新鄉(xiāng)24種園林綠化樹木葉片含硫量比較

張家洋，毛雪飛，童慶校，李 慧

（新鄉(xiāng)學院 生命科學與技術系，河南 新鄉(xiāng) 453003）

新鄉(xiāng)24種園林綠化樹木葉片含硫量比較

張家洋，毛雪飛，童慶校，李 慧

（新鄉(xiāng)學院 生命科學與技術系，河南 新鄉(xiāng) 453003）

為了探討新鄉(xiāng)市園林綠化樹木葉片硫累積量的差異性，于2011年春秋季節(jié)選擇5個功能區(qū)24種綠化樹木，對其葉片含硫量進行比較并運用K-均值聚類法進行分類。結(jié)果表明：除女貞之外，其它綠化樹木葉片含硫量隨春秋季節(jié)的變異呈現(xiàn)遞增趨勢，絕大多數(shù)綠化樹木春秋季節(jié)差異顯著；與清潔區(qū)相比較而言，污染區(qū)域所供試的幾乎所有的綠化樹木葉片含硫量都較高。根據(jù)5個功能區(qū)綠化樹木葉片含硫量均值進行分類，楊樹葉片含硫量相對較高，歸為第一類；大葉黃楊、銀白楊、榆樹、垂柳、白蠟、五角楓、枇杷、小葉黃楊和臭椿葉片含硫量居中，歸為第二類；第三類包括無花果、構(gòu)樹、懸鈴木、欏木石楠、國槐、小葉女貞、合歡、紫葉李、欒樹、女貞、紫荊、紅葉石楠、鳳尾蘭和海桐，葉片含硫量相對較低。不同類型的樹木葉片含硫量差異性表現(xiàn)為落葉闊葉喬木＞闊葉灌木＞常綠闊葉喬木。

綠化樹木；葉片；含硫量；比較

隨著社會發(fā)展和城市進步，工業(yè)生產(chǎn)和人為活動直接或間接地產(chǎn)生的污染物嚴重影響了生態(tài)平衡，破壞了自然環(huán)境，而硫化物是目前大氣污染物中數(shù)量較大、影響面較廣的污染物之一[1]。硫化物和懸浮顆粒物一起進入人體呼吸道系統(tǒng)，對人類的健康構(gòu)成了嚴重的威脅[2]，同時也會對植物生長、發(fā)育和繁殖產(chǎn)生深遠的影響[3]。城市園林植物是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是改善環(huán)境的重要載體[4]，對于一定濃度范圍內(nèi)大氣污染物，不僅具有一定的抵抗能力，而且也有相當程度的吸收同化能力[5]。在城市污染區(qū)選擇抗污、吸污能力強的綠化植物，構(gòu)建不同類型的人工綠化生態(tài)工程體系，緩解環(huán)境污染壓力，有效改善近地面大氣環(huán)境質(zhì)量，并對實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

植物的枝、葉可以吸收富集硫等多種污染元素，反映排放源附近元素的輸入特征及污染水平[6-7]。近些年來，國內(nèi)外許多學者對某一區(qū)域或城市的綠化植物開展了大氣污染物富集硫能力及環(huán)境效應研究[8-11]，篩選出一批抗污、吸污能力強的優(yōu)良植物[12-15]，并對城市綠化植物的凈化功能進行了定量評估[16-17]。然而針對中原地區(qū)工業(yè)城市新鄉(xiāng)開展園林綠化樹木葉片硫化物含量的差異性分析鮮見報道。鑒于此，通過對新鄉(xiāng)城市污染狀況進行實際調(diào)查，選擇不同功能區(qū)、不同季節(jié)的24種綠化樹木，對其葉片含硫量進行測定，篩選出對大氣硫化物的吸收積累能力強的綠化樹木，旨在為未來城區(qū)綠化結(jié)構(gòu)調(diào)整與改造提供科學依據(jù)，同時也為新鄉(xiāng)市大氣環(huán)境治理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 園林綠化樹木材料的選擇

根據(jù)新鄉(xiāng)城區(qū)污染程度選擇5個功能區(qū)，即文教區(qū)(新鄉(xiāng)學院、新鄉(xiāng)醫(yī)學院及河南科技學院校園)、鬧市區(qū)(平原路、新飛大道及人民路)、風景區(qū)(森林公園及其附近地區(qū))、工業(yè)區(qū)(化工路和北站工業(yè)區(qū))、城郊區(qū)（大召營、翟坡和孫杏村），于2011年4月僅在文教區(qū)和鬧市區(qū)選擇綠化樹木24種， 并于9月在5個功能區(qū)均選取常見的綠化樹木24種，其中落葉喬木15種，常綠喬木4種，灌木5種，樹木具體生長狀況見表1。不同功能區(qū)及樹木葉片綜合含硫量的測定選擇秋季采集的較老葉片，因其硫含量相對較穩(wěn)定，不同季節(jié)樹木葉片含硫量的測定選擇文教區(qū)和鬧市區(qū)。

1.2 樣品采集、處理與測定

于2011年春、秋季選擇生長健康的綠化樹木，所選擇同一樹種胸徑、樹高、生長情況等基本保持一致，在各采樣點對每個樹種采集3～4株，采樣位置選擇樹冠外圍東西南北4個方向，同時考慮上、中、下部位，多點采樣，將采集后的葉片小心封存于自封塑料袋中并帶回實驗室處理，具體操作過程：先用蒸餾水浸泡葉片6 h，然后戴上手套洗凈葉片上的滯塵等雜物，放在上海精宏烘箱中殺青0.5 h ，并設置溫度為105℃，最后在溫度75℃下烘干至恒質(zhì)量，用粉碎機粉碎，過60目篩，稱取0.5 g，用4∶1的HNO3-HClO4混合酸消煮后，用BaCl2比濁法使用752型分光光度計測定樣品中全硫含量。

表1 所選樹木和生長狀況Table 1 Tested tree species and theirs growth

1.3 數(shù)據(jù)處理

原始數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析及圖表制作采用Microsoft Excel、SPSS17.0和Word2003軟件完成，表中數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標準誤表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 樹木葉片含硫量季節(jié)變異分析

表2呈現(xiàn)了2個功能區(qū)24種樹木葉片含硫量的季節(jié)變化，除了女貞之外，其它樹木葉片含硫量變化規(guī)律相似，即春季低，秋季高，春季樹木葉片含硫量低可能與樹木的生理活動密切相關，4、5月份伴隨著樹木的萌芽和展葉，葉片組織迅速擴大，硫化物在樹體及葉片內(nèi)迅速擴散后，使?jié)舛认鄬档?，到了秋季，隨著樹木葉片的長成，體積增長變得緩慢，富集的硫污染物就會在葉片中慢慢積累甚至達到最高，表現(xiàn)為含硫量增大[18]。事實上，春季是樹木生長代謝最旺盛的階段，樹葉富集吸收污染物的能力很強，只是由于擴散量大于貯存量的結(jié)果，使組織內(nèi)相對含硫量降低。女貞的葉片含硫量春季高，季節(jié)變異反常，可能原因是女貞為常綠樹木，春季所采集的葉片是冬季遺留的老葉，有學者研究顯示[19]，在冬季女貞葉片硫含量最高，而夏季老葉凋落伴隨著新葉萌發(fā)，含硫量下降。部分樹木葉片含硫量秋春季節(jié)變化幅度大，如鬧市區(qū)的楊樹是10.61倍，大葉黃楊為7.75倍，銀白楊為5.53倍，而文教區(qū)的紫葉李達4.63倍。對不同樹木葉片含硫量季節(jié)差異進行分析，結(jié)果（見表2）表明，絕大多數(shù)綠化樹木春秋兩季差異顯著或極顯著 (p＜0.05)，文教區(qū)的鳳尾蘭、欏木石楠和臭椿季節(jié)差異不顯著，鬧市區(qū)的鳳尾蘭、海桐和榆樹季節(jié)差異也不顯著。有部分學者研究認為樹木葉片含硫量隨季節(jié)的延長而增加[20-22]，這與本文結(jié)論一致。與文教區(qū)相比較而言，鬧市區(qū)秋季的大多數(shù)綠化樹木葉片含硫量高，原因是同一種樹木對交通環(huán)境產(chǎn)生污染物的響應有差異[23]，市區(qū)汽車尾氣排放量大，隨之而來空氣污染嚴重，而文教區(qū)交通壓力小，空氣污染輕。

表2 不同季節(jié)樹木葉片含硫量比較?Table 2 Comparison of leaves sulfur content season variations of 24 tree species

2.2 樹木葉片含硫量功能區(qū)變異分析

于2011年秋季對3個功能區(qū)24種樹木葉片含硫量變化進行分析，結(jié)果(見表3)表明，不同功能區(qū)綠化樹木葉片含硫量存在一定變異，基本表現(xiàn)為工業(yè)區(qū)＞城郊區(qū)＞風景區(qū)，這與邱媛、陳慶南等學者研究結(jié)論一致[22,24]。處在不同污染源條件下的同一種樹木葉片含硫量存在差異，如在5%的水平下，小葉黃楊、枇杷、銀白楊、欏木石楠、白蠟、臭椿、構(gòu)樹、無花果、小葉女貞和榆樹10種樹木在3功能區(qū)間均存在顯著差異；除了懸鈴木、女貞和海桐外，其它樹木在相對清潔的風景區(qū)和污染嚴重的工業(yè)區(qū)間存在顯著差異；而僅在工業(yè)區(qū)和城郊區(qū)無差異的7種樹木為大葉黃楊、懸鈴木、鳳尾蘭、合歡、楊樹、五角楓和欒樹；僅在風景區(qū)和城郊區(qū)無差異的8種綠化樹木為紫荊、鳳尾蘭、合歡、紫葉李、國槐、海桐、垂柳和紅葉石楠。在1%的水平下，枇杷、銀白楊、欏木石楠、臭椿、無花果和榆樹6種樹木在3功能區(qū)間均存在顯著差異；懸鈴木、鳳尾蘭、合歡、國槐和海桐5種樹木在清潔的風景區(qū)和嚴重污染的工業(yè)區(qū)間不存在顯著差異；小葉黃楊、紫葉李、構(gòu)樹和紅葉石楠4種樹木在工業(yè)區(qū)和城郊區(qū)間存在顯著差異；大葉黃楊、楊樹、欒樹和白蠟4種樹木在風景區(qū)和城郊區(qū)間存在顯著差異；女貞在3功能區(qū)間均無顯著性差異(p＜0.05或p＜0.01)?？傊?，污染越嚴重的地方(工業(yè)區(qū))樹木葉片含硫量就越高，反之越低。原因是綠化樹木葉片含硫量與大氣硫化物濃度密切相關。李珍珍[21]認為樹木葉片含硫量的變化，至少有一半是因大氣二氧化硫污染引起的。江靜蓉[25]研究顯示，女貞和懸鈴木2種樹木葉片含硫量與大氣二氧化硫濃度相關系數(shù)達65%以上。譚志海[26]認為在植物最大耐受限度的范圍內(nèi)，葉片相對含硫量與大氣中二氧化硫的含量相關性顯著，植物吸收、富集的硫明顯地隨著大氣二氧化硫濃度和接觸時間的增加而增加。因此，可以利用綠化樹木葉片中硫元素的含量來間接估測大氣硫化物污染狀況[27-30]。也有學者在研究深圳市園林植物葉片含硫量特征時發(fā)現(xiàn)，多數(shù)植物葉片中的硫含量與空氣中的二氧化硫含量相關性不明顯[31]。

表3 不同功能區(qū)樹木葉片含硫量比較?Table 3 Comparison of leaves sulfur content variations of 24 tree species in function areas

2.3 樹木葉片含硫量綜合比較

為了綜合評價新鄉(xiāng)24種綠化樹木葉片含硫量多少，運用K-均值聚類法(K-Means Cluster)并對其進行分類(設置最大迭代次數(shù)為10)。由表4可得，若分成3類，最終聚類中心之間的距離都比較遠；若分成4類，最終聚類中心1和2之間的距離為0.09，2和3之間的距離為0.07；若分成5類，最終聚類中心1和5之間的距離為0.08，3和4之間的距離為0.07，3和5之間的距離為0.06。這些相對距離都比較近，故分成3類較佳。由表5可得，楊樹(0.363%)含硫量較高，歸為第一類；大葉黃楊、銀白楊、榆樹、垂柳、白蠟、五角楓、枇杷、小葉黃楊和臭椿葉片含硫量居中，歸為第二類；無花果、構(gòu)樹、懸鈴木、欏木石楠、國槐、小葉女貞、合歡、紫葉李、欒樹、女貞、紫荊、紅葉石楠、鳳尾蘭和海桐葉片含硫量相對較低，歸為第三類。根據(jù)24種綠化樹木葉片含硫量大小進行排序：楊樹＞大葉黃楊＞銀白楊＞榆樹＞垂柳＞白蠟＞五角楓＞枇杷＞小葉黃楊＞臭椿＞無花果＞構(gòu)樹＞懸鈴木＞欏木石楠＞國槐＞小葉女貞＞合歡＞紫葉李＞欒樹＞女貞＞紫荊＞紅葉石楠＞鳳尾蘭＞海桐。杜振宇等[32]對高速公路路域附近綠化樹木葉片富集硫能力進行研究發(fā)現(xiàn)，楊樹＞垂柳＞紫葉李＞女貞，與本文研究結(jié)果相似。羅紅艷等[33]研究顯示，國槐、構(gòu)樹和欒樹對硫的積累能力強于白蠟、銀白楊、臭椿、榆樹、紫葉李和紫荊，與本文結(jié)論存在差異。不同類型的綠化樹木葉片含硫量有較大區(qū)別，懸鈴木、紫荊、銀白楊、合歡、紫葉李、楊樹、五角楓、國槐、欒樹、垂柳、白蠟、臭椿、構(gòu)樹、無花果和榆樹15種落葉闊葉喬木葉片平均含硫量為0.168%，4種常綠闊葉喬木枇杷、女貞、欏木石楠和紅葉石楠葉片平均含硫量為0.113%，大葉黃楊、小葉黃楊、鳳尾蘭、海桐和小葉女貞5種闊葉灌木葉片平均含硫量為0.124%，故落葉闊葉喬木＞闊葉灌木＞常綠闊葉喬木。有學者研究表明闊葉喬木＞闊葉灌木[34]，孫向武等[35]研究顯示落葉闊葉喬木＞常綠闊葉喬木＞灌木，吳云宵等[36]認為樹木積累硫的能力表現(xiàn)為喬木＞灌木和落葉樹木＞常綠樹木，以上部分學者的研究結(jié)論同本文基本一致。

表4 最終聚類中心間的聚類Table 4 Clssifying among cluster centers

表5 24種樹木葉片含硫量綜合比較Table 5 Comprehensive comparison on difference sulfur contents among 24 trees species

3 結(jié)論與討論

(1)對春秋兩季節(jié)5個功能區(qū)24種綠化樹木葉片含硫量進行比較分析，除女貞之外，其它綠化樹木隨春秋季節(jié)的變異呈現(xiàn)遞增趨勢，楊樹等部分綠化樹木季節(jié)變化幅度大，絕大多數(shù)綠化樹木春、秋季節(jié)差異顯著。在相對清潔的風景區(qū)，如森林公園，所供試的各種綠化樹木葉片含硫量都較低；在污染嚴重的工業(yè)區(qū)，除了懸鈴木之外，其它綠化樹木葉片含硫量高。有學者研究得出，有些植物對硫的吸收能力并不隨污染物濃度的增高而增高，它們在低濃度污染區(qū)的吸污能力反而較高濃度污染區(qū)高[37-38]。對24種綠化樹木葉片含硫量大小進行綜合統(tǒng)計分析得出，楊樹含硫量相對較高，大葉黃楊、銀白楊、榆樹、垂柳、白蠟、五角楓、枇杷、小葉黃楊和臭椿葉片含硫量居中，無花果、構(gòu)樹、懸鈴木、欏木石楠、國槐、小葉女貞、合歡、紫葉李、欒樹、女貞、紫荊、紅葉石楠、鳳尾蘭和海桐葉片含硫量相對較低。不同類型的綠化樹木葉片含硫量大小排序為：落葉闊葉喬木＞闊葉灌木＞常綠闊葉喬木。

（2）楊樹葉片含硫量高，可能是它具有豐富的毛狀體，吸附含有硫化物的降塵量多，或與氣孔開度因素相關[39-40]。黎建力等[41]認為同科植物具有相近的硫富集能力，本文研究的薔薇科植物紫葉李、欏木石楠、紅葉石楠和枇杷以及木犀科的女貞、小葉女貞和白蠟，它們?nèi)~片含硫量差異較大，而楊柳科的楊樹、銀白楊和垂柳3種樹木葉片含硫量差異性較小。綠化樹木吸收、富集硫化物是處在一個范圍內(nèi)波動的，經(jīng)過定期的測定硫化物含量，是從總體趨勢上來說明問題，樹木地上部分器官除了葉片外，樹皮和枝條也不同程度地吸收硫化物，綠化樹木不僅從大氣中吸收、富集硫化物，而且可以從土壤中吸收[42]，而土壤中的硫含量除了受大氣降水中硫元素影響外，還受樹木凋落物硫元素含量的影響[43]。若灌木生長在喬木之下，沉積的硫化物可能先被喬木吸收，間接地削弱了灌木富集硫化物的量。另外，綠化樹木吸收硫化物后，存在轉(zhuǎn)化周期的問題，吸收、富集量大，樹木葉片總生物量大，轉(zhuǎn)化速率快的綠化樹木，才是凈化污染最優(yōu)良的植物種類[17-18]。針對以上問題，本課題組希望以后在這些方面開展進一步研究。

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Comparisons of sulfur contents in leaves of 24 landscape afforestation trees in Xinxiang City

ZHANG Jia-yang , MAO Xue-fei, , TONG Qing-xiao, LI Hui

(School of Life Science and Technology, Xinxiang University, Xinxiang 453003, Henan, China)

∶ In order to explore the differences of sulfur accumulation amount in leaves of landscape green trees in Xinxiang city, 24 ornamental and afforestation trees were chosen among five function areas in Spring and Autumn in 2011, and the leaves sulfur contents of different trees were compared and classified by K-means Cluster. The results indicate that the sulfur contents of tree leaves increased according to seasonal variation of Spring and Autumn, the season variation for some trees was significant, except for Ligustrum lucidum Ait. In comparison with cleaning areas, the sulfur contents of all but afforestation trees were relative higher in polluted areas. The tree species were classified on the basis of mean leaves sulfur contents, Populus canadensis was classified to the first category and its sulfur content was relative higher. The second category includes Buxus megistophylla, Populus alba, Ulmus pumila, Salix babylonica, Fraxinus chinensis, Acer elegantulum Fanget, Eriobotrya japonica, Buxus sinica and Ailanthus altissima, theirs sulfur contents were at medium levels. The third category included Ficus carica, Paper mulberry, Platanus hispanica, Photinia davidsoniae, Sophora japonica Linn.,Ligustrum quihoui, Albizia julibrissin Durazz, Prunus cerasifera, Koelreuteria paniculata, Ligustrum lucidum Ait, Cercis chinensis,Photinia serrulata, Yucca gloriosa, Pittosporum tobira and theirs sulfur contents were at relative lower levels. The foliage sulfur contents of different tree types were different, the order ranked as following: deciduous broad-leaved arbor＞broad-leaved shrub＞evergreen broad-leaved arbor.

∶ afforestation trees; foliage; sulfur content; comparison

S718.5

A

1673-923X(2013)11-0093-06

2012-12-19

國家科技支撐項目（2009BADB2B0601）；河南省教育廳項目（12B180029）

張家洋（1977-），男，河南信陽人，講師，研究方向：森林生態(tài)學；E-mail：13526543844@163.com

李 慧（1958-），女，山東單縣人，教授，研究方向：微生物生態(tài)

[本文編校：謝榮秀]