北京市位于华北平原北部，位于东经115°24′~117°30′，北纬39°28′~41°05′。三面环山，东南部面向华北平原。全市辖区总面积16 410.54 km²，其中山地占2/3、平原占1/3。山地海拔大部分在300~1 500 m，平原海拔大部分在260 m。北京市属于暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明。春季增温快，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷干燥。年平均气温为11.5℃，年均降水量为543.7 mm^[25]。试验样地位于北京市海淀区西部蓝靛厂北路，西北四环南侧，为北京重要供水线路京密引水渠(昆玉河)沿岸道路，向北连接西北四环，向南经远大路连接北三环。

采样点设置在昆玉河东岸和蓝靛厂北路之间的道路防护林。林带主要树种为国槐(Sophora japonica Linn.)、金银木(Lonicera maackii(Rupr.)Maxim.)、麦冬(Ophiopogon japonicus(L.f.)Ker-Gawl.)等；大乔木仅有国槐一种，为单行栽种，平均株距5.2 m、平均胸径32.3 cm、平均树高7.9 m、平均冠幅10.6 m×7.2 m。林木日常养护管理工作包括定期的浇水、施肥、除草等措施，根据生长情况进行适当修剪，目前林带基本保持健康良好的生长状态。

试验样品于2016年10月上旬落叶前生长稳定期采集，在样地内选择长势良好、无明显病虫害的3株国槐(与林分平均胸径和平均树高误差不超过5%)作为平均木，用高枝剪分别在东西南北4个方向采集1个标准枝，取下标准枝所有叶片均匀混合后称取等量叶片后均匀混合，树枝样品烘干研末后等量混合；在树木东西南北4个方向采集树根(0.5~1 cm)等量混合；在胸径处分别在东西南北4个方向用直径5 mm的生长锥钻取树芯，钻取长度超过髓心，并去掉超出部分后混合；用大号美工刀采取同高度四个方位的树皮混合样。在昆玉河沿岸选择3块样地，分别采样后均匀混合。样品带回实验室用用蒸馏水清洗干净并擦干水分。80℃烘干样品至恒质量后，将样品混合后粉碎并过60目筛，干燥保存。采用五点取样法分别采集样地0~20，20~40，40~60, 60~80 cm土层深度的土壤，相同土层样品等量混合后常温下阴干，过170目筛。

采用欧共体标准物质局提出并经Rauret等改进的BCR连续提取法^[26]对土壤及植物样品中Cr、Ni、Mn、Cu、Zn、Cd和Pb 7种重金属的形态进行分级提取。按加入提取剂种类及提取顺序的不同，样品中所含重金属被分为4种形态，即可交换及碳酸盐结合态(酸溶态B1)、Fe/Mn氧化物结合态(可还原态B2)、有机物及硫化物结合态(可氧化态B3)、残渣态(B4)。土壤残渣态采用HCl-HNO₃-HF-HClO₄湿法消解法，植物残渣态采用HCl-HNO₃-HClO₄湿法消解法。提取液或消解后的溶液定容后均采用美国Agilent公司生产的电感耦合等离子体质谱仪Agilent 7700型号(ICP-MS)测定。

全株挖掘法为直接计算树木生物量的方法，但受制于样地客观条件无法采用该精确方法，并且现在尚没有适用于国槐各器官的生物量估算方程，根据王迪生等人^[27]的研究，参考同属或同科树木的生物量模型进行估算。采用贾汉森等人^[28]总结的刺槐各器官生物量的相对生长方程(表 1)进行计算。

(1) 重金属富集系数=树木体内某元素浓度土壤中该元素浓度，富集系数越大，说明树木对重金属的吸收能力越强^{[20, 29]}。

(2) 重金属器官间转运系数(IF_B-A)=A器官重金属元素浓度/B器官重金属元素浓度^[30]。

(1) 单位面积重金属富集量

单位面积重金属富集量=单株乔木重金属总贮量/单株绿化覆盖面积^[21]。

(2) 单位立体空间重金属富集量

单位立体空间重金属富集量=单株乔木重金属总贮量/单株绿化空间辐射占有量。

单株绿化空间辐射占有量即树木正常生长的生存空间及发挥多种生态功能的空间范围，其计算方法参考郄光发的研究^[31]，计算公式为：V=πR²H(式中V为单株绿化空间辐射占有量，单位：m³；R和H分别为树冠半径和树高，单位：m)。

采用隶属函数法对国槐对不同形态重金属富集效能进行评价，隶属函数值X_ui =(X_i-X_min)/(X_max-X_i)，其中X_ui为指标隶属函数值，X_max为指标极大值，X_min为指标最小值，X_i为各项指标的实测值^[32]。

采用IBM SPSS23.0软件和Microsoft Office Excel 2016进行数据整理、分析和图表制作。

通过对样地不同深度(0~20，20~40，40~60，60~80 cm)土壤样品进行分析测定，得出样地土壤中重金属的平均浓度(表 2)。

从不同器官重金属浓度看：树皮对7种元素的富集浓度均为各器官中最高，树根对Cr、Mn、Cu、Pb 4种元素富集浓度较高，叶片对Ni、Zn元素富集浓度较高，树枝对Cr元素富集浓度较高，树干对Mn、Ni、Cu、Pb 4种元素富集浓度均为各器官中最低，Cr和Zn元素分别在叶片和树根中的富集浓度最低。方差分析结果表明，Cd元素在除树皮外，其他器官内的富集浓度间没有明显差异。其它重金属总富集浓度在不同器官间均存在显著差异(表 3)。

从重金属富集形态看，酸溶态Ni和Zn、可氧化态Mn和残渣态Zn的在叶片中富集浓度最高，可还原态Cr、酸溶态Cu、可氧化态Zn和残渣态Cd在树枝中富集浓度最高，残渣态Pb在树根中富集浓度较高，各元素的其他形态均在树皮中富集浓度最高。方差分析结果表明，Mn、Ni、Cu、Zn、Pb 5种元素酸溶态在各器官中的富集浓度均存在显著差异。各器官对相同元素不同形态间的富集量存在差异，树干和树根中Cd元素各富集形态间差异显著。各器官中不同元素的主要富集形态不同。叶片中Cr和Cd元素富集以可氧化态为主，Mn、Cu、Pb元素富集以可还原态为主，Ni、Zn富集以酸溶态为主；树枝和树干中除Cu外各元素的主要富集形态相同，Zn和Pb元素富集以可氧化态为主，Cr和Cd元素富集以可还原态为主，Ni和Mn元素富集以酸溶态为主；树皮中Ni、Cu、Pb元素富集以可氧化态为主，Zn、Cd元素富集以可还原态为主，Cr和Mn元素富集分别以残渣态和酸溶态为主；树根中Cr、Zn和Cd元素富集以可还原态为主，Ni和Pb元素富集以残渣态为主，Mn和Cu元素富集分别以酸溶态和可氧化态为主。

各元素在不同器官中的总富集浓度呈现出明显的规律，即树干和树枝各元素浓度表现出Zn>Cr>Mn>Cu>Ni>Pb>Cd，树皮和树根中表现出Zn>Mn>Cr>Cu>Pb>Ni>Cd，而叶片中表现出Zn>Mn>Cr>Cu>Ni>Pb>Cd。

从元素总量看，各重金属元素从树干到树皮的迁移转运能力远高于其他器官之间，其次是由树干向树枝转移。从数据看，树根到树干的迁移能力最弱。从各器官中重金属的存在形态看，不同器官间重金属转移的主要形态不同，不同元素在器官间的迁移形态也有差异。Cr、Ni、Pb以酸溶态由根部向树干迁移，Cu和Cd以可还原态由根部向树干迁移，Cu和Zn以可氧化态由根部向树干迁移；Cu、Zn以酸溶态由树干向树枝迁移，Cr、Mn、Ni、Pb和Cd以可还原态由树干向树枝迁移；Mn、Ni、Zn、Pb、Cd以可还原态由树干向树皮迁移，Cr、Cu以可氧化态由树干向树皮迁移；Cr、Ni、Zn、Pb以酸溶态由树枝向叶片迁移，Cd以可还原态由树枝向叶片迁移，Mn和Cu以可氧化态由树枝向叶片迁移。

各器官生物量大小顺序为树干＞树皮＞树根＞树枝＞树叶，各器官的重金属总量的现贮量则表现为树皮＞树干＞树根＞树枝＞树叶。单株国槐对Zn元素富集量最大，超过10 g；Cr、Mn、Cu、Pb次之，富集量在1 086.95~5 178.42 mg；Ni和Pb元素富集量较低(表 5)。从7种重金属总量看，单株国槐体内重金属不同形态贮量顺序为可还原态B2>可氧化态B3>酸溶态B1>残渣态B4，其中，酸溶态B1、可还原态B2、渣态B4现贮量均呈现树皮＞树根＞树干＞树枝＞树叶的趋势；可氧化态B3现贮量表现为树皮＞树根＞树干＞树枝＞树叶。但是具体到某种元素，其富集形态在不同器官中有不同的突出表现：叶片中Zn的酸溶态富集量较高，Cu元素在树皮中酸溶态富集量较低但在树根中富集量则相对较高，可还原态Pb在树干中富集量较低，可氧化态则较高，残渣态Pb在树根中富集量较高。

从国槐对不同形态重金属的积累量在各器官中的分配格局(表 6)看，重金属4种富集形态在树皮中的分配比例均高于其生物量占比，但可还原态占比最高，达到58.0%，残渣态占比最低，仅为44.7%，说明树皮中可还原态重金属占优势地位；叶片和树枝中酸溶态占比较高，树干中重金属元素多以可氧化态形式富集，而残渣态在树根中富集比例较高。

植物体内重金属浓度受其生长环境影响，土壤中的重金属元素在植物根系的吸收作用下富集到各组织和器官中。通常可通过富集系数来衡量树木对重金属元素富集程度的高低或强弱，富集系数越大，说明树木对重金属的吸收能力越强，富集系数＞1，则达到了超富集植物的标准^[33]。

从器官水平看，树皮对7种重金属元素总量的富集系数最高，但未达到超富集水平；树干富集系数最低，树根和枝的富集能力接近。从各元素总浓度分析，树皮对7种元素的富集能力均高于其他器官，树根对Cr、Mn、Cu、Pb的富集能力较强，叶片对Ni、Zn、Cd的富集能力较强。从各形态重金属浓度看，各器官对Cr元素可还原态的富集能力高于其他形态；除叶片外，其他器官对酸溶态Mn、Ni，可氧化态Cu和Zn元素和可还原态Cd元素的富集能力较强；树枝、树皮和树根对Pb元素可还原态富集能力最强，叶片和树干对Pb元素可氧化态富集能力最强。

根据单株国槐重金属现贮量、绿化覆盖面积和绿化空间占用量估算国槐计算不同形态重金属的富集效能(表 8)。国槐单位绿化面积和单位空间对重金属的富集量反映了国槐对土地和空间的有效净化效率，本研究采用隶属函数法对国槐对不同形态重金属富集效能进行评价。国槐对重金属的单位面积富集量和单位空间富集量因重金属元素种类、重金属富集形态的不同而存在明显差异。从总体上看，各元素单位面积富集量在2.52~170.66 mg·m^-2，单位空间富集量在0.31~20.81 mg·m^-3。其中国槐对Zn元素单位面积富集量和单位空间富集量最高，单位面积和单位空间富集量大小趋势均表现为Zn>Mn>Cr>Cu>Pb>Ni>Cd。从元素形态分析，单位面积富集量和单位空间富集量均表现为可氧化态＞可还原态＞酸溶态＞残渣态。具体到单一元素，Cr和Cd元素单位面积富集量和单位空间富集量均为可还原态最大，Mn元素为酸溶态最大，Ni、Cu和Zn元素为可氧化态最大，Pb元素可氧化态最大，残渣态次之。根据隶属函数计算结果显示，国槐对不同形态重金属的富集效能大小依次为：可氧化态＞可还原态＞酸溶态＞残渣态。

树皮中7种重金属元素富集浓度均为最高，与蒋高明和唐丽清等人对树皮的研究结果相同^{[18, 34]}.植物摄取重金属元素和其他无机营养元素相同，主要通过根部细胞膜进入根系^[35]，同时也会吸收Pb和Cd等有害元素^[36]。根系组织中很大一部分重金属元素积累在细胞壁表面^[37]，使树根对重金属元素向上运输产生截留作用，出现本研究数据表现出的根系中Cr、Mn、Cu、Pb 4种元素浓度均高于除树皮外的其他器官，因而元素由树根向树干的迁移能力较弱，可能是由于树根的截留作用导致。但是数据显示树干向树枝转运重金属的能力很强，也可能导致出现根部向树干转运能力较弱的表观数据，有待进一步研究。数据虽然显示重金属元素极易由树干向树皮转运，但相关研究表明重金属的长距离运输由木质部和韧皮部共同完成，并且韧皮部的运输能力更强^[38]；同时由于韧皮部向外成周皮和木栓层形成死组织导致重金属元素在树皮积累。加之树皮本身的滞尘作用都会导致树皮重金属的积累量增加，因此重金属在木质部和韧皮部之间的迁移还有待进一步研究。国外研究显示重金属元素被根部吸收以后以离子形态进入木质部，并以有机酸和氨基酸螯合物的形式通过木质部导管根部向芽尖运输^[39-40]。本研究结果显示由易于移动的可交换态及碳酸盐结合态重金属在树皮中浓度较低，说明树皮是富集和贮存重金属元素的重要器官，在生产和生活中应得到重视，避免因对树皮的不当处理危害人体健康或造成二次污染，

植物体内不同器官间重金属积累量的差异是受到各器官生物量和重金属浓度的影响所致^[18]。树皮和树干为重金属元素的主要贮存器官，但其贮存特点不同：树皮重金属富集浓度高，并且重金属元素处于相对稳定的形态；树干虽然重金属富集浓度较低，但由于其生物量巨大，从而表现出了很高的重金属贮存量。由于树干对酸溶态重金属迁移能力较强，因而树干中贮存的重金属同样相对稳定。叶片生物量小，重金属的总富集量和各形态富集量均较低，并且重金属元素在叶片中以相对活跃的酸溶态存在。同时，国槐叶片每年会掉落更新，多年累计作用，使其对于重金属的富集量远超其他器官，对土壤起到巨大的净化作用。但是由于落叶中重金属以酸溶态为主，极易对环境造成二次污染，因此应进行妥善收集处理，将其转移出生态系统，防止其对环境再次产生污染。

富集系数反映了树木对土壤重金属的富集能力，国槐不同器官对同一元素的富集能力存在差异，对同一元素的某种存在形态的富集能力也存在差异；从富集效能角度分析国槐对重金属的富集作用，结果显示国槐不同元素的富集效能间存在差异，对可氧化态重金属的富集效能要高于其他形态。目前，国内外对于树木单位面积和空间富集效能的研究还比较少。在城市土地资源利用紧张，空间资源受限，重金属污染威胁加重的时代背景下，在选择树木修复重金属污染时，除了考虑树木重金属富集能力的同时，参照单位面积和空间富集效能，根据城市土壤重金属实际污染情况、形态特征，结合树木修剪措施，可以最大程度发挥树木对土壤重金属的净化能力。

城市树木生长受到林分等因素影响，同时本研究采用同科树木刺槐单株生物量生长方程估算国槐生物量，与实际值可能存在误差，但也能反映出行道树国槐各器官生物量的大致分布。在今后的研究中，如果条件允许，可以开展国槐生物量的调查测定，从而得出相对准确的结果。

国槐各器官的重金属浓度存在显著差异，其中树皮中重金属浓度最高；重金属元素在树根向树干、树干向树枝和树枝向树叶的迁移中均以酸溶态为主；不同器官重金属富集能力存在差异，树皮和树干为重金属元素的主要贮存器官，并且重金属以相对稳定的形态存在；叶片因为可以转移出生态系统而对土壤重金属污染起到净化作用，国槐对可氧化态重金属的有效净化效率高于其他形态。