桑樹對大氣中二氧化硫和氟化物的抗性及吸收能力研究

吳洪麗　郝瑜　劉嵐　許淑瓊　葉楚華　孫波　周洪英　葉建美

摘要：對在大氣污染程度不同環(huán)境里生長的農(nóng)桑14（Morus alba L. cv. Nongsang 14）、紫薇（Lagerstroemia indica L.）、銀薇[Lagerstroemia indica L. f. alba （Nichols.） Rehd.]、櫟樹（Quercus acutissima Carruth.）、丹桂[Osmanthus fragrans （Thunb.）Lour. var. aurantiacus Makino]5種植物葉片中的亞硫酸鹽和氟化物含量進(jìn)行了測定與分析，發(fā)現(xiàn)農(nóng)桑14對二氧化硫的吸收與其他4種對照植物相比沒有明顯優(yōu)勢，但對氟化物的吸收能力極顯著高于其他4種對照植物，且隨著空氣中氟化物濃度的升高，吸收量也明顯增高。通過電子顯微鏡掃描觀察發(fā)現(xiàn)，與其他4種對照植物相比，桑葉表面的皺褶深凹，集聚了較多的顆粒狀物，表明農(nóng)桑14對空氣中粉塵等污染物具有較強(qiáng)的吸附能力。

關(guān)鍵詞：桑樹；大氣污染；抗性；吸收

中圖分類號(hào)：S888 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）24-6290-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.24.049

Abstract：Sulfite and Fluoride content in leaves of Morus alba L. cv. Nongsang 14， Lagerstroemia indica L， L. indica L. f. alba （Nichols.） Rehd.， Quercus acutissima Carruth.， and Osmanthus fragrans（Thunb.）Lour. var. aurantiacus Makino in the test point of different pollution level were tested. The result showed that fluoride in M. alba cv. Nongsang 14 is significantly higher than in others； and with the increasing of atmospheric fluoride pollution， more fluoride was fixed. While the absorption of M. alba cv. Nongsang 14 to SO2 is similar to other plants. SEM result shows leaf surface of M. alba cv. Nongsang 14 is rich of deep wrinkles where particles gathered together， indicating strong adsorptivity to pollution such as dust in atmosphere.

Key words：mulberry； air pollution； resistant； absorption

隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，大氣污染已成為人類無法回避的現(xiàn)實(shí)問題，利用植物對大氣污染進(jìn)行修復(fù)具有經(jīng)濟(jì)、高效、持久、環(huán)境友好等優(yōu)勢，所以越來越受到普遍關(guān)注。不同植物對大氣污染物的抗性和吸收能力有較大的差異，只有具有很強(qiáng)的抗性，在高污染地區(qū)能正常生長，并對空氣中的污染物具有極強(qiáng)吸收能力的植物，才能達(dá)到對大氣污染的最佳修復(fù)效果。桑樹（Morus L.）是一種多年生的木本闊葉植物，其光合作用強(qiáng)，生長茂盛， 生物量和儲(chǔ)碳量大[1]；桑葉還具有很好的滯塵作用，對大氣中粉塵的滯留量達(dá)5.39 g/m2[2]。根據(jù)園林綠化植物對大氣污染抗性及吸收能力的篩選研究結(jié)果，桑樹對HF污染的抗性強(qiáng)[3]，并具有很強(qiáng)的吸收凈化能力[4]，對氯和二氧化硫污染的抗性較強(qiáng)，且對二氧化硫、氯、鉛均有較強(qiáng)的吸收能力[5，6]，二氧化硫人工熏氣試驗(yàn)表明，桑樹屬于吸硫能力較強(qiáng)的植物種類[7]，

但過高濃度的二氧化硫脅迫會(huì)抑制桑樹的保護(hù)酶活性，導(dǎo)致植株逆境傷害加劇，葉片產(chǎn)生壞死，降低光合能力，從而對桑樹生長產(chǎn)生不利影響[8]。為了探明桑樹與常見綠化植物對大氣污染抗性與吸收能力的差異，試驗(yàn)在2個(gè)大氣污染程度不同的試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行了桑樹、紫薇（Lagerstroemia indica L.）、銀薇[Lagerstroemia indica L. f. alba （Nichols.） Rehd.]、櫟樹（Quercus acutissima Carruth.）、丹桂[Osmanthus fragrans （Thunb.） Lour. var. aurantiacus Makino]5種植物對大氣中二氧化硫及氟化物污染的抗性及吸收能力的對比試驗(yàn)，并對上述各植物葉片進(jìn)行電子顯微鏡掃描觀察，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)告如下。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)選擇2個(gè)大氣污染程度不同的試驗(yàn)點(diǎn)，試驗(yàn)點(diǎn)1位于湖北省遠(yuǎn)安縣花林寺鎮(zhèn)木瓜鋪村，附近無大型工廠，桑葉可正常養(yǎng)蠶。試驗(yàn)點(diǎn)2位于湖北省遠(yuǎn)安縣蠶種場，該試驗(yàn)點(diǎn)處在污染地區(qū)，附近有陶瓷廠及玻璃廠，桑葉已不能養(yǎng)蠶。

1.2 材料

供試植物為桑樹農(nóng)桑14（Morus alba L. cv. Nongsang 14），樹齡15年，中桿栽培。對照植物有紫薇、銀薇、櫟樹、丹桂，樹齡在15 a左右。每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)所調(diào)查的試驗(yàn)植物栽植的地理位置和周圍的生態(tài)環(huán)境相近。

1.3 方法

1.3.1 大氣中二氧化硫及氟化物的測定 2014年6-11月，在每月的5-8日上午9：00～11：00，分別在2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)用TH-150C型智能型中流量空氣總懸浮微粒采樣器進(jìn)行空氣采樣，采樣時(shí)間為1 h。采集的樣本送農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心（武漢）進(jìn)行檢測。樣本中二氧化硫含量采用文獻(xiàn)[9]的方法檢測，氟化物含量采用文獻(xiàn)[10]的方法檢測。

1.3.2 供試植株生長狀態(tài)調(diào)查 2014年6-11月，在每月的5-8日對2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)生長的5種試驗(yàn)植物進(jìn)行生長狀態(tài)調(diào)查，調(diào)查受試植物的葉片傷斑、嫩葉卷曲程度、落葉情況及植株整體生長狀況。

1.3.3 供試植株葉片中亞硫酸鹽及氟化物含量的測定 2014年11月上旬分別在2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)采樣，采集試驗(yàn)植物植株中部的葉片，每種植物選擇5個(gè)植株采樣。樣本由湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所檢測亞硫酸鹽含量和氟化物含量。亞硫酸鹽含量采用文獻(xiàn)[11]的方法測定、氟化物含量采用文獻(xiàn)[12]的方法測定。

1.3.4 供試植株葉片的電鏡觀察 2014年11月上旬，將2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)采集的植物葉片樣品在中國科學(xué)院武漢病毒研究所公共技術(shù)服務(wù)中心進(jìn)行葉片的正、反面的電子顯微鏡掃描觀察。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)應(yīng)用Microsoft Office Excel 2007軟件進(jìn)行處理并作圖，采用SPSS Statistics19.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 空氣中污染物濃度

2014年6-11月在2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)取得的空氣樣本其二氧化硫含量測定結(jié)果見圖1、氟化物含量測定結(jié)果見圖2。從圖1可見，二氧化硫含量試驗(yàn)點(diǎn)1為0.007～0.027 mg/m3，試驗(yàn)點(diǎn)2為0.017-0.080 mg/m3；從圖2可見，氟化物含量試驗(yàn)點(diǎn)1為0.199～0.905 mg/m3，試驗(yàn)點(diǎn)2為0.251-1.719 mg/m3，反映出遠(yuǎn)安縣蠶種場環(huán)境空氣中的二氧化硫和氟化物含量始終高于遠(yuǎn)安縣花林寺鎮(zhèn)木瓜鋪村環(huán)境空氣中的二氧化硫和氟化物含量。

2.2 植株生長狀態(tài)調(diào)查

連續(xù)6個(gè)月的試驗(yàn)點(diǎn)田間5種參試植物農(nóng)桑14、紫薇、銀薇、櫟樹、丹桂生長狀態(tài)調(diào)查結(jié)果表明，參試植物的葉片傷斑、嫩葉卷曲、落葉情況及植株整體生長狀況基本在正常范圍內(nèi)，植株生長良好，沒有發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，說明當(dāng)?shù)丨h(huán)境中的二氧化硫及氟化物在試驗(yàn)測定的濃度范圍內(nèi)對參試植物的生長狀況無不良影響。

2.3 植株葉片中亞硫酸鹽的含量

參試植物葉片中亞硫酸鹽含量測定結(jié)果見圖3。從圖3看出，2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)里參試5種植物葉片中的亞硫酸鹽含量在15.58～22.26 mg/kg。其中在試驗(yàn)點(diǎn)1，農(nóng)桑14的亞硫酸鹽含量顯著低于銀薇和丹桂（P<0.05）；在試驗(yàn)點(diǎn)2，農(nóng)桑14的亞硫酸鹽含量顯著低于銀薇、櫟樹（P<0.05），但極顯著高于丹桂（P<0.01）；2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)之間的農(nóng)桑14葉片亞硫酸鹽含量無顯著差異（P>0.05）。表明在試驗(yàn)范圍內(nèi)，農(nóng)桑14對二氧化硫的吸收與其他4種對照植物相比沒有明顯特點(diǎn)，隨著大氣中二氧化硫含量的增加，對二氧化硫吸收的變化不明顯。

2.4 植株葉片中氟化物的含量

參試植物葉片中氟化物含量在試驗(yàn)點(diǎn)1的測定結(jié)果見圖4。從圖4可見，試驗(yàn)點(diǎn)1的農(nóng)桑14葉片中的氟化物含量為27.87 mg/kg，極顯著高于紫薇、銀薇、櫟樹、丹桂4種對照植物（P<0.01）。

參試植物葉片中氟化物含量在試驗(yàn)點(diǎn)2的測定結(jié)果見圖5。從圖5可見，試驗(yàn)點(diǎn)2的農(nóng)桑14葉片中氟化物含量為483.56 mg/kg，極顯著高于紫薇、銀薇、櫟樹、丹桂4種對照植物（P<0.01）。

將2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)測定出的植物葉片中氟化物含量進(jìn)行增長量對比，結(jié)果見圖6，從圖6可見，農(nóng)桑14的葉片氟化物含量在試驗(yàn)點(diǎn)2的測定值遠(yuǎn)高于試驗(yàn)點(diǎn)1，2個(gè)點(diǎn)的差值為455.69 mg/kg；并且農(nóng)桑14的葉片氟化物含量增長量極顯著高于紫薇、銀薇、櫟樹、丹桂4種對照植物（P<0.01）。表明在試驗(yàn)條件范圍內(nèi)，農(nóng)桑14對空氣中氟化物的吸收能力大大高于紫薇、銀薇、櫟樹、丹桂，且隨著空氣中氟化物濃度的升高，吸收量也極顯著增高（P<0.01）。

2.5 植物葉片電鏡掃描觀察

從植物葉片電子顯微鏡掃描結(jié)果（圖7）來看，與紫薇、銀薇、櫟樹、丹桂4種對照植物相比，農(nóng)桑14的葉片表面特別是背面的皺褶豐富深凹，并聚集了較多的顆粒狀物，數(shù)量明顯多于紫薇、銀薇、櫟樹、丹桂，表明農(nóng)桑14對空氣中粉塵等污染物具有較強(qiáng)的吸附能力。

3 討論

空氣中二氧化硫、氟化物污染均會(huì)對環(huán)境及生物造成危害；氟化物毒性比二氧化硫要強(qiáng)，有研究認(rèn)為，氟化氫對人體的危害比二氧化硫大20倍，對植物的危害比二氧化硫大10～1 000倍[13]。二氧化硫主要以氣體（SO2）的形式存在，氟化物則以氣態(tài)氟化物（HF、SIF4）及塵態(tài)氟化物的形式存在[14]。桑樹屬于吸滯粉塵能力強(qiáng)的樹種之一[2，15]，這在試驗(yàn)的葉片掃描電鏡照片中得到證實(shí)，桑葉表面特別是背面的皺褶豐富深凹，聚集了較多的顆粒狀物，這種特殊結(jié)構(gòu)可能是桑樹對空氣中粉塵具有較強(qiáng)吸附能力的重要原因。桑樹葉片亞硫酸鹽含量與紫薇、銀薇、櫟樹、丹桂4種對照植物相當(dāng)，但氟化物的含量顯著超過其他4種對照植物，并隨空氣中氟化物污染程度的增加而大幅度增加，推測是因?yàn)樯Ｈ~對低濃度的氣態(tài)二氧化硫吸收優(yōu)勢不明顯，但對空氣中大量的塵態(tài)氟化物具有極顯著的吸附優(yōu)勢所致。關(guān)于桑葉吸附空氣中的氟化物后進(jìn)一步的轉(zhuǎn)化、同化等途經(jīng)有待于下一步研究。

桑樹在園林綠化植物中屬于葉量大的植物之一，年產(chǎn)葉量最高可達(dá)2 000 kg/667 m2以上，桑樹對氟化物污染既有很強(qiáng)的抗性又有很強(qiáng)的吸附能力，這對開發(fā)桑樹的生態(tài)修復(fù)功能、治理空氣氟污染具有重要意義。

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