,由此可以確定工業(yè)活動(dòng)和交通對(duì)葉片Cd的積累貢獻(xiàn)較大。各功能區(qū)園林樹種葉片Cu含量存在顯著差異,區(qū)平均含量為14.29mg·kg－１,其中,西工業(yè)園Cu含量最高,為18.49mg·kg－１。各功能區(qū)樹種葉片Cu的平均含量依次為西工業(yè)園>西大街>水泥廠>電視臺(tái)家屬院>刀郎公園>柯柯牙。各功能區(qū)樹種葉片的Zn含量明顯高于其他重金屬元素,其區(qū)平均含量39.95mg·kg－１,各功能區(qū)之間差異顯著,西大街樹種葉片的Zn含量最高,為53.53mg·kg－１。各功能區(qū)樹種葉片Zn的平均含量依次為西大街>西工業(yè)園>水泥廠>電視臺(tái)家屬院>刀郎公園>柯柯牙。綜上所述,各功能區(qū)的重金屬含量有差異,即工業(yè)區(qū)樹木葉片的Cu和Cd含量最高,交通樞紐帶葉片的Zn含量最高,而居民生活區(qū)葉片的Pb含量最高。2.3葉片重金屬含量通過分析各樹種2、3m和4m高度葉片的重金屬含量可知,不同高度葉片重金屬含量有差異。新疆楊、垂柳和法國(guó)梧桐葉片中Pb、Cd和Zn含量存在顯著差異,而Cu含量差異不顯著(圖1);圓冠榆葉片的Pb、Cu和Zn含量表現(xiàn)出顯著差異,而Cd含量差異不顯著(圖1);大葉白蠟葉片Pb和Zn含量表現(xiàn)為顯著差異,而Cd和Cu含量差異不顯著(圖1)?？傮w上,2m高度的葉片重金屬含量>3m和4m處的葉片,其含量隨著高度的增加而減少。這可能是由于車輛和人類活動(dòng)引起二次揚(yáng)塵,導(dǎo)致2m處葉片受到更多的重金屬污染有關(guān)［１４］。3樹種葉片重金屬含量隨高度的變化和來源指標(biāo)分布采用原子吸收光譜法,測(cè)定阿克蘇市不同功能區(qū)5種常見園林樹種葉片的重金屬含量,運(yùn)用多重比較法對(duì)其分布特征進(jìn)行分析,并得出以下結(jié)論。5種樹種葉片重金屬含量存在顯著差異(p<0.05)。即法國(guó)梧桐葉片Pb和Zn含量最高,而新疆楊葉片Cd和Cu的含量最高;綜合各功能區(qū)總重金屬平均值依次為法國(guó)梧桐>新疆楊>大葉白蠟>垂柳>圓冠榆;不同功能區(qū)的樹種葉片平均重金屬含量也存在差異(Pb、Cd差異不顯著,Cu、Zn差異顯著)。其中,工業(yè)區(qū)樹種葉片Cu和Cd含量最高,交通樞紐帶葉片Zn含量最高,而居民生活區(qū)葉片Pb含量最高;不同功能區(qū)樹木葉片的總重金屬平均值依次為西工業(yè)園>西大街>水泥廠>電視臺(tái)家屬院>刀郎公園>柯柯牙;這結(jié)果由于各種園林樹種生理生態(tài)學(xué)特性不同,各功能區(qū)的污染程度和類型不同,導(dǎo)致不同樹種葉片中各重金屬含量的不同;同株樹不同高度葉片重金屬含量存在差異,2m高度的葉片重金屬含量>3m和4m處的葉片,其重金屬含量隨高度的增加呈降低的趨勢(shì)。不同高度葉片Pb和Zn含量差異顯著(p<0.05),而Cu和Cd含量與樹高未表現(xiàn)出顯著差異,因此可以初步確定阿克蘇市園林樹種葉片的Pb和Zn主要源于交通污染,即汽車尾氣的排放。有關(guān)研究