公路路域绿化带植物重金属分布规律及富集性研究——以西安市南二环路为例

摘要

现今,人们对绿化带植物种类进行选择时,通常看重的是其滞尘及降噪的能力,然而随着由交通带来的土壤重金属日趋严重,植物对土壤中重金属的吸附能力也应成为绿化带植物的选择原则之一。本文以西安市交通最繁忙的南二环五个采样点中的17种绿化带植物和相对清洁的长安大学雁塔校区内的5种植物作为研究对象,通过测定植物及植物根际土壤中重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的浓度和土壤理化性质,研究植物中重金属的空间分布规律和植物对重金属的富集性。利用SPSS18.0统计软件和Excel2010软件进行逐步回归分析、元素相关性分析以及生物富集及转移能力的分析,得出植物体内各重金属元素之间,植物根系中重金属浓度与土壤重金属形态之间,植物富集能力与植物根际土壤重金属浓度之间以及植物富集能力与根际土壤理化性质间的相关性。并在综合考虑植物体内重金属浓度,植物对各重金属元素的富集能力,植物地上器官对重金属的转移能力,植物自身生存能力等因素的基础上,选择适合于西安地区公路路域的绿化物种。具体研究结果如下:
　　1.重金属在植物体内的空间分布并未表现出明显的规律性。乔木植物中,重金属大多集中在植物根系;灌木层植物中,重金属主要分布于根或树皮,但也有许多元素在各植物体内的集中分布区不一,说明植物对于重金属的吸收及转移并不一定以根系作为起始点。此外,本次研究的乔木植物中,云杉中重金属的分布规律尤显特殊,六种重金属的分布均集中于叶,根部浓度很小。
　　2.为了探讨重金属元素在各植物体中的浓度大小是否因元素自有性质而具有一定的规律性,本文将不同元素在同一植物体内地上及地下器官内的的浓度通过折线图进行比较,其结果显示,随原子序数的递增(Cr→Pb),乔木及灌木植物的地下和地上器官中重金属的浓度均表现出“N”字形变动趋势。另外,乔木及灌木植物地下器官中的重金属元素的浓度均具有CZn>CCu、CNi、CCr、CPb>CCd的基本规律;灌木植物地上器官所呈现出的“N”字形变动趋势更为平缓,且均是元素Pb浓度最大,元素Cr浓度最小。
　　3.将各重金属元素在七种乔木(或灌木)植物相应器官的平均浓度作为比较因子对各重金属元素在乔木植物和灌木植物体内的空间分布规律进行比较,结果说明,各重金属元素在乔木和灌木中的根、枝、叶中空间分布规律具有较高的一致性。但是,重金属元素在乔木与灌木树皮里的分布截然不同,重金属在乔木树皮里分布极少,各元素浓度均少于其它三个器官,而在灌木树皮中分布较多,Cd、Cr、Cu、Ni和Pb元素在灌木树皮里的浓度大小仅次于根,Zn元素在树皮里的浓度更是大于其在根系中浓度。可见,与植物自然形态关系较大的是重金属在植物树皮中的富集。
　　4.大叶女贞(LigustrumlucidumAit)和白皮松(PinusbungeanaZucc.)体内重金属浓度相对于同一环境其他乔木植物较高;南天竺(Nandinadomestica)和腊梅(Chimonanthuspraecox)内重金属浓度相对于同一环境其他灌木植物较高;高羊茅(Festucaarundinacea)和蒿草(Cyperaceae)内重金属浓度明显高于生长于同一环境的三叶草。
　　5.乔木植物对于各重金属元素的富集,均是白皮松能力最强,特别是对于元素Zn的富集(富集系数BCF:1.123)。灌木植物对重金属元素的平均富集能力强于乔木植物,其中,南天竺富集性最强,其对元素Cd、Ni、Pb和Zn的富集能力均是这七种植物之最,它对于元素Zn的富集能力最为显著(富集系数BCF:1.123)。
　　6.乔木植物中,体内重金属浓度较少的云杉(Piceaasperata)、刺柏(Juniperusformosana)及石楠(PhotiniaserrulataLindl.)表现出显著转移能力,特别是云杉,对六种金属的转移系数(BTF)均大于1。七种灌木植物中,重金属浓度相对较高的南天竺表现出对重金属很强的转移能力,对元素Pb和Zn的转移系数分别为1.141和1.418。
　　7.通过对植物体内重金属浓度,植物富集能力、植物地上器官转移能力等综合比较,本文选择乔木类的白皮松以及灌木类的南天竺作为优势富集植物。其中白皮松优势富集Zn和Cd,而南天竺属于多金属优势富集植物,对于Cd、Cu、Ni、Pb和Zn元素均具有较强富集能力。
　　8.乔木植物中6种重金属元素之间有6对元素浓度的相关性达到显著水平,其中关系最密切的是Cr和Ni。灌木植物中6种重金属元素之间有6对元素浓度的相关性达到显著水平,其中关系最密切的是Cu和Zn;草本植物中无元素之间浓度的相关性达到显著水平,但Pb与Cu、Ni,Zn与Cd的相关性较好,r值均达到0.9以上,其中Zn与Cd间的相关性最好,rCd-Zn=0.993。通过建立回归分析方程发现,乔木植物中的Cr、Pb和Zn的浓度,均受Ni元素浓度的影响;而灌木植物中的各重金属元素浓度均只与一种元素成线性关系,其中受Pb元素浓度的影响较多;草本植物中,浓度受元素Cd影响的金属元素较多,包括Cr、Pb和Zn,且各重金属元素浓度均与两种元素成线性关系。
　　9.植物根系内六种重金属元素的浓度与根际土壤内相应元素有效态浓度均呈现正相关关系;其中Ni元素在两者之间的相关性显著,而Pb元素在两者之间的相关性较差,说明大多数乔木植物可能对于有毒的Pb元素具有逆抗反应,本身就难于被植物体吸收。
　　10.将植物富集系数与植物根际土壤中重金属浓度进行相关性分析发现,植物本身的富集能力与根际土壤内重金属浓度并无显著相关性,可见土壤环境的供给能力并未直接影响乔木植物的富集能力,而是受植物生长需求的影响。
　　11.将植物富集系数与植物根际土壤各理化参数进行相关性分析发现,随着pH值得增大,除Cu元素外,植物对其它五种元素的富集能力均降低,而植物对Cu元素的富集能力虽与pH值呈现正相关,但相关性不显著;植物对六种金属的富集能力与土壤盐度均呈现负相关关系,但相关性并不显著;植物对六种金属的富集能力均与根际土壤电导率呈现负相关关系,表明电导率对重金属行为有控制效应;除元素Cd以外,植物富集能力与根际土壤速效磷间均呈现负相关关系,磷酸盐在加入污染土壤后,会显著降低重金属有效态浓度,促使重金属向残渣态转化,从而减弱了植物对重金属的富集。

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第一章 前言

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容

1.4技术路线

第二章 研究方法

2.1基本原理

2.2植物重金属污染及富集性的分析方法

2.3研究区域概况

2.4 采样点的布设以及植物样品的选取

2.5样品采集与预处理

第三章 实验方法

3.1土壤理化性质的测定

3.2重金属测定预处理

3.3重金属的测定方法

第四章 实验结果与分析

4.1公路路域植物体内重金属的空间分布特征研究

4.2公路路域不同植物对重金属富集性研究

4.3植物中各重金属元素之间的相关性研究

4.4土壤-植物系统污染相关性研究

第五章 结论与建议

5.1结论

5.2本研究不足及建议

参考文献

致谢