南京市不同功能區(qū)15種園林植物葉片鉛、銅、氯、硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異性分析

藺 芳，張家洋

（新鄉(xiāng)學(xué)院 生命科學(xué)技術(shù)系，河南 新鄉(xiāng)453003）

南京市不同功能區(qū)15種園林植物葉片鉛、銅、氯、硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異性分析

藺 芳，張家洋

（新鄉(xiāng)學(xué)院 生命科學(xué)技術(shù)系，河南 新鄉(xiāng)453003）

為了探究園林植物葉片富集大氣污染物的差異性，對(duì)南京市化學(xué)工業(yè)園區(qū)（污染區(qū)）和南京林業(yè)大學(xué)（清潔區(qū)）不同園林植物葉片鉛、銅、氯和硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行了測(cè)定并進(jìn)行了元素累積量和隸屬函數(shù)值分析。結(jié)果表明：污染區(qū)植物葉片污染元素與清潔區(qū)相比具有顯著（P＜0.05）或極顯著差異（P＜0.01）；同種園林植物葉片累積4種污染元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)情況不同，其中楓楊Pterocarya stenoptera，廣玉蘭Magnolia grandiflora，雞爪槭Acer palmatum，欒樹Koelreuteria paniculata，懸鈴木Platanus hispanica和小葉黃楊Buxus sinica的累積情況表現(xiàn)為氯＞硫＞銅＞鉛，女貞Ligustrum lucidum，珊瑚樹Viburnum awabuki和楊樹Populus deltoides表現(xiàn)為氯＞硫＞鉛＞銅，國(guó)槐Sophora japonica,構(gòu)樹Broussonetia papyrifera，灑金珊瑚Aucuba japonica var.variegata和紫葉李Prunus cerasifera表現(xiàn)為硫＞氯＞銅＞鉛，海桐Pittosporum tobira和樟樹Cinnamomum camphora表現(xiàn)為硫氯＞鉛＞銅；利用隸屬函數(shù)法對(duì)15種園林植物葉片累積污染元素的能力由高到低進(jìn)行分類，可劃分為3類：第1類為廣玉蘭、國(guó)槐、楊樹、構(gòu)樹和楓楊Pterocarya stenoptera；第2類為欒樹，紫葉李，雞爪槭Acer palmatum，懸鈴木和海桐；第3類為小葉黃楊、灑金珊瑚、樟樹、珊瑚樹和女貞。由此可見，園林植物對(duì)大氣污染物具有一定的吸收凈化能力，且污染元素含量依功能區(qū)、污染元素和樹種的不同具有明顯的差異。表3參19

園林植物；功能區(qū)；鉛；銅；氯；硫

隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的迅速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)和人類活動(dòng)排放的含鉛、銅、氯、硫的廢棄物，嚴(yán)重影響自然環(huán)境，破壞生態(tài)平衡，已成為當(dāng)前城市環(huán)境污染的主要來源之一［1-3］。植物葉片是植物進(jìn)化過程中對(duì)環(huán)境變化較敏感的器官，其生理特征最能體現(xiàn)環(huán)境因子的影響或植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)［4-6］。因此，園林植物葉片的污染物含量可以作為城市環(huán)境污染程度的指示劑。近年來，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者對(duì)特定區(qū)域內(nèi)的城市綠化植物的大氣環(huán)境效益進(jìn)行評(píng)估，主要開展了園林植物吸收積累大氣硫、鉛等污染物的研究，并且篩選出了一批具有代表性的抗污染物、吸收同化污染物能力較強(qiáng)的植物［7-8］。目前，針對(duì)南京市綠化植物葉片吸收富集大氣污染物鉛、銅、氯和硫的研究尚未見報(bào)道。鑒于此，本研究通過調(diào)查南京市城市污染狀況，選擇了15種常見的園林植物包括廣玉蘭Magnolia grandiflora，國(guó)槐Sophora japonica，楊樹Populus deltoides，構(gòu)樹Broussonetia papyrifera，楓楊Pterocarya stenoptera，欒樹Koelreuteria paniculata，紫葉李Prunus cerasifera，雞爪槭Acer palmatum，懸鈴木Platanus hispanica，海桐Pittosporum tobira，小葉黃楊Buxus sinica，灑金珊瑚 Aucuba japonica var.variegata，樟樹Cinnamomum camphora，珊瑚樹Viburnum awabuki和女貞Ligustrum lucidum，并對(duì)污染區(qū)與清潔區(qū)受試樹種葉片污染元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定，目的在于比較不同樹種吸收及累積污染元素的能力，科學(xué)地篩選出累積能力強(qiáng)的樹種，為進(jìn)一步篩選耐受和富集大氣污染物的園林植物提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣時(shí)間與地點(diǎn)設(shè)計(jì)

根據(jù)南京市大氣污染程度的差異，選擇2個(gè)不同的功能區(qū)，即污染區(qū)（南京化學(xué)工業(yè)園區(qū)，位于南京市六合區(qū)，長(zhǎng)江北岸，距南京市中心30 km，其中心地理坐標(biāo)為32°12′31″N，118°45′24″E，分布較多的化工廠，每年排放大量的鉛、銅、氯、硫及其化合物等污染物，是主要的污染源所在地，污染程度較高）。清潔區(qū) （南京林業(yè)大學(xué)，遠(yuǎn)離市區(qū)，無污染源，空氣清潔程度較高）。采集時(shí)間為2014年9月。各功能區(qū)大氣污染物的變化情況如表1所示。

表1 各功能區(qū)大氣污染物變化情況Table 1 Variation of atmospheric pollutants in each functional area

1.2 樣品采集與制備

于2014年9月，在不同功能區(qū)選擇生長(zhǎng)健康的優(yōu)良樹種進(jìn)行葉片采集。采樣時(shí)同一樹種樹高、胸徑、生長(zhǎng)情況等要基本保持一致，采取樣樹3～4株·樹種-1·樣點(diǎn)-1，采樣位置選擇樹冠外圍東西南北4個(gè)方向，距離地面高度控制在2.5 m左右，采集同齡枝的葉片，選取第3～5片老葉作為測(cè)量的樣品，大葉樹種采集10～12片·枝-1，小葉樹種采集20～25片·枝-1。將采集的葉片封存于自封塑料袋中并帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行樣品處理。具體步驟如下：先用自來水沖洗葉片，然后戴上手套洗凈葉片上的滯塵等雜物，放烘箱中105℃下殺青1 h，72℃下烘干至恒量，用粉碎機(jī)粉碎烘干的樣品，過60目篩，得到的粉末即為分析樣品，放入干燥器內(nèi)備用。

1.3 樣品測(cè)定與數(shù)據(jù)處理

采用艾氏卡試劑消化樣品、硫酸鋇比濁法測(cè)定葉片硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)［9-10］，氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定采用氧化鈣干灰化-硝酸銀滴定法［11-12］，銅、鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定采用微波消解（硝酸-濃鹽酸-氫氟酸的多元混酸）-火焰原子吸收分光光度法［13-14］。文中數(shù)據(jù)的處理采用Microsoft Excel，SPSS 17.0和Word 2003軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，表中數(shù)據(jù)以平均數(shù)來體現(xiàn)。

1.4 元素累積量分析

將每種植物在污染區(qū)測(cè)定的鉛、銅、氯、硫等4種元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與清潔區(qū)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相減后得到的差值即為元素累積量，以此可對(duì)不同植物累積污染元素的能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.5 隸屬函數(shù)值分析

隸屬函數(shù)法是目前應(yīng)用比較廣泛的數(shù)學(xué)評(píng)定方法。該方法采用模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)的方法對(duì)園林植物葉片各項(xiàng)污染物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的隸屬函數(shù)值進(jìn)行累加，求取平均數(shù)以評(píng)定園林植物葉片富含污染物量的大小。具體計(jì)算方法如下：求出各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，可用公式：T=（T－Tmin）/（Tmax－Tmin），其中：T為某項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定值；Tmin為某項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定值中的最小值；Tmax為某項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定值中的最大值［12］。將各項(xiàng)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值累加起來，其累加值的大小反映葉片污染物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多少。

2 結(jié)果與分析

2.1 園林植物葉片鉛、銅、氯和硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)的功能區(qū)變化

表2 各功能區(qū)15種園林植物葉片鉛、銅、氯和硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較Table 2 The comparison of lead,copper,chlorine and sulfur content of 15 species of landscape plant leaves in each functional area

表2呈現(xiàn)了15種園林植物葉片鉛、銅、氯和硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)在空間上（2個(gè)功能區(qū)）的變化。由于秋季（9月）葉片中污染元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了極大值且較為穩(wěn)定，所以污染區(qū)和清潔區(qū)的采樣時(shí)間都在秋季進(jìn)行。所有園林植物葉片污染物質(zhì)量分?jǐn)?shù)具有相似的變化規(guī)律，即南京化學(xué)工業(yè)園區(qū)污染物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于南京林業(yè)大學(xué)。其中，鉛元素在2個(gè)功能區(qū)之間差異極顯著的樹種有楓楊、國(guó)槐、廣玉蘭、欒樹、珊瑚樹、灑金珊瑚、懸鈴木、小葉黃楊和楊樹，其余各樹種均表現(xiàn)為差異顯著；樟樹葉中銅元素在2個(gè)功能區(qū)之間差異顯著，而海桐和女貞不顯著差異，其余均極顯著；氯元素除了廣玉蘭在2個(gè)功能區(qū)之間差異不顯著，其余樹種差異均極顯著；硫元素在2個(gè)功能區(qū)之間只有國(guó)槐和構(gòu)樹差異極顯著，而女貞和小葉黃楊無顯著性差異，其余樹種均差異顯著。綠化樹木所在的功能區(qū)大氣污染物濃度與樹種葉片污染元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正相關(guān)，在污染區(qū)，由于化工、電力、水泥等企業(yè)排放到大氣中的大量污染物被城市園林植物吸收，最終這些污染物在樹木葉片內(nèi)隨著生理生化活動(dòng)的進(jìn)行而迅速擴(kuò)散然后富集起來。南京林業(yè)大學(xué)地理位置偏僻，周邊不存在工業(yè)企業(yè)，環(huán)境綠化較好，其大氣污染物濃度較市區(qū)及工業(yè)區(qū)低。因此，園林植物葉片中污染物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也相對(duì)較低。

2.3 園林植物葉片鉛、銅、氯和硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)的綜合分析

綜合分析南京市15種園林植物葉片污染物鉛、銅、氯和硫的累積量（表3）。結(jié)果表明：同種園林植物葉片累積4種污染元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)情況不同，其中楓楊、廣玉蘭、雞爪槭、欒樹、懸鈴木和小葉黃楊的累積情況表現(xiàn)為氯＞硫＞銅＞鉛，女貞、珊瑚樹和楊樹表現(xiàn)為氯＞硫＞鉛＞銅，國(guó)槐、構(gòu)樹、灑金珊瑚和紫葉李表現(xiàn)為硫＞氯＞銅＞鉛，海桐和樟樹表現(xiàn)為硫＞氯＞鉛＞銅。此外，根據(jù)隸屬函數(shù)法累加值x的大小劃分為以下3個(gè)范圍（表3）：x≥2，1＜x＜2，x≤1。據(jù)此，可將園林植物分成3類：第1類以廣玉蘭、國(guó)槐、楊樹、構(gòu)樹和楓楊為代表，葉片污染物鉛、銅、氯和硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高；第2類包括欒樹、紫葉李、雞爪槭、懸鈴木和海桐，葉片污染元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)居中；小葉黃楊、灑金珊瑚、樟樹、珊瑚樹和女貞葉片污染元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較低，歸為第3類。

表3 15種園林植物葉片鉛、銅、氯和硫的綜合分析Table 3 Comprehensive analysis of lead,copper,chlorine and sulfur of 15 species of landscape plant leaves

3 結(jié)論與討論

同種園林植物葉片累積4種污染元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)情況不同，總體來說對(duì)氯和硫的累積能力大于銅和鉛。此外，不同種園林植物葉片4種污染元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)也有很大差異，鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的園林植物有國(guó)槐、廣玉蘭和楊樹，銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的園林植物有楓楊、國(guó)槐、構(gòu)樹、廣玉蘭、雞爪槭、欒樹、灑金珊瑚、小葉黃楊和紫葉李。氯、硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高的園林植物有楊樹和構(gòu)樹。存在這種差異性的原因可能與植物葉片本身結(jié)構(gòu)、元素性質(zhì)、樹木葉片距地高度、土壤及地理氣候條件等多種因素綜合作用的結(jié)果有關(guān)［17-18］。

運(yùn)用隸屬函數(shù)法將15種園林植物葉片累積污染元素的能力由高到低進(jìn)行分類，結(jié)果表明：廣玉蘭、國(guó)槐、楊樹、構(gòu)樹和楓楊為第1類；欒樹、紫葉李、雞爪槭、懸鈴木和海桐為第2類；小葉黃楊、灑金珊瑚、樟樹、珊瑚樹和女貞為第3類。因此，為達(dá)到減少大氣污染、美化環(huán)境的目的，應(yīng)優(yōu)先選擇廣玉蘭、國(guó)槐、楊樹、構(gòu)樹和楓楊這些吸污抗污能力強(qiáng)的園林植物，以取得最大的環(huán)境生態(tài)效益。

植物在生長(zhǎng)過程中受到的外界影響是綜合性的，不僅有自然因素還有人為因素，往往是多種因素同時(shí)影響著植物對(duì)污染元素的富積［19］。本研究?jī)H對(duì)功能區(qū)這一因素進(jìn)行了分析，下一步我們將展開園林植物葉片污染物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與其他因子如葉面結(jié)構(gòu)、比葉重等內(nèi)因和季節(jié)、風(fēng)向、風(fēng)力、土壤等外因深入進(jìn)行研究。

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A difference analysis for Pb,Cu,Cl,and S with 15 species of landscape plant leaves in different functional areas of Nanjing

LIN Fang,ZHANG Jiayang
（School of Life Science and Technology,Xinxiang University,Xinxiang 453003,Henan,China）

To reveal differences in atmospheric pollutants of garden plant leaves,lead （Pb）,copper（Cu）, chlorine（Cl）,and sulfur（S）from Nanjing Chemical Industry Park（contaminated zone）and Nanjing Forestry University （clean zone）were determined and element accumulation and subordinative function value were analyzed.Results indicated that elemental pollutants from plant leaves in the contaminated zone compared with the clean zone had significant（P＜0.05）or extremely significant difference （P＜0.01）.The content of four kinds pollution elements with the same garden plant leaves was different,the accumulation in Pterocarya stenoptera,Magnolia grandiflora,Acer palmatum,Koelreuteria paniculata,Platanus hispanica and Buxus sinica showed Cl＞S＞Cu＞Pb,Ligustrum lucidum,Viburnum awabuki and Populus deltoides showed Cl＞S＞Pb＞Cu,Sophora japonica,Broussonetia papyrifera,Aucuba japonica var.variegata and Prunus cerasifera showed S＞Cl＞Cu＞Pb,Pittosporum tobira and Cinnamomum camphora showed S＞Cl＞Pb＞Cu.Based on the content of four kinds pollution elements from high to low,different garden plants were sorted into three groupsby using subordinative function value method：1）M.grandiflora,S.japonica,Populus deltoides,Broussonetia papyrifera,and Pterocarya stenoptera;2）K.paniculata,Prunus cerasifera,Acer palmatum,Platanus hispanica, and Pittosporum tobira;and 3）Buxus sinica,Aucuba japonica var.variegata,Cinnamomum camphora, Viburnum awabuki,and Ligustrum lucidum.Thus,garden plants for air pollutants had certain absorption and purification ability,and pollution elements content in garden plants leaves show obviously difference depending on function areas,element kinds and tree species.［Ch,3 tab.19 ref.］

garden plant;functional area;lead;copper;chlorine;sulfur

S688

A

2095-0756（2015）05-0809-06

10.11833/j.issn.2095-0756.2015.05.023

2014-06-06；

2015-02-15

2014年河南省基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究資助項(xiàng)目（142300410100）

藺芳，講師，從事植物生理生態(tài)學(xué)研究。E-mail：fanglin2035@126.com。通信作者：張家洋，講師，從事環(huán)境生態(tài)學(xué)研究。E-mail：skxsyszr@163.com