工業(yè)污染山地植被修復造林樹種適應性評價

王 燕，葉思群，劉建潮，蘇 艷，何 茜，李吉躍

(1.華南農業(yè)大學林學與風景園林學院，廣東 廣州 510642；2.梅州市梅縣區(qū)林業(yè)局，廣東 梅州 514700)

工業(yè)污染山地植被修復造林樹種適應性評價

王 燕1，葉思群2，劉建潮2，蘇 艷1，何 茜1，李吉躍1

(1.華南農業(yè)大學林學與風景園林學院，廣東 廣州 510642；2.梅州市梅縣區(qū)林業(yè)局，廣東 梅州 514700)

以廣東省梅州市明珠冶煉廠污染山地植被修復的6個鄉(xiāng)土樹種為研究對象，調查6個樹種樹木早期生長表現(xiàn)，并采集葉片測定其重金屬元素(Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni)含量。結果表明：①6個鄉(xiāng)土樹種樹木早期生長綜合表現(xiàn)總體較好，樹木成活率、存活率分別達到98%、85%以上，其中，黑木相思和香樟樹早期生長表現(xiàn)最佳。②在6個鄉(xiāng)土樹種中，黧蒴、香樟樹對工業(yè)污染山地重金屬的吸滯能力較強，隸屬函數(shù)平均值分別為0.76、0.51。③梅州市明珠冶煉廠Zn和Cu污染較為嚴重，黧蒴對Cu、Zn、Pb、Cr 4種重金屬污染的吸附能力都最強，尤其是葉片Cu、Zn含量分別高達16.13、37.66 mg·kg-1。綜合樹木早期生長情況和植物對工業(yè)污染山地重金屬的吸滯能力，香樟樹和楓香的表現(xiàn)較佳。

工業(yè)污染；植被修復；適應性評價；梅縣區(qū)

工業(yè)生產過程中廣泛使用重金屬元素，工礦企業(yè)將未經嚴格處理的廢水直接排放，使得周圍的土壤容易富集高含量的有毒重金屬[1]。企業(yè)排放的煙塵、廢氣中也含有重金屬，并最終通過自然沉降和雨淋沉降進入土壤[2-3]。礦業(yè)和工業(yè)固體廢棄物在堆放或處理過程中，由于日曬、雨淋、水洗等，重金屬極易移動，以輻射狀、漏斗狀向周圍土壤擴散[4]。所有重金屬對生物都存在潛在的危害[5]，重金屬在植物體內的大量積累，不僅嚴重影響植物本身的生長發(fā)育[6]，而且使天然植被受到破壞，并通過食物鏈危及人類健康[7]。目前，國內外研究的植物修復主要應用于礦區(qū)廢棄地的生態(tài)恢復、富營養(yǎng)化或受污染湖泊的植物修復(主要指非重金屬如P、N元素)、農藥污染、放射污染及城市垃圾污染等[8]。礦區(qū)的植物修復是其中重要的組成部分，尤其在我國，礦區(qū)廢棄地的植物修復具有重要的現(xiàn)實意義[9]。利用綠色植物來轉移、容納或轉化污染物的植物修復技術越來越為人們所重視[10～12]。本研究通過對梅州市明珠冶煉廠污染山地植被修復的6個樹種生長指標和葉片重金屬元素(Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni)含量進行測定分析，對6個樹種的適應性進行評價，篩選出修復效果好、適應性強的鄉(xiāng)土樹種，為今后梅州市工礦區(qū)污染地植被修復提供參考。

1 研究方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于梅州市梅縣區(qū)雁洋鎮(zhèn)對坑村，東經 115°18′—116°56′、北緯23°23′—24°56′。屬亞熱帶季風氣候，氣候溫和，日照充足，熱量豐富，雨量充沛，雨熱同季。年均氣溫 21.3 ℃，年均日照時間1874.2 h，年均降水量1528.5 mm，年相對濕度77%，年均無霜期306 d。長期以來，因工業(yè)廢氣排放嚴重污染試驗地的自然環(huán)境，致使大面積土壤裸露，植物生長緩慢或死亡。

試驗地首先進行全面清理整地，按照株行距2 m×2 m，植穴50 cm×50 cm×40 cm挖穴，然后對土壤進行改良(每穴施放熟石灰250 g、雞糞肥500 g、鈣鎂磷肥500 g)。選用6個鄉(xiāng)土樹種進行造林，分別為黑木相思(Acaciamelanoxylon)、黧蒴(Castanopsisfissa)、香樟(Cinnamomumcamphora)、山杜英(Elaeocarpussylvestris)、紅錐(Castanopsishystrix)、楓香(Liquidambarformosana)。整地造林時間為2014年2—5月，各樹種均選用2年生苗木，造林面積共計49 hm2。

1.2 研究方法

1.2.1 野外調查方法 分別于2014年11月、2015年4月對試驗樣地內的造林樹種進行生長指標的測定。對樣地的每個樹種分別設置3個15 m長的樣帶，每個樣帶15株樹木進行具體的測量與調查。對樣地內的樹木進行每木調查，包括樹木成活率、存活率、樹高和冠幅。其中樹木成活率是在造林后180 d進行統(tǒng)計，而存活率在1 a后進行統(tǒng)計。

1.2.2 樣品采集與處理

1)植物葉片：2015年4月，選擇健康、無病蟲害的樹木進行采樣，在樹冠外圍東、南、西、北方向及上、中、下部位多點采集葉片，大約采集500～800 g。將葉片置于自封袋中，封口并編號，帶回實驗室。植物葉片先用蒸餾水洗凈，放在溫度為105 ℃的烘箱中殺青1 h，再在70 ℃溫度下烘24 h直至樣品全干，最后用粉碎機粉碎，過篩備用。

2)土壤：在每個林帶拉一個5 m×10 m的長方形樣方，于4個角及中心位置共取5個點，用環(huán)刀采集0～20、20～40 cm土層的原狀土作為土壤物理性質測定樣品；使用多點混合法，采集0～20 cm土層的土壤，將土壤置于自封袋中，封口并編號，帶回實驗室，土壤樣品自然風干，混勻，剔除雜物再過篩，然后用研缽取少量樣品進行研磨，最后過0.149 mm尼龍篩，用于土壤化學性質及硫含量、重金屬含量測定。

1.2.3 樣品測定

1)植物樣品用硝酸-高氯酸[13]消化，待測液中重金屬(Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni)含量用火焰原子吸收分光光度法(型號：Z-2300)測定[14]。

2)土壤樣品用過氧化氫、氫氟酸、硝酸和高氯酸消化[16]，待測液中重金屬(Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni)含量用火焰原子吸收分光光度計[15]測定。pH值(水∶土=25∶1)玻璃電極法測定，有機質測定使用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法，全氮為開氏-蒸餾滴定法，全磷為氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法，全鉀為氫氧化鈉熔融-火焰原子吸收分光光度計測定，堿解氮為堿解擴散法，有效磷使用鹽酸-氟化銨提取-鉬銻抗比色法，速效鉀使用乙酸銨提取-火焰原子吸收分光光度法[13]。土壤物理性質采用環(huán)刀法[17]進行測定。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理與分析 采用Excel 2007、SPSS 19.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，多重比較采用Duncans法，方差分析采用Tukey法。

2 結果與分析

2.1 試驗地土壤分析

由表1、表2、表3可知，試驗地土壤綜合狀況為：①田間持水量、毛管持水量和毛管孔隙度均偏低，土壤物理結構不良，持水保肥能力較差；②土壤為弱酸性，適合多數(shù)植物生長；③土壤N、P、K含量偏少，且養(yǎng)分不平衡，土壤營養(yǎng)并不是很豐富；④土壤堿解氮、速效鉀含量較高，說明近期土壤氮素供應能力較強，土壤肥力高，利于植物生長；⑤除土壤鉛和銅含量位于三級標準(農林業(yè)生產和植物正常生長的土壤臨界值)外，鋅、鎘、鉻、鎳含量均位于二級標準[18]，試驗地土壤質量基本對環(huán)境和植物不造成危害和污染。

表1 試驗地土壤物理性質

表2 試驗地土壤氮磷鉀養(yǎng)分含量

表3 試驗地土壤重金屬含量 mg·kg-1

2.2 試驗地6個造林樹木生長表現(xiàn)分析

為研究試驗樣地不同造林樹種的生長表現(xiàn)，對研究區(qū)域內6個樹種的成活率、存活率、樹高、冠幅進行對比，結果見表4。從表4可以看出，2014年11月楓香成活率較低，僅98%；而其余5個樹種的成活率均為100%。2015年4月存活率較低的為山杜英、黧蒴，分別為95%、98%。2014年11月調查的樹高均值較高的為黑木相思、山杜英，分別為1.78、1.56 m；2015年4月調查的樹高均值較高的為黑木相思、楓香、山杜英，其中增值最高的為黧蒴、楓香，分別為0.75、0.43 m。2014年11月冠幅均值表現(xiàn)最好的為黑木相思，達到1.17 m，黧蒴的表現(xiàn)最差，僅0.44 m；2015年4月冠幅均值較高的為黑木相思、楓香，平均冠幅分別為1.59、1.14 m，其余4個樹種冠幅均值相當，介于0.78～0.89 m之間，其中，楓香增值達到0.65 m，表現(xiàn)最佳；紅錐增值最小，僅為0.24 m。

表4 試驗地6個樹種生長指標

2.3 試驗地6個造林樹木生長表現(xiàn)綜合評價

樹木成活率、存活率、樹高均值、冠幅均值都可以直觀反映樹木的生長表現(xiàn)，而隸屬函數(shù)值則與這4個指標呈正相關，即隸屬函數(shù)平均值越大，則代表樹木的生長表現(xiàn)越好。對梅州市明珠冶煉廠污染山地試驗地的樹木成活率、樹木存活率、樹高均值、冠幅均值進行隸屬函數(shù)排名，結果見表5。從表5中可知，試驗地6個鄉(xiāng)土樹種樹木早期生長綜合表現(xiàn)排名順序為：黑木相思>香樟樹>楓香>紅錐>黎蒴>山杜英。而香樟樹與楓香、黧蒴與紅錐的生長指標隸屬函數(shù)均值差別不大，但與排名第一的黑木相思差別較大，說明黑木相思在試驗地早期生長狀況最佳。

表5 試驗地6個樹種生長指標隸屬函數(shù)值及綜合排名

2.4 試驗地6個樹種Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni含量分析

重金屬是指相對密度≥5.0的金屬元素，如鐵(Fe)、錳(Mn)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、汞(Hg)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鈷(Co)等，但有些微量元素則兼具營養(yǎng)元素和污染物雙重屬性，如Cu、Zn等[19]。由梅州市明珠冶煉廠污染山地試驗樣地6個鄉(xiāng)土樹種葉片中銅(Cu)和鋅(Zn)的含量(圖1、圖2)可知：不同樹種對Cu和Zn的吸收能力不同，且樹種間差別很大。例如，黧蒴吸收銅的量為16.13 mg·kg-1，楓香為6.87 mg·kg-1，兩者葉片吸銅量相差很大，前者是后者的2.35倍，黧蒴葉片含銅量與其余5個樹種呈現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)。圖2中6個樹種葉片含鋅量差異也較為顯著(P<0.05)，其中黧蒴的含鋅量為37.66 mg·kg-1，分別是山杜英和黑木相思的2倍多，是香樟樹、紅錐和楓香的1.3～1.4倍。

從圖3、圖4可以看出，試驗地6個鄉(xiāng)土樹種葉片含鉛量整體高于葉片的含鎘量，葉片含鉛量最低的為黑木相思1.01 mg·kg-1，葉片含鎘量最低的為山杜英0.14 mg·kg-1。并且，同一樹種對不同的重金屬吸附也有差異，因為不同樹種抗性存在差異，對污染物敏感程度不同。如在圖3中黎蒴含鉛量最高，為2.65 mg·kg-1，但含鎘量僅1.02 mg·kg-1，低于香樟樹(2.67 mg·kg-1)、紅錐(2.75 mg·kg-1)。對6個樹種進行方差分析，可知它們之間葉片含鉛量和含鎘量存在顯著性差異(P<0.05)。

由圖5、圖6可知：①不同樹種對鉻、鎳的吸收能力不同，且差別較大，如黎蒴的鉻含量為1.68 mg·kg-1，是楓香的近7倍；楓香的鎳含量為4.15 mg·kg-1，是紅錐的4倍。②同一樹種對不同的重金屬元素吸附量亦有差異，如山杜英對鎳的吸收量大于鉻，吸附鉻的量為0.77 mg·kg-1，吸附鎳的量為1.31 mg·kg-1。方差分析表明：6個樹種葉片吸附鉻和鎳的量存在顯著差異(P<0.05)。

圖3 不同樹種葉片中鉛(Pb)元素的含量圖4 不同樹種葉片中鎘(Cd)元素的含量

圖5 不同樹種葉片中鉻(Cr)元素的含量圖6 不同樹種葉片中鎳(Ni)元素的含量

2.5 試驗地6個樹種對重金屬元素吸收能力綜合評價

葉片對銅(Cu)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、鎘(Cd)、鉻(Cr)和鎳(Ni)等重金屬元素的吸附量都可以直觀反映樹木吸收重金屬污染的能力，隸屬函數(shù)平均值越大，則代表樹木吸收重金屬污染的能力越強。梅州市明珠冶煉廠污染山地試驗地6個鄉(xiāng)土樹種葉片對6種重金屬元素含量均值進行隸屬函數(shù)排名結果見表6。從表6可知，試驗地6個鄉(xiāng)土樹種樹木吸收重金屬能力大小排序為：黧蒴>香樟樹>楓香>紅錐>黑木相思>山杜英。紅錐、楓香的6種重金屬含量隸屬函數(shù)均值分別為0.37、0.38，說明這2個樹種吸收重金屬污染能力相當；黧蒴的6種重金屬含量隸屬函數(shù)均值為0.76，而排名最后的山杜英僅為0.10，與黧蒴的差距甚大，說明黧蒴在試驗地吸收重金屬污染的能力最強，顯著優(yōu)于山杜英。

表6 試驗地6個樹種重金屬含量隸屬函數(shù)值及綜合排名

3 結論與討論

3.1 結論

樹木早期生長綜合表現(xiàn)能夠直觀判斷其對環(huán)境的適應性及其自身的抗逆性。梅州市明珠冶煉廠污染山地植被修復所用的6個鄉(xiāng)土樹種早期生長表現(xiàn)總體較好，樹木成活率、存活率分別達到了98%、85%以上，2014年11月的樹高和冠幅均值分別為1.35 m、0.61 m；2015年4月的樹高和冠幅均值分別為1.71 m、1.01 m。6個造林鄉(xiāng)土樹種早期生長綜合表現(xiàn)為：黑木相思>香樟樹>楓香>紅錐>黧蒴>山杜英。本研究中，試驗地植被修復使用的6個樹種早期生長表現(xiàn)總體較佳，表明工業(yè)污染山地植被修復所選用的造林樹種比較合理。

本研究對試驗地6個鄉(xiāng)土樹種的重金屬吸滯能力綜合評價結果為：黧蒴>香樟樹>楓香>紅錐>黑木相思>山杜英。黧蒴和香樟樹對工業(yè)污染山地重金屬的吸滯能力較強，隸屬函數(shù)平均值分別為0.76、0.51。黧蒴是廣東鄉(xiāng)土闊葉樹種，既是優(yōu)良的生態(tài)樹種，又是速生快長的商品林樹種；香樟樹對土壤要求不嚴，萌芽力強，存活期長，且具有很強的吸煙滯塵、涵養(yǎng)水源、固土防沙和美化環(huán)境的能力。這2個樹種都可以成為今后梅州市工業(yè)污染地植被修復的首選造林樹種。

梅州市明珠冶煉廠污染山地6種樹木葉片對銅(Cu)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、鎳(Ni)污染都具有一定的吸收和吸附能力，并依污染物的種類和樹種的不同具有明顯差異。其中，黧蒴對Cu、Zn、Pb、Cr的吸附能力都最強，尤其是Cu和Zn吸附能力強，分別達16.13、37.66 mg·kg-1；吸附Cd較強的為紅錐，達到2.75 mg·kg-1；楓香吸附Ni最強，為4.15 mg·kg-1。Zn是本研究中植物葉片含量普遍較高的一種重金屬元素，6個樹種葉片含Zn量平均達到了25.74 mg·kg-1，其次是葉片Cu含量，達到了8.97 mg·kg-1，而Cr則是植物葉片含量均值最小的一種，僅0.99 mg·kg-1。測定的植物葉片6種重金屬元素含量中，Pb、Cr、Ni 3種元素平均含量相當，介于1.19～1.79 mg·kg-1之間。由此可知，梅州市明珠冶煉廠污染山地Zn和Cu污染較為嚴重。

3.2 討論

生態(tài)恢復一定要因地制宜，符合當?shù)氐臍夂驐l件、污染狀況和本地植物的生理生態(tài)特點[20]。在很大程度上，吸附是一種物理性過程，其與植物表面的結構，如葉片形態(tài)、粗糙程度、葉片著生角度和表面的分泌物有關，因此不同樹種吸附重金屬的能力不同[20]。如黧蒴葉背面被細片狀臘鱗及微柔毛，縱溝棱明顯，而山杜英葉片薄革質，2個樹種葉片表面結構相差甚大。從試驗結果可以看出，這2個樹種的葉片重金屬含量有顯著差異，黧蒴葉片Cd含量是山杜英的7倍多，其余幾種重金屬含量也是山杜英的1～2倍多。因此，推測6個樹種葉片對幾種重金屬吸收能力與其葉表面結構有密切關聯(lián)，還需要進一步探討才能得到證實。

植物對污染物的吸附和吸收是一個長期且復雜的過程，并且與土壤理化性質、污染物本身的性質、當?shù)氐臍夂驐l件、自然環(huán)境和植物本身的生理生態(tài)特征等多種因素有關[21]。在本研究中，僅僅對植物葉片進行采樣測定，而未對植物的根、莖等部位進行測定分析，不能全面分析這6個樹種的抗重金屬污染性；并且本次研究只在2015年4月份進行采樣，還未進行連續(xù)的季節(jié)采樣，未能從動態(tài)變化的角度進行更加科學的評價。在今后的研究中，應加強對試驗地土壤化學性質和樹木葉片元素含量的定期連續(xù)監(jiān)測。

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An Assessment on the Adaptability of Afforestation Tree of Vegetation Recoveryof Industrial Polluted Mountain

WANG Yan1，YE Si-qun2，LIU Jian-chao2，SU Yan1，HE Qian1，LI Ji-yue1

(1.CollegeofForestryandLandscapeArchitecture，SouthChinaAgricultureUniversity，Guangzhou510642，Guangdong，China； 2.ForestryBureauinMeiCountry，Meizhou514700，Guangdong，China)

Virescence species is the vector of environmental enhancement and the blade is the absorber of atmospheric pollutants.Ming-zhu smelter pollution mountain of Meizhou City in Guangdong province were investigated to study early growth performance of 6 local tree species through sample-plot survey，and the blade was sampled to determine their heavy metal content (Cu，Zn，Pb，Cd，Cr and Ni) respectively.The results showed：①the survival rate of 6 local tree species in experimental field were above 98% and 85%，at the same time，AcaciamelanoxylonandCinnamomumcamphorainitialwere best in growth performance.②CastanopsisfissaandCinnamomumcamphorashowed a stronger absorption ability of mountain heavy metal，and the average of membership function were 0.76 and 0.51 respectively.③Zn and Cu pollution of this pollution mountain were the most serious.The adsorption ability of heavy metals such as Cu，Zn，Pb and Cr ofCastanopsisfissawas the strongest，especially Cu and Zn as much as 16.13 mg·kg-1and 37.66 mg·kg-1respectively.Comprehensive analysis of early growth performance and absorption ability of heavy metals，CinnamomumcamphoraandLiquidambarformosanashowed a better performance.

industrial pollution；vegetation recovery；assessment of adaptability；Mei Country

2015-11-09；

2015-12-16

廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新專項資金項目(景觀生態(tài)林帶樹種篩選及配置技術研究與示范，2013KJCX006-02、2015KJCX016)

王燕(1990—)，女，河南三門峽人，華南農業(yè)大學林學與風景園林學院研究生，從事風景園林研究。E-mail：372738878@qq.com。

李吉躍(1959—)，男，四川金堂人，華南農業(yè)大學林學與風景園林學院博士生導師，從事森林培育研究。E-mail：ljyymy@vip.sina.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.03.024

S731.6；S718.57

A

1002-7351(2016)03-0116-07