二氧化硫脅迫對園林植物生長和葉片含硫量的影響

孫華

重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院市政工程系,重慶永川402160

二氧化硫脅迫對園林植物生長和葉片含硫量的影響

孫華

重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院市政工程系,重慶永川402160

為了篩選出對SO2既有較強(qiáng)的吸收能力同時有較強(qiáng)抵抗力的園林植物。本文通過人工熏氣實驗造成SO2對園林植物的脅迫，并在人工熏氣的0，2，4，6，8，10，12 h分別測定所選14種園林植物的葉片含硫量和生長狀態(tài)，并判斷各園林植物的吸硫能力和SO2對其生長的影響。結(jié)果表明加拿大楊、紅瑞木、夾竹桃、刺槐、構(gòu)樹的葉片原始含硫量較大，欒樹、刺槐、加拿大楊、桑樹和女貞葉片有較強(qiáng)的吸硫能力。同時發(fā)現(xiàn)除了構(gòu)樹和紅瑞木的葉片含硫量隨熏氣時間的增長總體呈下降趨勢外，其余12種園林植物的葉片含硫量均隨熏氣時間的增長總體呈上升趨勢。

二氧化硫;脅迫;葉片含硫量

隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，各種化石燃料的大量消耗，造成生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重惡化?；剂先紵案鞣N工業(yè)廢氣中含有大量的SO2未經(jīng)處理就被直接排放進(jìn)入空氣，該氣體不僅能夠溶于水形成酸雨破壞植被，被人體吸收后還會進(jìn)入血液，引發(fā)中毒，嚴(yán)重時危及生命[1]。目前控制SO2污染的主要手段集中在燃燒前、燃燒中和燃燒后的脫硫技術(shù)方面，燃燒后的煙氣脫硫是當(dāng)前被廣泛應(yīng)用的技術(shù)，而我國目前還沒有自主設(shè)計及制造煙氣脫硫設(shè)備的技術(shù)，很多能源燃燒后的二氧化硫排放處于失控狀態(tài)，因此，尋找一種能夠較好的控制SO2污染的辦法是當(dāng)前亟待解決的問題[2]。園林植物作為城市生態(tài)環(huán)境的重要組成，不僅具有形態(tài)、色彩及象征意義等美學(xué)價值，更是對城市生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化和改善發(fā)揮著重要的作用，主要體現(xiàn)在防風(fēng)吸塵、緩解熱島效應(yīng)、凈化空氣、保持水土和降低噪音等方面[3]。在凈化空氣方面，植物在與外界進(jìn)行氣體交換的過程中能夠吸收有害氣體，并通過體內(nèi)的生理生化作用達(dá)到積累、降解或排出有毒物質(zhì)的效果，以此實現(xiàn)凈化空氣，低成本高效率控制大氣污染的目的。因此，有必要將植物對SO2的吸收能力和抵抗能力進(jìn)行研究，以期篩選出對SO2不僅具有較強(qiáng)吸收能力強(qiáng)而且具有較高抗性的植物種，為改善大氣污染發(fā)揮作用。

1　研究方法

1.1研究材料的選取

首先根據(jù)TH-3150大氣采樣儀測定結(jié)果選擇空氣質(zhì)量良好，且人流量較小的空曠地區(qū)作為研究區(qū)域，要求該區(qū)SO2濃度值小于0.05 mg/m3(國家規(guī)定的一級限值)。然后在該區(qū)域選擇14種園林植物作為本次試驗的研究對象，同時每種植物選擇3株作平行研究保證結(jié)果準(zhǔn)確可靠。表1為14種園林植物的基本信息。

表1　選取的14種園林植物基本信息Table 1 Basic information of selected 14 kinds of garden plants

1.2人工熏氣實驗

對園林植物使用簡易靜態(tài)熏氣裝置進(jìn)行SO2人工熏氣。該裝置采用鋼筋骨架經(jīng)人工焊接而成，可自由拆卸，室壁為有較強(qiáng)透光性的塑料薄膜，使用夾子固定在鋼筋骨架上形成密封的環(huán)境[4]。熏氣時使用濃度為4%的標(biāo)準(zhǔn)SO2氣體（N2為平衡氣體）。在出氣口安裝減壓閥和流量計，并在減壓閥前端連接理化性質(zhì)較為穩(wěn)定的橡皮管供SO2氣體通過橡皮管進(jìn)入熏氣室，在氣體入口處安裝小型的電風(fēng)扇用于快速攪勻進(jìn)入熏氣室內(nèi)的SO2氣體。在熏氣過程中利用利用氣體監(jiān)測儀對熏氣室內(nèi)的SO2濃度進(jìn)行實時監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測到的SO2濃度適時調(diào)整進(jìn)氣量將SO2濃度控制在一定范圍內(nèi)。每種植物有2 h、4 h、6 h、8 h、10 h和12 h共6個處理，熏氣前的作為空白對照(0 h)。由于大量研究表明，SO2脅迫下，絕大多數(shù)植物的葉片最先表現(xiàn)出癥狀，故設(shè)計熏氣期間每隔0.5 h左右觀察葉片1次，葉片出現(xiàn)明顯受害壞死時應(yīng)換用低濃度的進(jìn)行重新熏氣處理。

1.3園林植物生長指標(biāo)測定

實驗開始前，測定所有植株的高度、胸徑及冠幅，同時在實驗開始前和進(jìn)行過程中對所有植株的長勢，枝葉及長勢和地理位置做詳細(xì)記錄，如發(fā)現(xiàn)在實驗過程中植物受損較嚴(yán)重應(yīng)降低熏氣濃度再次進(jìn)行熏氣實驗。因此還有隨時記錄實驗過程中熏氣室內(nèi)的溫度、濕度和熏氣濃度以更好的分析數(shù)據(jù)。

1.4植物葉片的采集和葉片含硫量的測定

葉片采集時要求盡量采集同一方位，同一高度的葉子，每種植物每個時間間隔采集9片葉子，用3個保鮮袋分裝后放于冰箱中保鮮用于含硫量測定。對于一些葉片較小無法滿足含硫量測定的植株，可采集大小、長勢和方位基本一致的葉片補(bǔ)充。含硫量的測定采用BaSO4比池法進(jìn)行[5]，測定得到每種植物在2 h、4 h、6 h、8 h、10 h和12 h共6種熏氣時間處理及空白處理下的葉片含硫量，每個間隔3個樣，共計21個樣品含硫量數(shù)據(jù)。

2　結(jié)果

2.1熏氣處理前不同園林植物原始葉片含硫量的比較

由表2及圖1所示，熏氣處理前不同植物的葉片含硫量存在較大差異。將所有試驗園林植物原始葉片含硫量從大到小排列如圖1所示，加拿大楊、夾竹桃、桑樹、吉祥草及女貞具有相對較大的離差值，14種植物葉片含硫量的范圍在1.243 mg/g DW～12.591 mg/g DW之間，主要集中在1 mg/g DW～6 mg/g DW范圍內(nèi)，其中楊樹的葉片含硫量最高，達(dá)到12.591 mg/g DW，杜鵑的葉片含硫量最低，僅為1.243 mg/g DW。如表3所示通過對不同生活型植物原始葉片含硫量的對比發(fā)現(xiàn)，落葉植物葉片含硫量＞常綠植物葉片含硫量，喬木的葉片含硫量＞灌草的葉片含硫量。

表2　熏氣前各園林植物葉片含硫量Table 2 Each garden plants leaf sulfur content of smoked before fumigation

表3　不同生活型植物原始葉片平均含硫量Table 3 The comparison of average sulfur content of primitive leaves of plants in different life style

圖1　不同植物原始葉片含硫量比較Fig.1 The comparison between sulfur contents of primitive leaves from different plants

2.2同種植物在不同熏氣處理下葉片含硫量的變化

對每種植物6個熏氣時間處理后的葉片進(jìn)行采集，到室內(nèi)進(jìn)行葉片含硫量的測定，得到14種植物在SO2脅迫下葉片含硫量隨熏氣時間的變化趨勢，如圖2所示。

圖2　不同植物葉片隨熏蒸時間變化葉片含硫量變化趨勢Fig.2 Blade sulfur content changing trends of different plants with fumigation time change

根據(jù)趨勢變化圖可看出不同植物隨著熏氣時間的變化，葉片含硫量呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。其中含硫量總體呈現(xiàn)上升趨勢的植物有香樟、紅葉石楠、女貞、桑樹、欒樹、剌槐、加拿大楊、杜鵑、夾竹桃、法國冬青、紅楓和吉祥草共計12種植物，僅有構(gòu)樹和紅瑞木2種植物葉片含硫量總體呈下降趨勢。紅葉石楠、桑樹、欒樹、女貞、杜醇、刺槐、吉祥草等7種基本在6個熏氣時間處理下葉片含硫量保持平穩(wěn)的上升趨勢。

2.3SO2脅迫下園林植物葉片吸硫量分析

不同園林植物對SO2的吸收能力不同，然而由于SO2進(jìn)入植物體內(nèi)要經(jīng)過一系列復(fù)雜的代謝過程，所以就使得精確計算植物吸收SO2的量成為一個比較困難的課題。參考前人的一些研究，本研究采用目前應(yīng)用較為普遍的相對吸收法來進(jìn)行植物對SO2吸收量的推算，然后通過分級，找出對SO2具有較強(qiáng)吸收凈化能力的園林植物。由于不同植物在同樣的12 h熏氣處理過程中，葉片含硫量的變化趨勢是不同的，有的持續(xù)上升，有的時而上升時而下降，本研究采取下面的方法粗略推算不同園林植物對SO2的最大相對吸收量：對于葉片含硫量隨熏氣時間的加長，不管是呈上升趨勢還是時而上升時而下降趨勢的植物種，均取其葉片含硫量的最大值與熏氣前原始葉片含硫量的差值作為該種園林植物葉片對SO2的最大相對吸收量，結(jié)果如表3所示，將14種植物葉片吸硫量按從大到小的順序排列，如圖3所示，不同植物的吸硫能力差異顯著，欒樹具有最大的相對吸硫量，達(dá)到2.956 mg/g DW，表明其具有相對較強(qiáng)的吸硫能力；其余依次為刺槐、加拿大楊、桑樹、女貞、法國冬青、夾竹桃、吉祥草、香樟、構(gòu)樹、紅諷、紅瑞木、紅葉石楠，杜鵑最低，僅為0.310 mg/g DW。按常綠喬木、落葉喬木、常綠灌木、落葉灌木及草本的生活型對植物進(jìn)行分類，計算各自的平均含硫量，從高到底排列，如圖4所示?？梢钥闯鋈~片的相對吸硫量即葉片吸硫能力為:落葉喬木(1.987 mg/g DW)＞草本(1.203 mg/g DW)＞常綠喬木(1.089 mg/g DW)＞常綠灌木(0.993 mg/g DW)＞落葉灌木(0.923 mg/g DW)。以1.0 mg/g DW和1.5 mg/g DW為分界線，對14種園林植物葉片吸硫量進(jìn)行等級劃分(表5)，得到葉片吸硫能力較強(qiáng)(葉片含硫量＞1.5 mg/g DW)的植物5種，分別是欒樹、刺槐、加拿大楊、桑樹和女貞；葉片吸硫能力中等(1.0 mg/g DW＜W片含硫量＜1.5 mg/g DW)的植物5種，分別是法國冬青、夾竹桃、吉祥草、香樟和構(gòu)樹；葉片吸硫能力較弱(葉片含硫量＜1.0 mg/g DW)的植物4種，分別是紅諷、紅瑞木、紅葉石楠和杜鵑。

表3　不同園林植物葉片的相對吸硫量對比Table 3 The comparison of different broad-leaved garden plant leaves sulfur absorption

圖3　不同園林植物吸硫量比較Fig.3 The comparison of sulfur absorption content in different garden plants

圖4　不同生活型園林植物葉片吸硫量比較Fig.4 The comparison of sulfur absorption content in different broad-leaved garden plant leaves

表5　園林植物葉片吸硫量分級表Table 5 Garden plant leaves sulfur absorption content INES

3　結(jié)論

3.1不同植物葉片原始含硫量

通過對實驗結(jié)果分析得出14種園林植物中葉片含硫量大于3.0 mg/g DW有加拿大楊、紅瑞木、夾竹桃、刺槐、構(gòu)樹；葉片含硫量在2.0 mg/g DW和3.0 mg/g DW之間的植物有桑樹、吉祥草、女貞；葉片含硫量小于2.0 mg/g DW的植物有香樟、紅諷、欒樹、紅葉石楠、法國冬青和杜騎。同時可以發(fā)現(xiàn)不同生活型植物原始葉片含硫量大小順序為落葉植物＞常綠植物，喬木＞灌草。

3.2不同植物吸硫量比較

通過人工熏氣實驗發(fā)現(xiàn)除了構(gòu)樹和紅瑞木兩種植物的葉片含硫量隨熏氣時間的增長總體上呈下降趨勢外，其余12種園林植物的葉片含硫量隨熏氣時間的增長總體上均呈上升趨勢。采用相對吸收法對14種園林植物在12 h的熏氣過程中對SO2的最大吸收量進(jìn)行計算和分級。具有較強(qiáng)吸硫能力（葉片吸硫量＞1.5 mg/g DW）的園林植物有欒樹、刺槐、加拿大楊、桑樹和女貞；中等吸硫能力（1.0 mg/g DW＜葉片吸硫量＜1.5 mg/g DW）的園林植物有法國冬青、夾竹桃、吉祥草、香樟和構(gòu)樹；吸硫能力較弱（葉片吸硫量＜1.0 mg/g DW）的園林植物有紅楓、紅瑞木、紅葉石楠和杜鵑。不同生活型園林植物葉片的吸硫能力強(qiáng)弱順序為:落葉喬木（1.987 mg/g DW）＞草本（1.203 mg/g DW）＞常綠喬木（1.089 mg/g DW）＞常綠灌木(0.993 mg/g DW)＞落葉灌木(0.923 mg/g DW)。

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[3]梁淑英.部分城市綠化樹種的生理特性及其對大氣污染的響應(yīng)[D].南京:南京林業(yè)大學(xué),2008

[4]張家洋,朱南,李慧,等.10種常見綠化樹種葉片含硫量差異性分析[J].西北師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2012,48(4):115-120

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The Effect of the SO2Stress on the Growth of Plants in Garden and the Sulfur Content of Leaves

SUN Hua
DepartmentofMunicipalEngineering,ChongqingWaterResourcesandElectricEngineeringCollege,Chongqing402160,China

The objective of this research is to find some plants that not only have strong resistance to SO2but also can greatly absorb SO2in air.14 kinds of common garden plants were treated by SO2fumigation test,and the sulfur content in leaves and their effects on the growth were measured at 2 h,4 h,6 h,8 h,10 h and 12 h,respectively.The results showed that the original sulfur contents in Populus canadensis Moench,Swida alba Optiz,Nerium indicum Mill,Robinia pseudoacacial L. and Broussonetia papyrifera(Linn.)L'Hér.ex Vent leaves were larger,and the abilities of Koelreuteria paniculata‘September’,R.pseudoacacial,P.canadensis,Morus alba L.and Ligustrum lucidum Ait leaves to absorb sulfur were stronger.At the same time except the sulfur contents of B.papyrifera and S.alba leaves falling with the increase of fumigation time,the sulfur contents in other 12 kinds of plants leaves showed a rising trend in general.

SO2;stress;sulfur contents in leaves

Q945.78

A

1000-2324(2015)02-0168-05

2013-05-20

2013-06-01

孫華(1983-),女,重慶市豐都縣人,講師.研究方向:園林工程，園林植物.E-mail:sunhua214@163.com