廣西柳州市主城區(qū)主要綠化植物葉片的全硫氮含量特征*

劉 思，黎兆海，陸先杰，史艷財(cái)

(1.柳州市園林科學(xué)研究所，廣西柳州 545005；2.廣西壯族自治區(qū)中國科學(xué)院廣西植物研究所，廣西桂林 541006)

0 引言

大氣污染會(huì)對(duì)環(huán)境、人體健康造成嚴(yán)重的損害，而SO2、NO2是目前大氣污染物中數(shù)量較大、影響面較廣的主要污染物[1]。柳州市是一座工業(yè)城市，以鋼鐵、汽車、工程機(jī)械工業(yè)為主要產(chǎn)業(yè)，SO2、NO2等排放量較大，選擇抗污染能力強(qiáng)的植物用于城市園林綠化，能有效改善城市環(huán)境質(zhì)量。當(dāng)前對(duì)SO2、NO2的治理方法主要集中在源頭控制，如燃料脫硫、煙氣脫硫、高煙囪擴(kuò)散稀釋、干法脫硝和濕法脫硝等，這些方法具有二次污染、處理費(fèi)用高等不利方面，并且不適于已經(jīng)污染的大氣環(huán)境[2-4]。植物修復(fù)技術(shù)具有成本低、無二次污染，還具有水土保持、美化環(huán)境的優(yōu)勢[5]。利用植物修復(fù)技術(shù)治理大氣污染正逐漸引起環(huán)境界重視，有學(xué)者已對(duì)重慶、廣州等多地市區(qū)園林植物體內(nèi)SO2、NO2的含量進(jìn)行測定研究，發(fā)現(xiàn)不同地域不同植物品種其SO2、NO2的含量有差異[5-11]。目前，廣西各地對(duì)城市中綠化植物全硫氮水平研究報(bào)道很少，柳州市也未開展這方面的研究。柳州市當(dāng)前被列為廣西首批公園城市建設(shè)試點(diǎn)城市，對(duì)城市中植物各種特性作進(jìn)一步的了解，可為公園城市建設(shè)提供技術(shù)支撐。本研究擬通過調(diào)查測定柳州市主城區(qū)主要綠色植物葉片內(nèi)全硫氮的含量，篩選出吸收SO2、NO2能力強(qiáng)的植物，為進(jìn)一步開展柳州市城市空氣污染治理、城市功能型園林綠化的植物選擇和生態(tài)景觀林帶建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

柳州市位于廣西中部偏北，地處108°32′-110°28′E，23°54′-26°03′N，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季溫暖濕潤，冬季寒冷干燥，夏長冬短，日照充足，雨量充沛。年平均氣溫20.60℃，最冷月1月平均氣溫8.8℃，極端最低氣溫-3.8℃，最熱月7月平均氣溫28.1℃，極端最高氣溫39.2℃；平均日照1 639.4 h/a，年總積溫5 700-6 800℃；平均年降雨量1 489.1 mm/a，年均相對(duì)濕度77%，無霜期332 d，多雨月份為5-8月，年平均蒸發(fā)量1 650 mm。地帶性土壤類型為中亞熱帶紅壤；地帶性植被類型主要以亞熱帶常綠闊葉林為主，植物資源豐富[12]。

1.2 樣品采集

2018年6月晴天選擇柳州市東、南、西、北4個(gè)區(qū)域路中和路邊綠化帶的主要綠化植物進(jìn)行采樣。喬木和灌木采集植物葉片(植株中部4個(gè)方向生長的健康、無病蟲害的葉片)，草本植物采集植株的地上部分(植株生長良好)，每個(gè)物種采集3株共計(jì)183個(gè)樣品。帶回實(shí)驗(yàn)室洗凈，烘干，微型粉碎機(jī)粉碎后置于封口袋中干燥保存。

1.3 樣品分析

植物全氮含量(植物中有機(jī)態(tài)氮)采用濃H2SO4及氧化劑H2O2消煮，將有機(jī)氮和磷轉(zhuǎn)化為氨鹽，消煮液中的氨鹽在堿化后成為NH3，經(jīng)蒸餾或擴(kuò)散，用H3BO3吸收，用標(biāo)準(zhǔn)硫酸滴定，以甲基紅-溴甲酚綠為混合指示劑[5]。

1.4 聚類分析

為了更直觀地了解不同植物全氮、全硫含量的差異，采用SPSS軟件對(duì)測定結(jié)果進(jìn)行K均值聚類分析，將數(shù)據(jù)分為3組，較高的數(shù)據(jù)歸為一組，較低的數(shù)據(jù)歸為一組，中間的數(shù)據(jù)歸為一組，3組數(shù)據(jù)可視為3個(gè)等級(jí)。

2 結(jié)果與分析

2.1 柳州市主要綠化植物的全硫、全氮含量

柳州市的61種主要綠化植物的全硫含量存在明顯差別。全硫含量為0.024%-0.711%，其中格木的全硫含量最低，僅為0.024%；吊鐘的全硫含量最高，為0.711%(表1)。

城市中的NO2主要來源于城市機(jī)動(dòng)車尾氣的排放，部分來源于工廠排放，而最終將以酸沉降的形式進(jìn)入土壤中。各種植物根部對(duì)NO2吸收能力的強(qiáng)弱不同，同時(shí)其傳送養(yǎng)分的能力也不同，也將造成葉片含量的區(qū)別。試驗(yàn)的61種綠化植物的全氮含量同樣存在明顯差別，全氮含量為0.007%-0.207%，其中老人葵的全氮含量最低，僅為0.007%；紅葉李的全氮含量最高，為0.207%(表1)。

表1 61種綠化植物全硫、全氮含量(n=3)

續(xù)表1

續(xù)表1

2.2 柳州市主要綠化植物的全氮、全硫含量K均值聚類分析結(jié)果

測試的61種綠化植物的全氮含量可分為3個(gè)等級(jí)，一級(jí)的全氮含量≥0.14%，二級(jí)的全氮含量為0.06%-0.14%，三級(jí)的全氮含量≤0.06%。61種植物的全硫含量可分為3個(gè)等級(jí)，一級(jí)的全硫含量≥0.55%，二級(jí)的全硫含量為0.15%-0.55%，三級(jí)的全硫含量≤0.15%(表2)。

表2 不同類型綠化植物全硫、全氮含量等級(jí)

續(xù)表2

續(xù)表2

2.3 柳州市主要綠化植物的全氮、全硫含量分級(jí)

結(jié)合表2可知，采用K均值聚類分析法，根據(jù)全硫含量可將61種綠化植物分為3個(gè)等級(jí)，其中一級(jí)有1個(gè)種，二級(jí)26個(gè)種，三級(jí)34個(gè)種。綜合分級(jí)結(jié)果及全硫含量高低排序結(jié)果，全硫含量較高的10個(gè)種為吊鐘、文殊蘭、針葵、紅千層、銀海棗、洋紫荊、藍(lán)花楹、蜘蛛蘭、三角梅、鳶尾。這些植物在吸硫方面具有非常好的開發(fā)前景。根據(jù)全氮含量可將61種綠化植物分為3個(gè)等級(jí)，其中一級(jí)有10個(gè)種，二級(jí)38個(gè)種，三級(jí)13個(gè)種。全氮含量較高的10個(gè)種為文殊蘭、紅絨球、花葉假連翹、朱槿、紅葉李、銀杏、雞冠刺桐、小葉黃楊、黃素梅、欒樹。這些植物在吸氮方面具有非常好的開發(fā)前景。

其中全硫、全氮含量均較高的綠化植物為文殊蘭、洋紫荊、秋楓、合果芋、鳶尾、荷花玉蘭、朱槿、紅花羊蹄甲、木槿、針葵、冷水花、紅葉李、雞冠刺桐、吊鐘、吊竹梅、紫色梅、山杜英、銀海棗、毛杜鵑。這些植物在吸硫、氮方面具有非常好的開發(fā)前景，是今后城市園林綠化抗污染的良好樹種，對(duì)修復(fù)城市空氣質(zhì)量有較好作用。

2.4 不同植物類型全硫、全氮含量分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，61種綠化植物中喬木有25種，灌木有26種，草本有10種，總體上吸收硫、氮能力的大小順序依次為草本、灌木、喬木，但三者差異未達(dá)到顯著水平(P>0.05)(表3)。

表3 不同植物類型全硫、全氮含量方差分析

3 討論

城市中的SO2、NO2主要來源于機(jī)動(dòng)車尾氣的排放、工廠排放等途徑，部分將最終存在于空氣中，另外部分則以酸沉降的形式進(jìn)入土壤中。城市中的綠化植物一直被認(rèn)為是凈化空氣污染、降低污染源的重要手段[13]。在同一地方，大氣及土壤中硫氮含量水平表現(xiàn)出大致相同的規(guī)律，植物葉片對(duì)硫、氮的積累能力和凈吸收量呈現(xiàn)較高的相關(guān)性，故該地區(qū)植物體內(nèi)，尤其是葉片中全硫、全氮的含量可以體現(xiàn)其對(duì)SO2、NO2的耐受性和吸收量[5]。通過測定綠化植物對(duì)SO2和NO2氣體吸收能力，能為城市功能型園林綠地的樹種選擇和生態(tài)景觀林帶建設(shè)提供重要依據(jù)。

不同的植物對(duì)SO2、NO2的吸收能力及植物根部對(duì)硫氮的吸收、傳送能力不同，將造成葉片中硫氮含量存在較大差異。研究的61種綠化植物的全硫含量存在明顯差別，為0.024%-0.711%;全氮含量也存在明顯差別，為0.007%-0.207%。這一結(jié)果可能源于兩個(gè)主要因素的影響，一是植物對(duì)于污染物SO2、NO2的吸收與葉片結(jié)構(gòu)存在一定關(guān)系，葉片有蠟質(zhì)、革質(zhì)或葉面密生絨毛的植物，污染氣體不能暢通地進(jìn)入葉內(nèi)，對(duì)植物吸收凈化效果產(chǎn)生較大的影響，如羅漢松科、樟科和木蘭科植物葉片多為革質(zhì)，SO2、NO2氣體進(jìn)入葉內(nèi)阻力較大，其葉片吸收SO2、NO2的能力較差，含量較低。另一部分植物硫氮含量低則有可能是由于植物利用SO2、NO2，使之參與代謝，并以有機(jī)物的形式將氮儲(chǔ)存在氨基酸和蛋白質(zhì)中[14]。綜合來看，測定的61種綠化植物中，全硫含量較高的10個(gè)種為吊鐘、文殊蘭、針葵、紅千層、銀海棗、洋紫荊、藍(lán)花楹、蜘蛛蘭、三角梅、鳶尾，全氮含量較高的10個(gè)種為文殊蘭、紅絨球、花葉假連翹、朱槿、紅葉李、銀杏、雞冠刺桐、小葉黃楊、黃素梅、欒樹。這些植物具有較好的吸附硫氮功能，對(duì)改善空氣質(zhì)量有較好的作用，適用于化工廠、鋼廠等廠區(qū)和廠區(qū)周邊居住小區(qū)綠化。

4 結(jié)論

本研究所測定的植物是已在柳州種植且生長良好的主要綠化植物。為強(qiáng)化綠化植物對(duì)SO2、NO2的吸收，適宜柳州市種植且吸收SO2、NO2能力強(qiáng)的植物，喬木可選擇洋紫荊、秋楓、荷花玉蘭、紅花羊蹄甲、木槿、雞冠刺桐、山杜英、銀海棗等；灌木可選擇朱槿、針葵、紅葉李、吊鐘、毛杜鵑等；草本植物可選擇冷水花、吊竹梅、紫色梅、文殊蘭、合果芋、鳶尾等。此外，柳州在城市園林綠化植物配置選擇中還可以將喬木、灌木、草本組合，營造復(fù)層群落，提高植物對(duì)污染物的修復(fù)效率，發(fā)揮植物的最大生態(tài)功能。