懸鈴木對大氣污染物的凈化能力研究

郭暉

摘 要：通過對懸鈴木（Platanus）在新鄉(xiāng)污染區(qū)和相對無污染區(qū)生長的葉片中多種元素含量進(jìn)行測定，分析了懸鈴木對大氣污染物的凈化能力。結(jié)果表明，懸鈴木在重度污染情況下能存活并且生長比較旺盛，與對照點(diǎn)相比，平均地徑生長量下降了116.58%，高生長量下降了67.21%，冠幅生長量下降了213.43%。對含氯元素和氟元素的有害氣體具有極強(qiáng)的抗性和凈化能力，對Cl和F的吸收分別比對照高出237.14% 和 2 233.30%；對 As、Hg、Pb、Cd 和 Cr 等重金屬具有較佳的吸收能力，分別比對照高出 97.11%、1 72.727%、733.918%、162.626%、174.176% 。

關(guān)鍵詞：懸鈴木；大氣污染；有害氣體；重金屬元素；凈化能力

中圖分類號 S79 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）23-29-03

Study on Air Pollution Purification Function of Platanus

Guo Hui

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

Abstract：In our study，we analyzed the purification capacity with Platanus between polluted areas and unpolluted areas in Xinxiang city by investigating a variety of element content in Platanus leaves.Our results indicated that Platanus could survive and grew in heavy contaminated areas vigorously. Compared with the control，average ground diameter growth decreased by 116.58%，and plant height declined by 67.21%.At the same time，crown growth was also lower by 213.43%. In the other hand，Platanus had a very strong resistance and purification to harmful chlorine and fluorine gases，which absorbed higher 237.14% chlorine and 2 233.30% fluorine than control. The absorptive capacities to heavy metals，such as As，hg，Pb，Cd，Cr and so on，were higher by 97.11%，1 172.727%，733.918%，1 162.626%，174.176%，respectively.

Key words：Platanus acerifolia；Air pollution；Harmful gas；Heavy metal element；Purification ability

懸鈴木（Platanus）為懸鈴木科懸鈴木屬樹種，在我國栽培已有超過100a的歷史，從北至南均有栽培，以上海、杭州、南京、青島、武漢、鄭州、西安等城市栽培的數(shù)量較多，生長較好。懸鈴木枝葉繁茂，樹形優(yōu)美，無毒無害，病蟲害少，為變色葉樹種，四季季相變化明顯，壽命長，具有較高的景觀利用價值和生態(tài)價值，在城市綠化建設(shè)、園林設(shè)計中應(yīng)用普遍，深受人們喜愛，常作為庭蔭樹、行道樹或者孤植樹使用。

近年來，隨著城市人口的不斷增加，以及城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐的不斷加快，城市大氣污染的問題日益突出。大氣污染中危害較大的氣體污染物主要有一氧化碳、氮化物、碳?xì)浠衔?、二氧化硫、氟化氫、氯氣，重金屬成分主要有鎘、汞、鉛、砷、鎳等，這些有害物質(zhì)一旦超標(biāo)，嚴(yán)重影響人類健康，大氣污染的治理已經(jīng)引起了各級政府及科研工作者重視[1]。園林植被是城市生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，對于一定濃度范圍內(nèi)的大氣污染物，不同植物的抵抗能力有所差異，而且也有相當(dāng)程度的吸收凈化能力[2]。植物對逆境的適應(yīng)能力或吸收有害物質(zhì)并對其利用的過程被稱之為植物的抗性（plant resistance）。植物的抗性有2層含義，一是植物在具有污染的環(huán)境中的生存能力；二是吸收利用或降低環(huán)境中有毒物濃度的能力[3]。植物的抗性機(jī)理主要表現(xiàn)在植物外部保護(hù)層吸收有毒物質(zhì)并將其將其轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，富集有害物質(zhì)和分泌殺菌素等方面。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對懸鈴木的研究不少，歸納起來主要體現(xiàn)在對懸鈴木的苗木培育及栽培、病蟲害防治、生物學(xué)特性、園林用途及修剪、移植和組培等8個方面研究，而對其抗污染能力研究則相對較少。為此，本研究通過選取新鄉(xiāng)市有大量懸鈴木生長的2個對比試驗(yàn)區(qū)域（空氣嚴(yán)重污染和未污染），并通過對懸鈴木生長情況、抗性機(jī)理中對毒害氣體和重金屬的反應(yīng)及富集能力等指標(biāo)上進(jìn)行對比研究，總結(jié)歸納出懸鈴木對大氣污染的抗性與凈化能力，為城市綠化中對懸鈴木的選擇和配置提供科學(xué)依據(jù)。

1 觀測地點(diǎn)概況

本研究選取2個觀測點(diǎn)，其中污染觀測點(diǎn)設(shè)于新鄉(xiāng)市鳳泉區(qū)潞王墳村旁，該村周邊分布著較多的水泥廠、鐵礦廠，還有一條通往山西的主要干道，經(jīng)常有運(yùn)輸石頭、水泥、煤炭的大車從此經(jīng)過，污染物主要是粉塵、煙塵、SO2、NO、BaP、CO、HS和一些重金屬元素。該地處北緯35°18′，東經(jīng)113°54′，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，冬寒夏熱，秋涼春早，年平均氣溫14℃，7月最熱，平均27.3℃，1月最冷，平均0.2℃，最高氣溫42.7℃，最低氣溫-21.3℃，年均濕度68%，最大凍土深度260mm。對照觀測點(diǎn)設(shè)于新鄉(xiāng)學(xué)院新校區(qū)內(nèi)，校區(qū)周邊植被豐富，綠化帶達(dá)10m多寬，周邊無廠礦，距離京廣高速公路較遠(yuǎn)，約3km，離鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路約5km，基本屬于無污染的清潔區(qū)。該地屬平原地帶，氣候特征為冷而不寒、暖而不熱、干濕分明、降水集中，全年多風(fēng)。年平均風(fēng)速為4.3m/s，年平均氣溫23.70℃，年降雨量840.9mm，年相對濕度61%，3～4月易發(fā)生“倒春寒”，年平均日照2 234h，年平均無霜期212d?；貎?nèi)土壤基質(zhì)為山地黃土壤。

2 研究方法

2.1 取樣 所選擇的2個測試區(qū)懸鈴木均來自獲嘉金碧園園林苗木基地2008年5月定植的同一批苗，每個測試區(qū)各確定20株，株行距均為2.5m×2.5m，確定的這20株由專人負(fù)責(zé)保護(hù)和觀察，不采取追肥、修剪等措施。2014年10月落葉前，在每株懸鈴木的上、中、下3個部位隨機(jī)采集發(fā)育正常的老葉片各10片。回到實(shí)驗(yàn)室后將采回的新鮮葉片用蒸餾水進(jìn)行沖洗，濾出灰塵，烘干，將其稱重，粉碎后密閉保存，以備分析。

2.2 測定方法 2個測試點(diǎn)各選取樣樹15株進(jìn)行定植觀測，定植后第一次測定樣樹的樹高、地徑和冠幅，采摘樹葉樣品時再一次對樹高、地徑和冠幅進(jìn)行測定，然后計算2次平均值為測定結(jié)果，并觀察污染測試區(qū)的植株健康狀況。（1）氮（N）含量測定：凱氏定氮法；（2）氯（Cl）含量測定：沉淀滴定法；（3）氟（F）含量測定：離子選擇性電極法；（4）硫（S）含量測定：微庫侖法；（5）鋅（Zn）、銅（Cu）、錳（Mn）、磷（P）、鉀（K）、鐵（Fe）、鈣（Ca）、鎂（Mg）含量測定：電感耦合等離子體發(fā)射光譜法，試樣經(jīng)酸和高溫消解后，在6 000～10 000K高溫的等離子炬中激發(fā)，待測元素激發(fā)出特征譜線的光，經(jīng)分光后測量其強(qiáng)度；（6）鉛（Pb）、鎘（Cd）含量測定：石墨爐原子吸收光譜法；（7）砷（As）含量測定：氫化物原子熒光光度法；（8）汞（Hg）含量測定：冷原子吸收光譜法；（9）鉻（Cr）含量測定：分光光度法。

3 結(jié)果與分析

3.1 大氣污染對懸鈴木生長的影響分析 污染測試點(diǎn)的懸鈴木當(dāng)初定植時平均地徑、平均冠幅、平均樹高分別為1.45cm、0.54m、1.35m，而采樣時平均地徑、平均冠幅、平均樹高分別達(dá)到2.07cm、1.46m、1.67m，增幅分別為0.62cm、0.92m、0.32m；對照觀測點(diǎn)的懸鈴木當(dāng)初定植時平均地徑、平均冠幅、平均樹高分別為1.47cm、0.61m、1.35m，采樣時平均地徑、平均冠幅、平均樹高分別為3.85cm、1.85m、2.58m，增幅分別為2.38cm、1.24m、1.23m。從以上調(diào)查所得到的生長指標(biāo)可以看出，污染觀測點(diǎn)懸鈴木3個生長因子的平均值均明顯低于對照觀測點(diǎn)，說明環(huán)境污染影響了植物的生長。另外，由于污染觀測點(diǎn)各種污染物較多，導(dǎo)致懸鈴木葉片表面上降塵沉積較多，盡管葉片沒有枯黃，沒有脫落，葉尖也沒有焦枯等受害癥狀，但相對對照點(diǎn)明顯表現(xiàn)出葉色偏黃少綠，新梢較短，葉面較小，枝條生長不良、畸形葉多等狀況。由此可見，污染明顯抑制了植物的正常生長，影響了植物的生長機(jī)理，使懸鈴木同化速率明顯降低。與對照點(diǎn)相比，污染觀測點(diǎn)的懸鈴木平均地徑的生長量降低116.55%，平均冠幅的生長量降低204.33%，平均樹高的生長量降低66.31%。再者也明顯看出，大氣中過量的一氧化碳、氮化物、碳?xì)浠衔?、二氧化硫、氟化氫、氯氣等對植物影響最大的部位是葉面、葉片及嫩枝，最終對樹冠冠幅的影響。從調(diào)查的生長指標(biāo)和健康狀況可以看出，懸鈴木在重度污染情況下雖然能正常生長，但生長受到明顯抑制，長勢不佳。

3.2 懸鈴木對有害氣體的凈化能力分析 通過對懸鈴木葉片中5種元素含量在2個測試點(diǎn)的測定結(jié)果（表1）來看，污染點(diǎn)N、S、P這3種元素的含量比對照點(diǎn)低一些。綜合各方面情況，出現(xiàn)這種差異原因可能是由于對照點(diǎn)學(xué)校用地6a前都是農(nóng)田、耕地，在種植農(nóng)作物時曾經(jīng)施肥較為頻繁，土壤中N（堿解氮76.9mg/kg）、S（速效硫76.9mg/kg）和P（速效磷9.16mg/kg）含量水平較高導(dǎo)致的，懸鈴木對N、S和P的吸收凈化能力到底如何，在后續(xù)研究中有待進(jìn)一步分析驗(yàn)證。而Cl和F的污染點(diǎn)明顯比對照點(diǎn)高，分別高出237.14%和2 233.30%，由此可以看出懸鈴木對Cl和F有極強(qiáng)的凈化能力。

3.3 懸鈴木對重金屬元素的吸收能力分析 通過對2個觀測點(diǎn)懸鈴木葉片中5種重金屬元素含量的測定對比分析（表2），各元素在污染點(diǎn)的含量均明顯高于對照點(diǎn)，其中Hg、Pb和Cd的增值相對比較大，分別比對照值高出了1 172.727%、733.918%和1 162.626%，（下轉(zhuǎn)56頁）（上接30頁）As和Cr的增量相比Hg、Pb和Cd相對比較小，但分別也達(dá)97.110%和174.176%。根據(jù)懸鈴木處理后葉片中As、Hg、Pb、Cd、Cr等5種重金屬元素富集量測定結(jié)果來看，明顯污染點(diǎn)鳳泉區(qū)潞王墳懸鈴木葉片的重金屬污染比較高，盡管這樣，懸鈴木對這5種重金屬元素仍具有較佳的吸收凈化能力，特別對Hg、Pb和Cd這3種具很好的凈化功能。

4 結(jié)論

通過對比試驗(yàn)結(jié)果表明，懸鈴木在重度污染情況下雖然長勢受到明顯抑制，但是依然能存活并能繼續(xù)生長，長勢相對在該區(qū)生長的其他樹種要好得多；懸鈴木對Cl和F這2種有害氣體具有極強(qiáng)的抗性和凈化能力，對 As、Hg、Pb、Cd和Cr等重金屬具有較佳的吸收和凈化能力。因此，懸鈴木對緩解和凈化大氣污染有較好的效果，是一個抗大氣污染能力比較強(qiáng)，凈化重金屬能力比較優(yōu)良的園林綠化樹種，在城市園林綠化中，特別在環(huán)境污染較為嚴(yán)重的區(qū)域可作為改善和美化生態(tài)環(huán)境的常用植物。

參考文獻(xiàn)

[1]中國科學(xué)院中國植物志編輯委員會.中國植物志（第二十二卷）[M].北京：科學(xué)出版社，1999.

[2]張德強(qiáng)，褚國偉，余清發(fā)，等.園林綠化植物對大氣二氧化硫和氟化物污染的凈化能力及修復(fù)功能[J].熱帶亞熱帶植物學(xué)報，2003，11（4）：336-340.

[3]張?jiān)品?城市環(huán)境保護(hù)[M].北京：中國科技出版社，1994.

[4]畢波，劉云彩，陳強(qiáng)，等.櫸樹對大氣污染物的凈化能力研究[J].西部林業(yè)科學(xué)，2011，12（15）：234-236.

[5]汪靈丹，張日清.櫸樹的研究進(jìn)展[J].廣西林業(yè)科學(xué)，2005（4）：188-191. （責(zé)編：張宏民）