常見薔薇科植物對大氣中氟化物吸收累積特征的研究

金 俊,李喜梅,徐盼盼,姬玉欣,王玉潔

(杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,浙江杭州310036)

常見薔薇科植物對大氣中氟化物吸收累積特征的研究

金 俊,李喜梅＊,徐盼盼,姬玉欣,王玉潔

(杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,浙江杭州310036)

為研究常見薔薇科植物在生長期對大氣中氟化物的吸收積累特征,篩選對氟化物抗性較強且易富集的物種,分別于4月、6月、8月和10月,采用酸堿浸提法測定研究區(qū)內(nèi)常見的8種薔薇科植物體內(nèi)的氟含量,并根據(jù)累積變化特征對植物進行分類.結(jié)果表明:所檢測的8種植物中6種植物具有一定的氟富集功能,其中紅葉李、桃的氟吸收和累積程度均高于其它物種;這6種植物在其新葉生長期普遍易吸收大氣中的氟化物,且在成熟期體內(nèi)氟含量沒有發(fā)生顯著的降低,適宜在凈化大氣氟化物的工作中推廣種植.

薔薇科;生長期;氟含量;吸收;累積

目前,氟化物已成為大氣中重要的污染物之一,其對植物的毒性比SO2大20～300倍,被植物吸收后能在體內(nèi)積累和轉(zhuǎn)移,并可通過食物鏈進入人和動物體內(nèi),引起氟中毒.因此,大氣中氟污染問題已受到人們的廣泛關(guān)注[1].隨著生物監(jiān)測技術(shù)的不斷發(fā)展,研究不同植物中氟的富集情況,可篩選出對氟污染敏感性和抗性強的植物,作為城市環(huán)境污染的指示生物和污染嚴重地區(qū)的綠化樹種[2-3].特別是在污染環(huán)境下許多植物經(jīng)長期的適應(yīng),形成了對污染氣體的忍耐、抵抗和吸收凈化的能力[4-7],這對于用植物監(jiān)測環(huán)境質(zhì)量以及利用植物修復(fù)技術(shù)治理氟污染具有重要意義.

近年來,關(guān)于植物和大氣中氟化物相關(guān)關(guān)系的研究逐漸成為熱點,其中大氣氟化物與農(nóng)作物之間效應(yīng)關(guān)系的研究較多.也有諸多學(xué)者[8-10]對綠化植物受氟污染后的生長、生理機能和葉片積累量做了相應(yīng)的研究,并從中篩選出了一批抗性植物.但由于生境不同,植物對氟化物的抗性和敏感程度也會有所不同,加之對于杭州地區(qū)常見景觀植物,特別是薔薇科等對氟化物敏感的物種,氟化物抗性強弱等方面的研究較少,所以該研究主要以杭州師范大學(xué)下沙校區(qū)內(nèi)8種常見的薔薇科植物為樣本,探索其在生長期內(nèi)對大氣中氟化物的吸收積累特征,進一步豐富此方面的研究資料,并挑選出對氟化物抗性較強且易吸收的植物加以推廣.

1 研究地區(qū)與方法

1.1 研究區(qū)概況

1.1.1 研究區(qū)基本參數(shù)

杭州師范大學(xué)下沙校區(qū)位于杭州市下沙經(jīng)濟開發(fā)區(qū)東側(cè),屬亞熱帶季風(fēng)氣候,溫暖濕潤,常年主導(dǎo)東南風(fēng),四季分明,年平均氣溫16.27℃,年平均相對濕度68%.校園土壤呈偏堿性,p H約為7.6.

根據(jù)校園植物志記載,校區(qū)內(nèi)薔薇科植物主要為喬木類和灌木類,尤其以小喬木居多.

1.1.2 大氣氟化物主要來源

大氣污染中氟化物主要來源于煤炭的燃燒,磚瓦、水泥、陶瓷、磷肥、電解鋁、農(nóng)藥、塑料、橡膠、冷凍劑的制造、加工行業(yè)[1],本研究區(qū)隔江往東方向所屬工業(yè)園區(qū)內(nèi)亦有此類建材化工等工業(yè)設(shè)施.氟化物中氟化氫的密度小于空氣,易造成下風(fēng)向遠距離污染,因此含氟廢氣經(jīng)東南風(fēng)易飄散到校區(qū)上空.若遇連續(xù)陰雨天氣,由于空氣濕度較大、氣壓低,不利于氟化物的擴散[11],從而導(dǎo)致氣態(tài)氟化物停滯、固態(tài)氟化物沉降,可能會造成暫時性的局部污染.

1.2 研究方法

1.2.1 樣本植物的選擇與采樣點的布設(shè)

在充分調(diào)查校園內(nèi)植物分布情況的基礎(chǔ)上,按研究物種需有較大分布性的構(gòu)想,結(jié)合植物樣品測定方法所規(guī)定的樣本只含少量Fe、A l、Si等物質(zhì)的要求,在校園內(nèi)選取常見的紅葉石楠(Photinia serru lata)、日本晚櫻(Cerasus serrulata var.lannesiana)、紅葉李(Prunus cerasifera)、桃(Prunus persica)、垂絲海棠(M alus halliana)、石楠(Photinia serrulata)、湖北海棠(M alus hupehensis)和月季(Rosa chinensis)等8種薔薇科植物.樣品采集時采用每地點涉及、每物種固定植株采樣的方式,保證每次采樣同種樣品的充分混合且不失采樣的代表性、典型性、統(tǒng)一性和連續(xù)性.

1.2.2 采樣時間的選擇

據(jù)氣象資料顯示,杭州地區(qū)從3月下旬至6月初為春季,6月上旬至9月底為夏季,10月上旬至12月初為秋季,以上3個季節(jié)為植物主要的長葉、開花、結(jié)果和凋零階段,故將研究時間設(shè)定在4月、6月、8月和10月,其中4～6月為大部分景觀植物的新葉萌發(fā)和生長期,6～10月為其成熟期甚至凋零期(落葉植物),從而便于研究各種植物生長期中對大氣氟化物吸收積累的程度.

1.2.3 植物樣品的采集

大氣中的氟化物被植物吸收后主要積累貯存于葉片中,而植物根系從土壤中吸收的氟,一般很少向葉片轉(zhuǎn)移[12-15],且氟化物在植物體內(nèi)的積累分布規(guī)律是葉>莖>根[16],因此葉片含氟量對大氣中氟污染狀況的反映更加可靠、準確[12].研究中從4月植物普遍生長新葉開始,按期采集樣品.所采樣植株的樹齡、生長狀況及采葉部位盡可能保持一致,在樹冠的中部外圍進行4個方向均勻的采取[12],同時注意每次采樣保證葉齡的一致.采集的樣品編號裝入紙袋.

1.2.4 植物樣品的制備

樣品先用蒸餾水清洗,置于80℃下鼓風(fēng)干燥48 h,并經(jīng)研磨后,全部通過40號篩,儲存于塑料袋中.

1.2.5 植物樣品的測定

采用酸堿浸提法[17]測定.將樣品混合均勻,用“四分法”進行取樣,準確稱取0.50～1.50 g樣品,通過HNO3、KOH等浸提溶液,利用氟電極進行測定.

1.2.6 土壤樣品的采集、制備及測定

分別于4月、6月、8月和10月,在采集植物的區(qū)域進行土壤樣品的采集.將樣本經(jīng)NaOH熔融后,用水浸提.以離子強度絡(luò)合緩沖液調(diào)整浸出液的p H,并掩蔽干擾離子,利用氟電極進行測定.

1.3 數(shù)據(jù)處理軟件與方法

結(jié)合SPSS11.5統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化和處理,用參數(shù)分析、非參數(shù)分析等統(tǒng)計學(xué)方法分析植物生長期氟吸收量和累積量的特征.運用Sigmap lot8.0作圖軟件繪制植物生長期中氟富集量的變化特征.

2 結(jié)果與討論

2.1 研究區(qū)土壤氟含量水平

表1 研究區(qū)土壤的氟含量Tab.1 Fluoride content of soil in research areas

表1數(shù)據(jù)顯示,在植物采樣的4個階段土壤氟含量差異不顯著(d f=3,p>0.05).結(jié)合潘如等[12-14]研究中提到的植物根系從土壤中吸收的氟很少向葉片轉(zhuǎn)移的結(jié)論,可以初步判定研究區(qū)植物體內(nèi)特別是根系中氟化物與土壤中氟化物存在著動態(tài)的平衡,進一步保證植物葉片中儲存的氟化物來自于大氣環(huán)境.在土壤特性相同的情況下,采用對大氣氟化物敏感的植物指示大氣氟化物濃度更具科學(xué)性[18].

2.2 植物生長期氟吸收量及平均氟含量水平

在4月、6月、8月、10月4個階段分別對植物樣品進行測定,其中在4月和6月對所有的8種植物樣品進行測定.由于大部分植物對氟化物的吸收主要是在新葉生長階段,因此剔除2種連續(xù)在兩個階段都未能檢測出氟含量的物種,從而完成其它6種植物在其整個生長期內(nèi)氟含量的檢測.

由表2可得,植物在生長期中氟吸收量主要集中在5.00～25.00 mg·kg-1之間,平均氟含量在5.00～20.00 mg·kg-1之間,其中大部分又集中在5.00～10.00 mg·kg-1之間,符合繆良[15]、黃會一等[19]以及謝正苗等[20]研究中關(guān)于植物平均含氟量的范圍.而紅葉李、桃的氟吸收和累積程度均略高于其它物種,表明以上植物在富集氟化物的能力上具有一定的優(yōu)勢.

通過對同種植物的生長期氟吸收量和平均氟含量比較發(fā)現(xiàn),紅葉李、桃在其生長期氟吸收量顯著高于其平均氟含量(d f=1,p<0.05),表明植物對大氣氟化物的吸收不一定會持續(xù)累積在葉內(nèi).

表2 薔薇科植物生長期中的氟吸收量及平均氟含量Tab.2 Absorption and average content of fluorine in plan ts of Rosaceae during growing period

2.3 植物生長期中含氟量累積的變化特征

圖1所示為6種植物在生長期中含氟量累積的變化特征.由此,將植物按生長期中的氟累積量大致歸為兩類:第一類,氟含量隨著葉片的生長逐漸增加并在后階段顯著增加(df=3,p<0.05),以日本晚櫻和垂絲海棠為代表;第二類,氟含量隨著葉片的生長逐漸增加且在后階段趨于平緩(d f=3,p>0.05),以紅葉李、紅葉石楠、桃和梅為代表.

其中第一類薔薇科植物的氟累積量基本在5.00～10.00 mg·kg-1之間,各植物新葉萌發(fā)期對氟化物的吸收量普遍小于其在成熟期的吸收量;第二類薔薇科植物其氟累積量基本在15.00～25.00 mg·kg-1之間,各植物新葉萌發(fā)期氟吸收量均呈增長趨勢,但在葉片成熟期對氟的吸收便趨于平緩,8～10月的氟積累量無顯著性差異(d f=3,p>0.05).以上物種在采樣時對其表象的觀察未發(fā)現(xiàn)明顯的受氟傷害癥狀,因此選用以上植物在低氟污染區(qū)種植可以進一步減輕大氣的氟污染程度.

圖1 植物生長期中含氟量累積的變化特征Fig.1 The variation of fluorine accumulations in plan ts during growing period

3 結(jié) 論

在常見景觀植物中,薔薇科植物屬于氟化物敏感物種,特別是紅葉李、桃等吸收累積氟化物的能力較強,適宜在凈化大氣氟化物的工作中推廣種植.

對于被植物葉片所吸附的氟,有可能進一步被植物代謝消耗或者通過氣孔、運輸至根尖向外界環(huán)境釋放.如紅葉李、桃等植物其生長期氟吸收量顯著高于其平均氟含量.

植物在不同的生長發(fā)育階段,對氟化物的敏感性是不一樣的[21],大部分薔薇科植物在其新葉生長期普遍易吸收大氣中的氟化物,但至成熟期后主要因物種的差異會向含氟量持續(xù)增長、含氟量趨于穩(wěn)定兩個方向發(fā)展,在所檢測的8種植物中未發(fā)現(xiàn)在成熟期體內(nèi)氟含量顯著降低的物種,表明研究所選取的薔薇科植物基本適宜用于氟污染的監(jiān)測和治理工程中.

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Research on Uptake of Atmospheric Fluorine by Fam iliar Plants of Rosaceae

JIN Jun,L IXi-mei,XU Pan-pan,JI Yu-xin,WANG Yu-jie
(College of Life and Environment Science,Hangzhou Normal University,Hangzhou 310036,China)

To research on the up take of atmospheric fluo rine by familiar p lants of Rosaceae during grow ing period,the paper has screened the speciesw hich are fluo rine resistance and enrichment,determined the content of fluorine in 8 p lantsof Rosaceae in Ap ril,June,August and October through acid and alkali extraction method respectively,and classified p lants according to the variations of fluorine accumulations.The results show that six of those p lants have stronger fluorine enrichment ability than o thers.Especially,the levelsof fluo rine abso rp tion and accumulation of both Prunus cerasifera and Prunus persica are higher than o thers.Furthermo re,the six of those p lants are easier to abso rb atmospheric fluo rine during new leaves growing and the contentsof fluo rine in these plants have no significant change in maturation period.Thus,they are recommended to be p lanted in the work of cleaning atmospheric fluo rine.

Rosaceae;grow ing period;content of fluorine;absorp tion;accumulation

X835

A

1674-232X(2010)03-0191-04

DO I:10.3969/j.issn.1674-232X.2010.03.006

2010-03-04

杭州師范大學(xué)實驗室開放項目(2009007).

金 俊(1988—),男,浙江紹興人,環(huán)境科學(xué)專業(yè)本科生.

＊通訊作者:李喜梅(1967—),女,河南三門峽人,高級工程師,碩士,主要從事環(huán)境監(jiān)測及環(huán)境化學(xué)方面研究.E-mail:liximei67@163.com