南寧市6種園林植物對大氣污染物的綜合凈化能力分析

□ 劉 勇 劉夢姣 李少鵬

1??引言

綠色植物作為城市環(huán)境建設(shè)的重要組成部分，通過吸附、吸收、累積和轉(zhuǎn)化等途徑有效地持留和去除大氣污染物，改善空氣質(zhì)量[1-4]。南寧市是典型的亞熱帶季風(fēng)氣候城市，豐富的植物資源在改善環(huán)境空氣質(zhì)量方面發(fā)揮著重要作用，環(huán)境空氣質(zhì)量連續(xù)三年實(shí)現(xiàn)全面達(dá)標(biāo)，SO2和NO2達(dá)一級標(biāo)準(zhǔn)，TSP（總懸浮微粒）達(dá)二級標(biāo)準(zhǔn)[5]。以南寧市代表性和普遍性的喬木葉片表面滯留TSP能力、SO2和NO2消減能力作為指標(biāo)，以此篩選對大氣污染物綜合凈化能力強(qiáng)的園林植物，具有重要的理論和實(shí)踐意義。研究結(jié)果，可為改善城市環(huán)境空氣質(zhì)量為目標(biāo)的園林植物樹種選擇提供數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)，為相近條件城市的環(huán)境建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

2??材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

結(jié)合南寧市各公園、居住區(qū)、單位及道路綠地園林植物應(yīng)用實(shí)際，選取6種具有代表性和普遍性的常用喬木作為試驗(yàn)材料，具體見表1。

2.2 試驗(yàn)方法

每個樹種選取生長狀況良好且樹齡、樹冠大小、樹木高度基本相同的植株，置入長寬高為4m×4m×5m的玻璃溫室（清水水泥地面，四側(cè)及頂面為5mm中空浮法玻璃）密封后，通入污染氣體（SO2、NO2、TSP），其中SO2、NO2、TSP初始濃度分別為70μg /L、90μg/L、105個/cm3，打開風(fēng)扇工作10min，待玻璃溫室中污染氣體擴(kuò)散均勻后，采用美國Thermo Scientifc公司的SO2分析儀（Model 43i）和NO2分析儀（Model 42i）對玻璃溫室中SO2、NO2的濃度進(jìn)行實(shí)時檢測，用美國TSI公司的掃描電遷移率顆粒物粒徑譜儀（SMPS）實(shí)時檢測玻璃溫室中大氣顆粒物的粒徑分布和濃度。每隔20min記錄1次污染氣體的濃度，2h后記錄最終數(shù)據(jù)。植株葉面積采用紙樣稱量法測定。為模擬自然狀態(tài)下植株對大氣污染物的消減過程，試驗(yàn)在25oC恒溫光照室中進(jìn)行，室內(nèi)配有溫濕度計(jì)，用于玻璃溫室內(nèi)溫度和濕度實(shí)時監(jiān)測。每個樹種選取3株作為1個平行，每株重復(fù)測定3次，為防止植株容器及土壤吸附污染氣體影響試驗(yàn)，用裝有相同土壤但無植株的植株容器作為空白對照。

表1 南寧市6種常用城市綠化喬木概況

2.3 數(shù)據(jù)處理

植物對污染氣體的凈化率計(jì)算公式為：凈化百分率（%）=（C1－C2－C0）/ C1×100，式中，C1為某一污染氣體的初始濃度，C2為最終濃度，C0為對照處理中的濃度。

植物單位葉面積對污染氣體的吸附量計(jì)算公式為：Qt=（C1－C2－C0）V/S，式中，Qt為t時刻植物對污染物的吸附量，V為玻璃溫室總體積，S為單株植物的總?cè)~面積。

2.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel（2013版）對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總并完成圖表制作，使用SPSS（20.0版）對TSP凈化率、SO2凈化率、NO2凈化率等進(jìn)行單因素方差分析，并通過鄧肯新復(fù)極差法分析各處理間的差異顯著性。

3??結(jié)果與分析

3.1 TSP凈化能力比較與分析

由圖1可知，6種園林植物對TSP凈化率隨時間的變化而變化。在前1h之內(nèi)，6種植物的凈化率差異不大，小葉欖仁的凈化率較其他5種植物偏低；60min之后，扁桃的TSP凈化率明顯加快，超出其他5種植物；在100min時，6種植物的TSP凈化率達(dá)到相對穩(wěn)定的狀態(tài)，可以看出達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，TSP凈化率扁桃＞大花紫薇＞小葉榕＞洋紫荊＞人面子＞小葉欖仁。6種植物中對TSP凈化率最大的是扁桃達(dá)56.17%，其次是大花紫薇TSP凈化率為53.69%，TSP凈化效果最差的是小葉欖仁僅達(dá)到44.36%。故在TSP污染較重的城市區(qū)域，宜種植扁桃、大花紫薇，不宜選擇小葉欖仁。

圖1 6種園林植物對TSP凈化率隨時間的變化

3.2 SO2凈化能力比較與分析

由圖2可知，6種園林植物對SO2的凈化率隨時間的變化而變化。在每個時間段，扁桃對SO2的凈化率都高于其他5種植物；在前80min時大花紫薇和小葉榕的凈化率非常接近，洋紫荊和人面子的凈化率也很接近，而80min后，小葉榕和人面子對SO2的凈化率相對提升；最后在100min時，6種植物對SO2的凈化率趨于平穩(wěn)，表示為SO2凈化率扁桃＞小葉榕＞人面子＞大花紫薇＞洋紫荊＞小葉欖仁。由此可知，6種植物對SO2的凈化率依然是扁桃最高，達(dá)35.33%；其次為小葉榕達(dá)34.15%；再次為人面子和大花紫薇分別達(dá)33.06%、32.74%；對SO2的凈化效果最差是小葉欖仁僅為27.41%，顯著低于其他品種。故在SO2污染嚴(yán)重的城市區(qū)域，宜種植扁桃、小葉榕、人面子、大花紫薇，不建議種植小葉欖仁。

圖2 6種園林植物對SO2凈化率隨時間的變化

3.3 NO2凈化能力比較與分析

由圖3可知，2h內(nèi)，6種園林植物對NO2凈化率隨時間的變化而增加。在前0h～1h之間，6種園林植物對NO2凈化率為小葉榕＞扁桃＞大花紫薇＞洋紫荊＞小葉欖仁＞人面子；后1h～2h之間，6種園林植物對NO2凈化率為小葉榕＞扁桃＞洋紫荊＞大花紫薇＞小葉欖仁＞人面子。120min之內(nèi)，此6種園林植物對NO2凈化率還未達(dá)到相對穩(wěn)定的一個狀態(tài)，但可以初步分析出小葉榕、扁桃、洋紫荊、大花紫薇對NO2凈化效果較強(qiáng)，在NO2污染嚴(yán)重城區(qū)可推薦種植，而小葉欖仁、人面子對NO2凈化效果相對較弱，不建議用于治理城區(qū)的NO2污染。

圖3 6種園林植物對NO2凈化率隨時間的變化

3.4 6種園林植物對大氣污染物的綜合凈化能力分析

如圖4所示，通過6種園林植物對大氣污染物的凈化率統(tǒng)計(jì)分析得出，在對TSP凈化率方面，扁桃＞大花紫薇＞小葉榕＞洋紫荊＞人面子＞小葉欖仁，依次為56.17%、53.69%、51.07%、49.25%、46.81%、44.36%，且各植株間對TSP的凈化率差異顯著；在對SO2凈化率方面，扁桃＞小葉榕＞人面子＞大花紫薇＞洋紫荊＞小葉欖仁，依次為35.33%、34.15%、33.06%、32.74%、31.16%、27.41%，除大花紫薇和人面子之間差異不顯著之外，其他植株對SO2的凈化率差異顯著；在對NO2的凈化率方面，小葉榕＞扁桃＞洋紫荊＞大花紫薇＞小葉欖仁＞人面子，依次為32.45%、30.38%、28.67%、27.11%、25.53%、24.82%，各植株間對NO2的凈化率差異顯著。由此可以分析得出，6種植物對大氣污染物的綜合凈化能力較強(qiáng)的是扁桃、小葉榕、大花紫薇，可以推薦用于治理大氣污染，而小葉欖仁、人面子對大氣污染物的綜合凈化能力相對較弱，不建議作為治理大氣污染的種植植物。

圖4 6種園林植物對大氣污染物的凈化率

3.5 6種園林植物單位葉面積對大氣污染物的吸附量分析

如圖5所示，通過測定6種園林植物單位面積對TSP的吸附量分析得出，扁桃和小葉榕單位面積對TSP的吸附量最大，達(dá)到7個/m2，其次為人面子達(dá)6個/m2，其余大花紫薇、洋紫荊、小葉欖仁單位面積對TSP的吸附量較少，三者間無顯著性差異。此結(jié)果對比文中6種園林植物對TSP的凈化率來看，扁桃和小葉榕單位面積對TSP的吸附量大，所以他們對TSP的凈化率也高；而小葉欖仁對TSP吸附量小，凈化率也低。但大花紫薇的單位面積吸附量不高，凈化率卻高；人面子的單位面積吸附量高，凈化率卻低。故初步分析得出，植物單位面積對TSP的吸附量和它對TSP的凈化能力之間有一定的聯(lián)系，但單位面積吸附量并不能完全表示其凈化能力的強(qiáng)弱，應(yīng)該還存在其他因素影響植物對TSP的凈化能力。

圖5 6種園林植物單位面積對TSP的吸附量

如圖6所示，通過6種園林植物單位面積對SO2、NO2的吸附量統(tǒng)計(jì)分析，可以看出，在SO2的吸附量方面，扁桃＞小葉榕＞人面子＞洋紫荊＞大花紫薇＞小葉欖仁，分別為93.62mg/m2、82.44mg/m2、75.71mg/m2、53.87mg/m2、46.13mg/m2、41.25mg/m2，各植物間差異顯著，這和前文分析的他們對SO2的凈化能力強(qiáng)弱大致符合，大花紫薇在SO2吸附量方面弱于洋紫荊，而在SO2凈化能力方面又強(qiáng)于洋紫荊。對于SO2的吸附量方面，小葉榕＞洋紫荊＞扁桃＞大花紫薇＞人面子＞小葉欖仁，依次為83.39mg/m2、77.23mg/m2、74.01mg/m2、73.41mg/m2、63.16mg/m2、58.62mg/m2，與前文他們對NO2的凈化能力對比分析，除扁桃與洋紫荊、小葉欖仁與人面子位置互換以外，其他基本保持一致。由此猜想，園林植物單位面積對SO2、NO2的吸附量大小可以大致反映他們對空氣中SO2、NO2的凈化能力強(qiáng)弱，但并不能完全代表，還存在其他因素影響著植株的凈化能力。

圖6 6種園林植物單位面積對SO2、NO2的吸附量

4??結(jié)論與討論

大量研究表明，綠色植物對空氣中懸浮的顆粒物有凈化作用，即綠色植物具有滯塵能力。園林植物的滯塵能力體現(xiàn)主要有兩個途徑：第一是通過樹冠對風(fēng)速的降低，從而使較大顆粒的粉塵降落；第二是通過樹冠枝葉對粉塵的吸附能力來減少空氣中的懸浮顆粒[6]。試驗(yàn)中，6種園林植物對TSP凈化率為扁桃＞大花紫薇＞小葉榕＞洋紫荊＞人面子＞小葉欖仁，由于試驗(yàn)在玻璃溫室中進(jìn)行，風(fēng)速的影響可忽略不計(jì)，那么他們對TSP的凈化能力主要通過枝葉的吸附作用來體現(xiàn)。扁桃的TSP凈化能力遠(yuǎn)大于小葉欖仁，且單位面積的TSP吸附量也大于小葉欖仁等，這可能與扁桃樹冠大葉密、葉表較粗糙，而小葉欖仁樹冠層次分明、葉面較光滑有關(guān)。而從單位面積TSP的吸附量來看，大花紫薇的單位面積吸附量不高，凈化率卻高；人面子的單位面積吸附量高，凈化率卻低，這可能受他們暴露在空氣中的葉面積影響。

潘文等[7]研究表明，植物對大氣污染物的凈化能力與植物葉片的生物學(xué)特征及微形態(tài)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)；駱永明等[8]研究顯示植物葉片表面被毛情況、粗糙程度、氣孔密度等形態(tài)結(jié)構(gòu)對不同植物吸附大氣污染物的能力影響較大。6種園林植物對SO2凈化率為扁桃＞小葉榕＞人面子＞大花紫薇＞洋紫荊＞小葉欖仁，其單位面積對SO2的吸附量為扁桃＞小葉榕＞人面子＞洋紫荊＞大花紫薇＞小葉欖仁可以看出，除大花紫薇和洋紫荊外，其他植物的SO2凈化能力與其單位面積吸附能力強(qiáng)弱相一致，表明葉表面積對植株SO2的凈化能力影響較小，由此可以推測植株對SO2的凈化能力主要應(yīng)取決于葉片的生物學(xué)特征及微形態(tài)結(jié)構(gòu)，這與前人的研究結(jié)果相吻合。

賈明云等[9]研究結(jié)果表明，植物對大氣中PM2.5和SO2的凈化過程主要由葉片表面的吸附作用控制；而植物葉片的吸收轉(zhuǎn)化影響著其對NOx的凈化。通過掃描電鏡觀察葉片微形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，葉面密被絨毛、表皮溝狀組織對植物吸附PM2.5和SO2有利，而氣孔密度和大小影響著NOx的轉(zhuǎn)化和吸收。植物體內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)等的合成都離不開N元素，N元素對植物的生長活動有非常重要的作用，它也是植物在生理活動過程中需求量最大的元素之一，植株為保障正常代謝需獲取大量N元素[10]。研究結(jié)果顯示，在對NO2的凈化率方面，小葉榕＞扁桃＞洋紫荊＞大花紫薇＞小葉欖仁＞人面子，在單位面積對NO2的吸附量方面，小葉榕＞洋紫荊＞扁桃＞大花紫薇＞人面子＞小葉欖仁，表明6種園林植物對NO2的凈化能力與單位面積的吸附能力基本一致，但也存在微小變動，這微小變動可能由葉片暴露在空氣中的面積引起，扁桃葉密而洋紫荊葉較稀疏，所以扁桃樹的NO2的凈化率雖強(qiáng)，但其單位面積的吸附量卻低于洋紫荊。

綜上所述，就南寧市這6種園林植物對大氣污染物的綜合凈化能力分析來看，扁桃、小葉榕對SO2、NO2以及總懸浮微粒的凈化能力都比較靠前，可以推薦作為南寧市治理大氣污染物的園林植物。同時，在總懸浮微粒污染較重的區(qū)域還可以推薦種植大花紫薇，人面子可以推薦種植在SO2污染較重區(qū)域，而洋紫荊可以推薦種植在NO2污染較重區(qū)域。