新鄉(xiāng)市2種常見(jiàn)綠化植物葉片及葉面降塵的硫含量研究

張家洋

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

新鄉(xiāng)市2種常見(jiàn)綠化植物葉片及葉面降塵的硫含量研究

張家洋

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

用多重比較法分析新鄉(xiāng)市不同功能區(qū)欒樹(shù)和女貞葉片硫含量與葉面塵中硫含量有無(wú)顯著性差異，擬合葉片硫含量與大氣污染物硫濃度以及葉面塵中硫含量之間一元生物監(jiān)測(cè)的數(shù)學(xué)模型，利用多元回歸分析法建立3者之間的關(guān)系。結(jié)果表明：與清潔區(qū)相比，不同功能區(qū)欒樹(shù)和女貞葉片硫含量、葉面降塵硫含量和大氣硫濃度差異顯著或極顯著；一元生物監(jiān)測(cè)數(shù)學(xué)模型顯示，欒樹(shù)和女貞葉片硫含量與葉面降塵硫含量均呈顯著相關(guān)（R2=0.881 2、0.647 1），欒樹(shù)和女貞葉片硫含量與大氣硫濃度分別呈極顯著相關(guān)（R2=0.951 6）和顯著相關(guān) （R2=0.753 2）；二元生物監(jiān)測(cè)數(shù)學(xué)模型顯示，欒樹(shù)和女貞葉片的硫含量與葉面塵的污染元素硫含量以及大氣污染物硫濃度均呈極顯著相關(guān)（R2=0.920 2、0.923 3）。

欒樹(shù)；女貞；葉片；葉面降塵；硫含量；生物監(jiān)測(cè)

隨著社會(huì)的發(fā)展和城市的進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)和人為活動(dòng)直接或間接產(chǎn)生的污染物嚴(yán)重影響了生態(tài)平衡，破壞了自然環(huán)境，而硫化物以及重金屬是目前大氣污染物中數(shù)量較大、影響面較廣的一種，其和懸浮顆粒物一起進(jìn)入人體呼吸系統(tǒng)，對(duì)人類(lèi)的健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅［1-2］。植物組織可吸收富集硫等多種污染元素，反應(yīng)排放源附近元素的輸入特征及污染水平［3-4］。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)某一區(qū)域或城市的綠化植物開(kāi)展了大氣污染物富集能力及環(huán)境效應(yīng)的研究，利用植物器官的生物監(jiān)測(cè)作為一種經(jīng)濟(jì)可靠的常規(guī)監(jiān)測(cè)補(bǔ)充手段，已被國(guó)內(nèi)外廣泛運(yùn)用［5-6］。

然而多數(shù)研究集中在植物體本身吸收凈化能力方面，缺少與實(shí)際大氣污染同步監(jiān)測(cè)的相互驗(yàn)證，其準(zhǔn)確性及相關(guān)性仍存有爭(zhēng)議［7-8］。另一方面，對(duì)植物葉面塵、植物不同器官、大氣污染物濃度3者之間的數(shù)學(xué)回歸分析研究少見(jiàn)報(bào)道。本研究通過(guò)對(duì)新鄉(xiāng)市不同功能區(qū)大氣污染物硫的濃度、欒樹(shù)（Koelreuteria paniculata）和女貞（Ligustrum lucidum）2種常見(jiàn)道路綠化樹(shù)種葉片的污染元素硫含量及葉面塵中污染元素硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)，并對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行數(shù)學(xué)回歸分析，探討城市綠化樹(shù)種葉片的硫含量與其影響因素（葉面降塵中硫的含量、大氣中污染物硫濃度）的關(guān)系，建立適合野外自然條件下的生物監(jiān)測(cè)數(shù)學(xué)模型，為區(qū)域或地方環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

新鄉(xiāng)市位于東經(jīng)113°30′～115°01′，北緯34°55′～35°50′，屬暖溫帶大陸性氣候，四季分明，冬寒夏熱，秋涼春早，年平均氣溫14.0℃。7月最熱，平均溫度27.3℃ ；1月最冷，平均溫度0.2℃；年均降水量573.4 mm，無(wú)霜期220 d。新鄉(xiāng)市地處黃河、海河兩大流域，其西北方是太行山和呂梁山，西和西南方有自西向東延伸的秦嶺山脈，構(gòu)成東西向狹長(zhǎng)河谷，東至東南方為黃淮平原。秋冬時(shí)節(jié)，當(dāng)西北方向冷空氣入侵時(shí)，由于在太行山東南麓，受山脈的屏障作用，其風(fēng)速會(huì)降低。春夏季和初秋時(shí)節(jié)，當(dāng)氣流沿華北平原侵入新鄉(xiāng)地區(qū)時(shí)，由于山西高原的屏障和東北方泰山的阻擋，氣流自北向南灌入，由于“狹管效應(yīng)”作用，風(fēng)速會(huì)增加。

2　研究方法

2.1樣品采集

1）采樣點(diǎn)（11個(gè)）：根據(jù)分層隨機(jī)抽樣調(diào)查法，按污染程度對(duì)新鄉(xiāng)市進(jìn)行功能分區(qū)布點(diǎn)采樣。分別為工業(yè)區(qū) （IA）3個(gè) （北站化工廠、水泥廠、發(fā)電廠）；商業(yè)交通區(qū)（CTA）3個(gè) （人民路中段、平原路中段、新飛大道北段）；居民區(qū) （RA）3個(gè)（紫郡小區(qū)、公務(wù)員小區(qū)、常青藤小區(qū)）；清潔區(qū)（CA）2個(gè)（人民公園、森林公園）。

2）采樣樹(shù)種（2種）：通過(guò)對(duì)新鄉(xiāng)市內(nèi)主要街道、公共綠地、公園和居民區(qū)進(jìn)行調(diào)查，選擇欒樹(shù)和女貞2種較常見(jiàn)的綠化樹(shù)種作為供試樹(shù)種。

3）采樣方法：葉片采樣：于2014年9月，在不同功能區(qū)選擇生長(zhǎng)健康的優(yōu)良植株采集葉片。采樣時(shí)同一樹(shù)種樹(shù)高、胸徑、生長(zhǎng)狀況等條件保持基本一致，每個(gè)采樣點(diǎn)每樹(shù)種隨機(jī)選取1～2株，采樣位置選擇樹(shù)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，每枝選取第3～5片老葉作為測(cè)量樣品，備用。降塵采樣：雨后每隔5 d采樣1次，每樹(shù)種均采集同一高度的成熟健康葉片，用微孔濾膜抽濾法收集降塵。在葉片和降塵采樣的同時(shí)，在不同功能區(qū)用掛片法測(cè)定大氣中的硫含量，每個(gè)樣品重復(fù)3次。

2.2測(cè)定及分析方法

2.2.1測(cè)定方法

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)所收集的葉片和降塵進(jìn)行處理，采用艾氏卡試劑消化樣品，并用氯化鋇比濁法測(cè)定硫元素含量［9-10］。

2.2.2分析方法

利用多重比較法分析不同功能區(qū)不同樹(shù)種葉片的硫含量和降塵中的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異性；利用sPearman法對(duì)因變量（葉片的硫含量）和自變量（降塵中的硫含量與大氣硫濃度）進(jìn)行相關(guān)性分析。利用二元回歸分析法建立3者之間的生物監(jiān)測(cè)數(shù)學(xué)模型，并用最小二乘估計(jì)法繪制觀測(cè)值與回歸方程的偏離度。采用Microsoft Exce1、SPss 17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，表中數(shù)據(jù)以平均值來(lái)體現(xiàn)。

3　結(jié)果與分析

3.1葉片及葉面降塵的硫含量和大氣硫濃度比較

植物葉片可吸收富集S等多種污染元素，反應(yīng)排放源附近元素的輸入特征及污染水平，可以作為較長(zhǎng)期的污染指示劑，植物葉面降塵由于對(duì)大風(fēng)大雨等氣象條件的敏感性，可作為不同功能區(qū)污染的短期監(jiān)測(cè)指示劑。由表1可見(jiàn)，工業(yè)區(qū)、商業(yè)交通區(qū)和居民區(qū)的大氣硫濃度與清潔區(qū)相比差異均極顯著；對(duì)欒樹(shù)的葉片硫含量和降塵中的硫含量而言，工業(yè)區(qū)和商業(yè)交通區(qū)與清潔區(qū)相比差異極顯著，而居民區(qū)與清潔區(qū)相比差異顯著；對(duì)女貞而言，工業(yè)區(qū)葉片硫含量與清潔區(qū)相比差異極顯著，而商業(yè)交通區(qū)和居民區(qū)葉片硫含量與清潔區(qū)相比差異顯著。工業(yè)區(qū)和商業(yè)交通區(qū)葉面降塵中的硫含量與清潔區(qū)相比差異極顯著，而居民區(qū)葉面降塵中的硫含量與清潔區(qū)相比差異顯著。這說(shuō)明降塵和葉片對(duì)大氣污染元素硫的濃度變化反應(yīng)較敏感。

表1　各功能區(qū)2樹(shù)種葉片硫含量及降塵中硫含量與大氣硫濃度比較Tab1e 1　The comParison of the atmosPheric su1fur concentration and the su1fur content of b1ades and fo1iar dust of two tree sPecies in each function areas

2樹(shù)種葉片硫含量和降塵中的硫含量均隨大氣硫濃度的增加呈遞增趨勢(shì)，在工業(yè)區(qū)達(dá)到最大值。其中，對(duì)欒樹(shù)而言，在工業(yè)區(qū)（化工廠）其葉片硫含量和降塵中的硫含量分別是清潔區(qū)（森林公園）的2.79倍和2.28倍；對(duì)女貞而言，工業(yè)區(qū)（化工廠）其葉片硫含量和降塵中的硫含量分別是清潔區(qū)（森林公園）的2.38倍和2.31倍。此外，在同一功能區(qū)內(nèi)，欒樹(shù)葉片硫含量和降塵中的硫含量均高于女貞，即由于物種差異，欒樹(shù)吸收積累污染元素硫的能力較強(qiáng)。

3.2葉片硫含量和大氣硫濃度與降塵中硫含量的數(shù)學(xué)模型

由表2可見(jiàn)，欒樹(shù)和女貞葉片硫含量與降塵硫含量、大氣中硫濃度3者擬合的二元生物監(jiān)測(cè)數(shù)學(xué)模型（①、②）相關(guān)性顯著，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)0.920 2和0.9233，可以認(rèn)為，植物葉片中的硫大部分來(lái)自對(duì)大氣和降塵的吸收。植物葉片的硫含量與降塵中硫含量擬合的一元生物監(jiān)測(cè)數(shù)學(xué)模型（③、④）相關(guān)性也較顯著，相關(guān)系數(shù)分別為0.881 2和0.647 1，表明葉片中部分硫來(lái)自于氣孔對(duì)大氣污染物SO2等硫化物的直接吸收。另外，欒樹(shù)葉片的硫含量與大氣硫濃度擬合的一元生物監(jiān)測(cè)數(shù)學(xué)模型（⑤）相關(guān)性也十分顯著，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.951 6，女貞葉片的硫含量與大氣硫濃度擬合的一元生物監(jiān)測(cè)數(shù)學(xué)模型（⑥）相關(guān)性也較為顯著，相關(guān)系數(shù)為0.753 2，表明葉片中部分硫也同時(shí)來(lái)自于降塵中硫化物的直接吸收。

表2　葉片硫含量和大氣硫濃度及降塵中硫含量的數(shù)學(xué)模型Tab1e 2　Mathematica1 mode1 of the atmosPheric su1fur concentration and the su1fur content of b1ades and fo1iar dust

4　結(jié)論與討論

1）研究結(jié)果顯示，欒樹(shù)葉面降塵中硫含量是其葉片硫含量的1.07～1.40倍，女貞為1.02～1.56倍。可以看出，葉面降塵中的硫大部分并沒(méi)有被葉片吸收，這表明可被植物葉片吸收的有效態(tài)硫的比例較低，即葉面降塵顆粒物中僅有小部分的硫化物以有效態(tài)（硫元素的吸收形式）形式存在，這與邱媛［11］的研究結(jié)果一致。

2）許多研究表明，污染地區(qū)植物的葉片、樹(shù)皮等器官的含硫量與大氣SO2等污染物濃度顯著相關(guān)［12］。如邱媛［11］等研究表明，大葉榕葉片中硫含量與大氣硫酸鹽化速率極顯著相關(guān)（R2=0.980 0）；林志紅［13］研究表明，油松針葉中硫含量與大氣SO2濃度的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.784 1。本文研究結(jié)果表明，欒樹(shù)葉片硫含量與大氣硫濃度呈極顯著正相關(guān)（R2=0.951 6），女貞葉片硫含量與大氣硫濃度呈顯著相關(guān)（R2=0.753 2）。說(shuō)明葉片硫含量部分來(lái)源于對(duì)大氣SO2等硫化物的直接吸收。此外，由于植物葉面降塵主要來(lái)源于工業(yè)廢氣排放、公共交通和土壤揚(yáng)塵等顆粒物的沉降，因此，葉面降塵中含有大量的硫化物，同時(shí)也有研究表明，葉片含硫量與葉面降塵硫含量相關(guān)性顯著，以上說(shuō)明植物葉片和葉面降塵均可作為有效的生物指示劑，二者協(xié)同監(jiān)測(cè)，靈敏度更高。

3）與以葉片的硫含量分別與葉面降塵中的硫含量及大氣硫濃度為基礎(chǔ)的一元生物監(jiān)測(cè)數(shù)學(xué)模型相比，利用多重比較法分析不同功能區(qū)的欒樹(shù)和女貞葉片的硫含量與葉面降塵的硫含量及大氣硫濃度后發(fā)現(xiàn)均有極顯著性差異（R2分別為0.920 2、0.923 3），故以植物葉片和降塵硫含量及大氣硫濃度為基礎(chǔ)的生物監(jiān)測(cè)二元數(shù)學(xué)模型（①、②）有較高的實(shí)用價(jià)值，也較一元數(shù)學(xué)模型 （③-⑥）有更高的可靠性和靈敏度。

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（責(zé)任編輯趙粉俠）

Research on Su1fur Content of Two Common Green Tree B1ades and Fo1iar Dust in Xinxiang City

Zhang Jiayang

（Co11ege of Life Science and Techno1ogy，Xinxiang University，Xinxiang Henan 453003，China）

The significant difference about su1fur content between Koelreuteria paniculata and Ligustrum lucidum b1ades and fo1iar dust in Xinxiang different function areas were studied with mu1tiP1e comParisons.Fitting monadic mathematic mode1 of b1ade su1fur content and atmosPheric Po11utants su1fur concentration and fo1iar dust Po11ution e1ements su1fur content，using mu1tivariate regression ana1ysis method to estab1ish the re1ations among the atmosPheric Po11utants su1Phur concentration and the su1fur content of b1ades and fo1iar dust.The resu1ts showed that Koelreuteria paniculata and Ligustrum lucidum b1ades su1fur content，su1fur content of fo1iar dust and atmosPheric su1fur concentration had significant difference or extreme1y significant difference in different functiona1 areas com-Pared with the c1ean area.Monadic mathematic mode1 showed that the su1fur content of b1ades and fo1iar dust in Koelreuteria paniculata and Ligustrum lucidum had significant corre1ation（R2=0.881 2，0.647 1），the su1fur content and atmosPheric su1fur concentration in Koelreuteria paniculata and Ligustrum lucidum showed extreme1y significant corre1ation（R2=0.951 6）and significant corre1ation（R2=0.753 2）resPective1y.Binary bio1ogica1 monitoring mathematica1 mode1 showed that the atmosPheric Po11utants su1fur concentration and the su1fur content of b1ades and fo1iar dust were extreme1y significant corre1ation（R2=0.920 2，0.923 3）.

Koelreuteria paniculata，Ligustrum lucidum，b1ade，fo1iar dust，su1fur content，bio1ogica1 monitoring

S731.2

A

2095-1914（2016）04-0167-04

10.11929/j.issn.2095-1914.2016.04.028

2015-12-08

河南省基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究（142300410100）項(xiàng)目資助。

張家洋（1975—），男，講師。研究方向：環(huán)境生態(tài)學(xué)。Emai1：skxsyszr@163.com。